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第二节位错的基本结构,位错：晶体中某处一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。错排区的形状：细长的管状畸变区域。几百几万个原子间距（25个)原子间距。概念提出：1934年。试验观察：1956年。设备：透射电子显微镜。,一、位错的基本类型,1、刃型位错：模型：产生：晶体局部滑移产生。ABCD：滑移面；EFGH：局部滑移产生的多余半原子面；EF：多余半原子面的“刃边”，称作“刃型位错线”，是已滑移区(ABEF)与未滑移区(EFCD)在滑移面上的边界线，垂直于滑移方向。,刃型位错线周围的原子排列：,位错线周围：有(25)个原子间距的点阵畸变；点阵畸变相对于多余半原子面左右对称。含有多余半原子面的部分晶体受压，原子间距减小；不含多余半原子面的部分晶体受拉，原子间距增大；,正、负刃位错,正刃型位错：用“”表示。负刃型位错：用“”表示。正、负刃位错的划分是相对的，但有用。,2、螺型位错,位错模型：产生：晶体局部滑移产生。ABCD：滑移面；bb：螺型位错线，也是已滑移区(ABbb)与未滑移区(bbCD)在滑移面上的边界线，但平行于滑移方向。,螺型位错线周围的原子,在位错线附近有一个约几个原子间距宽的，上、下层原子不吻合的过渡区(bb和aa之间)。位错线附近的原子：按螺旋形排列。,左、右螺型位错,右螺旋位错：符合右手法则的螺型位错。左螺旋位错：符合左手法则的螺型位错。拇指：前进方向；其余四指：旋转方向。左、右螺型位错有着本质区别，无论将晶体如何放置，也不可能改变其原本的左、右性质。,3、混合型位错,混合位错：位错线与滑移方向成任意角度的位错。混合位错线是一条曲线，在A处是螺位错，在C处是刃型位错，在A与C之间的每一小段位错线都可以分解为刃型和螺型两个分量。,混合位错的分解,二、柏氏矢量,1939年，柏格斯（J.M.Burgers）提出。柏氏矢量：用来揭示位错本质，描述位错行为的矢量。1、柏氏矢量的确定用柏氏回路确定。,1）人为规定位错线的正方向。2）在实际晶体中，作柏氏回路，回路中的每一步都连接相邻的原子。3）在完整晶体中，按同样的方向和步数作一个对比回路。从终点Q到始点M连接起来的矢量，即为柏氏矢量。,螺型位错柏氏矢量的确定,方法完全相同。,刃位错的特征：,柏氏矢量与位错线互相垂直。刃型位错都有一多余半原子面，多余半原子面的周界（即刃型位错线）可以是折线，也可以是曲线，但都与柏氏矢量垂直，即垂直于于滑移方向。,螺位错的特征：,柏氏矢量与位错线互相平行。螺型位错无多余半原子面，原子错排呈螺旋形；螺型位错线与柏氏矢量平行，故一定是直线。,2、柏氏矢量的物理意义,柏氏矢量是一个反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量。矢量的方向：表示位错的性质与位错线的取向；矢量的模：表示畸变的程度，称为位错强度。同一晶体中，大，位错产生的点阵畸变大。位错的许多性质都与柏氏矢量有关，如位错的能量、应力场、位错受力等。,3、柏氏矢量的特性,守恒性：柏氏矢量与回路起点的选择无关，也与回路的具体途径无关，只要是饶着位错一周，所得到的柏氏矢量是恒定不变的。一条位错线具有唯一的柏氏矢量：即不管此位错线各处的形状和位错的类型如何，其各部分的柏氏矢量都相同。如果所作的柏氏回路包含有几个位错，则得出的柏氏矢量是这几个位错柏氏矢量之总和。,由柏氏矢量的特性得出的推论,如有几个位错相遇于一点（称为位错节点），朝向节点的各位错的柏氏矢量之和，等于离开节点的各位错线的柏氏矢量之和。若所有位错线都指向（或离开节点），则它们的柏氏矢量之和为零。位错线只能终止在晶体表面或晶界上，而不能中断于晶体内部。在晶内，它只能形成封闭的环或与其它位错相遇于节点，构成网络。,4、柏氏矢量的表示方法,用点阵矢量表示。对立方晶系：用与柏氏矢量同向的晶向指数表示。例：从原点到坐标值为的阵点柏氏矢量：，矢量的模：。三轴分量简单立方，沿X轴，从原点相邻结点，；a,0,0面心立方，从原点底心，；体心立方，从原点体心，；，,柏氏矢量的运算,用矢量加法进行运算：若，则：如，则：,5、根据与位错线的关系，确定位错的类型,可滑移位错，总是平行于滑移方向，故可根据与位错线的关系，确定位错的类型。(1)位错线，刃型位错。将顺时针旋转90，若的方向与位错线正向一致，正刃位错；反之，则为负刃位错。(2)位错线，螺型位错。的方向与位错线正方向一致，右螺型位错；的方向与位错线负方向一致,左螺型位错.(3)和位错线成任意角度090，混合位错。混合位错可分解为刃型分量和螺型分量。,位错密度：单位体积中所含位错线的总长度。L位错线总长度，V晶体体积。若把晶体中的位错线视为直线，而且平行地从晶体的一端延伸到另一端，则位错密度=穿过单位截面积的位错线的数目。A晶体的截面面积，l每根位错线的长度(假定即晶体厚度)，n过A面积的位错线数目。,三、位错密度,的单位：m/m3=1/m2。充分退火金属：=10101012/m2，剧烈冷变形金属：=10151016/m2，超纯单晶体：107/m2。,晶体强度与位错密度的关系,提高工程材料强度的两条途径：(1)尽量减小位错密度，如晶须（丝状单晶体）(2)尽量增大位错密度，如冷变形、淬火。,充分退火金属,晶胞,X,Y,Z,a,b,c,晶格常数a，b，c,体心立方晶胞,晶格常数：a=b=c；=90,晶