-实际金属的晶体结构

1、晶体缺陷：晶体中原子偏离其平衡位置而晶体缺陷：晶体中原子偏离其平衡位置而出出 现不完整性的区域现不完整性的区域点缺陷点缺陷 线缺陷线缺陷面缺陷面缺陷部分原子获得足够高的能量部分原子获得足够高的能量 形成形成 引起引起 空位空位：肖脱基空位肖脱基空位原子迁移到表面原子迁移到表面仅形成空位仅形成空位 弗兰克尔空位弗兰克尔空位原子迁移到间隙中原子迁移到间隙中形成空位形成空位- -间隙对间隙对 间隙原子间隙原子：自间隙原子，异类间隙原子自间隙原子，异类间隙原子置换原子置换原子1-1-大的置换原子大的置换原子 4- 4-复合空位复合空位2-2-肖脱基空位肖脱基空位 5- 5-弗兰克尔空位弗兰克尔空位3-

2、3-异类间隙原子异类间隙原子 6- 6-小的置换原子小的置换原子 对传导电子产生强烈散射对传导电子产生强烈散射电阻率电阻率间隙原子间隙原子体积膨胀体积膨胀12个原子体积个原子体积 空位空位体积膨胀体积膨胀0.5个原子体积个原子体积 屈服强度屈服强度 对扩散、内耗、高温形变和热处理等过程有重要影响。对扩散、内耗、高温形变和热处理等过程有重要影响。 点阵畸变点阵畸变位错概念的提出位错概念的提出：一般金属的理论切变强度为一般金属的理论切变强度为1 00010 000 MPa，而实验测出的纯金属单晶体切变强度在，而实验测出的纯金属单晶体切变强度在1 MPa左右，相左右，相差差34个数量级。个数量级。

3、刚性模型刚性模型位错模型位错模型铜拉伸试样表面滑移带铜拉伸试样表面滑移带透射电镜下钛合金中的位错线透射电镜下钛合金中的位错线( (黑线黑线) )高分辨率电镜下的刃位错高分辨率电镜下的刃位错（白点为原子）（白点为原子）晶体局部滑移造成的刃型位错晶体局部滑移造成的刃型位错 位错：晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，滑位错：晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，滑移面上滑移区与未滑移区在滑移面上的交界线。移面上滑移区与未滑移区在滑移面上的交界线。 1).刃型位错有一个额外的半原子面。刃型位错有一个额外的半原子面。一般把多出的半一般把多出的半原子面在滑移面上边的称为正刃型位错，记

4、为原子面在滑移面上边的称为正刃型位错，记为“”；而把多；而把多出在下边的称为负刃型位错，记为出在下边的称为负刃型位错，记为“”。这种正、负之分只。这种正、负之分只具相对意义而无本质的区别。具相对意义而无本质的区别。（2 2） 刃型位错的特征：刃型位错的特征：3 3）滑移面只有一个。滑移面只有一个。因为滑移面必定是同时包含有位错因为滑移面必定是同时包含有位错线和滑移矢量的平面，在其他面上不能滑移。而在刃型位线和滑移矢量的平面，在其他面上不能滑移。而在刃型位错中，位错线与滑移方向垂直。错中，位错线与滑移方向垂直。4 4）晶体中存在刃位错后，位错周围的点阵发生弹性畸变，晶体中存在刃位错后，位错周围的

5、点阵发生弹性畸变，畸变区是一个狭长的管道畸变区是一个狭长的管道。既有正应变，也有切应变。点。既有正应变，也有切应变。点阵畸变相对于多余半原子面是左右对称的。阵畸变相对于多余半原子面是左右对称的。5 5）位错线与晶体的滑移方向垂直，位错线运动方向垂直位错线与晶体的滑移方向垂直，位错线运动方向垂直于位错线。于位错线。 螺型位错没有额外半原子面；螺型位错没有额外半原子面； 螺型位错线是一个具有一定宽度的细长的晶格畸螺型位错线是一个具有一定宽度的细长的晶格畸变管道，其中只有切应变，而无正应变；变管道，其中只有切应变，而无正应变； 位错线与滑移方向平行，位错线运动的方向与位位错线与滑移方向平行，位错线运

6、动的方向与位错线垂直；错线垂直； 螺型位错的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位螺型位错的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面。但实际上，错线的平面都可以作为它的滑移面。但实际上，滑移通常是在那些原子密排面上进行滑移通常是在那些原子密排面上进行 。（1）包含位错线逆时针做一封闭回路包含位错线逆时针做一封闭回路 柏氏回路柏氏回路（2） 将同样的回路置于完整晶体中将同样的回路置于完整晶体中 不能闭合不能闭合（3） 补一矢量（终点指向起点）使回路闭合补一矢量（终点指向起点）使回路闭合 柏氏矢量柏氏矢量12345678910111234567891011b反映位错区畸变的方向与程

7、度反映位错区畸变的方向与程度1 1柏氏矢量的确定柏氏矢量的确定（1） 包含位错线做一封闭回路包含位错线做一封闭回路柏氏回路柏氏回路 （2） 将同样的回路置于完整晶体中将同样的回路置于完整晶体中不能闭合不能闭合 （3） 补一矢量（终点指向起点）使回路闭合补一矢量（终点指向起点）使回路闭合柏氏矢量柏氏矢量121234123123411121234123123411b螺型位错柏氏矢量的确定螺型位错柏氏矢量的确定 用柏氏矢量可判断位错的类型用柏氏矢量可判断位错的类型刃型位错正负的确定刃型位错正负的确定旋转法：如果柏氏矢量旋转法：如果柏氏矢量b顺时针方向转顺时针方向转90，其箭头方向与位错线的方向一，其

8、箭头方向与位错线的方向一致，则为正刃；反之则为负刃。致，则为正刃；反之则为负刃。 用柏氏矢量可以表示位错区域晶格畸变总量的大小。柏用柏氏矢量可以表示位错区域晶格畸变总量的大小。柏氏矢量越大，位错周围晶体畸变越严重。氏矢量越大，位错周围晶体畸变越严重。 柏氏矢量表示晶体滑移方向和大小。大小即为柏氏矢量表示晶体滑移方向和大小。大小即为| |b|b|，方方向为柏氏矢量的方向。向为柏氏矢量的方向。 刃型位错滑移面为位错线与柏氏矢量所构成的平面，只刃型位错滑移面为位错线与柏氏矢量所构成的平面，只有一个；螺型位错滑移面不定，多个。有一个；螺型位错滑移面不定，多个。 柏氏矢量具有守恒性。柏氏矢量具有守恒性。

9、 柏氏矢量的唯一性。柏氏矢量的唯一性。 位错的连续性位错的连续性: :可以形成位错环，连接于其他位错，终可以形成位错环，连接于其他位错，终止于晶界或露头于表面，但不能中断于晶体内。止于晶界或露头于表面，但不能中断于晶体内。 位错线不可能终止于晶体内部，在晶体内部，位错线一定位错线不可能终止于晶体内部，在晶体内部，位错线一定是封闭的，或者自己封闭成一个位错圈，或者构成三维位错网是封闭的，或者自己封闭成一个位错圈，或者构成三维位错网络。络。 通常把晶体中单位体积中所含位通常把晶体中单位体积中所含位错线的总长度称为位错密度。即：错线的总长度称为位错密度。即：VL 晶体的面缺陷包括两类：晶体的晶体的面

10、缺陷包括两类：晶体的外表面外表面和晶体的和晶体的内界面内界面。其中内界面又包括。其中内界面又包括晶晶界、亚晶界、孪晶界、相界、堆垛层错界、亚晶界、孪晶界、相界、堆垛层错等。等。（一）晶体外表面（一）晶体外表面 处于晶体表面的原子，同处于晶体表面的原子，同时受到晶体内部自身原子和外时受到晶体内部自身原子和外部介质原子或分子的作用，这部介质原子或分子的作用，这两种作用力并不平衡，而造成两种作用力并不平衡，而造成表面层的晶格畸变，从而能量表面层的晶格畸变，从而能量升高。升高。晶体结构相同但位向不同晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面。的晶粒之间的界面。(1) 对称倾斜界面对称倾斜界面晶界平面为两个

11、相邻晶界平面为两个相邻晶粒的对称面。是由晶粒的对称面。是由一列平行的刃型位错一列平行的刃型位错所组成。所组成。扭转晶界的形成模型扭转晶界的形成模型扭转晶界位错模型扭转晶界位错模型将一块晶体沿横断面切开将一块晶体沿横断面切开, ,并使右半部分晶体绕轴转动并使右半部分晶体绕轴转动角角, ,再与左半部分的晶体粘在一起形成。可看成是由再与左半部分的晶体粘在一起形成。可看成是由互相交叉的螺位错所组成。互相交叉的螺位错所组成。A：不属于任一晶粒的原子 B：受压缩的区域C：受拉伸的区域 D：同属于两个晶粒的原子 在多晶体金属中，即使每个晶粒内，原子排列也是十在多晶体金属中，即使每个晶粒内，原子排列也是十分不

12、整齐的，其中会出现位向差极小（通常小于分不整齐的，其中会出现位向差极小（通常小于1 1）的亚）的亚结构，各亚结构之间的交界即为亚晶界。结构，各亚结构之间的交界即为亚晶界。 亚晶界属于小角度晶界，为各种亚结构的交界，大小和亚晶界属于小角度晶界，为各种亚结构的交界，大小和尺寸与热加工条件有关。尺寸与热加工条件有关。 在实际晶体中，晶面堆垛顺序发生局部差错在实际晶体中，晶面堆垛顺序发生局部差错而产生的一种晶体缺陷称为堆垛层错。而产生的一种晶体缺陷称为堆垛层错。孪晶界可分为：孪晶界可分为： 晶界能可以界面张力的形式表现出来，当三晶界能可以界面张力的形式表现出来，当三个晶粒共同相遇于个晶粒共同相遇于0 0点时，作用于此点的