材料物理化学-第四章 晶体的点缺陷与线缺陷

1、 湖南工学院 位错对晶体的强度与断裂等力学性能起着决定性的作用。同时，位错对晶体 的扩散与相变等过程也有一定的影响。 一、位错模型的提出背景 完整晶体塑性变形滑移的模型金属晶体的理论强度理论强度比实测 强度高出几个数量级 晶体缺陷的设想 线缺陷（位错）的模型 以位错滑 移模型计算出的晶体强度，与实测值基本相符。 晶体（例如Cu单晶体）作刚性滑移所需的临界切应力值（1540MPa）与实际 滑移测定的值（1MPa）相差巨大，表明晶体内部一定存在着很多缺陷，它们使滑 移，即塑性变形,不需作两个原子面之间的整体移动，在低的应力条件下就能进 行，这种内部缺陷就是位错。 二、理想晶体的滑移模型 晶体在滑移

2、时， 滑移面上各个原子在切应力作用下，同时克服相邻滑移面上 原子的作用力前进一个原子间距， 完成这一过程所需的切应力就相当于晶体的理 论剪切屈服强度， 这是一个很大的数值，例如Cu单晶体的理论剪切屈服强度约为 1540 MPa，但它实际的屈服强度仅为1Mpa，二者相差巨大 。 三、位错的基本类型和特征 晶体在不同的应力状态下， 其滑移方式不同。根据原子的滑移方向和位错线 取向的几何特征不同，位错分为 1、刃位错 形成及定义 晶体在大于屈服值的切应力t作用下，以ABCD面为滑移面发生滑移。EF是晶 体已滑移部分和未滑移部分的交线，犹如砍入晶体的一把刀的刀刃，即刃位错。 几何特征： 位错线与原子滑

3、移方向相垂直；滑移面上部位错线周围原子受 压应力作用， 原子间距小于正常晶格间距；滑移面下部位错线周围原子受张应力 作用，原子间距大于正常晶格间距。 分类：正刃位错， “” ；负刃位错， “T” 。符号中水平线代表滑 移面，垂直线代表半个原子面。 刃型位错的结构特征 有一额外的半原子面； 可理解为是已滑移区与未滑移区的边界线，可是直线 材料物理化学 湖南工学院 也可是折线和曲线， 但它们必与滑移方向和滑移矢量垂直；只能在同时包含有位 错线和滑移矢量的滑移平面上滑移； 位错周围点阵发生弹性畸变，有切应变， 也有正应变；位错畸变区只有几个原子间距，是狭长的管道，故是线缺陷 2、螺位错 形成及定义

4、晶体在外加切应力t作用下，沿ABCD面滑移，图中EF线为已滑移区与未滑移 区的分界处。 由于位错线周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，故称 为螺位错。 几何特征： 位错线与原子滑移方向相平行；位错线周围原子的配置是螺旋 状的。 分类：有左、右旋之分，分别以符号“È”和“Ç”表示。其中小圆点代 表与该点垂直的位错，旋转箭头表示螺旋的旋转方向。它们之间符合左手、右手 螺旋定则。 螺型位错的结构特征 无额外的半原子面，原子错排程轴对称，分右旋和左旋螺型位错；滑移面不 是唯一的， 包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面；位错周围点阵也发生 弹性畸变， 但只有平行于位错线的切应变而无正应变，即不引起体积的膨胀和收 缩；位错畸变区也是几个原子间距宽度，同样是线位错。 3、混合型位错 在外力t作用下， 两部分之间发生相对滑移，在晶体内部已滑移和未滑移部 分的交线既不垂直也不平行滑移方向（伯氏矢量b），这样的位错称为混合位错。 位错线上任意一点，经矢量分解后，可分解