第三章 晶体缺陷-3.2.2

1、第三章晶体缺陷第三章晶体缺陷李怀勇李怀勇聊城大学材料科学与工程学院聊城大学材料科学与工程学院2本章章节结构3.1点缺陷3.2位错3.3表面及界面3大小：畸变的程度，滑移距离；方向：什么类型的位错；滑移(错位)的方向。3.2.2 伯格氏（Burgers）矢量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)4(a) (a) 有位错的晶体有位错的晶体 (b) (b) 完整晶体完整晶体 MNOPQMNOPQ伯氏矢量伯氏矢量1. 1. 伯氏矢量的确定伯氏矢量的确定( (刃型位错刃型位错) )5(a) (a) 有位错的晶体有位错的晶体 (b) (b) 完整晶体完整晶体 伯氏矢量伯氏矢量1.

2、1. 伯氏矢量的确定伯氏矢量的确定( (螺型位错螺型位错) )61.伯氏矢量求法做一个伯式回路，步骤：（1）确定位错线的正方向（2）用右手螺旋定则确定回路。（3）围绕位错做一右旋闭合回路。（4）在完整晶体中按同样的方向和步数作相同的回路，如不闭合，则由终点向起点引一矢量b，即为伯氏矢量。7ScrewEdge8混合位错的形成混合位错的形成混合位错分解为刃位混合位错分解为刃位错和螺位错示意图错和螺位错示意图9刃位错的正负：右手法则刃位错的正负：右手法则,食位错线食位错线(正向正向),中伯氏矢量中伯氏矢量,拇指代拇指代表多余半原子面的位向，规定拇指向上为正，反之为负。表多余半原子面的位向，规定拇指向

3、上为正，反之为负。螺位错的左右：伯氏矢量与位错线正向平行的为右，反之为左。螺位错的左右：伯氏矢量与位错线正向平行的为右，反之为左。 位位错错线线伯伯氏氏矢矢量量刃刃型型正正负负右手法则右手法则直角坐标直角坐标 bb刃型位错刃型位错 bb右右左左螺型位错螺型位错正正负负判断位错的性质判断位错的性质10ScrewEdgebs = bcos b= bsin 混合位错混合位错 11思考题一个位错环能否各部分都是螺位错?能否各部分都是刃位错?为什么?解：螺位错的柏氏矢量与位错线平行，而一个位错只有一个柏氏矢量，一个位错环不可能与一个方向处处平行，所以一个位错环不能各部分都是螺位错。刃位错的柏氏矢量与位错

4、线垂直，如果柏氏矢量垂直位错环所在的平面，则位错环处处都是刃位错。这种位错的滑移面是位错环与柏氏矢量方向组成的棱柱面，这种位错又称棱柱位错。 12132. 伯氏矢量的特性1). 点阵畸变总累积的物理量。而该矢量的模|b|表示了畸变的程度，称为位错的强度。2). 柏氏矢量是唯一的，这就是柏氏矢量的守恒性(计算)。3). 一根位错线具有唯一的柏氏矢量（位错线上各处）。4). 分解 （证明）5). 位错的连续性。不能中断于晶体内部。（证明）1niibb交点交点b=0143.伯氏矢量的表示方法位错的伯氏矢量，任一原子从一个位置移向另一个位置所引出的矢量。伯氏矢量的大小和方向可以用它在晶轴上的分量来表示

5、。具体做法是：将某个滑移矢量在晶胞坐标轴上的分量，依次填入中，提取公因数k，使括号内的数字成为最小整数即可。buavbwc15右图中的矢量Ob，其晶向指数为110，伯氏矢量b1=1a+1b+0c,对于立方晶体a=b=c，故可简写为：xOabOyz右图中的矢量Oa，其晶向指数也为110，伯氏矢量b2=1/2a+1/2b+0c，可简写为：21102ab 1110ba举例举例16立方晶系晶体柏氏矢量表示方法由于a=b=c，柏氏矢量可用晶向指数表示为：b=a/n ，n为正整数。符合加减定律。其中a为晶胞参数，uvw表示矢量方向，它与晶体滑移方向的晶向符号相同。只不过晶向指数没有“大小”的概念，而柏氏矢

6、量必须在晶向指数的基础上把该矢量的模（或位错强度）也表示出来，因而要同时标出该矢量在各个晶轴上的分量.17位错的强度：就是错位的距离同一晶体中，柏氏矢量愈大，表明该位错导致点阵畸变愈严重，它所处的能量也愈高。能量较高的位错通常倾向于分解为两个或多个能量较低的位错：b1b2b3，并满足|b1|2|b2|2|b3|2，以使系统的自由能下降。222abuvwn18判断下列位错反应能否进行？若能进行，试在判断下列位错反应能否进行？若能进行，试在晶胞上作出矢量图。晶胞上作出矢量图。(1)11111100122(2)110121211266(3)112111111362(4) 10011111122aaa

7、aaaaaaaaa思考题：思考题：193.2.3 位错的运动宏观的塑性形变是位错运动的结果；通过学习，可以深入理解与材料的力学性能的关系；两种最基本的形式：滑移和攀移。20刃位错的滑移21位错的滑移是在外加切应力的作用下，通过位错中心附近的原子沿柏氏矢量方向象毛虫一样爬22螺型位错的滑移 滑移面选择很多 交滑移 双交滑移螺型位错的微观动动.swf螺型位错宏观运动.swf螺型位错微观运动.swf23沿各点的法线方向在滑移面上向外扩展。混合位错的滑移24刃位错的运动刃位错的运动螺位错的运动螺位错的运动混合位错混合位错的运动的运动251) 1) 刃型位错滑移的切应力方向与位错线垂直，而螺型刃型位错滑

8、移的切应力方向与位错线垂直，而螺型位错滑移的切应力方向与位错线平行；位错滑移的切应力方向与位错线平行； 2) 2) 无论刃型位错还是螺型位错，位错的运动方向总是无论刃型位错还是螺型位错，位错的运动方向总是与位错线垂直的；（伯氏矢量方向代表晶体的滑移方向）与位错线垂直的；（伯氏矢量方向代表晶体的滑移方向） 3) 3) 刃型位错引起的晶体的滑移方向与位错运动方向一刃型位错引起的晶体的滑移方向与位错运动方向一致，而螺型位错引起的晶体的滑移方向与位错运动方向致，而螺型位错引起的晶体的滑移方向与位错运动方向垂直；垂直； 4) 4) 位错滑移的切应力方向与柏氏矢量一致；位错滑移位错滑移的切应力方向与柏氏矢

9、量一致；位错滑移后，滑移面两侧晶体的相对位移与柏氏矢量一致；后，滑移面两侧晶体的相对位移与柏氏矢量一致；5) 5) 对螺型位错，如果在原滑移面上运动受阻时，有可对螺型位错，如果在原滑移面上运动受阻时，有可能转移到与之相交的另一滑移面上继续滑移，这称为交能转移到与之相交的另一滑移面上继续滑移，这称为交滑移滑移 ( (双交滑移）双交滑移） 。位错滑移的特点位错滑移的特点26位错的滑移特征位错的滑移特征位错位错类型类型柏氏柏氏矢量矢量位错线位错线运动方向运动方向晶体滑晶体滑移方向移方向切应力切应力方向方向滑移面数滑移面数目目刃型刃型位错位错位错线位错线 位错线本身位错线本身 与与b b一致一致 与与

10、b b一致一致唯一确定唯一确定螺型螺型位错位错位错线位错线 位错线本身位错线本身 与与b b一致一致 与与b b一致一致多个多个混合混合位错位错成角度成角度位错线本身位错线本身 与与b b一致一致 与与b b一致一致唯一确定唯一确定27在垂直于滑移面的方向上运动，即发生攀移。正负攀移 。位错攀移需要热激活，较之滑移所需的能量更大。刃型位错的攀移28刃位错攀移示意图刃位错攀移示意图（a）正攀移（半原子）正攀移（半原子面缩短）面缩短）(b)未攀移未攀移（c）负攀移（半）负攀移（半原子面伸长）原子面伸长）29 在位错的滑移运动过程中，其位错线往往很难同时实现全长的运动。阻力或者位错间的交割 打弯：扭

11、折（处于滑移面上)割阶（垂直于滑移面）运动位错的交割30图图3.17位错中出现的割阶与扭折示意图位错中出现的割阶与扭折示意图(a) 刃型位错（刃型位错（b）螺型位错）螺型位错扭折和割阶的位错类型刃位错：扭折，螺位错 割阶，刃位错 螺位错：均为刃位错31 两个柏氏矢量互相垂直/平行的刃位错交割垂直垂直平行平行位错相对运动.swf32两个伯氏矢量互相垂直的刃螺位错的交割33两个柏氏矢量互相垂直的两螺位错的交割34交割总结 交割后，位错线上都可以产生扭折或割阶，其大小和方向由另一位错的b矢量决定 割阶都是刃型位错 扭折可随位错线一起运动，基本不产生阻力，而且在线张力下不易消失35割阶与原位错线不在同一滑移面割阶与原位错线不在同一滑移面上，如果不产生攀移，则阻力很上，如果不产生攀移，则阻力很大，产生割阶硬化现象。大，产生割阶硬化现象。 割阶的高度只有