材料化学 课件 第二章 晶体结构缺陷-4-线缺陷与位错

第二章晶体结构缺陷2.1概述2.2点缺陷2.3缺陷表示及反应方程式2.4线缺陷及位错2.5面缺陷第四节线缺陷与位错2.4线缺陷与位错2.4.1概述2.4.2位错概念2.4.3位错类型2.4.1概述位错是晶体中存在的非常重要的晶体缺陷，属于线缺陷。位错的特点是在一维方向上缺陷的尺寸较长，在另外二维方向上尺寸很小，从宏观看缺陷是线状的，从微观看是管状的。线缺陷：在两个方向尺寸很小，一个方向尺寸较大（可以和晶体或晶粒线度相比拟），又称为一维缺陷。位错模型最开始是为了解释金属材料的强度性质提出来的。经过近半个世纪的理论研究和实验观察，人们认识到位错存在不仅影响晶体的强度性质，而且与晶体生长、表面吸附、催化、扩散、晶体的电学、光学性质等均有密切关系。位错是晶体中常见的一种结构缺陷，对晶体的性质有很大的影响。了解位错的结构及性质，对于了解金属或者陶瓷多晶体中晶界的性质和烧结机理，也是不可缺少的。因此对于晶体中位错的观察和研究已经得到广泛的重视，晶体的生长过程也可以用位错理论来进行解释。2.4.2位错概念

实际晶体在结晶时受到杂质、温度变化或振动产生的应力作用，或由于晶体受到打击、切削、研磨等机械应力的作用，使晶体内部质点排列变形、原子行列间相互滑移，不再符合理想晶格的有秩序的排列而形成线状的缺陷，称为位错。位错的概念提出于1934年，但直到20世纪50年代，随着透射电子显微镜的发展，可直接观察到位错的存在，这一概念才为广大学者所接受，并得到深入的研究和发展。迄今，位错在晶体的塑性、强度、断裂、相变以及其他结构敏感性的问题中均扮演着重要角色。其理论亦成为材料科学的基础理论之一。2.4.3位错类型

位错最重要、基本的形态有刃型位错和螺型位错，也有介于它们之间的混合型位错。1.刃型位错(edgedislocation)2.螺型位错(screwdislocation)3.混合位错(mixeddislocation)刃型位错(edgedislocation)

刃型位错的结构有以下特点：正刃型位错：多出的半原子面在滑移面上边的刃型位错，记为“⊥”；负刃型位错：多出的半原子面在滑移面下边的刃型位错，记为“⊤”；这种正负之分只具相对意义，而无本质的区别。（1）刃型位错有一个额外的半原子面。EF线为位错线正刃型位错负刃型位错（2）刃型位错线可理解为晶体中已滑移区与未滑移区的边界线。它不一定是直线，可以是折线或曲线，但它必与滑移方向相垂直。（3）位错在晶体中引起畸变在位错线处最大，离位错线越远晶格畸变越小。原子严重错排的区域只有几个原子间距，因此位错是沿位错线为中心的一个狭长管道。位错的伯氏矢量柏氏矢量是一个反映位错周围点阵畸变总累积的物理量，记作b。矢量的方向为滑移方向；矢量的模|b|为滑移距离。用柏氏回路确定伯氏矢量：在实际晶体中，围绕位错(避开严重畸变区)以一定的步数作一闭合回路(称为柏氏回路)。在完整晶体中按同样的方向、步数作相同的回路，该回路并不封闭。由终点向起点引一矢量，使该回路闭合，这个矢量b就是实际晶体中位错的柏氏矢量。刃型位错，位错线与柏氏矢量垂直位错的连续性：位错不能中断于晶体内部，但可以形成一个封闭的位错环，或连接于晶界、位错结点，或终于表面。柏氏矢量的守恒性：柏氏矢量与回路起点及具体途径无关。2.螺型位错(screwdislocation)螺型位错，位错线与柏氏矢量平行。螺型位错的特征：（1）螺型位错无额外半原子面，原子错排是呈轴对称的。（2）螺型位错分为右旋和左旋。根据螺旋面旋转方向，符合右手法则（即以右手拇指代表螺旋前进方向，其他四指代表螺旋面的旋转方向）的称为右旋螺旋位错，符合左手法则的称为左旋螺旋法则。（3）离位错线距离越远，晶格畸变越小。螺型位错也是只包含几个原子宽度的线缺陷。3.混合位错(mixeddislocation)还有一种更普遍的位错，其滑移矢量既不平行也不垂直于位错线，而与位错线相交成任意角度，这种位错称为混合位错。A与C之间，位错线既不垂直也不平行于滑移矢量，每一小段位错线都可分解为刃型和螺型两个分量。刃型位错螺型位错与柏格斯矢量b的位置关系柏格斯矢量b与刃型位错线垂直柏格斯矢量b与螺型位错线平行位错分类刃性位错有正负之分螺形位错分为左旋和右旋位错是否引起晶体畸变和形成应力场引起晶体畸变和