材料科學(xué)基礎(chǔ)——位錯(cuò)課件

1、位錯(cuò)基本知識(shí)位錯(cuò)基本知識(shí)主要內(nèi)容主要內(nèi)容概論概論位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)位錯(cuò)的應(yīng)變能位錯(cuò)的應(yīng)變能位錯(cuò)受力位錯(cuò)受力位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)割階及其運(yùn)動(dòng)割階及其運(yùn)動(dòng)彎結(jié)及其運(yùn)動(dòng)彎結(jié)及其運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)理論提出理論強(qiáng)度和實(shí)際強(qiáng)度的差異變形時(shí)，若晶體在滑移面兩側(cè)相對(duì)滑過(guò)，則在滑移面上所有的鍵都要破斷變形時(shí)，若晶體在滑移面兩側(cè)相對(duì)滑過(guò)，則在滑移面上所有的鍵都要破斷來(lái)產(chǎn)生永久的位移。據(jù)此，可估算滑移所需的臨界分切應(yīng)力。來(lái)產(chǎn)生永久的位移。據(jù)此，可估算滑移所需的臨界分切應(yīng)力。0 0 位錯(cuò)概論位錯(cuò)概論n 理論切變強(qiáng)度的估算理論切變強(qiáng)度的估算 假設(shè)能量曲線是正弦形式。假設(shè)能量曲線是正弦形式。使原子面相對(duì)切開所需要的切使原子面

2、相對(duì)切開所需要的切應(yīng)力為：應(yīng)力為： 在彈性變形范圍，應(yīng)力和應(yīng)變?cè)趶椥宰冃畏秶?，?yīng)力和應(yīng)變服從胡克定律：服從胡克定律： G切變模量，切變模量，切應(yīng)變，切應(yīng)變，可可以近似為以近似為x/a，上式變成：，上式變成：2sincxb2sincxbG222ccxxGbGGaba 類型：刃型位錯(cuò)類型：刃型位錯(cuò) 螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò) 混合位錯(cuò)混合位錯(cuò) 混合位錯(cuò)混合位錯(cuò) cbdun 位錯(cuò)類型與柏氏矢量關(guān)系位錯(cuò)類型與柏氏矢量關(guān)系 ：。n 柏氏矢量的物理意義柏氏矢量的物理意義 反映位錯(cuò)產(chǎn)生的畸變的程度和方向。反映位錯(cuò)產(chǎn)生的畸變的程度和方向。0b t b tbb tb n 晶體中的位錯(cuò)組態(tài)和位錯(cuò)密度晶體中的位錯(cuò)組態(tài)和位錯(cuò)密

3、度 或 (cm/cm3)或 (1/cm2) b/2 把錯(cuò)排大小把錯(cuò)排大小大于其最大大于其最大 值一半值一半(b/4)的的 那段距離定那段距離定 義為位錯(cuò)半寬度義為位錯(cuò)半寬度 ，在位錯(cuò)寬，在位錯(cuò)寬 度范圍內(nèi)度范圍內(nèi), -b/4 b/4。把錯(cuò)排曲線變成連續(xù)曲線，對(duì)錯(cuò)排曲線求導(dǎo)數(shù)得：把錯(cuò)排曲線變成連續(xù)曲線，對(duì)錯(cuò)排曲線求導(dǎo)數(shù)得：因?yàn)橐驗(yàn)閒(x)曲線下面的面積等于曲線下面的面積等于b，所以稱，所以稱f(x)為柏氏矢量分布函數(shù)。分布函數(shù)為柏氏矢量分布函數(shù)。分布函數(shù)清楚地顯示錯(cuò)排集中于中心。清楚地顯示錯(cuò)排集中于中心。 ()( )duf xdx方解石方解石石鹽石鹽石蠟（生長(zhǎng)螺旋）石蠟（生長(zhǎng)螺旋）碳化硅（生長(zhǎng)螺

4、旋）碳化硅（生長(zhǎng)螺旋）甲苯胺雙螺位錯(cuò)生長(zhǎng)中心甲苯胺雙螺位錯(cuò)生長(zhǎng)中心n 位錯(cuò)的定義位錯(cuò)的定義 晶體中柏氏矢量不等于零的晶體缺陷。柏氏矢量不等于零的晶體缺陷。 晶體中已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交界晶體中已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交界。0b 1 1 位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)2zbrn計(jì)算直螺位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的模型計(jì)算直螺位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的模型 n螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力場(chǎng)柱面坐標(biāo)表示： 直角坐標(biāo)表示： 式中，G為切變模量，b為柏氏矢量，r為距位錯(cuò)中心的距離螺型位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的特點(diǎn)：螺型位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的特點(diǎn)： (1)只有切應(yīng)力分量只有切應(yīng)力分量，正應(yīng)力分量全為零，這表明螺型位錯(cuò)不引起晶體的膨脹和收縮。 (2)螺型位錯(cuò)所產(chǎn)生的切

5、應(yīng)力分量只與r有關(guān)（成反比），且螺型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)螺型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)是軸對(duì)稱的是軸對(duì)稱的，并隨著與位錯(cuò)距離的增大，應(yīng)力值減小。 (3)這里當(dāng)r0時(shí)，z，顯然與實(shí)際情況不符，這說(shuō)明上述結(jié)果不適用位錯(cuò)中心的嚴(yán)重畸變區(qū)(r =b)。02rzrrrzzzrGbGn 計(jì)算直正刃位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的模型計(jì)算直正刃位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的模型n 刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力場(chǎng)柱面坐標(biāo)表示：柱面坐標(biāo)表示： 直角坐標(biāo)表示直角坐標(biāo)表示：式中，；式中，；G為切變模量；為切變模量；為泊松比；為為泊松比；為b柏氏矢量。柏氏矢量。 刃型位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的特點(diǎn)：刃型位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的特點(diǎn)：(1)同時(shí)存在正應(yīng)力分量與切應(yīng)力分量同時(shí)存在正應(yīng)力分量與切應(yīng)力分量，

6、而且各應(yīng)力分量的大小與G和b成正比，與r成反比，即隨著與位錯(cuò)距離的增大，應(yīng)力的絕對(duì)值減小。(2)各應(yīng)力分量都是，的函數(shù)，而與無(wú)關(guān)。這表明在平行于位錯(cuò)的直線上，任一點(diǎn)的應(yīng)力均相同。(3)刃型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)對(duì)稱于多余半原子面（y-z面），即對(duì)稱于y軸。(4) 在滑移面（y0）上，沒(méi)有正應(yīng)力，只有切應(yīng)力，而且切應(yīng)力xy 達(dá)到極大值 。(5)y0時(shí)，xx0；而y0。這說(shuō)明正刃型位錯(cuò)的位錯(cuò)滑移面上側(cè)為壓應(yīng)力，滑移面下側(cè)為拉應(yīng)力正刃型位錯(cuò)的位錯(cuò)滑移面上側(cè)為壓應(yīng)力，滑移面下側(cè)為拉應(yīng)力。(6) xy時(shí)，yy，xy均為零，說(shuō)明在直角坐標(biāo)的兩條對(duì)角線處，只有xx，而且在每條對(duì)角線的兩側(cè)，xy(yx)及yy的符號(hào)相反

7、。(7) 產(chǎn)生體積應(yīng)變（體積膨脹率）。在滑移面以上0，在滑移面以下0。(8) 同螺型位錯(cuò)一樣，上述公式不能用于刃型位錯(cuò)的中心區(qū)。n應(yīng)力分量的分布應(yīng)力分量的分布 sin (2cos2 )2 (1)sincos22 (1)coscos22 (1)xxyyxyGbrGbrGbr刃位錯(cuò)各應(yīng)力分量的等應(yīng)力線刃位錯(cuò)各應(yīng)力分量的等應(yīng)力線n 混合直位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)混合直位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)因?yàn)榛煨椭蔽诲e(cuò)可看成是刃型分量和螺型分量位錯(cuò)的迭加，所以混型因?yàn)榛煨椭蔽诲e(cuò)可看成是刃型分量和螺型分量位錯(cuò)的迭加，所以混型直位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)直位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng) 也可以由也可以由 刃型分量和刃型分量和 螺型分量螺型分量 位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)疊加得位錯(cuò)的應(yīng)力

8、場(chǎng)疊加得出。如果出。如果 混位錯(cuò)的柏氏矢量的螺型分量是混位錯(cuò)的柏氏矢量的螺型分量是bs、刃型分量是、刃型分量是be，則其，則其應(yīng)力場(chǎng)為：應(yīng)力場(chǎng)為：混型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)包含全部的六個(gè)分量?；煨臀诲e(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)包含全部的六個(gè)分量。 n位錯(cuò)的應(yīng)變能位錯(cuò)的應(yīng)變能位錯(cuò)周圍點(diǎn)陣畸變引起彈性應(yīng)力場(chǎng)導(dǎo)致晶體能量增加，這部分能量稱為位錯(cuò) 的應(yīng)變能。 位錯(cuò)的能量可分為兩部分：位錯(cuò)中心畸變能和位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)引起的彈性應(yīng)變能。位錯(cuò)的彈性應(yīng)變能位錯(cuò)的彈性應(yīng)變能螺型螺型位錯(cuò)的彈性應(yīng)變能（單位長(zhǎng)度）：位錯(cuò)的彈性應(yīng)變能（單位長(zhǎng)度）：刃型刃型位錯(cuò)的彈性應(yīng)變能（單位長(zhǎng)度）：位錯(cuò)的彈性應(yīng)變能（單位長(zhǎng)度）：混合混合位錯(cuò)的彈性應(yīng)變能（單位長(zhǎng)度）：

9、位錯(cuò)的彈性應(yīng)變能（單位長(zhǎng)度）：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度位錯(cuò)的單位長(zhǎng)度位錯(cuò)的彈性彈性應(yīng)變能可簡(jiǎn)化為：應(yīng)變能可簡(jiǎn)化為：20ln4sGbrEr20ln4 (1)1332SGbrEerEeE如果取，可知，2022ln4sincos,1mesGbrEEEkrk 式中，是位錯(cuò)線與柏氏矢量的夾角。2GbE 2 位錯(cuò)的應(yīng)變能位錯(cuò)的應(yīng)變能位錯(cuò)中心畸變能和位錯(cuò)的應(yīng)變能位錯(cuò)中心畸變能和位錯(cuò)的應(yīng)變能從上頁(yè)公式看出，當(dāng)從上頁(yè)公式看出，當(dāng)r00及及r 時(shí)，位錯(cuò)應(yīng)變能均趨于無(wú)限時(shí)，位錯(cuò)應(yīng)變能均趨于無(wú)限大。大。 r00 是不適用的，是不適用的， r 是沒(méi)有實(shí)際意義的。是沒(méi)有實(shí)際意義的。位錯(cuò)中心部分的能量約為直位錯(cuò)總能量的位錯(cuò)中心部分的能量約

10、為直位錯(cuò)總能量的10%25%。把這一。把這一數(shù)值計(jì)算在內(nèi)，可以把位錯(cuò)的總能量改寫為數(shù)值計(jì)算在內(nèi)，可以把位錯(cuò)的總能量改寫為 ：20ln4,1/4.GbrEkr對(duì)于金屬來(lái)說(shuō)21002.50.51.0,40,0.25Ek GbnJ mkGGPa bnm取取取總總 結(jié)結(jié) 位錯(cuò)的能量包括兩部分：位錯(cuò)中心畸變能和位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)引起的彈性應(yīng)變能。位錯(cuò)中心區(qū)的能量約為總能量1/10，可忽略。位錯(cuò)的應(yīng)變能與b2成正比。因此，從能量的觀點(diǎn)來(lái)看，晶體中具有最小b的位錯(cuò)應(yīng)該是最穩(wěn)定的，而b大的位錯(cuò)有可能分解為b小的位錯(cuò)，以降低系統(tǒng)的能量。由此也可理解為滑移方向總是沿著原子的密排方向的滑移方向總是沿著原子的密排方向的。 螺

11、位錯(cuò)的彈性應(yīng)變能約為刃位錯(cuò)的2/3。 位錯(cuò)的能量是以單位長(zhǎng)度的能量來(lái)定義的，故位錯(cuò)的能量還與位錯(cuò)線的形狀有關(guān)。由于兩點(diǎn)間以直線為最短，所以直線位錯(cuò)的應(yīng)變能小于彎曲位錯(cuò)的，即更穩(wěn)定，因此，位錯(cuò)線有盡量變直和縮短其長(zhǎng)度的趨勢(shì)位錯(cuò)線有盡量變直和縮短其長(zhǎng)度的趨勢(shì)。位錯(cuò)的存在均會(huì)使體系的內(nèi)能升高，雖然位錯(cuò)的存在也會(huì)引起晶體中熵值的增加，但相對(duì)來(lái)說(shuō)，熵值增加有限?？梢院雎圆挥?jì)。因此，位錯(cuò)的存在使晶體處于位錯(cuò)的存在使晶體處于高能的不穩(wěn)定狀態(tài)，可見(jiàn)位錯(cuò)是熱力學(xué)上不穩(wěn)定的晶體缺陷高能的不穩(wěn)定狀態(tài)，可見(jiàn)位錯(cuò)是熱力學(xué)上不穩(wěn)定的晶體缺陷。但由于位錯(cuò)間相互作用，形成一種亞穩(wěn)組態(tài)，即使經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間 充分退火，也不能完全消除位

12、錯(cuò)也不能完全消除位錯(cuò)（一般經(jīng)充分退火的金屬，其位 錯(cuò)密度仍達(dá)106108cm-2）。 3 3 位錯(cuò)受力位錯(cuò)受力n 廣義力定義廣義力定義 n 位錯(cuò)受力位錯(cuò)受力TEFTn 位錯(cuò)間的作用力位錯(cuò)間的作用力 實(shí)際晶體中往往有許多位錯(cuò)同時(shí)存在。任一位錯(cuò)在其相鄰位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)作用下都會(huì)受到作實(shí)際晶體中往往有許多位錯(cuò)同時(shí)存在。任一位錯(cuò)在其相鄰位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)作用下都會(huì)受到作用力，此交互作用力隨位錯(cuò)類型、柏氏矢量大小、位錯(cuò)線相對(duì)位向的變化而變化。用力，此交互作用力隨位錯(cuò)類型、柏氏矢量大小、位錯(cuò)線相對(duì)位向的變化而變化。Peach-Koehler公式公式 在外應(yīng)力作用下，單位長(zhǎng)度位錯(cuò)線上所受的力（方向恒與位錯(cuò)線垂直）：在外應(yīng)

13、力作用下，單位長(zhǎng)度位錯(cuò)線上所受的力（方向恒與位錯(cuò)線垂直）：平行螺位錯(cuò)間的作用力平行螺位錯(cuò)間的作用力 因此，兩平行螺型位錯(cuò)間的作用力，其大小與兩位錯(cuò)強(qiáng)度的乘積成正比，而與兩位錯(cuò)間距成反比，其方向則沿徑向r垂直于所作用的位錯(cuò)線，當(dāng)當(dāng)bl與與b2同向時(shí)，同向時(shí)，F(xiàn)r0，即兩同號(hào)平，即兩同號(hào)平行螺型位錯(cuò)相互排斥；而當(dāng)行螺型位錯(cuò)相互排斥；而當(dāng)bl與與b2反向時(shí)，反向時(shí)，F(xiàn)r0，即兩異號(hào)平行螺型位錯(cuò)相互吸引。，即兩異號(hào)平行螺型位錯(cuò)相互吸引。 dFbtdlt式中，外加應(yīng)力或其他位錯(cuò)的應(yīng)力；位錯(cuò)線元的單位矢量rbGbFjyxybGbFiyxxbGbFryx12222122212221或，；平行刃位錯(cuò)間的作用力

14、平行刃位錯(cuò)間的作用力 平行刃位錯(cuò)間相互作用穩(wěn)定位置平行刃位錯(cuò)間相互作用穩(wěn)定位置攀移。力，使位錯(cuò)是垂直于滑移面的作用。是沿滑移方向的作用力2222222122222221231212bFFyxyxybGbbFyxyxxbGbbFyxxxyxyx兩個(gè)肖克萊兩個(gè)肖克萊 (Shockley)位錯(cuò)間的作用力位錯(cuò)間的作用力肖克萊肖克萊 (Shockley)位錯(cuò)位錯(cuò)柏氏矢量平行于滑移面的半位錯(cuò)，例如面心立方晶體中的柏柏氏矢量平行于滑移面的半位錯(cuò)，例如面心立方晶體中的柏氏矢量為氏矢量為 的半位錯(cuò)的半位錯(cuò)兩個(gè)肖克萊兩個(gè)肖克萊 (Shockley)位錯(cuò)間的作用力位錯(cuò)間的作用力 兩個(gè)肖克萊位錯(cuò)間的作用力為斥力，使兩

15、個(gè)肖克萊位錯(cuò)分開，分開的距離兩個(gè)肖克萊位錯(cuò)間的作用力為斥力，使兩個(gè)肖克萊位錯(cuò)分開，分開的距離r與層錯(cuò)能與層錯(cuò)能（）的表面張力有關(guān)，達(dá)到平衡時(shí)：（）的表面張力有關(guān)，達(dá)到平衡時(shí)：1126ab rGarGaF161321622SFEGar162n位錯(cuò)的線張力位錯(cuò)的線張力位錯(cuò)線每增加單位長(zhǎng)度所增加的能量位錯(cuò)線每增加單位長(zhǎng)度所增加的能量上式是假定刃型、螺型和混合位錯(cuò)的單位長(zhǎng)度能量都相等得到的。由于刃型位錯(cuò)的上式是假定刃型、螺型和混合位錯(cuò)的單位長(zhǎng)度能量都相等得到的。由于刃型位錯(cuò)的能量比螺型位錯(cuò)的大，所以線張力也大。因此可知：能量比螺型位錯(cuò)的大，所以線張力也大。因此可知：直的刃型位錯(cuò)彎曲后，增加了螺型位錯(cuò)分

16、量，雖然位錯(cuò)線的長(zhǎng)度增加了，但單位直的刃型位錯(cuò)彎曲后，增加了螺型位錯(cuò)分量，雖然位錯(cuò)線的長(zhǎng)度增加了，但單位位錯(cuò)線的能量卻減少。位錯(cuò)線的能量卻減少。直的螺型位錯(cuò)彎曲后，增加了刃型位錯(cuò)分量，單位位錯(cuò)線的能量要增加，所以螺直的螺型位錯(cuò)彎曲后，增加了刃型位錯(cuò)分量，單位位錯(cuò)線的能量要增加，所以螺型位錯(cuò)比刃型位錯(cuò)難彎曲。型位錯(cuò)比刃型位錯(cuò)難彎曲。上述結(jié)論對(duì)分析位錯(cuò)的繞過(guò)機(jī)制非常重要上述結(jié)論對(duì)分析位錯(cuò)的繞過(guò)機(jī)制非常重要。2221212 . 13 . 0GbTTGbdldET可表示為：，。若取n位錯(cuò)所受的化學(xué)力（滲透力）位錯(cuò)所受的化學(xué)力（滲透力） 0exp(/exp(/)VfcEFbkTcFbkT）/200lnl

17、nbkTckTcFcbcn 映像力映像力若位錯(cuò)靠近自由表面，它的一部分應(yīng)變能會(huì)被松弛。為降低能量，位錯(cuò)就有若位錯(cuò)靠近自由表面，它的一部分應(yīng)變能會(huì)被松弛。為降低能量，位錯(cuò)就有逸出表面的傾向，即自由表面對(duì)位錯(cuò)有一吸力。該力相當(dāng)于在自由表面外側(cè)與位錯(cuò)逸出表面的傾向，即自由表面對(duì)位錯(cuò)有一吸力。該力相當(dāng)于在自由表面外側(cè)與位錯(cuò)成鏡面對(duì)稱的位置放入一個(gè)反號(hào)位錯(cuò)（稱成鏡面對(duì)稱的位置放入一個(gè)反號(hào)位錯(cuò)（稱映像位錯(cuò)映像位錯(cuò)）對(duì)真實(shí)位錯(cuò)的作用力，故這力）對(duì)真實(shí)位錯(cuò)的作用力，故這力稱稱映像力映像力。 例如：一平行于表面距表面為例如：一平行于表面距表面為A A的的 直螺位錯(cuò)，其單位長(zhǎng)度的彈性應(yīng)變能為：直螺位錯(cuò)，其單位長(zhǎng)度

18、的彈性應(yīng)變能為： 位錯(cuò)所受自由表面的吸力為：位錯(cuò)所受自由表面的吸力為： * *對(duì)刃位錯(cuò)也近似用此法計(jì)算映像力。對(duì)刃位錯(cuò)也近似用此法計(jì)算映像力。 * *在兩個(gè)彈性模量不同的材料邊界附近的位錯(cuò)，界面也會(huì)對(duì)它產(chǎn)生映像力。在兩個(gè)彈性模量不同的材料邊界附近的位錯(cuò)，界面也會(huì)對(duì)它產(chǎn)生映像力。 * *在薄膜晶體中映像力將起重要作用。在薄膜晶體中映像力將起重要作用。20ln4sGbEr24simEG bF 4 4 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)n 位錯(cuò)保守運(yùn)動(dòng)與非保守運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)保守運(yùn)動(dòng)與非保守運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)保守運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)保守運(yùn)動(dòng)不引起晶體體積變化的運(yùn)動(dòng)。不引起晶體體積變化的運(yùn)動(dòng)。非保守運(yùn)動(dòng)非保守運(yùn)動(dòng)伴隨著晶體體積變化的運(yùn)動(dòng)。伴隨著

19、晶體體積變化的運(yùn)動(dòng)。 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)掃過(guò)的面的兩側(cè)相對(duì)移動(dòng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)掃過(guò)的面的兩側(cè)相對(duì)移動(dòng)b，單位長(zhǎng)度位錯(cuò)，單位長(zhǎng)度位錯(cuò)t向任意方向移動(dòng)了向任意方向移動(dòng)了dd， 位錯(cuò)線掃過(guò)的面積位錯(cuò)線掃過(guò)的面積ds為：為： ds =t dd =nds 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起的體積變化為：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起的體積變化為：V =bds =b nd s 當(dāng)位錯(cuò)線在當(dāng)位錯(cuò)線在t與與b共面的面運(yùn)動(dòng)時(shí)，共面的面運(yùn)動(dòng)時(shí)， bn =0，則，則，V=0，稱保守運(yùn)動(dòng)（，稱保守運(yùn)動(dòng)（滑移滑移），），t和和b共面的面稱位錯(cuò)的共面的面稱位錯(cuò)的滑移面滑移面。 當(dāng)位錯(cuò)不在滑移面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)位錯(cuò)不在滑移面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，V0，稱非保守運(yùn)動(dòng)。，稱非保守運(yùn)動(dòng)。 非保守運(yùn)動(dòng)可

20、分解非保守運(yùn)動(dòng)可分解為為在滑移面上運(yùn)動(dòng)（滑移）在滑移面上運(yùn)動(dòng)（滑移）和和垂直于滑移面運(yùn)動(dòng)（攀移）垂直于滑移面運(yùn)動(dòng)（攀移）的合成。的合成?；苹莆诲e(cuò)在滑移面的運(yùn)動(dòng)。不會(huì)引起晶體體積的變化位錯(cuò)在滑移面的運(yùn)動(dòng)。不會(huì)引起晶體體積的變化保守運(yùn)動(dòng)。保守運(yùn)動(dòng)。攀移攀移位錯(cuò)垂直于滑移面的運(yùn)動(dòng)。伴隨著晶體體積的變化位錯(cuò)垂直于滑移面的運(yùn)動(dòng)。伴隨著晶體體積的變化非保守運(yùn)動(dòng)。非保守運(yùn)動(dòng)。 刃位錯(cuò)的刃位錯(cuò)的與位錯(cuò)線垂直，其滑移面是唯一的，所以與位錯(cuò)線垂直，其滑移面是唯一的，所以刃位錯(cuò)即可滑刃位錯(cuò)即可滑移，又可攀移。移，又可攀移。攀移引起位錯(cuò)的半原子攀移引起位錯(cuò)的半原子 面縮?。ㄕ室疲┖蛿U(kuò)大（負(fù)攀移）面縮?。ㄕ室疲?/p>

21、和擴(kuò)大（負(fù)攀移） ，因此因此攀移總是伴隨著點(diǎn)缺陷的輸運(yùn)。攀移總是伴隨著點(diǎn)缺陷的輸運(yùn)。 螺位錯(cuò)的螺位錯(cuò)的與位錯(cuò)線平行，其滑移面是與位錯(cuò)線平行的多個(gè)滑移面，與位錯(cuò)線平行，其滑移面是與位錯(cuò)線平行的多個(gè)滑移面，所以螺位錯(cuò)只能滑移，并可改變滑移面，但不能攀移。所以螺位錯(cuò)只能滑移，并可改變滑移面，但不能攀移。 n 位錯(cuò)的滑移位錯(cuò)的滑移位錯(cuò)線滑動(dòng)的方向位錯(cuò)線滑動(dòng)的方向 右手定則右手定則 拇指指向拇指指向中指指向中指指向食指指向食指指向 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起的塑性應(yīng)變位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起的塑性應(yīng)變 1NiibbDNxddxn位錯(cuò)的產(chǎn)生和增殖位錯(cuò)的產(chǎn)生和增殖 n 位錯(cuò)的攀移位錯(cuò)的攀移 刃位錯(cuò)才能攀移刃位錯(cuò)才能攀移 攀移力攀移力

22、單位長(zhǎng)度位錯(cuò)攀移時(shí)所需要的力單位長(zhǎng)度位錯(cuò)攀移時(shí)所需要的力 產(chǎn)生攀移的力：產(chǎn)生攀移的力：外加正應(yīng)力；外加正應(yīng)力； 過(guò)飽和空位產(chǎn)生的力過(guò)飽和空位產(chǎn)生的力滲透力滲透力(化學(xué)力化學(xué)力)0。 外加正應(yīng)力外加正應(yīng)力 2fcfEFb；E 是空位的形成能。23331,51,5,ffcffEFbbbEGbEGb如攀移力靠外加正應(yīng)力 提供，E則，； =已知代入上式:=。可知 刃型位錯(cuò)要整體向上攀移 外加應(yīng)力要達(dá)到理論強(qiáng)度。實(shí)際位錯(cuò)是逐段攀移。過(guò)飽和空位濃度?？瘴黄胶鉂舛?；式中，；CCCCbkTF0020ln過(guò)飽和空位產(chǎn)生的力過(guò)飽和空位產(chǎn)生的力滲透力滲透力(化學(xué)力化學(xué)力)0。 滲透力滲透力0在位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)作用下，過(guò)飽

23、和空位將凝聚在位錯(cuò)上，相當(dāng)于在位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)作用下，過(guò)飽和空位將凝聚在位錯(cuò)上，相當(dāng)于有一種力促使位錯(cuò)向上攀移。有一種力促使位錯(cuò)向上攀移。在淬火、冷加工及輻照等情形下，會(huì)產(chǎn)生大量的過(guò)飽和空位，此時(shí)的滲在淬火、冷加工及輻照等情形下，會(huì)產(chǎn)生大量的過(guò)飽和空位，此時(shí)的滲透力將會(huì)非常大，可以不需借助外應(yīng)力，就可能攀移。可見(jiàn)攀移過(guò)程是透力將會(huì)非常大，可以不需借助外應(yīng)力，就可能攀移。可見(jiàn)攀移過(guò)程是由擴(kuò)散控制的。由擴(kuò)散控制的。n 攀移在變形中的作用攀移在變形中的作用金屬在高溫下將發(fā)生蠕變，蠕變速率決定于位錯(cuò)攀移速率。金屬在高溫下將發(fā)生蠕變，蠕變速率決定于位錯(cuò)攀移速率。蠕變時(shí)攀移的主要作用是幫助位錯(cuò)克服滑移的障礙，即

24、變形主要由位錯(cuò)滑移來(lái)完成，控制滑移量的大小是位錯(cuò)的攀移。位錯(cuò)攀移促使滑移的機(jī)理：位錯(cuò)攀移促使滑移的機(jī)理：當(dāng)位錯(cuò)塞積在某種不動(dòng)的障礙前面時(shí)，領(lǐng)先位錯(cuò)當(dāng)位錯(cuò)塞積在某種不動(dòng)的障礙前面時(shí)，領(lǐng)先位錯(cuò)可通過(guò)攀移運(yùn)動(dòng)避開障礙，是后續(xù)位錯(cuò)可繼續(xù)運(yùn)動(dòng)；可通過(guò)攀移運(yùn)動(dòng)避開障礙，是后續(xù)位錯(cuò)可繼續(xù)運(yùn)動(dòng)；在平行滑移面上異號(hào)位錯(cuò)組成的位錯(cuò)多極子，可在平行滑移面上異號(hào)位錯(cuò)組成的位錯(cuò)多極子，可以通過(guò)攀移，使位錯(cuò)消毀，從而降低了位錯(cuò)的密度，減以通過(guò)攀移，使位錯(cuò)消毀，從而降低了位錯(cuò)的密度，減少了對(duì)位錯(cuò)源的反作用力。使新的位錯(cuò)環(huán)又能產(chǎn)生。少了對(duì)位錯(cuò)源的反作用力。使新的位錯(cuò)環(huán)又能產(chǎn)生。當(dāng)位錯(cuò)遇到第二相，產(chǎn)生當(dāng)位錯(cuò)遇到第二相，產(chǎn)生Or

25、owan環(huán)繞過(guò)使，形環(huán)繞過(guò)使，形成的位錯(cuò)環(huán)可在螺位錯(cuò)的交滑移和刃位錯(cuò)攀移的共同作成的位錯(cuò)環(huán)可在螺位錯(cuò)的交滑移和刃位錯(cuò)攀移的共同作用下，最后崩坍。位錯(cuò)源又可放出新的位錯(cuò)，使變形繼用下，最后崩坍。位錯(cuò)源又可放出新的位錯(cuò)，使變形繼續(xù)下去。續(xù)下去。5 5 割階的生成及其運(yùn)動(dòng)割階的生成及其運(yùn)動(dòng)割階割階位錯(cuò)交截后，產(chǎn)生的不在滑移面上的一段折線不在滑移面上的一段折線，大小等于相交位錯(cuò)的柏氏矢量的模， 方向平行于相交位錯(cuò)的柏氏矢量。彎折（彎結(jié)）彎折（彎結(jié)）位錯(cuò)交截后，產(chǎn)生的在滑移面上的一段折線滑移面上的一段折線。割階的生成：割階的生成：位錯(cuò)攀移；位錯(cuò)交截。n位錯(cuò)交截生成的割階位錯(cuò)交截生成的割階刃型位錯(cuò)與螺位錯(cuò)

26、的交截刃型位錯(cuò)與螺位錯(cuò)的交截 EF位錯(cuò)上的折線pp割階。割階pp 可隨EF位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，割階pp運(yùn)動(dòng)的平面是圖中陰影線畫的平面，割階割階pp 對(duì)刃型位對(duì)刃型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)阻力小錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)阻力小。螺位錯(cuò)與螺位錯(cuò)的交截螺位錯(cuò)與螺位錯(cuò)的交截IJ位錯(cuò)上的折線pp割階。割階pp 隨IJ位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)，只能攀移，結(jié)果在割階的后面留下一串空位或間隙原子。前者稱空位割階，后者稱間隙割階。割階對(duì)螺位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力割階對(duì)螺位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力大。大。刃位錯(cuò)與刃位錯(cuò)的交截刃位錯(cuò)與刃位錯(cuò)的交截 n螺位錯(cuò)上的割階螺位錯(cuò)上的割階種類按割階高度分為三類種類按割階高度分為三類小型割階小型割階高度為幾個(gè)原子面間距。中等割階中等割階高度為幾個(gè)幾十個(gè)原

27、子面間距。超割階超割階高度為幾十納米。小割階小割階隨螺位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)后留下一串空位或間隙原子。螺位錯(cuò)上割階的運(yùn)動(dòng)：螺位錯(cuò)上割階的運(yùn)動(dòng)： 外力較小時(shí)，割階對(duì)位錯(cuò)起釘扎作用，各段位錯(cuò)在自己的滑移面上滑移并彎曲成弧形。 外力達(dá)到某一臨界值時(shí)，位錯(cuò)才外力達(dá)到某一臨界值時(shí)，位錯(cuò)才能帶動(dòng)割階運(yùn)動(dòng)。能帶動(dòng)割階運(yùn)動(dòng)。臨界應(yīng)力臨界應(yīng)力c:2202 3fcffcbb xKnbnb xn割階的高度為 時(shí)：；是空位的形成能。在以上有熱激活幫助，所需應(yīng)力較小。割階的高度為時(shí)：大于個(gè)原子間距時(shí)，位錯(cuò)將不能帶動(dòng)割階運(yùn)動(dòng)。中等割階中等割階 螺位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)形成位錯(cuò)偶螺位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)形成位錯(cuò)偶中等割階形成位錯(cuò)偶的機(jī)制中等割階形成位錯(cuò)偶的

28、機(jī)制螺位錯(cuò)雙交滑移機(jī)制；螺位錯(cuò)雙交滑移機(jī)制；形成位錯(cuò)偶的作用力和中等割階的極限高度：形成位錯(cuò)偶的作用力和中等割階的極限高度：超割階割階對(duì)螺位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)已無(wú)阻力。割階兩端的位錯(cuò)在兩個(gè)平行的滑移面上獨(dú)立運(yùn)超割階割階對(duì)螺位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)已無(wú)阻力。割階兩端的位錯(cuò)在兩個(gè)平行的滑移面上獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，形成單邊位錯(cuò)源。動(dòng)，形成單邊位錯(cuò)源。maxmax0.25210.252160 xxccbFyyFbbyyyb由位錯(cuò)間相互作用力公式，可得位錯(cuò)偶間的最大吸引力：； 為割階高度。將位錯(cuò)偶分開的切應(yīng)力：當(dāng) 足夠大的時(shí)，作用力就非常弱了，將實(shí)際材料的材料常數(shù)代入上式，可得極限高度。6 6 彎結(jié)的形成及其運(yùn)動(dòng)彎結(jié)的形成及其運(yùn)動(dòng)n彎結(jié)

29、的形成彎結(jié)的形成派派-納能壘納能壘W(wǎng)P-N 位錯(cuò)處在下圖的三個(gè)位置上，它們由位錯(cuò)處在下圖的三個(gè)位置上，它們由位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)引起的彈性應(yīng)變能是相同的，但彈性應(yīng)變能是相同的，但位錯(cuò)中心的畸變能不同?？芍?，a和c位置是位錯(cuò)的穩(wěn)定平衡位置，能量最低，而b位置顯然是不穩(wěn)定的、能量較高的位置。因此，一個(gè)位錯(cuò)在滑移面上運(yùn)動(dòng)時(shí)必須越過(guò)一個(gè)能量一個(gè)位錯(cuò)在滑移面上運(yùn)動(dòng)時(shí)必須越過(guò)一個(gè)能量最大位置（能壘）才能到達(dá)下一個(gè)低能的平衡位置。這個(gè)能壘稱為派最大位置（能壘）才能到達(dá)下一個(gè)低能的平衡位置。這個(gè)能壘稱為派-納能壘。納能壘。派派-納力（）納力（）P-N位錯(cuò)越過(guò)位錯(cuò)越過(guò)派派-納能壘納能壘能壘需要克服的點(diǎn)陣阻力。能壘需要克服

30、的點(diǎn)陣阻力。222exp112expP NP Nbawbbawb刃位錯(cuò)螺位錯(cuò)式中，a原子間距；b柏氏矢量。螺位錯(cuò)刃位錯(cuò)babaNPNP2exp12exp12派派-納力（）納力（）P-N位錯(cuò)越過(guò)位錯(cuò)越過(guò)派派-納能壘納能壘能壘需要克服的點(diǎn)陣阻力。能壘需要克服的點(diǎn)陣阻力。由由派派-納力公式可知納力公式可知: 派派-納模型成功說(shuō)明了切變強(qiáng)度比理論切變強(qiáng)度低納模型成功說(shuō)明了切變強(qiáng)度比理論切變強(qiáng)度低.并正確預(yù)測(cè)了實(shí)際切變強(qiáng)度的數(shù)量級(jí)并正確預(yù)測(cè)了實(shí)際切變強(qiáng)度的數(shù)量級(jí). 柏氏矢量柏氏矢量b值越小，滑移面面間距值越小，滑移面面間距a越大，派越大，派-納力（）納力（）P-N就越小密排面是易就越小密排面是易滑面，其

31、上的密排方向是易滑移方向滑面，其上的密排方向是易滑移方向22exp112expP NP Nabab刃位錯(cuò)螺位錯(cuò)141021,103mP Nab理論切變強(qiáng)度：設(shè)可得：彎結(jié)的形成彎結(jié)的形成可通過(guò)熱激活和位錯(cuò)交截形成可通過(guò)熱激活和位錯(cuò)交截形成在時(shí)，位錯(cuò)線躺在派在時(shí)，位錯(cuò)線躺在派-納能谷中（圖中實(shí)線）。溫度升高，由于熱激活的作用，部納能谷中（圖中實(shí)線）。溫度升高，由于熱激活的作用，部分位錯(cuò)段能越過(guò)勢(shì)能峰（圖中虛線）到達(dá)鄰近的勢(shì)能谷中。在一根位錯(cuò)線上就形成了彎結(jié)。分位錯(cuò)段能越過(guò)勢(shì)能峰（圖中虛線）到達(dá)鄰近的勢(shì)能谷中。在一根位錯(cuò)線上就形成了彎結(jié)。圖中，圖中，單彎結(jié)；單彎結(jié)；彎結(jié)寬度；彎結(jié)寬度；雙單彎結(jié)雙單彎

32、結(jié)討論：討論：滑移是通過(guò)彎階的遷移實(shí)現(xiàn)的?；剖峭ㄟ^(guò)彎階的遷移實(shí)現(xiàn)的。彎結(jié)形成的外因：取決于溫度和應(yīng)力；內(nèi)因：取彎結(jié)形成的外因：取決于溫度和應(yīng)力；內(nèi)因：取決于位錯(cuò)的能量和線張力的平衡。決于位錯(cuò)的能量和線張力的平衡。fcc和和hcp金屬的派金屬的派-納能壘很低，易形成彎結(jié)，屈服納能壘很低，易形成彎結(jié)，屈服強(qiáng)度對(duì)溫度的敏感性不大；強(qiáng)度對(duì)溫度的敏感性不大；bcc金屬的派金屬的派-納能壘較高，屈服強(qiáng)度對(duì)溫度的敏感性大納能壘較高，屈服強(qiáng)度對(duì)溫度的敏感性大n彎結(jié)的運(yùn)動(dòng)彎結(jié)的運(yùn)動(dòng)彎結(jié)側(cè)向運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)垂直于自身方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)彎結(jié)運(yùn)動(dòng)到位錯(cuò)線的一端，彎結(jié)側(cè)向運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)垂直于自身方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)彎結(jié)運(yùn)動(dòng)到位錯(cuò)線的一端，位

33、錯(cuò)線就運(yùn)動(dòng)了一個(gè)晶面間距。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速度等于彎結(jié)的數(shù)目、彎結(jié)運(yùn)動(dòng)的速度和派位錯(cuò)線就運(yùn)動(dòng)了一個(gè)晶面間距。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速度等于彎結(jié)的數(shù)目、彎結(jié)運(yùn)動(dòng)的速度和派-納能谷間距（約為納能谷間距（約為b）的乘積。）的乘積。 。7 7 位錯(cuò)的塞積位錯(cuò)的塞積 2010102K=1- ,njijiijGbFbKxxK 式中， 與位錯(cuò)類型有關(guān)，刃位錯(cuò)是外加應(yīng)力使位錯(cuò)在滑移面上受力的應(yīng)力分量。 201202( )0=2 (1)22(1)+a( )aaGbn x dxLbaxxxn xGbax，式中，解方程得： 位錯(cuò)基本知識(shí)位錯(cuò)基本知識(shí)結(jié)束結(jié)束實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)主要內(nèi)容主要內(nèi)容面心立方金屬中的位錯(cuò)面心立方金

34、屬中的位錯(cuò)肖克萊位錯(cuò)肖克萊位錯(cuò)梯桿位錯(cuò)梯桿位錯(cuò)弗蘭克位錯(cuò)弗蘭克位錯(cuò)密排六方金屬中的位錯(cuò)密排六方金屬中的位錯(cuò) 體心立方金屬中的位錯(cuò)體心立方金屬中的位錯(cuò)1 1 面心立方金屬中的位錯(cuò)面心立方金屬中的位錯(cuò)n 堆垛層錯(cuò)堆垛層錯(cuò) n FCCFCC結(jié)構(gòu)的堆垛層錯(cuò)結(jié)構(gòu)的堆垛層錯(cuò) 從（從（110）面看（）面看（111）面的堆垛）面的堆垛（110）和（）和（111）的交線是）的交線是112（110） 類型類型ABCABABCABC這類層錯(cuò)也可以由抽去一層這類層錯(cuò)也可以由抽去一層(111) 面（例如面（例如C層）而成，這時(shí)層錯(cuò)矢量是層）而成，這時(shí)層錯(cuò)矢量是 111 / 3 。 這類層錯(cuò)在原來(lái)密排方向這類層錯(cuò)在原來(lái)密

35、排方向110發(fā)生了發(fā)生了2個(gè)原子長(zhǎng)度的曲折，產(chǎn)生了一個(gè)原子厚的個(gè)原子長(zhǎng)度的曲折，產(chǎn)生了一個(gè)原子厚的孿晶層孿晶層；在層錯(cuò)處出現(xiàn)了；在層錯(cuò)處出現(xiàn)了幾層密排六方排列幾層密排六方排列（即（即ABAB排列）排列） ABCABCABABCABCABC ABCABCABACABCABC n 堆垛層錯(cuò)能堆垛層錯(cuò)能 。金屬金屬層錯(cuò)能層錯(cuò)能/ n 湯姆遜四面體湯姆遜四面體 湯姆遜四面體把面心立方晶體中的重要位錯(cuò)的柏氏矢量及其反應(yīng)都表現(xiàn)出來(lái)了。湯姆遜四面體把面心立方晶體中的重要位錯(cuò)的柏氏矢量及其反應(yīng)都表現(xiàn)出來(lái)了。應(yīng)用它可簡(jiǎn)明地反映出各種位錯(cuò)反應(yīng)。例如位錯(cuò)反應(yīng)應(yīng)用它可簡(jiǎn)明地反映出各種位錯(cuò)反應(yīng)。例如位錯(cuò)反應(yīng)BDBDaa

36、a可表示為：112611261016ab滑移面上、下兩側(cè)原子排列，藍(lán)色是沒(méi)有半原子的一側(cè)滑移面上、下兩側(cè)原子排列，藍(lán)色是沒(méi)有半原子的一側(cè) 柏氏矢量：柏氏矢量： 不全位錯(cuò)。不全位錯(cuò)?？梢允侨行臀诲e(cuò)、螺型位錯(cuò)和混合位錯(cuò)；可以是曲線或直可以是刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)和混合位錯(cuò)；可以是曲線或直線。線?？梢栽诳梢栽?11上滑移；它的螺型位錯(cuò)不能交滑移，刃型位錯(cuò)上滑移；它的螺型位錯(cuò)不能交滑移，刃型位錯(cuò)不能攀移。不能攀移。11126b Frank位錯(cuò)位錯(cuò) 弗蘭克位錯(cuò)的產(chǎn)生弗蘭克位錯(cuò)的產(chǎn)生 負(fù)弗蘭克位錯(cuò)負(fù)弗蘭克位錯(cuò)過(guò)飽和空位凝聚在密排面上成空位環(huán)后，崩坍產(chǎn)生層過(guò)飽和空位凝聚在密排面上成空位環(huán)后，崩坍產(chǎn)生層錯(cuò)（好象抽

37、出一層密排面的一部分），完整晶體與層錯(cuò)的交界處，即是錯(cuò)（好象抽出一層密排面的一部分），完整晶體與層錯(cuò)的交界處，即是負(fù)弗蘭克位錯(cuò)（圖負(fù)弗蘭克位錯(cuò)（圖a)。 正弗蘭克位錯(cuò)正弗蘭克位錯(cuò)過(guò)飽和間隙原子沉淀在密排面上，形成間隙環(huán)（好象過(guò)飽和間隙原子沉淀在密排面上，形成間隙環(huán)（好象插入一層密排面的一部分，形成層錯(cuò)），完整晶體與層錯(cuò)的交界處，即插入一層密排面的一部分，形成層錯(cuò)），完整晶體與層錯(cuò)的交界處，即是正弗蘭克位錯(cuò)（圖是正弗蘭克位錯(cuò)（圖b) 。弗蘭克位錯(cuò)與肖克萊位錯(cuò)比較弗蘭克位錯(cuò)與肖克萊位錯(cuò)比較 肖克萊位錯(cuò)是通過(guò)滑移形成的，弗蘭克位錯(cuò)是抽去或插入部分肖克萊位錯(cuò)是通過(guò)滑移形成的，弗蘭克位錯(cuò)是抽去或插入部分

38、）面形成的；）面形成的；肖克萊位錯(cuò)和弗蘭克位錯(cuò)各自相連系的層錯(cuò)結(jié)構(gòu)相同都是具有肖克萊位錯(cuò)和弗蘭克位錯(cuò)各自相連系的層錯(cuò)結(jié)構(gòu)相同都是具有一層一層厚的孿晶結(jié)構(gòu)厚的孿晶結(jié)構(gòu)正弗蘭克位錯(cuò)相連系的層錯(cuò)是具有正弗蘭克位錯(cuò)相連系的層錯(cuò)是具有兩層厚的孿晶結(jié)構(gòu)兩層厚的孿晶結(jié)構(gòu)；肖克萊位錯(cuò)的柏氏矢量為肖克萊位錯(cuò)的柏氏矢量為a/6，在層錯(cuò)所在的面上，在層錯(cuò)所在的面上，可以是刃、螺和混合位錯(cuò)。弗蘭克位錯(cuò)的柏氏矢量為可以是刃、螺和混合位錯(cuò)。弗蘭克位錯(cuò)的柏氏矢量為a/，與層，與層錯(cuò)所在的面垂直，對(duì)于在面上的位錯(cuò)環(huán)，只能是錯(cuò)所在的面垂直，對(duì)于在面上的位錯(cuò)環(huán)，只能是刃型位錯(cuò)一種。刃型位錯(cuò)一種。肖克萊位錯(cuò)可以在滑移面上滑移，但不

39、能攀移，所以它屬于可動(dòng)位肖克萊位錯(cuò)可以在滑移面上滑移，但不能攀移，所以它屬于可動(dòng)位錯(cuò)。弗蘭克位錯(cuò)不能滑移，只能攀移，攀移要通過(guò)擴(kuò)散才能進(jìn)行，攀移錯(cuò)。弗蘭克位錯(cuò)不能滑移，只能攀移，攀移要通過(guò)擴(kuò)散才能進(jìn)行，攀移比滑移困難，所以弗蘭克位錯(cuò)屬于不動(dòng)位錯(cuò)。比滑移困難，所以弗蘭克位錯(cuò)屬于不動(dòng)位錯(cuò)。 。111110211121266層錯(cuò)寬度層錯(cuò)寬度d 由位錯(cuò)反應(yīng)的判據(jù)可知，下面的位由位錯(cuò)反應(yīng)的判據(jù)可知，下面的位錯(cuò)分解可行的，分解后兩個(gè)肖克萊錯(cuò)分解可行的，分解后兩個(gè)肖克萊位錯(cuò)間相斥，使它們中間形成一定位錯(cuò)間相斥，使它們中間形成一定寬度的層錯(cuò)區(qū)，當(dāng)斥力等于層錯(cuò)的寬度的層錯(cuò)區(qū)，當(dāng)斥力等于層錯(cuò)的表面張力（層錯(cuò)能）表

40、面張力（層錯(cuò)能）時(shí)，兩個(gè)位時(shí)，兩個(gè)位錯(cuò)間的平衡距離就是寬度層錯(cuò)錯(cuò)間的平衡距離就是寬度層錯(cuò)d111110211121266設(shè)一個(gè)全位錯(cuò)柏氏矢量和位錯(cuò)線夾角為設(shè)一個(gè)全位錯(cuò)柏氏矢量和位錯(cuò)線夾角為的混合全位錯(cuò)，分解為兩個(gè)的混合全位錯(cuò)，分解為兩個(gè) Shockley位錯(cuò)后，位錯(cuò)后，2位錯(cuò)的柏氏矢量位錯(cuò)的柏氏矢量 與位錯(cuò)線的夾角分別是與位錯(cuò)線的夾角分別是 +30 和和 -30 。兩位錯(cuò)間的斥力為：兩位錯(cuò)間的斥力為：2222221cos2812d221cos2812122311028181dCu2GbFdFGbdGbGbdd當(dāng)時(shí)，兩個(gè)部分位錯(cuò)間的平衡距離為 ，即層錯(cuò)寬度：當(dāng)位錯(cuò)是純?nèi)行突蚵菪蜁r(shí)：（純?nèi)行停?；?/p>

41、純螺型）可知，層錯(cuò)能高的金屬，層錯(cuò)寬度小。Cu的d在2.2和7.0nm之間；Ag的 約為的 倍；Al的層錯(cuò)能較高，d約為Cu的1/4，全位錯(cuò)基本不能擴(kuò)展。111110211121266通過(guò)束集過(guò)程交滑移通過(guò)束集過(guò)程交滑移 束集束集擴(kuò)展位錯(cuò)收縮成全位錯(cuò)的現(xiàn)象。擴(kuò)展位錯(cuò)收縮成全位錯(cuò)的現(xiàn)象。 交滑移過(guò)程：在外力作用下，擴(kuò)展位錯(cuò)首先在局部束集成一小段全位錯(cuò)，然后它交滑交滑移過(guò)程：在外力作用下，擴(kuò)展位錯(cuò)首先在局部束集成一小段全位錯(cuò)，然后它交滑移到另一滑移面上。在重新在這個(gè)滑移面上分解成擴(kuò)展位錯(cuò)。隨著在兩個(gè)滑移面交線上的移到另一滑移面上。在重新在這個(gè)滑移面上分解成擴(kuò)展位錯(cuò)。隨著在兩個(gè)滑移面交線上的個(gè)結(jié)點(diǎn)沿

42、交線向外延伸，可完成整根位錯(cuò)的交滑移。個(gè)結(jié)點(diǎn)沿交線向外延伸，可完成整根位錯(cuò)的交滑移。1,(111)1102:11111021112126611102(111)(111):111110121211266例如 在面上柏氏矢量為的全位錯(cuò)分解成擴(kuò)展位錯(cuò)其中一段位錯(cuò)束集成全位錯(cuò),它交滑移到面上,又在面上分解成擴(kuò)展位錯(cuò)通過(guò)位錯(cuò)反應(yīng)交滑移通過(guò)位錯(cuò)反應(yīng)交滑移11216111121001121636121111611110011113111111211001631112110012116362111116aaaa擴(kuò)展位錯(cuò)中領(lǐng)先的位錯(cuò)的一段位錯(cuò)首先發(fā)生分解：其中，的滑移面是，所以該位錯(cuò)就滑移到面上，而處在和面的交

43、線上。當(dāng)面上后面的位錯(cuò)滑移到兩面交線上時(shí)，與位錯(cuò)發(fā)生反應(yīng)：也可在上滑移，從而完成交滑移。n 梯桿位錯(cuò)（面角位錯(cuò)或梯桿位錯(cuò)（面角位錯(cuò)或Lomer-Cottrell位錯(cuò)，簡(jiǎn)稱位錯(cuò)，簡(jiǎn)稱位錯(cuò)）位錯(cuò)）11111101121112111166211112111660111211121011666011011100116aaaaaaaa和相交，交線為。兩個(gè)滑移面上各有一個(gè)擴(kuò)展位錯(cuò)層錯(cuò)（在面上）層錯(cuò)（在面上）兩個(gè)擴(kuò)展位錯(cuò)向交線運(yùn)動(dòng)，它們的領(lǐng)頭位錯(cuò)相遇后發(fā)生位錯(cuò)反應(yīng)的位錯(cuò)線就是兩滑移面的交線，是純?nèi)形诲e(cuò)，滑移面為。該位錯(cuò)不能在11112100LC和面上滑動(dòng)，同時(shí)又被 個(gè)部分位錯(cuò)拖住，又不能自己的滑移面在運(yùn)動(dòng)，

44、結(jié)果成了不動(dòng)位錯(cuò)。這種位錯(cuò)即使面角位錯(cuò)。它成為滑移面上其它位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，所以又稱鎖。它是面心立方金屬加工硬化的重要機(jī)制。n層錯(cuò)四面體層錯(cuò)四面體層錯(cuò)四面體層錯(cuò)四面體層錯(cuò)位于面構(gòu)成的四面體的四個(gè)面上，并且有六個(gè)方向的四面體棱，如圖d)所示。在四面體中層錯(cuò)從一個(gè)面彎曲到另一個(gè)面上，這些層錯(cuò)就構(gòu)成了面角位錯(cuò)。在Ag、Au、Cu、Ni-Co合金和奧氏體不銹鋼中都觀察到了這種缺陷。層錯(cuò)四面體的形成過(guò)程層錯(cuò)四面體的形成過(guò)程通過(guò)弗蘭克位錯(cuò)環(huán)分解而成的。通過(guò)弗蘭克位錯(cuò)環(huán)分解而成的。 層錯(cuò)四面體的穩(wěn)定性層錯(cuò)四面體的穩(wěn)定性 位錯(cuò)的彈性能的變化：位錯(cuò)的彈性能的變化： 最終形成的最終形成的6個(gè)梯桿位錯(cuò)個(gè)梯桿位錯(cuò) (

45、) 的彈性能：的彈性能： 最初的三角形弗蘭克位錯(cuò)最初的三角形弗蘭克位錯(cuò)( )的彈性能正比于：的彈性能正比于： 位錯(cuò)分解導(dǎo)致能量減低。注意位錯(cuò)分解導(dǎo)致能量減低。注意:同時(shí)形成了個(gè)層錯(cuò)區(qū)，所以層錯(cuò)四面體的穩(wěn)定性取決于層錯(cuò)區(qū)的面積，同時(shí)形成了個(gè)層錯(cuò)區(qū)，所以層錯(cuò)四面體的穩(wěn)定性取決于層錯(cuò)區(qū)的面積， 即層錯(cuò)能限制了層錯(cuò)四面體的尺寸層錯(cuò)四面體邊長(zhǎng)的臨界值約即層錯(cuò)能限制了層錯(cuò)四面體的尺寸層錯(cuò)四面體邊長(zhǎng)的臨界值約nm.。個(gè)層錯(cuò)面組成（圖個(gè)不動(dòng)的梯桿位錯(cuò)和由最后形成一層錯(cuò)四面體）（圖；桿位錯(cuò)：錯(cuò)又會(huì)相互吸引形成梯兩相臨面上的肖克萊位（肖克萊位錯(cuò)）（梯桿位錯(cuò)）（弗蘭克位錯(cuò)）（肖克萊位錯(cuò)）（梯桿位錯(cuò)）（弗蘭克位錯(cuò)）（

46、肖克萊位錯(cuò)）（梯桿位錯(cuò)）（弗蘭克位錯(cuò)）：圖應(yīng)的能量，可發(fā)生下列反為了降低弗蘭克位錯(cuò)環(huán)）的弗蘭克位錯(cuò)環(huán)（圖（面）上崩坍形成面（例如過(guò)飽和空位盤在)46,)().1113111dCDDDDDDDDDDDDbaDabABC318622aa2233aa1113ab1106ab2 密排六方金屬中的位錯(cuò)n密排六方金屬中的層錯(cuò)密排六方金屬中的層錯(cuò)密排六方金屬面的正常堆垛次序?yàn)椋好芘帕浇饘倜娴恼６讯獯涡驗(yàn)椋篈BABABAB 層錯(cuò)類型：層錯(cuò)類型： 單一層錯(cuò)（圖單一層錯(cuò)（圖a） BABABCBCBCB 雙重層錯(cuò)（圖雙重層錯(cuò)（圖b，c） BABACBCBCBC 三重層錯(cuò)（圖三重層錯(cuò)（圖d） BABABCABAB

47、An雙錐形四面體雙錐形四面體 密排六方金屬中的位錯(cuò)及其反應(yīng)可用雙錐四面體密排六方金屬中的位錯(cuò)及其反應(yīng)可用雙錐四面體中的符號(hào)表示。中的符號(hào)表示。 n密排六方金屬中主要位錯(cuò)類型及其符號(hào)密排六方金屬中主要位錯(cuò)類型及其符號(hào)）（可表示為個(gè)）：柏氏矢量為：）（全位錯(cuò)（）（可表示為柏氏矢量為：及其負(fù)方向、個(gè)）：）不全位錯(cuò)（）（可表示為柏氏矢量為：、個(gè)）：面的弗蘭克位錯(cuò)（垂直）（可表示為：柏氏矢量為：和面的全位錯(cuò)垂直）（可表示為柏氏矢量為：、個(gè)）：面上的肖克萊位錯(cuò)（）（可表示為柏氏矢量為：、個(gè)）：面上的全位錯(cuò)（aC32113112ABST)6PC21322061CTBTATCSBSAS125C21000121

48、TSTS40001)4C0001 TSST0001)3P010131CBACBA600012a021131ACCBBACABCAB60001) 1bbbbbbn密排六方金屬中的不全位錯(cuò)密排六方金屬中的不全位錯(cuò) 肖克萊位錯(cuò)和它們之間的層錯(cuò)肖克萊位錯(cuò)和它們之間的層錯(cuò)小結(jié)：小結(jié)： 肖克萊位錯(cuò)可以是刃型的、螺型的、混合型的位錯(cuò)。在滑移面上可成為一個(gè)封閉的曲線。肖克萊位錯(cuò)可以是刃型的、螺型的、混合型的位錯(cuò)。在滑移面上可成為一個(gè)封閉的曲線。 肖克萊位錯(cuò)只能滑移，不能攀移。肖克萊位錯(cuò)只能滑移，不能攀移。 兩個(gè)肖克萊位錯(cuò)位錯(cuò)間層錯(cuò)的寬度反比于層錯(cuò)能。層錯(cuò)能低的金屬容易形成這種結(jié)構(gòu)，例兩個(gè)肖克萊位錯(cuò)位錯(cuò)間層錯(cuò)的

49、寬度反比于層錯(cuò)能。層錯(cuò)能低的金屬容易形成這種結(jié)構(gòu)，例如如Co(=25mJ/m2)就是肖克萊不全位錯(cuò)。和完整晶體的交界區(qū)域面相對(duì)滑移產(chǎn)生的層錯(cuò)密排六方金屬晶體沿基變?yōu)橥暾w。維錯(cuò)，層錯(cuò)消失，重新掃過(guò)。如果在這個(gè)層錯(cuò)之后同樣破壞了次近鄰關(guān)系錯(cuò)：位錯(cuò)通過(guò)之后形成的層，即，層上運(yùn)動(dòng)，層在整晶體。層錯(cuò)消失，重新變?yōu)橥昃S錯(cuò)，果在這個(gè)層錯(cuò)之后掃過(guò)層）的次近鄰關(guān)系。如層（它破壞了第層，層變成層由原來(lái)的層）的次近鄰關(guān)系；第層（層，它破壞了第層變成了層由原來(lái)的第錯(cuò)：位錯(cuò)通過(guò)之后形成的層，即，層上運(yùn)動(dòng)，層在順序有兩種：生了錯(cuò)排。錯(cuò)排的移動(dòng)序發(fā)兩個(gè)次近鄰面的堆垛次之間為堆垛層錯(cuò)區(qū)，使和兩條肖克萊不全位錯(cuò)或肖克萊不全

50、位錯(cuò)：全位錯(cuò)，可分解為兩條面上柏氏矢量為在AABABCACACBAB CABABA3 BA5B2CB4ABACBCBCABA CBABBA010131100131012131ABABBAAB012131AB0001) 1弗蘭克位錯(cuò)和它們之間的層錯(cuò)弗蘭克位錯(cuò)和它們之間的層錯(cuò) 過(guò)飽和空位凝聚在密排面上成空位環(huán)后，崩坍產(chǎn)生層錯(cuò)（好象抽出一層密排面的一部分），完整晶體與層錯(cuò)的交界處，即是柏氏矢量為S型的弗蘭克位錯(cuò)（圖a)。層錯(cuò)區(qū)兩個(gè)結(jié)構(gòu)類似原子層（B和B）相接觸，破壞了近鄰關(guān)系，能量非常高。 如果在是柏氏矢量為S的弗蘭克位錯(cuò)環(huán)中掃過(guò)一個(gè)柏氏矢量為A的肖克萊位錯(cuò)，即發(fā)生下列位錯(cuò)反應(yīng)：S 和和AS位錯(cuò)不能

51、在基面上滑移，是不動(dòng)位錯(cuò)，只能攀移。位錯(cuò)不能在基面上滑移，是不動(dòng)位錯(cuò)，只能攀移。如果反應(yīng)形成的層錯(cuò)的能量仍很高，反應(yīng)就不易進(jìn)行，維錯(cuò)環(huán)就以如果反應(yīng)形成的層錯(cuò)的能量仍很高，反應(yīng)就不易進(jìn)行，維錯(cuò)環(huán)就以S弗蘭克位錯(cuò)的弗蘭克位錯(cuò)的 形式存在。形式存在。 一個(gè)次近鄰的錯(cuò)排。量較低，因?yàn)橹划a(chǎn)生了該位錯(cuò)環(huán)中的層錯(cuò)的能的位錯(cuò)環(huán)，如圖所示。形成了柏氏矢量為203261203261000121100131SAASAS3 體心方金屬中的位錯(cuò) 基本情況基本情況 滑移面不確定：110、112、123；滑移方向：111；最短點(diǎn)陣矢量：a/2 111 易發(fā)生交滑移，滑移線為波紋狀，說(shuō)明層錯(cuò)能高(通常為2001000爾格/c

52、m2)，不易出現(xiàn)不全位錯(cuò)。 位錯(cuò)在一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)所需的切應(yīng)力與其反方向運(yùn)動(dòng)所需的不同。這與全位錯(cuò)的不對(duì)稱分解有關(guān)。 由于層錯(cuò)能很高，全位錯(cuò)分解為不全位錯(cuò)不能擴(kuò)張很大的距離(約為2b)。n Bcc金屬中的層錯(cuò)與共面擴(kuò)展位錯(cuò)金屬中的層錯(cuò)與共面擴(kuò)展位錯(cuò)112面層錯(cuò)及其共面擴(kuò)展位錯(cuò)面層錯(cuò)及其共面擴(kuò)展位錯(cuò) 112面層錯(cuò)面層錯(cuò) 112的堆垛次序是6層一個(gè)周期：abcdefabcdef 各層在空間的排列如圖所示。各面的面間距為a/6112 第一類層錯(cuò)第一類層錯(cuò) 某層112面以上個(gè)詞各層相對(duì)滑動(dòng)a/611-1，則各層位置變?yōu)椋?a b c d e f a b c d e f a b a b c d e f a

53、b c d e f a b a b c d e f a b c d e f e fe f a b c d e f a b c d e f 錯(cuò)排相當(dāng)多插入了兩層原子。錯(cuò)排相當(dāng)多插入了兩層原子。 第二類層錯(cuò)第二類層錯(cuò) 某層112面以上個(gè)詞各層相對(duì)滑動(dòng)a/6-1-11，則各層位置變?yōu)椋?a b c d e f a b c d e f a b a b c d e f a b c d e f a b a b c d e f a b c d e f c c d d e e f f a a b b c c d d 錯(cuò)排相當(dāng)多插入了四層原子?？芍?，第二類層錯(cuò)能高，產(chǎn)生的畸變較大。錯(cuò)排相當(dāng)多插入了四層原子?？芍?/p>

54、，第二類層錯(cuò)能高，產(chǎn)生的畸變較大。共面擴(kuò)展位錯(cuò)共面擴(kuò)展位錯(cuò) 21111211111111111126311111611112321111d6bd=a b=111 ,6面上的全位錯(cuò)可分解為擴(kuò)展位錯(cuò)：如果位錯(cuò)領(lǐng)先，則后面緊跟第 類層錯(cuò) ；如果位錯(cuò)領(lǐng)先，則后面緊跟第 類層錯(cuò)。因?yàn)榈?類擴(kuò)展層錯(cuò)的能量高，因此該擴(kuò)展位錯(cuò)一定由位錯(cuò)領(lǐng)先，擴(kuò)展位錯(cuò)寬度 為： 式中，為孿晶層錯(cuò)能。110面層錯(cuò)及其共面擴(kuò)展位錯(cuò)面層錯(cuò)及其共面擴(kuò)展位錯(cuò) 110面層錯(cuò)面層錯(cuò) 110的堆垛次序是2層一個(gè)周期：ABABABAB。下圖中的實(shí)線球?yàn)?。下圖中的實(shí)線球?yàn)閍層原子，層原子，虛線球表示虛線球表示b層原子層原子a層相對(duì)于下層沿方向滑移，則層相對(duì)于下層沿方向滑移，則a原子落入位置原子落入位置a，b原子落入原子落入b位置形成層錯(cuò)：位置形成層錯(cuò)：abab abab 如如a層相對(duì)于下層沿反方向滑移，則層相對(duì)于下層沿反方向滑移，則a原子落入位置原子落入位置a，b原子落入原子落入b位置形成層錯(cuò)：位置形成層錯(cuò)：abab abab這些層錯(cuò)稱為第三類層錯(cuò)。這些層錯(cuò)稱為第三類層錯(cuò)。 共面擴(kuò)展位錯(cuò)共面擴(kuò)展位錯(cuò)12311112b=b +b +b11111111101121102848