材料物理化學(xué)-第四章 晶體的點(diǎn)缺陷與線缺陷

1、 湖南工學(xué)院 位錯(cuò)對(duì)晶體的強(qiáng)度與斷裂等力學(xué)性能起著決定性的作用。同時(shí)，位錯(cuò)對(duì)晶體 的擴(kuò)散與相變等過程也有一定的影響。 一、位錯(cuò)模型的提出背景 完整晶體塑性變形滑移的模型金屬晶體的理論強(qiáng)度理論強(qiáng)度比實(shí)測(cè) 強(qiáng)度高出幾個(gè)數(shù)量級(jí) 晶體缺陷的設(shè)想 線缺陷（位錯(cuò)）的模型 以位錯(cuò)滑 移模型計(jì)算出的晶體強(qiáng)度，與實(shí)測(cè)值基本相符。 晶體（例如Cu單晶體）作剛性滑移所需的臨界切應(yīng)力值（1540MPa）與實(shí)際 滑移測(cè)定的值（1MPa）相差巨大，表明晶體內(nèi)部一定存在著很多缺陷，它們使滑 移，即塑性變形,不需作兩個(gè)原子面之間的整體移動(dòng)，在低的應(yīng)力條件下就能進(jìn) 行，這種內(nèi)部缺陷就是位錯(cuò)。 二、理想晶體的滑移模型 晶體在滑移

2、時(shí)， 滑移面上各個(gè)原子在切應(yīng)力作用下，同時(shí)克服相鄰滑移面上 原子的作用力前進(jìn)一個(gè)原子間距， 完成這一過程所需的切應(yīng)力就相當(dāng)于晶體的理 論剪切屈服強(qiáng)度， 這是一個(gè)很大的數(shù)值，例如Cu單晶體的理論剪切屈服強(qiáng)度約為 1540 MPa，但它實(shí)際的屈服強(qiáng)度僅為1Mpa，二者相差巨大 。 三、位錯(cuò)的基本類型和特征 晶體在不同的應(yīng)力狀態(tài)下， 其滑移方式不同。根據(jù)原子的滑移方向和位錯(cuò)線 取向的幾何特征不同，位錯(cuò)分為 1、刃位錯(cuò) 形成及定義 晶體在大于屈服值的切應(yīng)力t作用下，以ABCD面為滑移面發(fā)生滑移。EF是晶 體已滑移部分和未滑移部分的交線，猶如砍入晶體的一把刀的刀刃，即刃位錯(cuò)。 幾何特征： 位錯(cuò)線與原子滑

3、移方向相垂直；滑移面上部位錯(cuò)線周圍原子受 壓應(yīng)力作用， 原子間距小于正常晶格間距；滑移面下部位錯(cuò)線周圍原子受張應(yīng)力 作用，原子間距大于正常晶格間距。 分類：正刃位錯(cuò)， “” ；負(fù)刃位錯(cuò)， “T” 。符號(hào)中水平線代表滑 移面，垂直線代表半個(gè)原子面。 刃型位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)特征 有一額外的半原子面； 可理解為是已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線，可是直線 材料物理化學(xué) 湖南工學(xué)院 也可是折線和曲線， 但它們必與滑移方向和滑移矢量垂直；只能在同時(shí)包含有位 錯(cuò)線和滑移矢量的滑移平面上滑移； 位錯(cuò)周圍點(diǎn)陣發(fā)生彈性畸變，有切應(yīng)變， 也有正應(yīng)變；位錯(cuò)畸變區(qū)只有幾個(gè)原子間距，是狹長(zhǎng)的管道，故是線缺陷 2、螺位錯(cuò) 形成及定義

4、晶體在外加切應(yīng)力t作用下，沿ABCD面滑移，圖中EF線為已滑移區(qū)與未滑移 區(qū)的分界處。 由于位錯(cuò)線周圍的一組原子面形成了一個(gè)連續(xù)的螺旋形坡面，故稱 為螺位錯(cuò)。 幾何特征： 位錯(cuò)線與原子滑移方向相平行；位錯(cuò)線周圍原子的配置是螺旋 狀的。 分類：有左、右旋之分，分別以符號(hào)“È”和“Ç”表示。其中小圓點(diǎn)代 表與該點(diǎn)垂直的位錯(cuò)，旋轉(zhuǎn)箭頭表示螺旋的旋轉(zhuǎn)方向。它們之間符合左手、右手 螺旋定則。 螺型位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)特征 無額外的半原子面，原子錯(cuò)排程軸對(duì)稱，分右旋和左旋螺型位錯(cuò)；滑移面不 是唯一的， 包含螺型位錯(cuò)線的平面都可以作為它的滑移面；位錯(cuò)周圍點(diǎn)陣也發(fā)生 彈性畸變， 但只有平行于位錯(cuò)線的切應(yīng)變而無正應(yīng)變，即不引起體積的膨脹和收 縮；位錯(cuò)畸變區(qū)也是幾個(gè)原子間距寬度，同樣是線位錯(cuò)。 3、混合型位錯(cuò) 在外力t作用下， 兩部分之間發(fā)生相對(duì)滑移，在晶體內(nèi)部已滑移和未滑移部 分的交線既不垂直也不平行滑移方向（伯氏矢量b），這樣的位錯(cuò)稱為混合位錯(cuò)。 位錯(cuò)線上任意一點(diǎn)，經(jīng)矢量分解后，可分解