1、圖 對稱平移性1.3 實際金屬的晶體結構實際金屬的晶體結構u晶體結構的特點是長程有序。結構基元或者構成物體的粒晶體結構的特點是長程有序。結構基元或者構成物體的粒子子(原子、離子或分子等原子、離子或分子等)完全按照空間點陣規則排列的晶體完全按照空間點陣規則排列的晶體叫理想晶體。叫理想晶體。u在實際晶體中，粒子的排列不可能這樣規則和完整，而是在實際晶體中，粒子的排列不可能這樣規則和完整，而是或多或少地存在著偏離理想結構的區域，出現了不完整性?；蚨嗷蛏俚卮嬖谥x理想結構的區域，出現了不完整性。u把實際晶體中偏離理想點陣結構的區域稱為晶體缺陷把實際晶體中偏離理想點陣結構的區域稱為晶體缺陷。u實際晶體

2、中雖然有晶體缺陷存在，但偏離平衡位置很大的實際晶體中雖然有晶體缺陷存在，但偏離平衡位置很大的粒子數目是很少的，從總的來看，其結構仍可以認為是接近粒子數目是很少的，從總的來看，其結構仍可以認為是接近完整的。完整的。u根據幾何形態特征，可以把晶體缺陷分為三類：根據幾何形態特征，可以把晶體缺陷分為三類：點缺陷、點缺陷、線缺陷和面缺陷。線缺陷和面缺陷。1.3 實際金屬的晶體結構實際金屬的晶體結構u點缺陷的定義點缺陷的定義u點缺陷：在三維方向上尺寸都很?。ㄟh小于晶體或晶粒的點缺陷：在三維方向上尺寸都很?。ㄟh小于晶體或晶粒的線度）的缺陷。線度）的缺陷。 u1.1.點缺陷的類型點缺陷的類型u金屬中常見的基本

3、點缺陷有空位、間隙原子和置換原子。金屬中常見的基本點缺陷有空位、間隙原子和置換原子。u空位空位：空位就是未被占據的原子位置；空位就是未被占據的原子位置；u間隙原子：間隙原子可以是晶體中正常原子離位產生，也間隙原子：間隙原子可以是晶體中正常原子離位產生，也可以是外來雜質原子；可以是外來雜質原子；1.3.1.1 點缺陷的類型及形成點缺陷的類型及形成1.3.1 點缺陷點缺陷u置換原子：位于晶體點陣位置的異類原子置換原子：位于晶體點陣位置的異類原子 。1.3.1 點缺陷點缺陷u2.點缺陷的形成點缺陷的形成u原子相互作用的兩種作用力：原子相互作用的兩種作用力：(1)原子間的吸引力；原子間的吸引力；(2)

4、原子間的斥力原子間的斥力 u點缺陷形成最重要的環節是原子的振動點缺陷形成最重要的環節是原子的振動 u原子的熱振動原子的熱振動 （以一定的頻率和振幅作振動）以一定的頻率和振幅作振動）u原子被束縛在它的平衡位置上，但原子卻在做著掙脫原子被束縛在它的平衡位置上，但原子卻在做著掙脫束縛的努力束縛的努力 u點缺陷形成的驅動力點缺陷形成的驅動力：溫度、：溫度、離子轟擊、冷加工離子轟擊、冷加工 u在外界驅動力作用下，哪個原子能夠掙脫束縛，脫離在外界驅動力作用下，哪個原子能夠掙脫束縛，脫離平衡位置是不確定的，宏觀上說這是一種幾率分布平衡位置是不確定的，宏觀上說這是一種幾率分布1.3.1 點缺陷點缺陷u空位的兩

5、種類型：空位的兩種類型：u離位原子遷移到晶體的表面上，這樣形成的空位通常稱為離位原子遷移到晶體的表面上，這樣形成的空位通常稱為肖脫基缺陷；肖脫基缺陷；可遷移到晶體點陣的間隙中，這樣的空位稱弗可遷移到晶體點陣的間隙中，這樣的空位稱弗蘭克爾缺陷。蘭克爾缺陷。圖 晶體中的點缺陷(a) 肖脫基空位 (b) 弗蘭克爾空位1.3.1 點缺陷點缺陷u1.點缺陷的運動點缺陷的運動u點缺陷并非固定不動，而是處在不斷改變位置的運動過程點缺陷并非固定不動，而是處在不斷改變位置的運動過程中。中。u空位周圍的原子，由于熱振動能量的起伏，有可能獲得足空位周圍的原子，由于熱振動能量的起伏，有可能獲得足夠的能量而跳入空位，并

6、占據這個平衡位置，這時在這個原夠的能量而跳入空位，并占據這個平衡位置，這時在這個原子的原來位置上，就形成一個空位。這一過程可以看作是空子的原來位置上，就形成一個空位。這一過程可以看作是空位向鄰近結點的遷移。位向鄰近結點的遷移。u在運動過程中，當間隙原子與一個空位相遇時，它將落入在運動過程中，當間隙原子與一個空位相遇時，它將落入這個空位，而使兩者都消失，這一過程稱為復合，或湮沒。這個空位，而使兩者都消失，這一過程稱為復合，或湮沒。1.3.1.2 點缺陷的運動及平衡濃度點缺陷的運動及平衡濃度1.3.1 點缺陷點缺陷（a）原來位置； （b）中間位置； （c）遷移后位置圖 空位從位置a遷移到b1.3.

7、1 點缺陷點缺陷u2.點缺陷的平衡濃度點缺陷的平衡濃度u晶體中點缺陷的存在，一方面造成點陣畸變，使晶體的內晶體中點缺陷的存在，一方面造成點陣畸變，使晶體的內能升高，增大了晶體的熱力學不穩定性；另一方面，由于增能升高，增大了晶體的熱力學不穩定性；另一方面，由于增大了原子排列的混亂程度，并改變了其周圍原子的振動頻率，大了原子排列的混亂程度，并改變了其周圍原子的振動頻率，又使晶體的熵值增大。熵值越大，晶體便越穩定。又使晶體的熵值增大。熵值越大，晶體便越穩定。u由于存在著這兩個互為矛盾的因素，晶體中的點缺陷在一由于存在著這兩個互為矛盾的因素，晶體中的點缺陷在一定溫度下有一定的平衡數目，這時點缺陷的濃度

8、就稱為它們定溫度下有一定的平衡數目，這時點缺陷的濃度就稱為它們在該溫度下的熱力學平衡濃度。在該溫度下的熱力學平衡濃度。u在一定溫度下有一定的熱力學平衡濃度，這是點缺陷區別在一定溫度下有一定的熱力學平衡濃度，這是點缺陷區別于其它類型晶體缺陷的重要特點于其它類型晶體缺陷的重要特點。1.3.1 點缺陷點缺陷1.3.1.3 點缺陷對性能的影響點缺陷對性能的影響u點缺陷的存在使晶體體積膨脹，密度減小。點缺陷的存在使晶體體積膨脹，密度減小。u點缺陷引起電阻的增加，這是由于晶體中存在點缺陷時，點缺陷引起電阻的增加，這是由于晶體中存在點缺陷時，對傳導電子產生了附加的電子散射，使電阻增大。對傳導電子產生了附加的

9、電子散射，使電阻增大。u空位對金屬的許多過程有著影響，特別是對高溫下進行的空位對金屬的許多過程有著影響，特別是對高溫下進行的過程起著重要的作用。過程起著重要的作用。u金屬的擴散、高溫塑性變形的斷裂、退火、沉淀、表面化金屬的擴散、高溫塑性變形的斷裂、退火、沉淀、表面化學熱處理、表面氧化、燒結等過程都與空位的存在和運動有學熱處理、表面氧化、燒結等過程都與空位的存在和運動有著密切的聯系。著密切的聯系。 u過飽和點缺陷（如淬火空位、輻照缺陷）還提高了金屬的過飽和點缺陷（如淬火空位、輻照缺陷）還提高了金屬的屈服強度。屈服強度。1.3.1 點缺陷點缺陷1.3.2 線缺陷線缺陷u線缺陷就是在兩個方向上尺寸很

10、小，在一個方向上尺寸很線缺陷就是在兩個方向上尺寸很小，在一個方向上尺寸很大的缺陷。大的缺陷。u線缺陷是各種類型的位錯。線缺陷是各種類型的位錯。u位錯是晶體內部一種有規律的管狀畸變區。原子發生錯排位錯是晶體內部一種有規律的管狀畸變區。原子發生錯排的范圍，在一個方向上尺寸較大，而另外兩個方向上尺寸的范圍，在一個方向上尺寸較大，而另外兩個方向上尺寸較小，是一個直徑為較小，是一個直徑為35個原子間距，長幾百到幾萬個原個原子間距，長幾百到幾萬個原子間距的管狀原子畸變區。子間距的管狀原子畸變區。u最簡單的位錯是刃型位錯和螺型位錯。最簡單的位錯是刃型位錯和螺型位錯。1.3.2.1 位錯的基本概念位錯的基本概

11、念u1.1.位錯學說的產生位錯學說的產生u1926年弗蘭克爾利用理想晶體的模型估算了理論切變強年弗蘭克爾利用理想晶體的模型估算了理論切變強度，與實驗結果相比相差度，與實驗結果相比相差34個數量級。個數量級。u19341934年泰勒，波朗依和奧羅萬三人幾乎同時提出晶體中年泰勒，波朗依和奧羅萬三人幾乎同時提出晶體中位錯的概念。位錯的概念。 u泰勒把位錯與晶體塑變的滑移聯系起來，認為位錯在切泰勒把位錯與晶體塑變的滑移聯系起來，認為位錯在切應力作用下發生運動，依靠位錯的逐步傳遞完成了滑移。應力作用下發生運動，依靠位錯的逐步傳遞完成了滑移。u與剛性滑移不同，位錯的移動只需鄰近原子作很小距離與剛性滑移不同

12、，位錯的移動只需鄰近原子作很小距離的彈性偏移就能實現，而晶體其他區域的原子仍處在正常的彈性偏移就能實現，而晶體其他區域的原子仍處在正常位置，因此滑移所需的臨界切應力大為減小。位置，因此滑移所需的臨界切應力大為減小。 1939年柏格斯提出用柏氏矢量來表征位錯的特性，同時引年柏格斯提出用柏氏矢量來表征位錯的特性，同時引入螺型位錯。入螺型位錯。 1947年柯垂耳利用溶質原子與位錯的交互作用解釋了低碳年柯垂耳利用溶質原子與位錯的交互作用解釋了低碳鋼的屈服現象。鋼的屈服現象。 1950年弗蘭克與瑞德同時提出了位錯增殖機制年弗蘭克與瑞德同時提出了位錯增殖機制fr位錯位錯源。源。 50年代后，透射電鏡直接觀

13、測到了晶體中位錯的存在、運年代后，透射電鏡直接觀測到了晶體中位錯的存在、運動、增殖。動、增殖。圖 理想晶體的滑移模型和刃型位錯的滑移過程圖 刃型位錯與螺型位錯u2.位錯的基本類型位錯的基本類型u位錯可分為刃性位錯和螺型位錯。位錯可分為刃性位錯和螺型位錯。u（1）刃型位錯）刃型位錯圖 含有刃型位錯的晶體u刃型位錯的概念：刃型位錯的概念：u在某一水平面以上多出了垂直方向的原子面，猶如插入的在某一水平面以上多出了垂直方向的原子面，猶如插入的刀刃一樣，刀刃一樣，efef稱為刃型位錯線。位錯線附近區域發生了原子稱為刃型位錯線。位錯線附近區域發生了原子錯排，因此稱為錯排，因此稱為“刃型位錯刃型位錯” 。u

14、把多余半原子面在滑移面以上的位錯稱為正刃型位錯，用把多余半原子面在滑移面以上的位錯稱為正刃型位錯，用符號符號“”表示，反之為負刃型位錯，用表示，反之為負刃型位錯，用“”表示。表示。u含有多余半原子面的晶體受壓，原子間距小于正常點陣常含有多余半原子面的晶體受壓，原子間距小于正常點陣常數；不含多余半原子面的晶體受張力，原子間距大于正常點數；不含多余半原子面的晶體受張力，原子間距大于正常點陣常數。陣常數。u位錯在晶體中引起的畸變在位錯線中心處最大，隨著離位位錯在晶體中引起的畸變在位錯線中心處最大，隨著離位錯中心距離的增大，晶體的畸變逐漸減小錯中心距離的增大，晶體的畸變逐漸減小 。u刃型位錯的特點：刃

15、型位錯的特點：u1).1).刃型位錯有一個額外的半原子面。其實正、負之分只刃型位錯有一個額外的半原子面。其實正、負之分只具相對意義而無本質的區別。具相對意義而無本質的區別。u2).2).刃型位錯線可理解為晶體中已滑移區與未滑移區的邊刃型位錯線可理解為晶體中已滑移區與未滑移區的邊界線。它不一定是直線，也可以是折線或曲線，但它必與滑界線。它不一定是直線，也可以是折線或曲線，但它必與滑移方向相垂直，也垂直于滑移矢量。移方向相垂直，也垂直于滑移矢量。圖 不同形狀的刃型位錯u3).3).滑移面必定是同時包含有位錯線和滑移矢量的平面，滑移面必定是同時包含有位錯線和滑移矢量的平面，在其他面上不能滑移。由于在

16、刃型位錯中，位錯線與滑移矢在其他面上不能滑移。由于在刃型位錯中，位錯線與滑移矢量互相垂直，因此，由它們所構成的平面只有一個。量互相垂直，因此，由它們所構成的平面只有一個。u4).4).晶體中存在刃型位錯之后，位錯周圍的點陣發生彈性晶體中存在刃型位錯之后，位錯周圍的點陣發生彈性畸變，既有切應變，又有正應變。就正刃型位錯而言，滑移畸變，既有切應變，又有正應變。就正刃型位錯而言，滑移面上方點陣受到壓應力，下方點陣受到拉應力面上方點陣受到壓應力，下方點陣受到拉應力; ;負刃型位錯負刃型位錯與此相反。與此相反。u5).5).在位錯線周圍的過渡區（畸變區）每個原子具有較大在位錯線周圍的過渡區（畸變區）每個

17、原子具有較大的平均能量。但該區只有幾個原子間距寬，畸變區是狹長的的平均能量。但該區只有幾個原子間距寬，畸變區是狹長的管道，所以刃型位錯是線缺陷。管道，所以刃型位錯是線缺陷。（a）立體圖； （b）頂視圖圖 螺型位錯的原子組態u（2 2）螺型位錯）螺型位錯圖 螺型位錯原子模型及其形成示意u螺型位錯的結構特征螺型位錯的結構特征 u無額外的半原子面，原子錯排程軸對稱，分右旋和左旋螺無額外的半原子面，原子錯排程軸對稱，分右旋和左旋螺型位錯；型位錯；u一定是直線，與滑移矢量平行，位錯線移動方向與晶體滑一定是直線，與滑移矢量平行，位錯線移動方向與晶體滑移方向垂直；移方向垂直；u滑移面不是唯一的，包含螺型位錯

18、線的平面都可以作為它滑移面不是唯一的，包含螺型位錯線的平面都可以作為它的滑移面；的滑移面；u位錯周圍點陣也發生彈性畸變，但只有平行于位錯線的切位錯周圍點陣也發生彈性畸變，但只有平行于位錯線的切應變而無正應變，即不引起體積的膨脹和收縮；應變而無正應變，即不引起體積的膨脹和收縮；u位錯畸變區也是幾個原子間距寬度，同樣是線位錯。位錯畸變區也是幾個原子間距寬度，同樣是線位錯。u3.柏氏矢量柏氏矢量u（1 1）柏氏矢量的確定方法）柏氏矢量的確定方法u先確定位錯線的方向先確定位錯線的方向( (一般規定位錯線垂直紙面時，由紙一般規定位錯線垂直紙面時，由紙面向外為正向面向外為正向) )，按右手法則做柏氏回路，

19、右手大拇指指位，按右手法則做柏氏回路，右手大拇指指位錯線正向，回路方向按右手螺旋方向確定。錯線正向，回路方向按右手螺旋方向確定。u從實際晶體中任一原子出發，避開位錯附近的嚴重畸變區從實際晶體中任一原子出發，避開位錯附近的嚴重畸變區作一閉合回路，回路每一步連接相鄰原子。按同樣方法在完作一閉合回路，回路每一步連接相鄰原子。按同樣方法在完整晶體中做同樣回路，步數、方向與上述回路一致，這時終整晶體中做同樣回路，步數、方向與上述回路一致，這時終點和起點不重合，由終點到起點引一矢量即為柏氏矢量點和起點不重合，由終點到起點引一矢量即為柏氏矢量b b。圖 刃型位錯柏氏矢量的確定圖 螺型位錯柏氏矢量的確定u（2

20、 2）柏氏矢量的物理意義及特征）柏氏矢量的物理意義及特征u物理意義：物理意義：u代表位錯，并表示其特征（強度、畸變量）；表示晶體滑代表位錯，并表示其特征（強度、畸變量）；表示晶體滑移的方向和大小。移的方向和大小。 u反映出柏氏回路包含的位錯所引起點陣畸變的總積累。反映出柏氏回路包含的位錯所引起點陣畸變的總積累。u通常將柏氏矢量稱為位錯強度，該矢量的模通常將柏氏矢量稱為位錯強度，該矢量的模|b|b|表示了畸表示了畸變的程度，稱為位錯的強度。變的程度，稱為位錯的強度。u位錯的許多性質如位錯的能量，所受的力，應力場，位錯位錯的許多性質如位錯的能量，所受的力，應力場，位錯反應等均與其有關。它也表示出晶

21、體滑移時原子移動的大小反應等均與其有關。它也表示出晶體滑移時原子移動的大小和方向。和方向。u柏氏矢量的特征柏氏矢量的特征u用柏氏矢量可判斷位錯的類型。用柏氏矢量可判斷位錯的類型。u用柏氏矢量可以表示晶體滑移的方向和大小。位錯運動導用柏氏矢量可以表示晶體滑移的方向和大小。位錯運動導致晶體滑移時，滑移量大小即柏氏矢量致晶體滑移時，滑移量大小即柏氏矢量b b，滑移方向即為柏，滑移方向即為柏氏矢量的方向。氏矢量的方向。 u一條位錯線具有唯一的柏氏矢量。一條位錯線具有唯一的柏氏矢量。若位錯可分解，則分解若位錯可分解，則分解后各分位錯的柏氏矢量之和等于原位錯的柏氏矢量。后各分位錯的柏氏矢量之和等于原位錯的

22、柏氏矢量。u位錯具有連續性，不能中斷于晶體內部。其存在形態可形位錯具有連續性，不能中斷于晶體內部。其存在形態可形成一個閉合的位錯環，或連接于其他位錯，或終止在晶界，成一個閉合的位錯環，或連接于其他位錯，或終止在晶界，或露頭于晶體表面?；蚵额^于晶體表面。圖 三種類型位錯的矢量圖解法 u（3 3）混合位錯）混合位錯u晶體中已滑移區與未滑移區的邊界線（即位錯線）既不平晶體中已滑移區與未滑移區的邊界線（即位錯線）既不平行也不垂直于滑移方向，即滑移矢量與位錯線成任意角度，行也不垂直于滑移方向，即滑移矢量與位錯線成任意角度，這種晶體缺陷稱為混合型位錯。這種晶體缺陷稱為混合型位錯。u混合型位錯可分解為刃型位

23、錯分量和螺型位錯分量?；旌闲臀诲e可分解為刃型位錯分量和螺型位錯分量。圖 晶體局部滑移形成混合位錯圖 混合位錯的原子組態u（4 4）柏氏矢量的表示方法）柏氏矢量的表示方法u柏矢量對于柏矢量柏矢量對于柏矢量b b沿晶向沿晶向uvw的位錯的位錯u柏矢量的模柏矢量的模的計算就是矢量模的計算，同第柏矢量的模柏矢量的模的計算就是矢量模的計算，同第一章中介紹的晶向長度計算。對于立方晶系：一章中介紹的晶向長度計算。對于立方晶系：u位錯的加法按照矢量加法規則進行。位錯的加法按照矢量加法規則進行。 v4.4.位錯密度位錯密度v晶體中所含位錯的多少可用位錯密度來表示。位錯密度晶體中所含位錯的多少可用位錯密度來表示。

24、位錯密度定義為單位體積晶體中所含位錯線的總長度，其表達式為定義為單位體積晶體中所含位錯線的總長度，其表達式為v若為了簡便起見，可把晶體中的位錯線視為一些直線，若為了簡便起見，可把晶體中的位錯線視為一些直線，而且是平行地從晶體的一端延伸到另一端，于是位錯密度而且是平行地從晶體的一端延伸到另一端，于是位錯密度就可被視為垂直于位錯線的單位截面中所穿過的位錯線數就可被視為垂直于位錯線的單位截面中所穿過的位錯線數目，即目，即)/(3cmcmvs)/1 (2cmanalln圖 晶體位錯密度和強度關系示意圖u1.1.位錯的滑移位錯的滑移u位錯沿滑移面的移動稱為滑移。位錯沿滑移面的移動稱為滑移。圖 位錯的滑移

25、1.3.2.2 線缺陷的類型及形成線缺陷的類型及形成（a）正刃型位錯 （b）負刃型位錯 圖 刃位錯的滑移 u當一個刃型位錯沿滑移面滑過整個晶體，就會在晶體表面當一個刃型位錯沿滑移面滑過整個晶體，就會在晶體表面產生寬度為一個柏氏矢量產生寬度為一個柏氏矢量b b的臺階，造成晶體的塑性變形。的臺階，造成晶體的塑性變形。u在滑移時，刃型位錯的移動方向一定是與位錯線相垂直，在滑移時，刃型位錯的移動方向一定是與位錯線相垂直，即與其柏氏矢量相一致。即與其柏氏矢量相一致。u位錯線沿著滑移面移動時，它所掃過的區域是已滑移區，位錯線沿著滑移面移動時，它所掃過的區域是已滑移區，而位錯線未掃過的區域為未滑移區。而位錯

26、線未掃過的區域為未滑移區。圖 刃型位錯滑移導致晶體塑性變形的過程（a）原始位置； （b）位錯向左移動一個原子間距圖 螺型位錯滑移 圖 螺型位錯滑移導致晶體塑性變形的過程u在切應力作用下，螺型位錯的移動方向是與其柏氏矢量相在切應力作用下，螺型位錯的移動方向是與其柏氏矢量相垂直。對于螺型位錯，由于位錯線與柏氏矢量平行，所以它垂直。對于螺型位錯，由于位錯線與柏氏矢量平行，所以它不象刃型位錯那樣具有確定的滑移面，而可在通過位錯線的不象刃型位錯那樣具有確定的滑移面，而可在通過位錯線的任何原子平面上滑移。如果螺型位錯在某一滑移面滑移后轉任何原子平面上滑移。如果螺型位錯在某一滑移面滑移后轉到另一通過位錯線的

27、臨近滑移面上滑移的現象稱為交滑移。到另一通過位錯線的臨近滑移面上滑移的現象稱為交滑移。圖 刃型位錯與螺型位錯u由于混合位錯可以分解為刃型和螺型兩部分，因此，不難由于混合位錯可以分解為刃型和螺型兩部分，因此，不難理解，混合位錯在切應力作用下，也是沿其各線段的法線方理解，混合位錯在切應力作用下，也是沿其各線段的法線方向滑移，并同樣可使晶體產生與其柏氏矢量相等的滑移量。向滑移，并同樣可使晶體產生與其柏氏矢量相等的滑移量。（a）位錯環 （b）位錯環運動后產生的滑移圖 位錯環的滑移位錯的滑移特征位錯的滑移特征位錯位錯類型類型柏氏柏氏矢量矢量位錯線位錯線運動方向運動方向晶體滑移晶體滑移方向方向切應力切應力

28、方向方向滑移面滑移面數目數目刃型刃型位錯位錯螺型螺型位錯位錯混合混合位錯位錯位錯線位錯線位錯線位錯線成角度成角度位錯線本身位錯線本身位錯線本身位錯線本身位錯線本身位錯線本身與與b b一致一致與與b b一致一致與與b b一致一致與與b b一致一致與與b b一致一致與與b b一致一致唯一唯一確定確定多個多個（1 1）可以通過柏氏矢量和位錯線的關系來判斷位錯特征。）可以通過柏氏矢量和位錯線的關系來判斷位錯特征。b bt t時為刃型位錯，時為刃型位錯，b bt t為螺型位錯，對于混合型位錯，為螺型位錯，對于混合型位錯，b b和和t t的角度在的角度在0 0和和9090。（2 2）位錯的滑移面包含柏氏矢

29、量和位錯線。）位錯的滑移面包含柏氏矢量和位錯線。（3 3）對于一根位錯線而言，柏氏矢量是固定不變的。）對于一根位錯線而言，柏氏矢量是固定不變的。（4 4）位錯線不能終止于完整晶體之中。）位錯線不能終止于完整晶體之中。u2.2.位錯的攀移位錯的攀移u刃型位錯除了可以在滑移面上滑移外，還可垂直于滑移刃型位錯除了可以在滑移面上滑移外，還可垂直于滑移面發生攀移。面發生攀移。u當半原子面下端的原子跳離，即空位遷移到半原子面下當半原子面下端的原子跳離，即空位遷移到半原子面下端時，半原子面將縮短，表現為位錯向上移動，這種移動端時，半原子面將縮短，表現為位錯向上移動，這種移動叫做正攀移。反之叫做負攀移。叫做正

30、攀移。反之叫做負攀移。u位錯攀移時伴隨著物質的遷移，需要擴散才能實現。因位錯攀移時伴隨著物質的遷移，需要擴散才能實現。因為攀移需要原子擴散，所以較之滑移所需的能量更大。對為攀移需要原子擴散，所以較之滑移所需的能量更大。對于大多數金屬，這種運動在室溫下很難進行。因此，位錯于大多數金屬，這種運動在室溫下很難進行。因此，位錯攀移時需要熱激活，也就是比滑移需要更大的能量。攀移時需要熱激活，也就是比滑移需要更大的能量。u通常稱攀移為通常稱攀移為“非守恒運動非守恒運動”，滑移則稱為，滑移則稱為“守恒運守恒運動動”。u3.3.位錯運動的交割位錯運動的交割u對于在滑移面上運動的位錯來說，穿過此滑移面的其它位對

31、于在滑移面上運動的位錯來說，穿過此滑移面的其它位錯稱為林位錯。林位錯會阻礙位錯的運動，但是若應力足夠錯稱為林位錯。林位錯會阻礙位錯的運動，但是若應力足夠大，滑動的位錯將切過林位錯繼續前進。位錯互相切割的過大，滑動的位錯將切過林位錯繼續前進。位錯互相切割的過程稱為位錯交割或位錯交截。程稱為位錯交割或位錯交截。u一般情況下，兩個位錯交割時，每個位錯上都要新產生一一般情況下，兩個位錯交割時，每個位錯上都要新產生一小段位錯，它們的柏氏矢量與攜帶它們的位錯相同，它們的小段位錯，它們的柏氏矢量與攜帶它們的位錯相同，它們的大小與方向決定于另一位錯的柏氏矢量。大小與方向決定于另一位錯的柏氏矢量。u當交割產生的

32、小段位錯不在所屬位錯的滑移面上時，則成當交割產生的小段位錯不在所屬位錯的滑移面上時，則成為位錯割階，如果小段位錯位于所屬位錯的滑移面上，則相為位錯割階，如果小段位錯位于所屬位錯的滑移面上，則相當于位錯扭折。當于位錯扭折。思考題思考題v怎樣判斷位錯線的移動方向？怎樣判斷位錯線的移動方向？拇指拇指順著柏氏矢量方向順著柏氏矢量方向移動的部分晶體移動的部分晶體食指食指位錯線的方向位錯線的方向中指中指位錯線運動方向位錯線運動方向1.3.3 面缺陷面缺陷v面缺陷的定義面缺陷的定義v面缺陷：在兩個方向上尺寸很大，在一個方向上尺寸很小面缺陷：在兩個方向上尺寸很大，在一個方向上尺寸很小的缺陷。的缺陷。 v面缺陷

33、的類型面缺陷的類型v金屬中常見的面缺陷有表面、晶界、亞晶界和相界。金屬中常見的面缺陷有表面、晶界、亞晶界和相界。v 從原子結合的角度看，表面原子的結合鍵數也減少，因從原子結合的角度看，表面原子的結合鍵數也減少，因此表面原子有強烈的傾向與環境中的原子或分子相互作用。此表面原子有強烈的傾向與環境中的原子或分子相互作用。v晶體表層原子在不均勻力場作用下會偏離其平衡位置而移晶體表層原子在不均勻力場作用下會偏離其平衡位置而移向晶體內部，但是正、負離子向晶體內部，但是正、負離子( (或正、負電荷或正、負電荷) )偏離的程度不偏離的程度不同，結果在晶體表面產生了雙電層。同，結果在晶體表面產生了雙電層。圖 離

34、子晶體表面的雙電層外表面外表面u晶體內部的原子處于其他原子的包圍中，處于均勻的力場晶體內部的原子處于其他原子的包圍中，處于均勻的力場中，總合力為零，處于能量最低的狀態。而表面原子卻不同中，總合力為零，處于能量最低的狀態。而表面原子卻不同，它與氣相，它與氣相( (或液相或液相) )接觸，處于不均勻的力場之中，其能量接觸，處于不均勻的力場之中，其能量較高，高出的能量稱為表面自由能。較高，高出的能量稱為表面自由能。u晶體中不同晶面的表面能數值不同，這是由于表面能的本晶體中不同晶面的表面能數值不同，這是由于表面能的本質是表面原子的不飽和鍵，而不同晶面上的原子密度不同，質是表面原子的不飽和鍵，而不同晶面

35、上的原子密度不同，密排面的原子密度最大，則該面上任一原子與相鄰晶面原子密排面的原子密度最大，則該面上任一原子與相鄰晶面原子的作用鍵數最少，故以密排面作為表面時不飽和鍵數最少，的作用鍵數最少，故以密排面作為表面時不飽和鍵數最少，表面能量低。晶體總是力圖處于最低的自由能狀態，所以一表面能量低。晶體總是力圖處于最低的自由能狀態，所以一定體積的晶體的平衡幾何外形應滿足表面能總和為最小。定體積的晶體的平衡幾何外形應滿足表面能總和為最小。u屬于同一固相但位向不同的晶粒之間的界面稱為晶界；而屬于同一固相但位向不同的晶粒之間的界面稱為晶界；而每個晶粒有時又由若干個位向稍有差異的亞晶粒所組成，相每個晶粒有時又由

36、若干個位向稍有差異的亞晶粒所組成，相鄰亞晶粒間的界面稱為亞晶界。鄰亞晶粒間的界面稱為亞晶界。圖 晶界與亞晶界示意圖u1.1.小角度晶界小角度晶界u相鄰晶粒的位向差小于相鄰晶粒的位向差小于1010的晶界稱為小角度晶界。的晶界稱為小角度晶界。u最簡單的小角度晶界是對稱傾斜晶界，其晶界可看成是由最簡單的小角度晶界是對稱傾斜晶界，其晶界可看成是由一列平行的刃型位錯所構成。一列平行的刃型位錯所構成。圖 對稱傾斜晶界u扭轉晶界是小角度晶界的扭轉晶界是小角度晶界的一種類型，它可看成是兩部一種類型，它可看成是兩部分晶體繞某一軸在一個共同分晶體繞某一軸在一個共同的晶面上相對扭轉一個的晶面上相對扭轉一個角角所構成

37、的，扭轉軸垂直于這所構成的，扭轉軸垂直于這一共同的晶面。一共同的晶面。u扭轉扭轉晶界的結構可看成是晶界的結構可看成是由互相交叉的螺型位錯所組由互相交叉的螺型位錯所組成。成。圖 扭轉晶界的形成u2.2.大角度晶界大角度晶界u相鄰晶粒的位向差大于相鄰晶粒的位向差大于1010的晶界稱為大角度晶界。的晶界稱為大角度晶界。u大角度晶界的結構較復雜，大角度晶界的結構較復雜，原子排列很不規則，由不規則原子排列很不規則，由不規則的臺階組成的。晶界可看成壞的臺階組成的。晶界可看成壞區與好區交替相間組合而成。區與好區交替相間組合而成。圖 大角度晶界模型u大角度晶界的大角度晶界的“重合位置重合位置點陣點陣”模型。在二維正方點模型。在二維正方點陣中，當兩個相鄰晶粒的位陣中，當兩個相鄰晶粒的位向差為向差為3737時，設想兩晶粒時，設想兩晶粒的點陣彼此通過晶界向對方的點陣彼此通過晶界向對方延伸，其中一些原子將出現延伸，其中一些原子將出現有規律的相互重合，由這些有規律的相互重合，由這些原子重合位置所組成比原來原子重合位置所組成比原來晶體點陣大的新點陣，