第一章第三节实际金属的晶体结构.优秀PPT.ppt

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1、第三节第三节 实际金属的实际金属的晶体结构晶体结构 前前前前面面面面探探探探讨讨讨讨的的的的晶晶晶晶体体体体是是是是所所所所谓谓谓谓的的的的志志志志向向向向晶晶晶晶体体体体，即即即即原原原原子子子子或或或或分分分分子子子子在在在在空空空空间间间间呈呈呈呈确确确确定定定定规规规规则则则则的的的的排排排排列列列列。但但但但事事事事实实实实上上上上晶晶晶晶体体体体的的的的某某某某些些些些区区区区域域域域总总总总是是是是存存存存在在在在原原原原子子子子或或或或分分分分子子子子的的的的不不不不规规规规则则则则排排排排列列列列，这这这这便便便便是是是是晶晶晶晶体体体体结结结结构构构构缺陷，以下简称晶体缺陷

2、。缺陷，以下简称晶体缺陷。缺陷，以下简称晶体缺陷。缺陷，以下简称晶体缺陷。晶晶晶晶体体体体缺缺缺缺陷陷陷陷对对对对晶晶晶晶体体体体的的的的性性性性能能能能和和和和物物物物理理理理化化化化学学学学变变变变更更更更（如如如如强强强强度度度度、塑性、扩散、固态相变等）都有着重大的影响。塑性、扩散、固态相变等）都有着重大的影响。塑性、扩散、固态相变等）都有着重大的影响。塑性、扩散、固态相变等）都有着重大的影响。引言引言 晶体结构缺陷的类型晶体结构缺陷的类型缺陷的缺陷的缺陷的缺陷的类型类型类型类型点缺陷点缺陷线缺陷线缺陷面缺陷面缺陷其其其其特特特特点点点点：在在在在三三三三维维维维方方方方向向向向上上上

3、上的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸都都都都很很很很小小小小，缺缺缺缺陷陷陷陷的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸处处处处在在在在一一一一、两两两两个个个个原原原原子子子子大大大大小小小小的的的的级级级级别，又称别，又称别，又称别，又称零维缺陷。零维缺陷。零维缺陷。零维缺陷。其其其其特特特特点点点点：仅仅仅仅在在在在一一一一维维维维方方方方向向向向上上上上的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸较较较较大大大大，而而而而另另另另外外外外二二二二维维维维方方方方向向向向上上上上的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸都都都都很很很很小小小小，故故故故也也也也称称称称一一一一维维维维缺缺缺缺陷陷陷陷，通通通通常常常常是指是指是指是指位错位错位错位错。

4、其其其其特特特特点点点点：仅仅仅仅在在在在二二二二维维维维方方方方向向向向上上上上的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸较较较较大大大大，而而而而另另另另外外外外一一一一维维维维方方方方向向向向上上上上的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸很很很很小小小小，故故故故也也也也称称称称二维缺陷二维缺陷二维缺陷二维缺陷。点缺陷点缺陷 间隙原子、空位、置换原子间隙原子、空位、置换原子间隙原子、空位、置换原子间隙原子、空位、置换原子面缺陷面缺陷 晶体表面、晶界、相界面等晶体表面、晶界、相界面等晶体表面、晶界、相界面等晶体表面、晶界、相界面等线缺陷线缺陷 位错（刃型、螺旋）位错（刃型、螺旋）位错（刃型、螺旋）位错（刃型、螺旋）晶体中

5、的各种点缺陷晶体中的各种点缺陷11大置换原子大置换原子 2 2肖脱基空位肖脱基空位 3 3异类间隙原子异类间隙原子 44复合空位复合空位 5 5弗兰克尔空位弗兰克尔空位 6 6小的置换原子小的置换原子 点缺陷点缺陷1 1 1 1 空位空位空位空位 形成缘由：原子的热运动导致能量起伏，使一些原子脱离形成缘由：原子的热运动导致能量起伏，使一些原子脱离形成缘由：原子的热运动导致能量起伏，使一些原子脱离形成缘由：原子的热运动导致能量起伏，使一些原子脱离原有位置迁移到别处，在原位形成空结点。原有位置迁移到别处，在原位形成空结点。原有位置迁移到别处，在原位形成空结点。原有位置迁移到别处，在原位形成空结点。

6、脱离平衡位置的原子去处：脱离平衡位置的原子去处：脱离平衡位置的原子去处：脱离平衡位置的原子去处：移至表面移至表面移至表面移至表面肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位间隙间隙间隙间隙 弗兰克尔空位弗兰克尔空位弗兰克尔空位弗兰克尔空位 其它空位处其它空位处其它空位处其它空位处使空位变换位置使空位变换位置使空位变换位置使空位变换位置 是一种热平衡缺陷是一种热平衡缺陷是一种热平衡缺陷是一种热平衡缺陷空位空位 肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位肖脱基空位:如原子在热起伏过程中获得足够能量离开平衡位置，跳如原子在热起伏过程中获得足够能量离开平衡位置，跳如原子在热起伏

7、过程中获得足够能量离开平衡位置，跳如原子在热起伏过程中获得足够能量离开平衡位置，跳动到晶体的表面，在原位置上留下空位，这种缺陷称为肖脱动到晶体的表面，在原位置上留下空位，这种缺陷称为肖脱动到晶体的表面，在原位置上留下空位，这种缺陷称为肖脱动到晶体的表面，在原位置上留下空位，这种缺陷称为肖脱基空位。基空位。基空位。基空位。金属中大部分为此空位。金属中大部分为此空位。金属中大部分为此空位。金属中大部分为此空位。弗兰克尔空位：弗兰克尔空位：弗兰克尔空位：弗兰克尔空位：在在在在晶晶晶晶格格格格内内内内原原原原子子子子热热热热振振振振动动动动时时时时，一一一一些些些些能能能能量量量量足足足足够够够够大大

8、大大的的的的原原原原子子子子离离离离开开开开平平平平衡衡衡衡位位位位置置置置后后后后，进进进进入入入入晶晶晶晶格格格格点点点点的的的的间间间间隙隙隙隙位位位位置置置置，变变变变成成成成间间间间隙隙隙隙原原原原子子子子，而而而而在在在在原原原原来来来来的的的的位位位位置置置置上上上上形形形形成成成成一一一一个个个个空空空空位位位位，这这这这种种种种缺缺缺缺陷陷陷陷称称称称为为为为弗弗弗弗兰兰兰兰克克克克尔空位。尔空位。尔空位。尔空位。弗兰克尔缺陷弗兰克尔缺陷弗兰克尔缺陷弗兰克尔缺陷处于不断的运动、消逝和形成过程中处于不断的运动、消逝和形成过程中处于不断的运动、消逝和形成过程中处于不断的运动、消逝

9、和形成过程中 遇到四周空位遇到四周空位遇到四周空位遇到四周空位 换位换位换位换位 迁移至晶体表面迁移至晶体表面迁移至晶体表面迁移至晶体表面 消逝消逝消逝消逝 遇到间隙原子遇到间隙原子遇到间隙原子遇到间隙原子 消逝消逝消逝消逝空位的移动：空位的移动：空位的移动：空位的移动：空位的移动空位的移动空位的移动空位的移动a ab bc cd de ef f空位的浓度空位的浓度空位的浓度空位的浓度:温度温度温度温度，浓度，浓度，浓度，浓度；温度温度温度温度，浓度，浓度，浓度，浓度但空位的平衡浓度是很小的（但空位的平衡浓度是很小的（但空位的平衡浓度是很小的（但空位的平衡浓度是很小的（如铜：如铜：如铜：如铜：

10、一般为一般为一般为一般为10101010-5-5-5-5数量级）数量级）数量级）数量级）浓度随温度变更而变更浓度随温度变更而变更浓度随温度变更而变更浓度随温度变更而变更在空位四周的原子会偏离平衡位置出现弹性畸变区在空位四周的原子会偏离平衡位置出现弹性畸变区在空位四周的原子会偏离平衡位置出现弹性畸变区在空位四周的原子会偏离平衡位置出现弹性畸变区 晶格畸变晶格畸变晶格畸变晶格畸变空位引起的晶空位引起的晶空位引起的晶空位引起的晶格畸变格畸变格畸变格畸变2 2 2 2 间隙原子间隙原子间隙原子间隙原子处于晶格间处于晶格间处于晶格间处于晶格间隙中的原子隙中的原子隙中的原子隙中的原子 间间间间隙隙隙隙原原

11、原原子子子子可可可可以以以以为为为为晶晶晶晶格格格格中中中中的的的的原原原原子子子子（发发发发生生生生严严严严峻峻峻峻晶晶晶晶格格格格畸畸畸畸变变变变），也也也也可可可可能能能能为为为为异异异异类类类类原原原原子子子子(如如如如：H H H H、N N N N、C C C C、B B B B等等等等，晶晶晶晶格格格格畸畸畸畸变变变变较较较较空位严峻）。空位严峻）。空位严峻）。空位严峻）。间隙原子也间隙原子也间隙原子也间隙原子也是一种热平衡缺陷是一种热平衡缺陷是一种热平衡缺陷是一种热平衡缺陷 平衡浓度为固溶度或溶解度平衡浓度为固溶度或溶解度平衡浓度为固溶度或溶解度平衡浓度为固溶度或溶解度 产生晶

12、格畸变产生晶格畸变产生晶格畸变产生晶格畸变假如间隙原子是其它假如间隙原子是其它假如间隙原子是其它假如间隙原子是其它元素就称为异类原子元素就称为异类原子元素就称为异类原子元素就称为异类原子 （杂质原子）（杂质原子）（杂质原子）（杂质原子）间隙原子间隙原子间隙原子引起的间隙原子引起的间隙原子引起的间隙原子引起的晶格畸变晶格畸变晶格畸变晶格畸变3 3 3 3 置换原子置换原子置换原子置换原子占据原来基体原子平占据原来基体原子平占据原来基体原子平占据原来基体原子平衡位置的异类原子衡位置的异类原子衡位置的异类原子衡位置的异类原子产生晶格畸变产生晶格畸变产生晶格畸变产生晶格畸变是一种热平衡缺陷是一种热平衡

13、缺陷是一种热平衡缺陷是一种热平衡缺陷 平衡浓度为固溶度或溶解度平衡浓度为固溶度或溶解度平衡浓度为固溶度或溶解度平衡浓度为固溶度或溶解度（比间隙原子的固溶度要大得多）（比间隙原子的固溶度要大得多）（比间隙原子的固溶度要大得多）（比间隙原子的固溶度要大得多）三三三三种种种种点点点点缺缺缺缺陷陷陷陷均均均均为为为为热热热热平平平平衡衡衡衡缺缺缺缺陷陷陷陷，均均均均造造造造成成成成晶晶晶晶格格格格畸畸畸畸变变变变，对对对对金属的性能产生影响。金属的性能产生影响。金属的性能产生影响。金属的性能产生影响。小原子置换引起的小原子置换引起的晶格畸变晶格畸变 线缺陷线缺陷线线线线缺缺缺缺陷陷陷陷：即即即即位位位

14、位错错错错(分分分分为为为为刃刃刃刃型型型型位位位位错错错错和和和和螺螺螺螺旋旋旋旋位位位位错错错错)。它它它它是是是是指晶体中的指晶体中的指晶体中的指晶体中的原子原子原子原子发生了有规律的发生了有规律的发生了有规律的发生了有规律的错排错排错排错排现象。现象。现象。现象。特特特特点点点点：原原原原子子子子发发发发生生生生错错错错排排排排的的的的范范范范围围围围只只只只在在在在一一一一维维维维方方方方向向向向上上上上很很很很大大大大，直直直直径径径径为为为为3 3 3 35 5 5 5个个个个原原原原子子子子间间间间距距距距，长长长长数数数数百百百百个个个个原原原原子子子子间间间间距距距距以以以

15、以上上上上的的的的管管管管状状状状原原原原子子子子畸变区畸变区畸变区畸变区。1 1 1 1 刃型位错刃型位错刃型位错刃型位错形形形形成成成成及及及及定定定定义义义义：晶晶晶晶体体体体在在在在大大大大于于于于屈屈屈屈服服服服值值值值的的的的切切切切应应应应力力力力 作作作作用用用用下下下下，以以以以ABCDABCDABCDABCD面面面面为为为为滑滑滑滑移移移移面面面面发发发发生生生生滑滑滑滑移移移移。滑滑滑滑移移移移后后后后产产产产生生生生额额额额外外外外半半半半原原原原子子子子面面面面EFGHEFGHEFGHEFGH，EFEFEFEF是是是是晶晶晶晶体体体体已已已已滑滑滑滑移移移移部部部部分

16、分分分和和和和未未未未滑滑滑滑移移移移部部部部分分分分的的的的交交交交线线线线，EFEFEFEF线线线线犹犹犹犹如如如如砍砍砍砍入入入入晶晶晶晶体体体体的的的的一一一一把把把把刀刀刀刀的的的的刀刀刀刀刃刃刃刃，即刃位错（或棱位错）。即刃位错（或棱位错）。即刃位错（或棱位错）。即刃位错（或棱位错）。A AB BC CD DE EF FGGH H刃型位错示意图刃型位错示意图刃型位错示意图刃型位错示意图刃型位错分类刃型位错分类正刃位错：正刃位错：正刃位错：正刃位错：额外半原子面位于晶体的上半部，额外半原子面位于晶体的上半部，额外半原子面位于晶体的上半部，额外半原子面位于晶体的上半部，“”负刃位错：负

17、刃位错：负刃位错：负刃位错：额外半原子面位于晶体的下半部，额外半原子面位于晶体的下半部，额外半原子面位于晶体的下半部，额外半原子面位于晶体的下半部，“”正刃位错正刃位错正刃位错正刃位错 负刃位错负刃位错负刃位错负刃位错 刃型位错的重要特征：刃型位错的重要特征：刃型位错的重要特征：刃型位错的重要特征：刃型位错有一额外半原子面刃型位错有一额外半原子面刃型位错有一额外半原子面刃型位错有一额外半原子面 位位位位错错错错线线线线是是是是一一一一个个个个具具具具有有有有确确确确定定定定宽宽宽宽度度度度的的的的瘦瘦瘦瘦长长长长晶晶晶晶格格格格畸畸畸畸变变变变管管管管道道道道，既既既既有有有有切切切切应应应应

18、变变变变，又又又又有有有有正正正正应应应应变变变变，对对对对于于于于正正正正刃刃刃刃型型型型位位位位错错错错，滑滑滑滑移移移移面面面面之之之之上上上上晶晶晶晶格格格格受受受受到到到到压应力，滑移面之下受到拉应力。负刃型位错与此相反。压应力，滑移面之下受到拉应力。负刃型位错与此相反。压应力，滑移面之下受到拉应力。负刃型位错与此相反。压应力，滑移面之下受到拉应力。负刃型位错与此相反。位位位位错错错错线线线线与与与与晶晶晶晶体体体体的的的的滑滑滑滑移移移移方方方方向向向向（柏柏柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量）相相相相垂垂垂垂直直直直，位位位位错错错错线线线线运运运运动的方向垂直于位错线。动的方向垂直于

19、位错线。动的方向垂直于位错线。动的方向垂直于位错线。留意：额外半原子面不确定是平面，可以是曲面。但是位错留意：额外半原子面不确定是平面，可以是曲面。但是位错留意：额外半原子面不确定是平面，可以是曲面。但是位错留意：额外半原子面不确定是平面，可以是曲面。但是位错线确定是垂直于滑移方向的，这是刃型位错的特征之一。线确定是垂直于滑移方向的，这是刃型位错的特征之一。线确定是垂直于滑移方向的，这是刃型位错的特征之一。线确定是垂直于滑移方向的，这是刃型位错的特征之一。A AB BC CD D D DA AD D D DA AD D位错线位错线位错线位错线形形形形成成成成及及及及定定定定义义义义：晶晶晶晶体

20、体体体在在在在外外外外加加加加切切切切应应应应力力力力 作作作作用用用用下下下下，沿沿沿沿ABCDABCD面面面面滑滑滑滑移移移移，由由由由于于于于位位位位错错错错线线线线EFEF四四四四周周周周的的的的一一一一组组组组原原原原子子子子面面面面形形形形成成成成了了了了一一一一个个个个连连连连续续续续的的的的螺螺螺螺旋旋旋旋形形形形坡坡坡坡面面面面，故故故故称称称称为为为为螺螺螺螺型型型型位位位位错错错错。图图图图中中中中EFEF线线线线为为为为已已已已滑滑滑滑移移移移区区区区与与与与未滑移区的分界处。未滑移区的分界处。未滑移区的分界处。未滑移区的分界处。2 2 2 2 螺型位错螺型位错螺型位错

21、螺型位错E EF F分类：有左螺旋和右螺旋。分类：有左螺旋和右螺旋。分类：有左螺旋和右螺旋。分类：有左螺旋和右螺旋。依据螺旋面旋转方向，符合右手法则（即以右手拇指代表螺依据螺旋面旋转方向，符合右手法则（即以右手拇指代表螺依据螺旋面旋转方向，符合右手法则（即以右手拇指代表螺依据螺旋面旋转方向，符合右手法则（即以右手拇指代表螺旋面前进方向，其他四指代表螺旋面的旋转方向）的称为右旋旋面前进方向，其他四指代表螺旋面的旋转方向）的称为右旋旋面前进方向，其他四指代表螺旋面的旋转方向）的称为右旋旋面前进方向，其他四指代表螺旋面的旋转方向）的称为右旋螺型位错。符合左手法则的称为左旋螺型位错螺型位错。符合左手法

22、则的称为左旋螺型位错螺型位错。符合左手法则的称为左旋螺型位错螺型位错。符合左手法则的称为左旋螺型位错.MMQQP POON N左旋螺型位错左旋螺型位错左旋螺型位错左旋螺型位错A AB BC CD D D DA AD D D DA AD D右旋螺型位错右旋螺型位错右旋螺型位错右旋螺型位错螺型位错的重要特征：螺型位错的重要特征：螺型位错的重要特征：螺型位错的重要特征：螺型位错没有额外半原子面。螺型位错没有额外半原子面。螺型位错没有额外半原子面。螺型位错没有额外半原子面。位错线是一个具有确定宽度的瘦长晶格畸变管道，其位错线是一个具有确定宽度的瘦长晶格畸变管道，其位错线是一个具有确定宽度的瘦长晶格畸变

23、管道，其位错线是一个具有确定宽度的瘦长晶格畸变管道，其中只有切应变，没有正应变。中只有切应变，没有正应变。中只有切应变，没有正应变。中只有切应变，没有正应变。位错线位错线位错线位错线EFEF与晶体的滑移方向（柏氏矢量）相平行。位与晶体的滑移方向（柏氏矢量）相平行。位与晶体的滑移方向（柏氏矢量）相平行。位与晶体的滑移方向（柏氏矢量）相平行。位错线运动的方向垂直于位错线。错线运动的方向垂直于位错线。错线运动的方向垂直于位错线。错线运动的方向垂直于位错线。位错线运动方向位错线运动方向位错线运动方向位错线运动方向位位位位错错错错线线线线柏柏柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量F FE E刃型位错与螺型位错的区

24、分：刃型位错与螺型位错的区分：螺型位错螺型位错螺型位错螺型位错没有没有没有没有额外半原子面，而额外半原子面，而额外半原子面，而额外半原子面，而刃型位错刃型位错刃型位错刃型位错有；有；有；有；螺型位错螺型位错螺型位错螺型位错只有切应变，没有正应变，而只有切应变，没有正应变，而只有切应变，没有正应变，而只有切应变，没有正应变，而刃型位错刃型位错刃型位错刃型位错均有；均有；均有；均有；螺螺螺螺型型型型位位位位错错错错的的的的位位位位错错错错线线线线与与与与晶晶晶晶体体体体的的的的滑滑滑滑移移移移方方方方向向向向（柏柏柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量）相相相相平平平平 行，而行，而行，而行，而刃型位错刃型

25、位错刃型位错刃型位错则垂直。则垂直。则垂直。则垂直。刃刃刃刃型型型型位位位位错错错错的的的的滑滑滑滑移移移移面面面面是是是是唯唯唯唯一一一一的的的的（刃刃刃刃型型型型位位位位错错错错与与与与柏柏柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量在在在在一一一一个个个个平平平平面面面面），而而而而螺螺螺螺型型型型位位位位错错错错可可可可以以以以从从从从一一一一个个个个滑滑滑滑移移移移面面面面滑滑滑滑移移移移到到到到另另另另一一一一个个个个滑移面。滑移面。滑移面。滑移面。在在在在外外外外力力力力 作作作作用用用用下下下下，两两两两部部部部分分分分之之之之间间间间发发发发生生生生相相相相对对对对滑滑滑滑移移移移，在在在在

26、晶晶晶晶体体体体内内内内部部部部已已已已滑滑滑滑移移移移和和和和未未未未滑滑滑滑移移移移部部部部分分分分的的的的交交交交线线线线既既既既不不不不垂垂垂垂直直直直也也也也不不不不平平平平行行行行滑滑滑滑移移移移方方方方向向向向（伯伯伯伯氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量b b），而而而而是是是是一一一一条条条条曲曲曲曲线线线线，他他他他是是是是刃刃刃刃型型型型位位位位错错错错与与与与螺螺螺螺旋位错的混合型，这样的位错称为混合位错。旋位错的混合型，这样的位错称为混合位错。旋位错的混合型，这样的位错称为混合位错。旋位错的混合型，这样的位错称为混合位错。位位位位错错错错线线线线上上上上随随随随意意意意一一一一点

27、点点点，经经经经矢矢矢矢量量量量分分分分解解解解后后后后，可可可可分分分分解解解解为为为为刃刃刃刃位位位位错错错错和和和和螺螺螺螺位位位位错错错错重重重重量量量量。晶晶晶晶体体体体中中中中位位位位错错错错线线线线的的的的形形形形态态态态可可可可以以以以是是是是随随随随意意意意的的的的，但但但但位位位位错错错错线线线线上上上上各各各各点点点点的的的的伯伯伯伯氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量相相相相同同同同，只只只只是是是是各各各各点点点点的的的的刃刃刃刃型型型型、螺螺螺螺型重量不同而已。型重量不同而已。型重量不同而已。型重量不同而已。3 3 3 3 混合位错（实际晶体中常见）混合位错（实际晶体中常见）混

28、合位错（实际晶体中常见）混合位错（实际晶体中常见）A A处为螺型位错（位错线与处为螺型位错（位错线与处为螺型位错（位错线与处为螺型位错（位错线与b b平行）平行）平行）平行）C C处为刃型位错（位错线与处为刃型位错（位错线与处为刃型位错（位错线与处为刃型位错（位错线与b b垂直）垂直）垂直）垂直）ACAC之间为混合位错之间为混合位错之间为混合位错之间为混合位错CbA（a a）混合位错）混合位错）混合位错）混合位错 A AB BC Cb b（b b b b）混合位错分解为刃位）混合位错分解为刃位）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错和螺位错示意图错和螺位错示意

29、图 b b螺螺螺螺位错线位错线位错线位错线b b混混混混b b刃刃刃刃在在在在实实实实际际际际晶晶晶晶体体体体中中中中，从从从从距距距距离离离离位位位位错错错错确确确确定定定定距距距距离离离离的的的的任任任任一一一一原原原原子子子子M M M M动动动动身身身身，以以以以到到到到相相相相邻邻邻邻原原原原子子子子为为为为一一一一步步步步，沿沿沿沿逆逆逆逆时时时时针针针针方方方方向向向向环环环环绕绕绕绕位位位位错错错错线线线线作作作作一一一一闭闭闭闭合合合合回回回回路路路路，称称称称之之之之为柏氏回路。为柏氏回路。为柏氏回路。为柏氏回路。在完整晶体中以同样方向和步数作回路，但未封闭。在完整晶体中以

30、同样方向和步数作回路，但未封闭。在完整晶体中以同样方向和步数作回路，但未封闭。在完整晶体中以同样方向和步数作回路，但未封闭。由由由由完完完完整整整整晶晶晶晶体体体体的的的的回回回回路路路路终终终终点点点点Q Q Q Q到到到到始始始始点点点点M M M M引引引引一一一一矢矢矢矢量量量量b b b b，使使使使该该该该回回回回路路路路闭闭闭闭合合合合，矢量矢量矢量矢量b b b b即为柏氏矢量。即为柏氏矢量。即为柏氏矢量。即为柏氏矢量。4 4 4 4 柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量的确定方法：柏氏矢量的确定方法：柏氏矢量的确定方法：柏氏矢量的确定方法：P24P24P24P24图图图图

31、1-361-361-361-36柏柏柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量：既既既既可可可可表表表表示示示示位位位位错错错错的的的的性性性性质质质质，也也也也可可可可表表表表示示示示晶晶晶晶格格格格畸畸畸畸变变变变的的的的大大大大小小小小和和和和方向。方向。方向。方向。从柏氏回路可知：刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直从柏氏回路可知：刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直从柏氏回路可知：刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直从柏氏回路可知：刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直 刃位错的重要特征刃位错的重要特征刃位错的重要特征刃位错的重要特征刃型位错柏氏矢量的确定刃型位错柏氏矢量的确定刃型位错柏氏矢量的确定刃型位错

32、柏氏矢量的确定从柏氏回路可知：螺型位错的柏氏矢量与其位错线相平行从柏氏回路可知：螺型位错的柏氏矢量与其位错线相平行从柏氏回路可知：螺型位错的柏氏矢量与其位错线相平行从柏氏回路可知：螺型位错的柏氏矢量与其位错线相平行 螺位错的重要特征螺位错的重要特征螺位错的重要特征螺位错的重要特征位错线位错线位错线位错线柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量螺旋位错柏氏矢量的确定螺旋位错柏氏矢量的确定螺旋位错柏氏矢量的确定螺旋位错柏氏矢量的确定柏氏矢量的特征：柏氏矢量的特征：柏氏矢量的特征：柏氏矢量的特征：可判定位错性质：可判定位错性质：可判定位错性质：可判定位错性质：位错线位错线位错线位错线柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量

33、柏氏矢量刃型刃型刃型刃型 位错线位错线位错线位错线柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量螺旋型螺旋型螺旋型螺旋型 描述了晶格畸变的大小与方向，指出了滑移后晶体上下描述了晶格畸变的大小与方向，指出了滑移后晶体上下描述了晶格畸变的大小与方向，指出了滑移后晶体上下描述了晶格畸变的大小与方向，指出了滑移后晶体上下部相对位移的方向与大小。部相对位移的方向与大小。部相对位移的方向与大小。部相对位移的方向与大小。柏氏矢量方向代表滑移方向。柏氏矢量方向代表滑移方向。柏氏矢量方向代表滑移方向。柏氏矢量方向代表滑移方向。一条位错线的柏氏矢量是恒定不变的一条位错线的柏氏矢量是恒定不变的一条位错线的柏氏矢量是恒定不变的一条

34、位错线的柏氏矢量是恒定不变的 对对对对于于于于一一一一个个个个位位位位错错错错来来来来说说说说，同同同同时时时时包包包包含含含含位位位位错错错错线线线线和和和和柏柏柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量的的的的晶晶晶晶面面面面是潜在的滑移面。是潜在的滑移面。是潜在的滑移面。是潜在的滑移面。5 5 5 5 位错的性质位错的性质位错的性质位错的性质 已滑移区与未滑移区的边界线就是已滑移区与未滑移区的边界线就是已滑移区与未滑移区的边界线就是已滑移区与未滑移区的边界线就是位错线。位错线。位错线。位错线。位位位位错错错错线线线线不不不不能能能能终终终终止止止止于于于于晶晶晶晶体体体体内内内内部部部部，只只只只能能

35、能能露露露露头头头头于于于于晶晶晶晶体体体体表表表表面面面面(包包包包括括括括晶晶晶晶界界界界)，或或或或与与与与其其其其它它它它位位位位错错错错线线线线相相相相连连连连接接接接、或或或或自自自自成成成成封封封封闭闭闭闭线线线线位错线的连续性。位错线的连续性。位错线的连续性。位错线的连续性。柏柏柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量与与与与位位位位错错错错线线线线垂垂垂垂直直直直的的的的位位位位错错错错是是是是刃刃刃刃型型型型位位位位错错错错，分分分分为为为为正正正正、负刃型位错。负刃型位错。负刃型位错。负刃型位错。柏柏柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量与与与与位位位位错错错错线线线线平平平平行行行行的的的的

36、位位位位错错错错是是是是螺螺螺螺型型型型位位位位错错错错，分分分分为为为为左左左左、右旋螺位错。右旋螺位错。右旋螺位错。右旋螺位错。定定定定义义义义：单单单单位位位位体体体体积积积积内内内内位位位位错错错错线线线线包包包包含含含含的的的的总总总总长长长长度度度度（或或或或穿穿穿穿过过过过单单单单位位位位截截截截面积的位错线数目）面积的位错线数目）面积的位错线数目）面积的位错线数目）=L/V =L/V =L/V =L/V 式中式中式中式中 l l l l为晶体长度，为晶体长度，为晶体长度，为晶体长度，n n n n为位错线数目，为位错线数目，为位错线数目，为位错线数目，S S S S晶体截面积。

37、晶体截面积。晶体截面积。晶体截面积。一一一一般般般般退退退退火火火火金金金金属属属属晶晶晶晶体体体体中中中中 为为为为10101012cm-210101012cm-210101012cm-210101012cm-2数数数数量量量量级级级级，经经经经猛烈冷加工的金属晶体中，猛烈冷加工的金属晶体中，猛烈冷加工的金属晶体中，猛烈冷加工的金属晶体中，为为为为10151016cm-210151016cm-210151016cm-210151016cm-26 6 6 6 位错密度位错密度位错密度位错密度金属强度和位错的关系金属强度和位错的关系金属强度和位错的关系金属强度和位错的关系1111理论强度理论强度

38、理论强度理论强度2222晶须强度晶须强度晶须强度晶须强度3333未未未未强强强强化化化化纯纯纯纯金金金金属属属属强强强强度度度度（或退火状态）（或退火状态）（或退火状态）（或退火状态）4444合合合合金金金金化化化化、加加加加工工工工硬硬硬硬化化化化或热处理的合金强度或热处理的合金强度或热处理的合金强度或热处理的合金强度晶体塑性变形抗力与位错密度的关系晶体塑性变形抗力与位错密度的关系晶体塑性变形抗力与位错密度的关系晶体塑性变形抗力与位错密度的关系位错密度位错密度位错密度位错密度强度强度强度强度 mm1 12 23 34 4晶须中：晶须中：晶须中：晶须中：=10m/cm3=10m/cm3=10m

39、/cm3=10m/cm3 位错密度很小位错密度很小位错密度很小位错密度很小金属铁须晶金属铁须晶金属铁须晶金属铁须晶(直径直径直径直径1.6m)1.6m)1.6m)1.6m)：13400MPa13400MPa13400MPa13400MPa，退火工业纯铁：退火工业纯铁：退火工业纯铁：退火工业纯铁：300MPa300MPa300MPa300MPa，强化处理合金钢：强化处理合金钢：强化处理合金钢：强化处理合金钢：2000MPa2000MPa2000MPa2000MPa。(1)(1)(1)(1)理论上：位错的存在是材料具有理论上：位错的存在是材料具有理论上：位错的存在是材料具有理论上：位错的存在是材料

40、具有良好塑性变形良好塑性变形良好塑性变形良好塑性变形的前提；的前提；的前提；的前提；低密度位错利于强度的提高。低密度位错利于强度的提高。低密度位错利于强度的提高。低密度位错利于强度的提高。(2)(2)(2)(2)实际中：实际中：实际中：实际中：位错密度较低时，位错密度较低时，位错密度较低时，位错密度较低时，则则则则，如：晶须，如：晶须，如：晶须，如：晶须 无工业实际意义无工业实际意义无工业实际意义无工业实际意义 位错密度较高时，位错密度较高时，位错密度较高时，位错密度较高时，则则则则 工业意义：形变强化、马氏体相变强化工业意义：形变强化、马氏体相变强化工业意义：形变强化、马氏体相变强化工业意义

41、：形变强化、马氏体相变强化位错的产生：金属结晶、塑性变形、相变过程中。位错的产生：金属结晶、塑性变形、相变过程中。位错的产生：金属结晶、塑性变形、相变过程中。位错的产生：金属结晶、塑性变形、相变过程中。位错的视察：透射电镜等。位错的视察：透射电镜等。位错的视察：透射电镜等。位错的视察：透射电镜等。金属强度和位错的关系：金属强度和位错的关系：金属强度和位错的关系：金属强度和位错的关系：面缺陷面缺陷影响表面能的因素有：影响表面能的因素有：影响表面能的因素有：影响表面能的因素有：（1 1 1 1）外部介质的性质）外部介质的性质）外部介质的性质）外部介质的性质 介质不同，表面能不同介质不同，表面能不同

42、介质不同，表面能不同介质不同，表面能不同（2 2 2 2）袒露晶面的原子密度）袒露晶面的原子密度）袒露晶面的原子密度）袒露晶面的原子密度 密排晶面，表面能小密排晶面，表面能小密排晶面，表面能小密排晶面，表面能小（3 3 3 3）晶体表面的曲率）晶体表面的曲率）晶体表面的曲率）晶体表面的曲率 曲率大，表面能大曲率大，表面能大曲率大，表面能大曲率大，表面能大1 1 1 1 晶体表面晶体表面晶体表面晶体表面表现形式：处于晶体表面层原子受力不均，偏离平衡位置，并表现形式：处于晶体表面层原子受力不均，偏离平衡位置，并表现形式：处于晶体表面层原子受力不均，偏离平衡位置，并表现形式：处于晶体表面层原子受力不

43、均，偏离平衡位置，并牵连邻近几层原子产生畸变，表面能上升。牵连邻近几层原子产生畸变，表面能上升。牵连邻近几层原子产生畸变，表面能上升。牵连邻近几层原子产生畸变，表面能上升。主要包括晶体外表面和内界面主要包括晶体外表面和内界面主要包括晶体外表面和内界面主要包括晶体外表面和内界面(晶界、亚晶界、相界、堆垛层错晶界、亚晶界、相界、堆垛层错晶界、亚晶界、相界、堆垛层错晶界、亚晶界、相界、堆垛层错)。指金属与真空或气体、液体等外部介质相接触的界面。指金属与真空或气体、液体等外部介质相接触的界面。指金属与真空或气体、液体等外部介质相接触的界面。指金属与真空或气体、液体等外部介质相接触的界面。2 2 2 2

44、 晶界晶界晶界晶界小角度晶界小角度晶界小角度晶界小角度晶界 晶晶晶晶界界界界的的的的结结结结构构构构和和和和性性性性质质质质与与与与相相相相邻邻邻邻晶晶晶晶粒粒粒粒的的的的取取取取向向向向差差差差有有有有关关关关，当当当当取取取取向向向向差差差差小小小小于于于于10o10o10o10o时时时时，称称称称为为为为小小小小角角角角度度度度晶晶晶晶界界界界。它它它它由由由由两两两两个个个个晶晶晶晶粒粒粒粒各各各各倾倾倾倾斜斜斜斜/2/2/2/2构构构构成成成成的一系列位错组成（或称为位错墙）。的一系列位错组成（或称为位错墙）。的一系列位错组成（或称为位错墙）。的一系列位错组成（或称为位错墙）。依依依

45、依据据据据形形形形成成成成晶晶晶晶界界界界时时时时的的的的行行行行为为为为不不不不同同同同，晶晶晶晶界界界界分分分分为对称倾斜晶界和扭转晶界。为对称倾斜晶界和扭转晶界。为对称倾斜晶界和扭转晶界。为对称倾斜晶界和扭转晶界。晶晶晶晶界界界界与与与与界界界界面面面面能能能能：晶晶晶晶界界界界是是是是成成成成分分分分结结结结构构构构相相相相同同同同的的的的同同同同种种种种晶晶晶晶粒粒粒粒间间间间的的的的界界界界面面面面。界界界界面面面面上上上上的的的的原原原原子子子子处处处处在在在在断断断断键键键键状状状状态态态态，具具具具有有有有超超超超额额额额能能能能量量量量。在在在在界界界界面面面面单单单单位位

46、位位面面面面积积积积上上上上平平平平均均均均的的的的超超超超额额额额能能能能量叫量叫量叫量叫界面能界面能界面能界面能。对对称称称称倾倾斜晶界斜晶界斜晶界斜晶界倾斜晶界倾斜晶界倾斜晶界倾斜晶界扭转晶界扭转晶界扭转晶界扭转晶界晶界上的原子排列晶界上的原子排列晶界上的原子排列晶界上的原子排列由相由相由相由相互交叉的螺旋位错组成互交叉的螺旋位错组成互交叉的螺旋位错组成互交叉的螺旋位错组成大角度晶界大角度晶界大角度晶界大角度晶界 相相相相邻邻邻邻晶晶晶晶粒粒粒粒的的的的位位位位向向向向差差差差大大大大于于于于10101010的晶界。的晶界。的晶界。的晶界。大大大大约约约约23232323个个个个原原原原

47、子子子子厚厚厚厚，原原原原子子子子排排排排列列列列较较较较混混混混乱乱乱乱，结结结结构构构构较较较较困困困困难难难难：由由由由原原原原子子子子排排排排列列列列紊紊紊紊乱乱乱乱区区区区域域域域与与与与原原原原子子子子排排排排列列列列较较较较整整整整齐齐齐齐区区区区域域域域交交交交替相间而成。替相间而成。替相间而成。替相间而成。A AB BD DC C大角晶界模型大角晶界模型大角晶界模型大角晶界模型 晶粒内部位向差小于晶粒内部位向差小于晶粒内部位向差小于晶粒内部位向差小于 2 2 2 2的亚结构，也称亚晶粒，亚的亚结构，也称亚晶粒，亚的亚结构，也称亚晶粒，亚的亚结构，也称亚晶粒，亚晶之间的界面，称

48、为亚晶界晶之间的界面，称为亚晶界晶之间的界面，称为亚晶界晶之间的界面，称为亚晶界。通常由通常由通常由通常由位错位错位错位错构成，构成，构成，构成，为小角度晶界。为小角度晶界。为小角度晶界。为小角度晶界。3 3 3 3 亚晶界亚晶界亚晶界亚晶界金属中的亚晶组织金属中的亚晶组织亚晶界通常由位错构成亚晶界通常由位错构成 亚晶界模型亚晶界模型 晶晶晶晶体体体体结结构构构构可可可可以以以以看看看看成成成成由由由由许许很很很很多多多多多多多多密密密密排排排排晶晶晶晶面面面面按按按按确确确确定定定定依依依依次次次次堆堆堆堆垛垛而成。而成。而成。而成。堆堆堆堆垛垛层层错错：是是是是指指指指晶晶晶晶面面面面堆堆

49、堆堆垛垛依依依依次次次次发发生生生生局局局局部部部部差差差差错错而而而而产产生生生生的一种晶体缺陷的一种晶体缺陷的一种晶体缺陷的一种晶体缺陷(在在在在实际实际晶体中）。晶体中）。晶体中）。晶体中）。4 4 4 4 堆垛层错堆垛层错堆垛层错堆垛层错面心立方易发生：正常依次为面心立方易发生：正常依次为面心立方易发生：正常依次为面心立方易发生：正常依次为ABC ABC ABCABC ABC ABC 异样依次可能为异样依次可能为异样依次可能为异样依次可能为ABC AB ABC ABCABC AB ABC ABC 引起能量（层错能）上升引起能量（层错能）上升引起能量（层错能）上升引起能量（层错能）上升奥

50、氏体和奥氏体和奥氏体和奥氏体和 黄黄黄黄铜铜铜铜中存在大量中存在大量中存在大量中存在大量层错层错，而，而，而，而铝铝中中中中则则看不到看不到看不到看不到层错层错。金属材料内部的晶粒金属材料内部的晶粒金属材料内部的晶粒金属材料内部的晶粒(a)(a)(a)(a)固溶处理的固溶处理的固溶处理的固溶处理的1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti不锈钢中同一类的等轴晶粒（不锈钢中同一类的等轴晶粒（不锈钢中同一类的等轴晶粒（不锈钢中同一类的等轴晶粒（600600600600）(b)(b)(b)(b)黄铜黄铜黄铜黄铜H62H62H62H62（62%Cu,38%Zn)6