实际金属的晶体结构课件.pptx

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1、 晶体结构缺陷的类型晶体结构缺陷的类型缺陷的缺陷的类型类型点缺陷线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

2、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。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。第1页/共44页点缺陷 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 晶体表面、晶界、相界面等晶体表面、晶

3、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 位错（刃型、螺旋）位错（刃型、螺旋）位错（刃型、螺旋）位错（刃型、螺旋）第2页/共44页晶体中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 22肖脱基空位肖脱基空位 33异类间隙原子异类间隙原子 44复合空位复合空位 55弗兰克尔空位弗兰克尔空位 66小的置换原子小的置换原子 点缺陷点缺陷第3页/共44页1 1 1 1 空位空位空位空位 形成原因：形成原因：形成原因：形成原因：原子的热运动原子的热运动原子的热运动原子的热运动导致能量起伏，导致能量起伏，导致能量起伏，导致能量起伏，使一些原子脱离使一些原子脱离使一些原子

4、脱离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。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 第4页/共44页肖脱基

5、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:如原子在如原子在如原子在如原子在热起伏热起伏热起伏热起伏过程中获得足够能量离开平衡位置，跳过程中获得足够能量离开平衡位置，跳过程中获得足够能量离开平衡位置，跳过程中获得足够能量离开平衡位置，跳跃到晶体的跃到晶体的跃到晶体的跃到晶体的表面表面表面表面，在原位置上留下空位，这种缺陷称为，在原位置上留下空位，这种缺陷称为，在原位置上留下空位，这种缺陷称为，在原位置上留下空位，这种缺陷称为肖脱肖脱肖脱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。第5页/共44页

6、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

7、。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第6页/共44页处于不断的运动、消失和形成过程中处于不断的运动、消失和形成过程中处于不断的运动、消失和形成过程中处于不断的运动、消失和形成过程中 遇到周围空位遇到周围空位遇到周围空位遇到周围空位 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 消失消失消失消失 遇到间隙原子遇到间隙原子遇到间隙原子遇到间隙原子 消失消失消失消失空位的移动：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第7页/共44页空位的浓度空位的浓度空位的浓度

8、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：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)。浓度随温度变化而改变浓度随温度变化而改变浓度随温度变化而改变浓度随温度变化而改变在空位周围的原子会偏离平衡位置出现弹性畸变区。在空位周围的原子会偏离平衡位置出现弹性畸变区。在空位周围的原子会偏离平衡位置出现弹性畸变区。在空位周围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

9、位引起的空位引起的晶格畸变晶格畸变第8页/共44页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重重重重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：HHHH、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空位严重）。较空位严重）。较空位严重）。较空位严重）。间隙原子也间隙原

10、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 产生晶格畸变产生晶格畸变产生晶格畸变产生晶格畸变第9页/共44页如果间隙原子是其它如果间隙原子是其它如果间隙原子是其它如果间隙原子是其它元素就称为元素就称为元素就称为元素就称为异类原子异类原子异类原子异类原子 （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第10页/共44页3 3 3 3 置换原子置换原子

11、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

12、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第11页/共44页 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)。它它它它是指晶体中的是指晶体中的是指晶体中的是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

13、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。第12页/共44页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

14、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的刀刃，即刃位错刀的刀刃，即刃位错刀的刀刃，即刃位错刀的刀刃，即刃位错(或棱位错或棱位错或棱位错或棱位错)。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第13页/共44页

15、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 第14页/共44页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：刃型位错有一刃型位错有一刃型位错有一刃型位错有一额外半原子面额外半原子面额外半原

16、子面额外半原子面 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一一一一定定定定宽宽宽宽度度度度的的的的细细细细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压压压应应应应力力力力，滑滑滑滑移移移移面面面面之之之之下下下下受受受受到到到到拉拉拉拉应应应应力力力力。负刃型位错与此相反。负刃型位错与此相反。负刃型位错与此相反。负刃型位错与此相反。注注注注意

17、意意意：额额额额外外外外半半半半原原原原子子子子面面面面不不不不一一一一定定定定是是是是平平平平面面面面，可可可可以以以以是是是是曲曲曲曲面面面面。但但但但是是是是位位位位错错错错线线线线一一一一定是垂直于滑移方向的，这是刃型位错的特征之一。定是垂直于滑移方向的，这是刃型位错的特征之一。定是垂直于滑移方向的，这是刃型位错的特征之一。定是垂直于滑移方向的，这是刃型位错的特征之一。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动动动的的的的方方方方向向向向垂垂垂垂直直直直于于于于位错线。位错线。位

18、错线。位错线。第15页/共44页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ABCDABCDABCDABCD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 EFEFEFEF周周周周 围围围围 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

19、 位位位位 错错错错。图图图图 中中中中 EFEFEFEF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未未未滑滑滑滑移移移移区区区区的的的的分界处。分界处。分界处。分界处。2 2 2 2 螺型位错螺型位错螺型位错螺型位错E EF F第16页/共44页分类：分类：分类：分类：有左螺旋和右螺旋。有左螺旋和右螺旋。有左螺旋和右螺旋。有左螺旋和右螺旋。根据螺旋面旋转方向，根据螺旋面旋转方向，根据螺旋面旋转方向，根据螺旋面旋转方向，符合右手法则符合右手法则符合右手法则符合右手法则（即以右手拇指代表螺（即以右手拇指代表螺（即以右手拇指代表螺（即以右手拇指代表螺旋面前进方向，其他四指代表螺旋

20、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。螺型位错。螺型位错。螺型位错。符合左手法则符合左手法则符合左手法则符合左手法则的称为左旋螺型位错的称为左旋螺型位错的称为左旋螺型位错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第17页/共44页螺型位错的重要特征：螺型位错的重要特征：螺型位错的

21、重要特征：螺型位错的重要特征：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。额外半原子面。额外半原子面。额外半原子面。位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中中中中只有切应变，没有正应变只有切应变，没有正应变只有切应变，没有正应变只有切应变，没有正应变。位错线位错线位错线位错线EFEFEFEF与晶体的滑移方向与晶体的滑移方向与晶体的滑移方向与晶体的滑移方向相平行相平行相平行相平行。位错线运动的方。位错线运动的方。位错线运动的方。位错线

22、运动的方向垂直于位错线。向垂直于位错线。向垂直于位错线。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F F F FE E E E第18页/共44页刃型位错与螺型位错的区别：刃型位错与螺型位错的区别：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

23、；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相相相相平平平平行行行行，而而而而刃刃刃刃型型型型位错位错位错位错则垂直。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，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移面滑移到另一个滑移面。滑移面滑移到另一个滑移面。滑移面滑移到另一个滑移面。滑移面滑移到另一个滑移面。第19页/共44页 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

24、离离位位位位错错错错一一一一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MMMM出出出出发发发发，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，称之为柏氏回路。称之为柏氏回路。称之为柏氏回路。称之为柏氏回路。在在在在完整晶体完整晶体完整晶体完整晶体中以同样方向和步数作回路，但未封闭。中以同样方向和步数作回路，但未封闭。中以同样方向和步数作回路，但未封闭。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

25、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QQQQ到到到到始始始始点点点点MMMM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合，矢量闭合，矢量闭合，矢量闭合，矢量b b b b即为即为即为即为柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量。3 3 3 3 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：P P P P24242424图图图图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

26、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。第20页/共44页从柏氏回路可知：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柏氏矢量的确定第21页/共44页从从从从柏柏柏柏氏氏氏氏回回回回路路路路可可可可知知知知：螺螺螺螺型型型型位位位位错错错错的的的的柏柏

27、柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量与与与与其其其其位位位位错错错错线线线线相相相相平平平平行行行行 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第22页/共44页柏氏矢量的特征：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

28、型 描述了晶格畸变总量的大小描述了晶格畸变总量的大小描述了晶格畸变总量的大小描述了晶格畸变总量的大小b b b b与晶体滑移的方向，即指与晶体滑移的方向，即指与晶体滑移的方向，即指与晶体滑移的方向，即指出了滑移后晶体上下部相对位移的大小与方向。出了滑移后晶体上下部相对位移的大小与方向。出了滑移后晶体上下部相对位移的大小与方向。出了滑移后晶体上下部相对位移的大小与方向。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

29、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。第23页/共44页 在在在在外外外外力力力力 作作作作用用用用下下下下，晶晶晶晶体体体体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，而而而而是是是是一一一一条条条条

30、曲曲曲曲线线线线，它它它它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旋旋旋位错位错位错位错的混合型，这样的位错称为的混合型，这样的位错称为的混合型，这样的位错称为的混合型，这样的位错称为混合位错混合位错混合位错混合位错。位位位位错错错错线线线线上上上上任任任任意意意意一一一一点点点点，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分分分分量量量量。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状状状状可可可可以以以以是是是是任任任任意意意意的的的的，但但但但位位位位错错

31、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、螺型型、螺型型、螺型型、螺型分量不同而已。分量不同而已。分量不同而已。分量不同而已。4 4 4 4 混合位错混合位错混合位错混合位错（实际晶体中常见）（实际晶体中常见）（实际晶体中常见）（实际晶体中常见）第24页/共44页A A 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 b b平行）平行）平行）平行）C C 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

32、（位错线与b b b b垂直）垂直）垂直）垂直）ACACACAC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 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图 b b螺螺位错线位错线b b混混b b刃刃第25页/共44页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

33、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或晶界上，或与其它位错线相连接、或自成封闭线或晶界上，或与其它位错线相连接、或自成封闭线或晶界上，或与其它位错线相连接、或自成封闭线或晶界上，或与其它位错线相连接、或自成封闭线.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

34、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。第26页/共44页定定定定义义义义：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面面面积的位错线数目）积的位错线数目）积的位错线数目）积的位错线数目）=l/=l/V V V V 式中式中式

35、中式中 ll ll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。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1010101010101010 1010101012121212cmcmcmcm-2-2-2-2数数数数量量量量级级级级，经经经经剧剧剧剧烈烈烈烈冷冷冷冷加加加加工工工工的的的的金金金金属属属属晶晶晶晶体体体体中中中中，为为为为10101010151515151010101016161616cmcmcmcm-2-2-

36、2-2，即即即即在在在在cmcmcmcm3 3 3 3的金属内含有千百万公里长的位错线！的金属内含有千百万公里长的位错线！的金属内含有千百万公里长的位错线！的金属内含有千百万公里长的位错线！6 6 6 6 位错密度位错密度位错密度位错密度位错的存在对金属的力学性能、扩散和相变有重要影响。位错的存在对金属的力学性能、扩散和相变有重要影响。位错的存在对金属的力学性能、扩散和相变有重要影响。位错的存在对金属的力学性能、扩散和相变有重要影响。第27页/共44页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理论强度理论强度理论强度理论强度(不含位错不含位错不含位

37、错不含位错)2222晶晶晶晶须须须须强强强强度度度度(几几几几乎乎乎乎不不不不含含含含位位位位错错错错的的的的小晶体，变形抗力极高小晶体，变形抗力极高小晶体，变形抗力极高小晶体，变形抗力极高)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（或或或或退退退退火状态）火状态）火状态）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或或或热热热热处处处处理的合金强度理的合金强度理的合金强度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强度

38、强度 mm1 12 23 34 4晶须中：晶须中：=10m/cm=10m/cm=10m/cm=10m/cm3 3 3 3 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。第28页/共44页(1)(1)(1)(1)理论上：位错的存在

39、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、

40、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：形变强化、马氏体相变强化位错的产生位错的产生位错的产生位错的产生：在金属结晶、塑性变形和相变过程中。：在金属结晶、塑性变形和相变过程中。：在金属结晶、塑性变形和相变过程中。：在金属结晶、塑性变形和相变过程中。位错的观察位错的观察位错的观察位错的观察：X X X X透射电镜等。透射电镜等。透射电镜等。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：第29页/共44页 面缺陷面缺陷影响表面能的主要因素有：影响表面能的主要因素有：影响表面能的主要因素有：影响

41、表面能的主要因素有：（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，表面能不同介质不同，表面能不同介质不同，表面能不同（2 2 2 2）裸露晶面的原子密度）裸露晶面的原子密度）裸露晶面的原子密度）裸露晶面的原子密度 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 曲率半径越小，表面能越大曲率半径越小，表面能越大曲率半径越小，表面能越大曲率半径越小，表面能越大1 1 1 1 晶体表面晶体表面晶体表面晶体表面表现形式：表现形式：表

42、现形式：表现形式：处于晶体表面层原子受力不均，偏离平衡位置，并处于晶体表面层原子受力不均，偏离平衡位置，并处于晶体表面层原子受力不均，偏离平衡位置，并处于晶体表面层原子受力不均，偏离平衡位置，并牵连邻近几层原子产生畸变，表面能升高。牵连邻近几层原子产生畸变，表面能升高。牵连邻近几层原子产生畸变，表面能升高。牵连邻近几层原子产生畸变，表面能升高。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

43、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。第30页/共44页2 2 2 2 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

44、在在界界界界面面面面单单单单位位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。对称倾斜晶界对称倾斜晶界对称倾斜晶界对称倾斜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10101010o o o o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

45、成成的的的的一一一一系列系列系列系列位错组成位错组成位错组成位错组成(或称为位错墙或称为位错墙或称为位错墙或称为位错墙)。根根根根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为为为对称倾斜晶界对称倾斜晶界对称倾斜晶界对称倾斜晶界和和和和扭转晶界扭转晶界扭转晶界扭转晶界。第31页/共44页倾斜晶界倾斜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由相由相互交叉的螺旋位错组成互交叉的螺旋位错组成第32页/共44页A AB BD DC C大角晶界模型大角晶界模型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

46、晶晶粒粒粒粒间间间间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2 2 2 2 3 3 3 3个个个个原原原原子子子子厚厚厚厚，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复复复复杂杂杂杂，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齐区域交替相间而成。整齐区域交替相间而成。整齐区域交替相间而成。整齐区域交替相间而成。即即即即在在在在界界界界面面面面上上上上既既既既包包包包含含含含不不不不属属属属于于于于任任任任

47、意意意意晶晶晶晶粒粒粒粒度度度度原原原原子子子子A A A A，也也也也包包包包含含含含同同同同时时时时属属属属于于于于两两两两个个个个晶晶晶晶粒粒粒粒度度度度原原原原子子子子DDDD；既既既既包包包包含含含含有有有有压压压压缩缩缩缩区区区区B B B B，也也也也包包包包含含含含有有有有扩扩扩扩张张张张区区区区C C C C。第33页/共44页 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2222的亚结构，也称亚晶粒，的亚结构，也称亚晶粒，的亚结构，也称亚晶粒，的亚结构，也称亚晶粒，亚亚亚亚晶之间的界面，称为亚晶界晶之间的界面，称为亚晶界晶之间的界面，称为亚晶界晶

48、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金属晶粒内的结构示意图金属晶粒内的结构示意图第34页/共44页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第35页/共44页 晶晶晶晶体体体体结结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许许许许许许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一一一一定定定定顺顺顺顺序序序序堆垛而成。堆垛而成。堆垛而成。堆垛而成。堆堆堆堆垛垛垛垛层层层层

49、错错错错：是是是是指指指指在在在在实实实实际际际际晶晶晶晶体体体体中中中中晶晶晶晶面面面面堆堆堆堆垛垛垛垛顺顺顺顺序序序序发发发发生生生生局局局局部部部部差错差错差错差错而产生的一种晶体缺陷。而产生的一种晶体缺陷。而产生的一种晶体缺陷。而产生的一种晶体缺陷。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：面心立方易发生：面心立方易发生：面心立方易发生：正常顺序为正常顺序为正常顺序为正常顺序为ABC ABC ABCABC ABC ABCABC ABC ABCABC ABC ABC 异常顺序可能为异常顺序可能为异常顺序可能为异常顺序可能为ABC AB ABC ABCABC AB A

50、BC ABCABC AB ABC ABCABC AB ABC ABC 引起能量（层错能）升高引起能量（层错能）升高引起能量（层错能）升高引起能量（层错能）升高原因是：晶体的周期性完整性被破坏，从而引起能量升高。原因是：晶体的周期性完整性被破坏，从而引起能量升高。原因是：晶体的周期性完整性被破坏，从而引起能量升高。原因是：晶体的周期性完整性被破坏，从而引起能量升高。奥氏体和奥氏体和奥氏体和奥氏体和 黄铜黄铜黄铜黄铜中存在大量层错，而中存在大量层错，而中存在大量层错，而中存在大量层错，而铝铝铝铝中则看不到层错。中则看不到层错。中则看不到层错。中则看不到层错。原因是：原因是：原因是：原因是：铝的铝的