第二章晶體缺陷第二章晶體缺陷晶體缺陷的概念：晶體中的不完整區(qū)域晶體缺陷的種類：按照其空間幾何特征，晶體缺陷可分為點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷概述50μm第二章晶體缺陷2-1點(diǎn)缺陷一、點(diǎn)缺陷的種類及形成（一）空位及其特征與形成途徑空位及其特征第二章晶體缺陷2-1點(diǎn)缺陷ab晶體中空位的形成a—肖脫基空位;b—弗侖克爾空位第二章晶體缺陷2-1點(diǎn)缺陷間隙原子及其特征

（二）間隙原子及其特征與形成途徑第二章晶體缺陷2-1點(diǎn)缺陷ab晶體中間隙原子的形成a—與弗侖克爾空位同時(shí)形成;b—表面原子直接進(jìn)入間隙位置第二章晶體缺陷2-1點(diǎn)缺陷

（三）置換原子及其特征與形成途徑置換原子及其特征a—置換原子半徑較大時(shí);b—置換原子半徑較小時(shí)ab第二章晶體缺陷（四）點(diǎn)缺陷的形成能形成空位或間隙原子等點(diǎn)缺陷時(shí)，其周圍區(qū)域的原子偏離平衡位置必然使晶體能量變高，這種由點(diǎn)陣畸變造成的能量增加稱為畸變能。形成點(diǎn)缺陷時(shí)，還將導(dǎo)致電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化而使晶體能量升高，這種能量增加稱為電子能。形成一個(gè)空位或間隙原子所需提供的能量，稱為空位形成能或間隙原子形成能。

2-1點(diǎn)缺陷第二章晶體缺陷2-1點(diǎn)缺陷二、點(diǎn)缺陷的熱力學(xué)平衡性及其平衡濃度

（一）點(diǎn)缺陷的熱力學(xué)平衡性

根據(jù)，晶體中空位和間隙原子等點(diǎn)缺陷的存在，一方面會(huì)導(dǎo)致晶體的內(nèi)能升高，使晶體的自由能增加，但另一方面也增大了原子排列的混亂程度，并改變了其周圍原子的振動(dòng)頻率，引起組態(tài)熵和振動(dòng)熵的改變，使晶體的熵值增大，晶體的自由能降低。一定溫度下，當(dāng)空位或間隙原子達(dá)到一定數(shù)目時(shí)，這兩方面的能量變化可以達(dá)到平衡。第二章晶體缺陷2-1點(diǎn)缺陷（二）點(diǎn)缺陷的平衡濃度點(diǎn)缺陷的平衡濃度：

為一個(gè)點(diǎn)缺陷的形成能。第二章晶體缺陷2-1點(diǎn)缺陷（三）過飽和點(diǎn)缺陷晶體中的點(diǎn)缺陷數(shù)量往往超過其平衡濃度，通常稱為過飽和點(diǎn)缺陷。

產(chǎn)生途徑：高溫淬火高能粒子（如中子、質(zhì)子、粒子等）輻照冷變形加工第二章晶體缺陷2-1點(diǎn)缺陷三、點(diǎn)缺陷的遷移（一）點(diǎn)缺陷的遷移間隙原子的遷移是由一個(gè)間隙位置到另一個(gè)間隙位置空位的遷移是由空位與周圍結(jié)點(diǎn)位置原子換位實(shí)現(xiàn)的（二）點(diǎn)缺陷的遷移激活能

點(diǎn)缺陷遷移時(shí)所需克服的能壘（三）點(diǎn)缺陷的復(fù)合間隙原子和空位在遷移過程中相遇時(shí)將同時(shí)消失

第二章晶體缺陷思考題：

1.按空間幾何特征，晶體缺陷共分為幾種類型？列舉出每種類型晶體缺陷的具體實(shí)例。

2.何謂點(diǎn)缺陷的熱力學(xué)平衡性？2-1點(diǎn)缺陷第二章晶體缺陷一、位錯(cuò)的基本類型和特征（一）位錯(cuò)理論的提出

晶體的理論切變強(qiáng)度約為G/30G為切變彈性模量（103~104MPa）

晶體的實(shí)際切變強(qiáng)度約為1~10MPa2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)晶體滑移與位錯(cuò)的形成

晶體的滑移過程a—未滑移;b—滑移中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的界限，即定義為位錯(cuò)。第二章晶體缺陷（二）兩種基本位錯(cuò)根據(jù)位錯(cuò)的幾何結(jié)構(gòu)特征可分為兩種基本類型即刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。

1.刃型位錯(cuò)

（1）結(jié)構(gòu)模型

2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷刃型位錯(cuò)的原子模型2-2位錯(cuò)刃型位錯(cuò)線第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）刃型位錯(cuò)有一個(gè)多余半原子面。

2）刃型位錯(cuò)線與形成位錯(cuò)的晶體滑移矢量垂直。

3）刃型位錯(cuò)是以位錯(cuò)線為中心軸半徑為2~3個(gè)原子間距的一個(gè)圓筒狀區(qū)域。

4）刃型位錯(cuò)有正、負(fù)之分。

第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)2.

螺型位錯(cuò)

（1）結(jié)構(gòu)模型

第二章晶體缺陷螺型位錯(cuò)線附近上、下兩層原子面間原子移動(dòng)情況2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）無多余半原子面，而且與位錯(cuò)線垂直的面為一螺旋面。

2）螺型位錯(cuò)線與形成位錯(cuò)的晶體滑移矢量平行。

3）螺型位錯(cuò)也是一個(gè)圓筒狀區(qū)域，其直徑一般為3~4個(gè)原子間距。

4）螺型位錯(cuò)有左、右之分。

第二章晶體缺陷二、柏氏矢量（一）柏氏矢量及其確定

1.柏氏矢量：形成一個(gè)位錯(cuò)的晶體滑移矢量。

2.柏氏矢量的確定方法

通過圍繞位錯(cuò)作柏氏回路的方法確定改該位錯(cuò)的柏氏矢量。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷刃型位錯(cuò)柏氏矢量的確定2-2位錯(cuò)xyoa—實(shí)際晶體的柏氏回路b—完整晶體的相應(yīng)回路第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)螺型位錯(cuò)柏氏矢量的確定a—實(shí)際晶體的柏氏回路b—完整晶體的相應(yīng)回路第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)（二）柏氏矢量的表示方法

1.柏氏矢量的表示方法

2.位錯(cuò)強(qiáng)度[uvw]

第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)（三）柏氏矢量的守恒性及其物理意義

1.柏氏矢量的守恒性

不論所做柏氏回路的大小、形狀、位置如何變化，怎樣任意擴(kuò)大、縮小或移動(dòng)，只要它不與其他位錯(cuò)線相交，對給定的位錯(cuò)所確定的柏氏矢量是一定的。

一定位錯(cuò)的柏氏矢量是固定不變的，這一特性叫做柏氏矢量的守恒性。第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)2.柏氏矢量守恒性的推論

1)同一條位錯(cuò)線上各點(diǎn)處的柏氏矢量均相同。

2)若數(shù)條位錯(cuò)線相交于一點(diǎn)（稱為位錯(cuò)結(jié)點(diǎn)），則指向結(jié)點(diǎn)的各位錯(cuò)線的柏氏矢量之和應(yīng)等于離開結(jié)點(diǎn)的各位錯(cuò)線的柏氏矢量之和。

3)位錯(cuò)線不可能中斷于晶體內(nèi)部。即位錯(cuò)在晶體內(nèi)部或自成一個(gè)閉合的位錯(cuò)環(huán)，或與其他位錯(cuò)相交于一個(gè)結(jié)點(diǎn)，或貫穿整個(gè)晶體而終止于晶體表面。第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)3.柏氏矢量的物理意義（1）柏氏矢量是位錯(cuò)區(qū)別于其它晶體缺陷的一個(gè)特征。故可把位錯(cuò)定義為柏氏矢量不為零的晶體缺陷。

（2）柏氏矢量與位錯(cuò)線之間的關(guān)系決定位錯(cuò)類型：

1）柏氏矢量與位錯(cuò)線垂直時(shí)，是刃型位錯(cuò)，其位錯(cuò)線可以是任意形狀的平面曲線（可以是直線，也可以是折線或曲線）。

2）柏氏矢量與位錯(cuò)線平行時(shí)，是螺型位錯(cuò)，其位錯(cuò)線必定為一直線。

3）柏氏矢量與位錯(cuò)線既不垂直也不平行時(shí)，是混合位錯(cuò)。第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)tttttb螺b刃第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)4.混合位錯(cuò)第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷思考題：

1.指出刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)在結(jié)構(gòu)方面的不同之處。

2.一個(gè)環(huán)形位錯(cuò)能否各部分均為刃型位錯(cuò)或螺型位錯(cuò)？為什么？2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷三、位錯(cuò)的滑移與攀移

位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方式有兩種最基本形式，即滑移和攀移。

（一）位錯(cuò)的滑移

1.有關(guān)概念（1）位錯(cuò)滑移：位錯(cuò)沿著由位錯(cuò)線和柏氏矢量所決定的面的運(yùn)動(dòng)。（2）位錯(cuò)的滑移面可滑移面：平行于位錯(cuò)線和柏氏矢量的面。易滑移面：晶體的最密晶面。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)2.位錯(cuò)的滑移機(jī)制和實(shí)質(zhì)（1）滑移機(jī)制（2）位錯(cuò)滑移的實(shí)質(zhì)：已滑移區(qū)的擴(kuò)大或縮小第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)3.位錯(cuò)的滑移方向

位錯(cuò)線的法線方向（垂直于位錯(cuò)線的方向）。4.位錯(cuò)滑移與晶體滑移刃型位錯(cuò)的滑移與晶體滑移第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)晶體的滑移方向?yàn)槲诲e(cuò)柏氏矢量方向，滑移量大小為|

b

|。螺型位錯(cuò)的滑移與晶體滑移混合位錯(cuò)的滑移與晶體滑移第二章晶體缺陷（二）位錯(cuò)的交滑移

1.位錯(cuò)交滑移：保持晶體的滑移方向不變，位錯(cuò)從原滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一個(gè)滑移面上繼續(xù)滑移。

2.位錯(cuò)交滑移的條件螺型位錯(cuò)除可發(fā)生滑移外，也可以發(fā)生交滑移。螺型位錯(cuò)交滑移前后的兩個(gè)滑移面必須屬于以螺型位錯(cuò)柏氏矢量所在晶向?yàn)檩S的晶帶。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)3.螺型位錯(cuò)的交滑移過程aca—沿A面滑移;b—交滑移到B面;c—再次交滑移到A面b第二章晶體缺陷（二）位錯(cuò)的攀移

1.基本概念

位錯(cuò)在垂直于滑移面方向上運(yùn)動(dòng)，或離開滑移面的運(yùn)動(dòng)，或沿著多余半原子面的運(yùn)動(dòng)。刃型位錯(cuò)除可發(fā)生滑移外，也可發(fā)生攀移。

2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷2.位錯(cuò)攀移的機(jī)制

2-2位錯(cuò)刃型位錯(cuò)的攀移a—正攀移;b—未攀移;c—負(fù)攀移第二章晶體缺陷3.位錯(cuò)攀移的實(shí)質(zhì)

多余半原子面面積的擴(kuò)大或縮小。4.影響位錯(cuò)攀移的因素

（1）作用于刃型位錯(cuò)多余半原子面上的正應(yīng)力：有助于刃型位錯(cuò)的攀移。（2）溫度：高溫有助于刃型位錯(cuò)的攀移。

2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷思考題：

1.面心立方晶體中（111）晶面上的螺型位錯(cuò)在滑移過程中受阻時(shí)，將通過交滑移轉(zhuǎn)移到哪一個(gè){111}晶面上繼續(xù)滑移？為什么？

2.何謂位錯(cuò)滑移與攀移？其實(shí)質(zhì)各是什么？2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷四、位錯(cuò)的交割

（一）基本概念林位錯(cuò)：穿過某一晶面S的所有位錯(cuò)即稱為S面的林位錯(cuò)。位錯(cuò)交割：位錯(cuò)間交叉通過的行為。

交割位錯(cuò)被交割位錯(cuò)（原位錯(cuò)）2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)

扭折線段：為一段位錯(cuò)。扭折：隨原位錯(cuò)滑移可消失。割階：隨原位錯(cuò)滑移不可消失。

可動(dòng)割階（滑移割階）

不動(dòng)割階（攀移割階）

交割前交割后第二章晶體缺陷（二）幾種典型的位錯(cuò)交割

1.位錯(cuò)交割的分析方法

1）位錯(cuò)被交割后是否形成扭折線段？

被交割位錯(cuò)是否變成折線

2）扭折線段是扭折還是割階？扭折線段的滑移面與被交割位錯(cuò)的滑移面重合為扭折，不重合（通常呈垂直關(guān)系）則為割階

3）割階是可動(dòng)割階還是不動(dòng)割階？割階的滑移方向與被交割位錯(cuò)的滑移方向平行為可動(dòng)割階，不平行（通常呈垂直關(guān)系）則為不動(dòng)割階2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷2.兩個(gè)柏氏矢量和位錯(cuò)線均互相垂直的刃型位錯(cuò)間的交割

2-2位錯(cuò)交割前交割后第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)3.柏氏矢量互相平行、位錯(cuò)線互相垂直的刃型位錯(cuò)間的交割

交割前交割后第二章晶體缺陷4.柏氏矢量互相垂直的刃型與螺型位錯(cuò)間的交割2-2位錯(cuò)交割前交割后第二章晶體缺陷5.柏氏矢量互相垂直的螺型位錯(cuò)間的交割2-2位錯(cuò)交割前交割后D第二章晶體缺陷（三）帶割階的螺型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)

1.帶小割階的螺型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)割階高度為1~2個(gè)原子間距

2-2位錯(cuò)bAOOB第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)2.帶中等尺寸割階的螺型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)割階高度為幾個(gè)~20個(gè)原子間距

bCOPDCOPDbOP第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)3.帶大割階的螺型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)割階高度為20~30個(gè)原子間距

bNOOMS1S2第二章晶體缺陷思考題：

1.何謂位錯(cuò)交割？

2.分析位錯(cuò)線互相垂直的兩個(gè)刃型位錯(cuò)的交割過程。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷五、位錯(cuò)的彈性性質(zhì)

（一）位錯(cuò)的應(yīng)力場1.彈性連續(xù)介質(zhì)模型

該模型對晶體作如下假設(shè)：（1）完全服從虎克定律，即不存在塑性變形；（2）是各向同性的；（3）為連續(xù)介質(zhì)，不存在結(jié)構(gòu)間隙。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)2.應(yīng)力分量介質(zhì)中任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，可以通過該點(diǎn)的一個(gè)小體元（直角坐標(biāo)系下為小立方體、圓柱坐標(biāo)系下為小切塊）表示出來。

作用于小體元的每個(gè)面上的應(yīng)力分量有兩種：與體元表面（或應(yīng)力作用面）垂直的應(yīng)力為正應(yīng)力；與體元表面平行的應(yīng)力為切應(yīng)力。

第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)3.螺型位錯(cuò)的應(yīng)力場

（1）彈性連續(xù)介質(zhì)模型將一個(gè)圓管的一側(cè)沿軸向切開，然后使被切開的晶面相對上、下滑動(dòng)一個(gè)柏氏矢量b，再焊合起來，即對應(yīng)著一個(gè)以Z

軸（圓管中心軸線）為位錯(cuò)線、柏氏矢量為b的螺型位錯(cuò)。

第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)

（2）螺型位錯(cuò)應(yīng)力場的數(shù)學(xué)表達(dá)式圓柱坐標(biāo)系下：第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)4.刃型位錯(cuò)的應(yīng)力場

（1）彈性連續(xù)介質(zhì)模型將一個(gè)圓管的一側(cè)沿軸向切開，使兩個(gè)切面沿圓管徑向滑移一個(gè)柏氏矢量b，再焊合起來，即對應(yīng)著一個(gè)以位錯(cuò)線為Z

軸、Z-Y平面為多余半原子面、Z-X平面為滑移面的刃型位錯(cuò)。第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)（2）刃型位錯(cuò)應(yīng)力場的數(shù)學(xué)表達(dá)式直角坐標(biāo)系下：

其中：第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)（二）位錯(cuò)的應(yīng)變能

位錯(cuò)在周圍晶體中引起畸變，使晶體產(chǎn)生畸變能，這部分能量稱為位錯(cuò)的能量。位錯(cuò)的能量包括中心區(qū)域錯(cuò)排能以及位錯(cuò)中心區(qū)域以外部分的應(yīng)變能，而中心區(qū)域錯(cuò)排能大約只占位錯(cuò)總能量的1/15～1/10，故通常忽略不計(jì)。一般地，以單位長度的位錯(cuò)所具有的能量來度量位錯(cuò)應(yīng)變能的高低，故其量綱為

J

/m。

第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)螺型位錯(cuò)的應(yīng)變能為：刃型位錯(cuò)的應(yīng)變能為：

混合位錯(cuò)的應(yīng)變能為：位錯(cuò)應(yīng)變能的統(tǒng)一表達(dá)式為：第二章晶體缺陷（三）位錯(cuò)的受力1.位錯(cuò)的線張力

位錯(cuò)的能量與位錯(cuò)線的長度成正比，所以位錯(cuò)線有盡量縮短長度或自動(dòng)變直的趨勢，好像有個(gè)張力沿著位錯(cuò)線作用，這個(gè)張力叫位錯(cuò)的線張力。

位錯(cuò)的線張力可定義為使位錯(cuò)線增長一定長度

dl

所做的功

W，故它等于位錯(cuò)的應(yīng)變能：

一般情況下，取

近似為1/2，故2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷2.外加應(yīng)力作用在位錯(cuò)線上的力（1）使位錯(cuò)滑移的力外力作用在位錯(cuò)滑移面上的分切應(yīng)力可使位錯(cuò)線在其滑移面上向著與之垂直的方向滑移，就好象有個(gè)力垂直作用在位錯(cuò)線上，稱之為外加應(yīng)力場作用在位錯(cuò)線上使位錯(cuò)滑移的力。這個(gè)力是一個(gè)假想的力，是以單位長度位錯(cuò)線上的作用力來度量的，其量綱為N

/

m。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷外力作用在位錯(cuò)線上使位錯(cuò)滑移的力(a)運(yùn)動(dòng)前；(b)運(yùn)動(dòng)后利用虛功原理可以推導(dǎo)出外力作用在位錯(cuò)線上使位錯(cuò)滑移的力為：F=τb

2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷

（2）使位錯(cuò)攀移的力外力作用在刃型位錯(cuò)多余半原子面上的正應(yīng)力可使位錯(cuò)線在其多余半原子面上向著與之垂直的方向攀移，就好象有個(gè)力垂直作用在位錯(cuò)線上使之發(fā)生攀移，稱之為外加應(yīng)力場作用在位錯(cuò)線上使位錯(cuò)攀移的力。這個(gè)力也是一個(gè)假想的力，也是以單位長度位錯(cuò)線上的作用力來度量的，其量綱為N

/

m。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷外力作用在位錯(cuò)線上使位錯(cuò)攀移的力利用虛功原理可以推導(dǎo)出外力作用在位錯(cuò)線上使位錯(cuò)攀移的力為：F=-b

多余半原子面F2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷3.位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的晶格阻力——派-納力當(dāng)位錯(cuò)在沒有任何外加應(yīng)力場的晶體中滑移時(shí)，也要受到阻力：因?yàn)槲诲e(cuò)中心存在著極大的畸變，當(dāng)位錯(cuò)滑移時(shí)，必定要伴之以原子的重新排列，這就要克服一定的能壘，即位錯(cuò)滑移受到阻力。這項(xiàng)阻力應(yīng)等于使位錯(cuò)滑移所必須施加的最小切應(yīng)力，被定義為晶格阻力，亦常稱之為派-納力。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷

晶格阻力（派-納力）的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：其中：a為位錯(cuò)滑移面的面間距，b為位錯(cuò)的柏氏矢量。最密晶面的a值最大，最密晶向上的b值最小，對應(yīng)的派-納力最小，故沿著晶體沿最密晶面和最密晶向的滑移最容易進(jìn)行。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷4.位錯(cuò)間的交互作用

當(dāng)兩個(gè)位錯(cuò)靠近到一定程度，即達(dá)到它們彼此的應(yīng)力場范圍以內(nèi)時(shí)，就相互吸引或相互排斥，好象它們之間存在著作用力。這就是位錯(cuò)間的相互作用力。

分析兩位錯(cuò)間的相互作用力，就是分析一個(gè)位錯(cuò)的應(yīng)力場在另一個(gè)位錯(cuò)上產(chǎn)生的作用力。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷（1）位錯(cuò)線相互平行的兩個(gè)螺型位錯(cuò)間的作用力

當(dāng)b1與b2同號(hào)時(shí)，F(xiàn)>0，作用力為斥力；而當(dāng)b1與b2異號(hào)時(shí)，F(xiàn)<0，作用力為引力?；ハ嗥叫械膬蓚€(gè)螺型位錯(cuò)之間的作用(a)同號(hào)位錯(cuò)；(b)異號(hào)位錯(cuò)

2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷（2）位錯(cuò)線相互平行的兩個(gè)刃型位錯(cuò)間的作用力

由位錯(cuò)I的應(yīng)力

yx引起的作用于位錯(cuò)II上的力Fx=yx·b可使位錯(cuò)II滑移。由位錯(cuò)I的應(yīng)力

xx引起的作用于位錯(cuò)II上的力Fy=-xx·b可使位錯(cuò)II攀移。兩平行刃型位錯(cuò)間的作用

2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷1）同號(hào)刃型位錯(cuò)間的作用力

Fx為使位錯(cuò)II滑移的力：位于同一滑移面上的同號(hào)刃型位錯(cuò)之間的作用力恒為排斥力。yxIIIIIIIVVVI2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷2）異號(hào)刃型位錯(cuò)間的作用力使位錯(cuò)II滑移的力Fx為：位于同一滑移面上的異號(hào)刃型位錯(cuò)之間的作用力恒為吸引力。yxIIIIIIIVVVI2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷思考題：晶體沿最密晶面和最密晶向的滑移最容易進(jìn)行，為什么？2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷六、位錯(cuò)的形成與增殖

（一）位錯(cuò)密度

1.概念單位體積晶體中所含有的位錯(cuò)線的總長度。

2.數(shù)學(xué)表達(dá)式

（單位為1/cm2）

2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷

經(jīng)精心制備和處理的超純金屬單晶體，位錯(cuò)密度可低于1031/cm2；經(jīng)充分退火的多晶體金屬晶體中，位錯(cuò)密度約為106~1081/cm2；經(jīng)過劇烈冷變形的金屬晶體，其內(nèi)部的位錯(cuò)密度可高達(dá)1010~10121/cm2。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷（二）位錯(cuò)的形成

位錯(cuò)形成途徑：（1）在晶體凝固過程中形成。（2）由晶體在凝固后的冷卻過程中產(chǎn)生的局部內(nèi)應(yīng)力所造成。（3）由空位聚集而形成。

2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷（三）位錯(cuò)的增殖

增殖位錯(cuò)的部位稱為位錯(cuò)源。

1.弗蘭克

瑞德（FrankRead）位錯(cuò)增殖機(jī)制

雙邊U形平面F-R源

2-2位錯(cuò)ABABABABbABb第二章晶體缺陷Si單晶中的F-R源(以Cu沉淀綴飾后用紅外顯微鏡觀察）2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷2.雙交滑移位錯(cuò)增殖機(jī)制2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷思考題：經(jīng)過劇烈冷變形的金屬晶體內(nèi)部的位錯(cuò)密度會(huì)增大，為什么？

2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷七、實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)與堆垛層錯(cuò)

（一）全位錯(cuò)

全位錯(cuò)：柏氏矢量等于點(diǎn)陣矢量或其整數(shù)倍的位錯(cuò)。

單位位錯(cuò)：柏氏矢量正好等于單位點(diǎn)陣矢量（最小點(diǎn)陣矢量）的位錯(cuò)。它是組態(tài)最穩(wěn)定的全位錯(cuò)。面心立方結(jié)構(gòu)晶體中的單位位錯(cuò)：體心立方結(jié)構(gòu)晶體中的單位位錯(cuò)：密排六方結(jié)構(gòu)晶體中的單位位錯(cuò)：2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷（二）堆垛層錯(cuò)

1.基本概念堆垛層錯(cuò)：原子堆垛順序發(fā)生錯(cuò)排的區(qū)域，屬面缺陷。例如，面心立方結(jié)構(gòu)晶體

{111}

晶面的正常原子堆垛順序?yàn)?/p>

ABCABCABC…，若從某一層{111}

晶面開始，堆垛順序改變，成為ABCBCABC…，則形成堆垛層錯(cuò)（相當(dāng)于兩個(gè)原子層厚度的密排六方結(jié)構(gòu)）。層錯(cuò)能：堆垛層錯(cuò)的形成導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的變化，破壞了晶體固有的周期性和對稱性，造成的能量增量。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷2.堆垛層錯(cuò)的形成方式（1）滑移方式從某一層{111}晶面開始，其后的各層{111}晶面均沿著該面上的某一<112>晶向發(fā)生矢量為的滑移。（2）抽出方式抽出一層{111}晶面，或同時(shí)插入兩層{111}晶面。（3）插入方式插入一層{111}晶面，或相間抽出兩層{111}晶面。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷（三）不全位錯(cuò)1.基本概念不全位錯(cuò)：柏氏矢量不等于點(diǎn)陣矢量或其整數(shù)倍的位錯(cuò)。

部分位錯(cuò)：柏氏矢量小于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)。晶體中的堆垛層錯(cuò)通常只能在一定晶面的部分區(qū)域內(nèi)形成。因此，層錯(cuò)區(qū)與正常堆垛區(qū)之間存在著界限，這個(gè)界限就是不全位錯(cuò)，其柏氏矢量不等于點(diǎn)陣矢量。不全位錯(cuò)的位錯(cuò)線為層錯(cuò)面上層錯(cuò)區(qū)與正常堆垛區(qū)的分界線。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷2.肖克萊不全位錯(cuò)

如果晶體沿著某一個(gè){111}晶面的一個(gè)區(qū)域發(fā)生矢量為的滑移，則所形成的層錯(cuò)區(qū)與正常堆垛區(qū)之間的界限就是一種的不全位錯(cuò)，稱為肖克萊不全位錯(cuò)。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷

層錯(cuò)面上的層錯(cuò)區(qū)可以呈任何形狀，故肖克萊不全位錯(cuò)的位錯(cuò)線可以是直線或任何形狀的平面曲線。肖克萊不全位錯(cuò)的柏氏矢量總是與層錯(cuò)面平行的，其位錯(cuò)線與柏氏矢量的相互關(guān)系，決定著它可以是純?nèi)行臀诲e(cuò)、純螺型位錯(cuò)或混合位錯(cuò)。肖克萊不全位錯(cuò)的滑移面位于層錯(cuò)面上，故肖克萊不全位錯(cuò)可以發(fā)生滑移，為可動(dòng)位錯(cuò)，但刃型肖克萊不全位錯(cuò)不能發(fā)生攀移，螺型肖克萊不全位錯(cuò)不能發(fā)生交滑移。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷3.弗蘭克不全位錯(cuò)如果在某個(gè)區(qū)域抽去某一層或插入一層{111}晶面，則所形成的層錯(cuò)區(qū)與正常堆垛區(qū)的界限即是一種的不全位錯(cuò)，稱為弗蘭克不全位錯(cuò)。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷

弗蘭克不全位錯(cuò)的位錯(cuò)線也可以是直線或任何形狀的平面曲線。弗蘭克不全位錯(cuò)的柏氏矢量總是與層錯(cuò)面垂直的，因此它的位錯(cuò)線也總是與柏氏矢量垂直，故弗蘭克不全位錯(cuò)為刃型位錯(cuò)。弗蘭克不全位錯(cuò)的滑移面與層錯(cuò)面是垂直的，故弗蘭克不全位錯(cuò)不可發(fā)生滑移，為不動(dòng)位錯(cuò)，但弗蘭克不全位錯(cuò)的多余半原子面位于層錯(cuò)面上，故可以發(fā)生攀移。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷思考題：

1.

面心立方和體心立方晶體中的全位錯(cuò)的柏氏矢量分別取何值時(shí)其組態(tài)最穩(wěn)定，為什么？

2.分別寫出面心立方晶體中的肖克萊不全位錯(cuò)和弗蘭克不全位錯(cuò)的柏氏矢量，并說明其在外力作用下的運(yùn)動(dòng)方式。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷八、位錯(cuò)反應(yīng)與擴(kuò)展位錯(cuò)（一）位錯(cuò)反應(yīng)1.基本概念

位錯(cuò)反應(yīng)：位錯(cuò)之間的合成或分解。一條位錯(cuò)線可以分解為兩條或更多條具有不同柏氏矢量的位錯(cuò)線，而兩個(gè)或更多個(gè)具有不同柏氏矢量的位錯(cuò)線則可以合并為一條位錯(cuò)線。位錯(cuò)之間的合成或分解實(shí)質(zhì)上是位錯(cuò)柏氏矢量的合成或分解。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷2.位錯(cuò)反應(yīng)的條件（1）幾何條件：反應(yīng)前各位錯(cuò)柏氏矢量的總和，應(yīng)等于反應(yīng)后各位錯(cuò)柏氏矢量的總和，即：，也就是：（2）能量條件：反應(yīng)前各位錯(cuò)能量總和，應(yīng)大于或等于反應(yīng)后各位錯(cuò)能量總和，即：2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷

例如位錯(cuò)反應(yīng)：

2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷3.位錯(cuò)反應(yīng)的判據(jù)（1）利用幾何條件判斷位錯(cuò)反應(yīng)可否發(fā)生？若，位錯(cuò)反應(yīng)可以發(fā)生。（2）利用能量條件判斷位錯(cuò)反應(yīng)能否發(fā)生或者向何方向進(jìn)行？若，反應(yīng)能夠發(fā)生。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷（二）擴(kuò)展位錯(cuò)1.基本概念面心立方晶體中，型的單位位錯(cuò)發(fā)生分解反應(yīng)形成兩個(gè)柏氏矢量為的肖克萊不全位錯(cuò)；兩條不全位錯(cuò)線相互平行地保持一定距離D，且兩不全位錯(cuò)線的中間有一條層錯(cuò)帶與它們聯(lián)系在一起。由一個(gè)單位位錯(cuò)分解形成的兩條相互平行的不全位錯(cuò)線和它們之間的層錯(cuò)帶所構(gòu)成的位錯(cuò)組合稱為擴(kuò)展位錯(cuò)。

2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷

擴(kuò)展位錯(cuò)通常以形成它的全位錯(cuò)的柏氏矢量命名。如通過分解反應(yīng)所形成的擴(kuò)展位錯(cuò)即稱為型擴(kuò)展位錯(cuò)。擴(kuò)展位錯(cuò)中兩個(gè)不全位錯(cuò)線之間的平衡距離

D

稱為擴(kuò)展位錯(cuò)寬度。

D越大，位錯(cuò)易擴(kuò)展，反之則難以擴(kuò)展。

2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷2.擴(kuò)展位錯(cuò)形成的晶胞分析法例：面心立方晶體中的單位位錯(cuò)在（111）面上分解形成一個(gè)擴(kuò)展位錯(cuò)的過程。由兩個(gè)型肖克萊不全位錯(cuò)構(gòu)成的擴(kuò)展位錯(cuò)可以發(fā)生滑移。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷思考題：

1.何謂位錯(cuò)反應(yīng)？

2.寫出面心立方晶體中的一個(gè)單位位錯(cuò)分解為擴(kuò)展位錯(cuò)的反應(yīng)式，并判斷該位錯(cuò)反應(yīng)發(fā)生的可能性。2-2位錯(cuò)第二章晶體缺陷

界面包括外表面（自由表面）和內(nèi)界面。表面是指固體材料與氣體或液體的分界面。內(nèi)界面包括晶界、亞晶界、相界及孿晶界等。界面通常為幾個(gè)原子層厚的區(qū)域，屬于晶體中的面缺陷。2-3表面及界面第二章晶體缺陷一、表面

1.表面的概念

表面層原子間結(jié)合鍵與晶體