1、課后32、MgO具有NaCl結(jié)構(gòu)。晶體中Mg2+半徑為0.072nm，O2-半徑為0.140nm，求（1）MgO晶體的堆積系數(shù)；（2）計(jì)算MgO的密度。解：（1）MgO每個(gè)晶胞中有4個(gè)鎂離子和4個(gè)氧離子，故MgO所占的體積為：,所以：堆積系數(shù)=,（2）,為什么堆積系數(shù)小于74.05%/?,密堆積中球數(shù)和兩種空隙間的關(guān)系,2、,3、,4、,1、,試寫出下列缺陷方程,掌握缺陷的基本概念、分類方法；掌握缺陷的類型、含義及其特點(diǎn)；熟練書寫點(diǎn)缺陷的缺陷反應(yīng)方程式、化學(xué)平衡方法計(jì)算熱缺陷的濃度；了解缺陷在材料性能的改善、新型材料的設(shè)計(jì)、研究與開發(fā)中的意義。,要求掌握的主要內(nèi)容：,第二章晶體結(jié)構(gòu)缺陷,1、晶

2、體的缺陷：理想晶體：質(zhì)點(diǎn)嚴(yán)格按照空間點(diǎn)陣排列。實(shí)際晶體：存在著各種各樣的結(jié)構(gòu)的不完整性。晶體缺陷:實(shí)際晶體對(duì)理想晶體的各種偏離。,概述,理想晶體,真實(shí)晶體,晶體缺陷,2、缺陷的分類,分類方式：幾何形態(tài)：點(diǎn)缺陷（零維）、線缺陷（一維）面缺陷等（二維）、體缺陷（三維）形成原因（過程）：熱缺陷、雜質(zhì)缺陷、非化學(xué)計(jì)量缺陷等,3、研究缺陷的意義,由于缺陷的存在，才使晶體表現(xiàn)出各種各樣的性質(zhì)，使材料加工、使用過程中的各種性能得以有效控制和改變，使材料性能的改善和復(fù)合材料的制備得以實(shí)現(xiàn)。因此，了解缺陷的形成及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)材料工藝過程的控制，對(duì)材料性能的改善，對(duì)于新型材料的設(shè)計(jì)、研究與開發(fā)具有重要意義。,第

3、一節(jié)點(diǎn)缺陷,一、點(diǎn)缺陷類型1、對(duì)理想晶格偏離的幾何位置及成分劃分為三種：,（1）填隙原子：原子進(jìn)入晶體中正常結(jié)點(diǎn)間的間隙位置。,（2）空位：正常結(jié)點(diǎn)沒有被原子或離子占據(jù)。,（3）雜質(zhì)（取代）原子：晶體格點(diǎn)上占據(jù)的是另一種原子；或外來原子進(jìn)入晶格。,點(diǎn)缺陷示意圖,2、產(chǎn)生原因（過程）,產(chǎn)生原因（過程）,熱缺陷,非化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)缺陷,雜質(zhì)缺陷,弗侖克爾缺陷,肖特基缺陷,（1）熱缺陷,b.特點(diǎn)：由原子熱振動(dòng)引起，缺陷濃度與溫度有關(guān)。,a.定義：當(dāng)晶體溫度高于絕對(duì)0K時(shí)，由于晶格內(nèi)原子熱振動(dòng)，使一部分能量較大的原子偏離平衡位置造成缺陷。,熱缺陷：,“弗侖克爾缺陷”與“肖特基缺陷”,弗侖克爾缺陷,定義：正

4、常結(jié)點(diǎn)上的原子（離子）跳入間隙，形成間隙原子，原來位置上形成空位。,特點(diǎn)：空位與間隙原子成對(duì)出現(xiàn)，體積不發(fā)生變化。,以蘇聯(lián)物理學(xué)家雅科夫弗侖克爾（）名字命名,定義：正常結(jié)點(diǎn)上的原子離開平衡位置遷移到晶體表面，在原來位置形成空位。,特點(diǎn)：對(duì)于離子晶體，正、負(fù)離子空位數(shù)相等，并伴隨著晶體體積增加（新表面）。,肖特基缺陷,以德國物理學(xué)家沃爾特肖特基（WalterSchottky）的名字命名,熱缺陷示意圖,（2）雜質(zhì)缺陷,b.特點(diǎn)：缺陷濃度與雜質(zhì)含量有關(guān)，而與溫度無關(guān)。,a.定義：外來原子進(jìn)入晶體而產(chǎn)生的缺陷。,（3）非化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)缺陷,b.特點(diǎn)：由氣氛或壓力變化引起，缺陷濃度與氣氛性質(zhì)、壓力有關(guān)。,

5、定義：某些化合物的化學(xué)組成隨周圍環(huán)境變化而發(fā)生組成偏離化學(xué)計(jì)量的現(xiàn)象。,二、缺陷化學(xué)反應(yīng)表示法,缺陷化學(xué)：理論上定性定量地把材料中的點(diǎn)缺陷看作化學(xué)實(shí)物，并用化學(xué)熱力學(xué)原理來研究缺陷的產(chǎn)生、平衡及其濃度等問題的一門學(xué)科。,2.適用范圍：研究對(duì)象是晶體缺陷中的點(diǎn)缺陷,3.克羅格-明克（Kroger-Vink）缺陷符號(hào),組成：主體缺陷種類下標(biāo)缺陷位置上標(biāo)有效電荷（正，負(fù)，零）,區(qū)寫缺陷種類右上角寫缺陷所帶的有效電荷右下角寫缺陷在晶體中的位置,以離子晶體MX為例，說明缺陷化學(xué)符號(hào)的表示方法,1）離子空位：正常結(jié)點(diǎn)位沒有質(zhì)點(diǎn)，VM和VX,2）間隙離子：Mi和Xi,3）錯(cuò)位（反結(jié)構(gòu)）：MX和XM,4）溶質(zhì)

6、原子：外來雜質(zhì)Ca進(jìn)入MgO晶格中取代Mg，則CaMg外來雜質(zhì)Ca進(jìn)入MgO晶格的間隙，則Cai,5）電荷缺陷：自由電子e表示有效負(fù)電荷（無特定位置）電子空穴h表示有效正電荷（無特定位置）,7）締合中心：空位對(duì)，間隙對(duì),6）帶電缺陷：不同價(jià)離子間的取代Ca進(jìn)入NaCl晶格中取代Na，則CaNa,4、缺陷反應(yīng)方程式,基本原則：,3）位置平衡：晶體中各種格點(diǎn)數(shù)的固有比例關(guān)系必須保持不變。強(qiáng)調(diào)基質(zhì)中正負(fù)離子格點(diǎn)數(shù)之比保持不變，并非原子個(gè)數(shù)比保持不變。如MaXb中M的格點(diǎn)數(shù)與X的格點(diǎn)數(shù)之比為a：b,1）質(zhì)量平衡：反應(yīng)式左邊出現(xiàn)的原子、離子，也必須以同樣數(shù)量出現(xiàn)在反應(yīng)式右邊,2）電荷平衡：兩邊有效電荷相

7、同,缺陷反應(yīng)舉例,（1）熱缺陷,1）寫出MgO形成肖特基缺陷的反應(yīng)方程式p65,2）寫出AgBr形成Ag離子的弗侖克爾缺陷的反應(yīng)方程式,熱缺陷反應(yīng)規(guī)律,當(dāng)晶體中剩余空隙比較小時(shí)，如NaCl型結(jié)構(gòu)，容易形成肖特基缺陷；當(dāng)剩余空隙比較大時(shí)，如CaF2型結(jié)構(gòu)，易形成弗侖克爾缺陷。,（2）雜質(zhì)缺陷,一般反應(yīng)式：,雜質(zhì),產(chǎn)生的各種缺陷,基質(zhì),1）寫出NaF加入YF3中的缺陷反應(yīng)方程,以正離子為準(zhǔn)，Na+占據(jù)Y3+位置，帶有兩個(gè)單位負(fù)電荷，同時(shí)一個(gè)F-占據(jù)基質(zhì)晶體中F-位置，按照位置關(guān)系，基質(zhì)中正負(fù)離子格點(diǎn)數(shù)之比為1：3，現(xiàn)在只引入一個(gè)F-。,以負(fù)離子為準(zhǔn)，假設(shè)三個(gè)F-位于基質(zhì)中的F-位置上，與此時(shí)引入三

8、個(gè)Na+，但只有一個(gè)Na+占據(jù)Y3+位置，其余兩個(gè)Na+只能位于晶格間隙。,2）寫出CaCl2加入KCl中的缺陷反應(yīng)方程,a.以正離子為準(zhǔn)：,b.以負(fù)離子為準(zhǔn)：,1）低價(jià)正離子占據(jù)高價(jià)正離子位置時(shí)，該位置帶有負(fù)電荷，為了保持電中性，會(huì)產(chǎn)生負(fù)離子空位或間隙正離子。,2）高價(jià)正離子占據(jù)低價(jià)正離子位置時(shí)，該位置帶有正電荷，為了保持電中性，會(huì)產(chǎn)生正離子空位或間隙負(fù)離子。,雜質(zhì)缺陷反應(yīng)規(guī)律,三、熱缺陷濃度計(jì)算,熱缺陷的特點(diǎn)：熱平衡條件下，缺陷濃度僅與晶體的溫度有關(guān)。,所以，熱缺陷的濃度可由自由能最小原理來進(jìn)行計(jì)算,假設(shè)：設(shè)完整單質(zhì)晶體的原子數(shù)為N，在T溫度時(shí)形成n個(gè)孤立空位，每個(gè)空位形成能是h，相應(yīng)的自

9、由能變化為G，熱焓變化為H，熵變?yōu)镾。,單質(zhì)晶體的肖特基缺陷濃度,由熱力學(xué)可知：,說明：,熵變S,組態(tài)熵SC：由微觀狀態(tài)數(shù)的增加造成,振動(dòng)熵SV：由原子振動(dòng)狀態(tài)的改變?cè)斐?(a),組態(tài)熵SC,在統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)中，,式中，k波爾茲曼常數(shù),W熱力學(xué)幾率,n個(gè)空位在n+N個(gè)晶格位置不同分布時(shí)排列總數(shù)目,式（a）可寫為：,(b),當(dāng)x1時(shí)，斯特令公式,平衡時(shí)，,移項(xiàng)得：,（c）,Gf稱為缺陷自由能,單質(zhì)晶體的肖特基缺陷濃度,同理可得：,MX型離子晶體的肖特基缺陷濃度,MX型離子晶體弗侖克爾缺陷濃度,（d）,（e）,四、點(diǎn)缺陷的化學(xué)平衡,在一定溫度下，熱缺陷是在不斷地產(chǎn)生和消失過程中，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，即缺

10、陷數(shù)目保持不變。,可以根據(jù)質(zhì)量作用定律，通過化學(xué)平衡方法計(jì)算熱缺陷濃度,1、弗侖克爾缺陷濃度,以AgBr晶體為例：,根據(jù)質(zhì)量作用定律，平衡常數(shù)：,正常格點(diǎn)的位置+未被占據(jù)的間隙位置=間隙離子+空位,由阿累尼烏斯公式：,2、MX型離子晶體的肖特基缺陷濃度,則平衡常數(shù)：,以MgO為例：,由阿累尼烏斯公式：,五、固溶體,1、定義：凡在固態(tài)條件下，一種組分（溶劑）內(nèi)“溶解”了其它組分（溶質(zhì)）而形成的單一、均勻的晶態(tài)固體稱為固溶體。,（一）概述,2、固溶體特征,1）在原子尺度上相互混合。,2）這種混合并不破壞原有晶體結(jié)構(gòu)。,3）存在固溶度，部分體系可任意互溶。,4）在固溶度范圍之內(nèi)，雜質(zhì)含量可以改變。,

11、3、固溶體生成,1）晶體生長過程中,2）溶液或熔體析晶,3）燒結(jié),4、固溶體、機(jī)械混合物與化合物,固溶體AxB1-x：A和B以原子尺度混合，形成單相均勻晶態(tài)物質(zhì)，A和B可按任意比例混合。,機(jī)械混合物AB：A和B以顆粒態(tài)混合，A和B分別保持各自原有的結(jié)構(gòu)和性能。,化合物AmBn：其結(jié)構(gòu)不同于A或B，A和B有固定比例，即。,（二）固溶體分類,（1）按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的位置,置換型固溶體溶質(zhì)原子進(jìn)入晶格中正常結(jié)點(diǎn)位置而取代基質(zhì)中的原子。,特點(diǎn)：在金屬氧化物中，主要發(fā)生在金屬離子位置上的置換,舉例：MgO-CoO、MgO-CaO、PbTiO3-PbZrO3、Al2O3-Cr2O3,b.間隙型固溶體

12、溶質(zhì)原子進(jìn)入晶格中的間隙位置。,特點(diǎn)：在無機(jī)固體材料中主要發(fā)生在陰離子或陰離子團(tuán)所形成的間隙，而且間隙比較大，而溶質(zhì)原子較小。,（2）按溶質(zhì)原子在溶劑晶體中的溶解度,連續(xù)固溶體溶質(zhì)和溶劑可以按任意比例相互固溶。,b.有限固溶體溶質(zhì)只能以一定的溶解限度（固溶度）溶入溶劑中，低于固溶度條件下生成的固溶體是單相的，一旦溶質(zhì)超出這一限度即出現(xiàn)第二相。,（三）置換固溶體,可分為連續(xù)置換固溶體和有限置換固溶體,a.NiO或FeO置換MgO生成連續(xù)固溶體：Mg1-xNixO，其中x=01。b.很多二元體系是有限置換型固溶體，其中有些體系的固溶量非常低。,？,影響因素：,（1）離子尺寸（決定性因素）,從晶體結(jié)

13、構(gòu)的穩(wěn)定觀點(diǎn)來看，相互替代的質(zhì)點(diǎn)尺寸愈接近，則固溶體愈穩(wěn)定，其固溶量將愈大。,令,這里r1和r2分別為溶劑和溶質(zhì)離子半徑。,當(dāng)30%時(shí)，溶質(zhì)和溶劑之間不生成固溶體，僅在高溫下有少量固溶。,例如：CaO-MgO中，rCa2+=0.100nm，rMg2+=0.072nm，=28%，所以不易形成固溶體（僅在高溫時(shí)有少量固溶體）,（2）晶體結(jié)構(gòu)類型,滿足尺寸條件前提下，但晶體結(jié)構(gòu)不同，最多只能形成有限型固溶體。,晶體結(jié)構(gòu)相同且15%可形成連續(xù)固溶體。,一般規(guī)律：,單一離子：離子價(jià)相同，可以形成連續(xù)固溶體。,（3）離子的電價(jià),復(fù)合離子：離子價(jià)不同，組合后滿足電中性置換條件下也可形成連續(xù)固溶體。,例如：鈣

14、長石CaAl2Si2O8和鈉長石NaAlSi3O8。,例如：MgO-NiO,Al2O3-Cr2O3,（4）電負(fù)性因素,電負(fù)性相近，有利于固溶體的生成。,電負(fù)性：元素的原子在化合物中把電子引向自己的能力叫做元素的電負(fù)性。,一般說來，非金屬元素的電負(fù)性大于2.0，金屬元素電負(fù)性小于2.0。,電負(fù)性差別大，傾向于生成化合物。,以電負(fù)性之差0.4為邊界條件，大于0.4時(shí)很難形成固溶體。,一般規(guī)律：,（四）置換固溶體中的“組分缺陷”,1）產(chǎn)生：在不等價(jià)置換中，為了保持晶體的電中性，必然會(huì)在晶體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生“組分缺陷”即空位或填隙原子。,2）與熱缺陷異同比較：,形式上：二者十分相似,本質(zhì)上,熱缺陷：在晶體中

15、具有普遍意義，其缺陷濃度是溫度函數(shù)。,組分缺陷：只發(fā)生在不等價(jià)置換固溶體中，其缺陷濃度取決于摻雜量和固溶度。,3）四種“組分缺陷”,高價(jià)置換低價(jià),低價(jià)置換高價(jià),陽離子出現(xiàn)空位（1）,陰離子進(jìn)入間隙（2）,陰離子出現(xiàn)空位（3）,陽離子進(jìn)入間隙（4）,舉例,（1）陽離子空位型,2x,2x,x,固溶體化學(xué)式:,4）固溶體化學(xué)式的確定（以1mol基質(zhì)為基準(zhǔn)）,（2）陰離子間隙型,2x,2x,x,固溶體化學(xué)式:,（3）陰離子空位型,x,x,x,固溶體化學(xué)式:,（4）陽離子間隙型,2x,x,x,固溶體化學(xué)式:,（五）填隙固溶體,1、影響因素,（1）溶質(zhì)原子越小，溶劑晶格結(jié)構(gòu)空隙越大，越易形成固溶體。,Mg

16、O,TiO2,CaF2,片沸石,NaCl型,金紅石型,熒石型,架狀硅酸鹽,2、分類,（1）原子填隙：,（2）陽離子填隙,（3）陰離子填隙,固溶式：,（2）電價(jià)因素：必須保持結(jié)構(gòu)的電中性。,六、固溶體的研究方法,1、最本質(zhì)方法：X-ray衍射分析方法。,2、維加（Vegard）定律：二元等價(jià)置換固溶體的晶胞參數(shù)a與外加溶質(zhì)的濃度c成線性關(guān)系：,3、理論密度計(jì)算,計(jì)算方法與步驟,1）先寫出可能的缺陷反應(yīng)方程式,2）根據(jù)缺陷反應(yīng)方程式寫出固溶體可能的化學(xué)式,表示單位晶胞內(nèi)，第i種原子（離子）的質(zhì)量,3）由化學(xué)式可知晶胞中有幾種原子質(zhì)點(diǎn)，計(jì)算出晶胞中第i種質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量：,據(jù)此，計(jì)算出晶胞質(zhì)量W,，這里n

17、為晶胞中原子質(zhì)點(diǎn)的種類,4）求出晶胞體積V：根據(jù)晶胞參數(shù)計(jì)算各晶系的晶胞體積V,5）求出理論密度D理：,D理計(jì)算舉例,計(jì)算物質(zhì)的量組成為0.15CaO-0.85ZrO2固溶體的理論密度D理,1）先寫出可能的缺陷反應(yīng)方程式,陰離子空位型：,陽離子間隙型：,陰離子空位型固溶體：,2）根據(jù)缺陷反應(yīng)方程式寫出固溶體可能的化學(xué)式,陽離子間隙型固溶體：,Zrl-xCaxO2-x,Zrl-xCa2xO2,分析：ZrO2屬立方晶系，螢石結(jié)構(gòu)，每個(gè)晶胞中有4個(gè)分子。,3）計(jì)算晶胞質(zhì)量g,對(duì)于氧離子空位固溶體Ca0.15Zr0.85O1.85,4）求出晶胞體積V,V=a3=(0.51310-7)3=1.35110

18、-22cm3,5）求出理論密度D0,實(shí)際值為5.447g/cm3,如果形成填隙固溶體，求得理論密度為6.019g/cm3,七、非化學(xué)計(jì)量化合物,1、定義：實(shí)際的化合物中，有一些化合物不符合定比定律，正負(fù)離子的比例并不是一個(gè)簡單的固定比例關(guān)系，這些化合物稱為非化學(xué)計(jì)量化合物。,實(shí)際上是一種晶體缺陷,2）可以看作是高價(jià)化合物與低價(jià)化合物的固溶體。,2、特點(diǎn)：,1）缺陷濃度大小與氣氛性質(zhì)、壓力有關(guān)。,3）缺陷濃度與溫度有關(guān)，這點(diǎn)可從平衡常數(shù)看出。（壓力一定）。,3、分類:分為四類,1）陰離子缺位型（陽離子過剩）,TiO2、ZrO2會(huì)產(chǎn)生這種缺陷，分子式可寫為TiO2-x，ZrO2-x，產(chǎn)生原因是環(huán)境

19、中缺氧，晶格中的氧逸出到大氣中，使晶體中出現(xiàn)了氧空位。,缺陷反應(yīng)方程式應(yīng)如下：,又TiTi+e=TiTi,等價(jià)于,根據(jù)質(zhì)量作用定律，平衡時(shí),假設(shè)晶體中氧離子濃度不變，且,1）TiO2的非化學(xué)計(jì)量對(duì)氧壓力敏感，在還原氣氛中才能形成TiO2-x。燒結(jié)時(shí)，氧分壓不足會(huì)導(dǎo)致升高，得到灰黑色的TiO2-x，而不是金黃色的TiO2。2）電導(dǎo)率隨氧分壓升高而降低。3）若PO2不變，則,電導(dǎo)率隨溫度的升高而呈指數(shù)規(guī)律增加，反映了缺陷濃度與溫度的關(guān)系。,F色心：自由電子陷落在陰離子缺位中而形成的一種缺陷。它是由一個(gè)負(fù)離子空位和一個(gè)在此位置上的電子組成的，由于陷落電子能吸收一定波長的光，使晶體著色而得名。,TiO

20、2-x結(jié)構(gòu)缺陷示意圖,在氧空位上捕獲兩個(gè)電子，成為一種F-色心。,2）陽離子間隙型,Zn1+xO和Cdl+xO屬于這種類型。過剩的金屬離子進(jìn)入間隙位置，帶正電，為了保持電中性，等價(jià)的電子被束縛在間隙位置金屬離子的周圍，這也是一種色心。例如ZnO在鋅蒸汽中加熱，顏色會(huì)逐漸加深，就是形成這種缺陷的緣故。,由于間隙正離子，使金屬離子過剩型結(jié)構(gòu),e,缺陷反應(yīng)可以表示如下：或按質(zhì)量作用定律間隙鋅離子的濃度與鋅蒸汽壓的關(guān)系為（此為一種模型）,3）陰離子間隙型,目前只發(fā)現(xiàn)UO2+x，可以看作UO3在UO2中的固溶體，具有這樣的缺陷。當(dāng)在晶格中存在間隙負(fù)離子時(shí)，為了保持電中性，結(jié)構(gòu)中引入電子空穴。這種材料為P

21、型半導(dǎo)體。,由于存在間隙負(fù)離子，使負(fù)離子過剩型的結(jié)構(gòu),h,h,缺陷反應(yīng)：,根據(jù)質(zhì)量作用定律:,Cu2O、FeO屬于這種類型的缺陷。當(dāng)在晶格中存在陽離子空位時(shí)，為了保持電中性，在正離子空位周圍捕獲電子空穴。,4）陽離子空位型（負(fù)離子過剩）,以Fe1-xO為例：可看作Fe2O3在FeO中的固溶體。,等價(jià)于：,由此可見，鐵離子空位本身帶負(fù)電，為了保持電中性，兩個(gè)電子空穴被吸引到這空位的周圍，形成一種V-色心。,缺陷反應(yīng)：,小結(jié)：以非化學(xué)計(jì)量的觀點(diǎn)來看問題，世界上所有的化合物，都是非化學(xué)計(jì)量的，只是非化學(xué)計(jì)量的程度不同而已。,1、位錯(cuò)模型的提出：位錯(cuò)概念是人們根據(jù)塑性變形的理論推斷出來的。在1920年

22、前后，在研究晶體的塑性變形時(shí)，建立了完整晶體塑性變形滑移的模型），并根據(jù)這個(gè)模型計(jì)算出金屬晶體的理論強(qiáng)度比實(shí)測強(qiáng)度高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。,一、位錯(cuò)的基本概念（一）位錯(cuò)學(xué)說的產(chǎn)生,第二節(jié)線缺陷,1934年，人們根據(jù)這種理論和實(shí)際的強(qiáng)度的差異，提出了晶體缺陷的設(shè)想，并提出晶體線缺陷（位錯(cuò)）模型，認(rèn)為晶體是通過位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行滑移的，以位錯(cuò)滑移模型計(jì)算出的晶體強(qiáng)度，與實(shí)測值基本相符。位錯(cuò)的來源與增殖，也從具體模型本身得到闡明。于是人們開始把位錯(cuò)模型引入金屬晶體變形及力學(xué)性質(zhì)的研究領(lǐng)域，初步形成了位錯(cuò)理論。1956年，在電子顯微鏡下觀察到位錯(cuò)的形態(tài)及運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)理論越來越多地被實(shí)驗(yàn)證明后被廣泛接受和應(yīng)用，并快速

23、發(fā)展。,應(yīng)用：位錯(cuò)理論已經(jīng)成為研究晶體力學(xué)性質(zhì)和塑性變形的理論基礎(chǔ)，比較成功、有系統(tǒng)地解釋了晶體屈服強(qiáng)度、加工硬化、合金強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、脆性斷裂、蠕變等晶體強(qiáng)度理論中的重要問題。,滑移的結(jié)果：塑性變形，表面形成臺(tái)階。,外力作用下晶體滑移示意圖（微觀）,滑移的定義：在外力作用下，一部分相對(duì)另一部分（晶面、晶向）的平移。,2、位錯(cuò)的產(chǎn)生實(shí)際晶體在結(jié)晶時(shí)，受到雜質(zhì)、溫度變化或振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力作用或晶體由于受到打擊，切割等機(jī)械應(yīng)力作用，使晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列變形，原子行列間距相互滑移，不再符合理想晶體的有序排列，形成線狀缺陷。位錯(cuò)在三維空間兩個(gè)方向上尺寸很小，另外一個(gè)方向上延伸較長。,3、定義：指在一維方向

24、上偏離理想晶體中的周期性、規(guī)則性排列所產(chǎn)生的缺陷。,（二）位錯(cuò)的基本類型,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)分為刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、混合位錯(cuò)。,（1）刃型位錯(cuò)：柏格斯矢量與位錯(cuò)線垂直的位錯(cuò),分類：正刃位錯(cuò)，“”；負(fù)刃位錯(cuò)，“。符號(hào)中水平線代表滑移面，垂直線代表半個(gè)原子面。,形成及定義：晶體在大于屈服值的切應(yīng)力作用下，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，即刃型位錯(cuò)（或棱位錯(cuò)）。幾何特征：位錯(cuò)線與原子滑移方向相垂直；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

25、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。,刃位錯(cuò)形成示意圖,位錯(cuò)線(EF),半原子面(EFGH),（2）螺旋位錯(cuò)：位錯(cuò)線與滑移方向相互平行，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)“”和“”表示。,螺旋位錯(cuò)形成示意圖,（b）螺位錯(cuò)滑移面兩側(cè)晶面上原子的滑移情況,（a）與螺位錯(cuò)垂直的晶面的形狀,螺型位錯(cuò)示意圖,混合位錯(cuò)形成示意圖,（3）混合位錯(cuò)：位錯(cuò)線與滑移方向既不垂直也不平行，這樣的位錯(cuò)稱為混合位錯(cuò)。,（三）柏格斯矢量（柏氏矢量）,柏格斯矢量：

26、晶體中有位錯(cuò)存在時(shí)，滑移面一側(cè)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于另一側(cè)質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位移或畸變。性質(zhì)：大小表征了位錯(cuò)的單位滑移距離，方向與滑移方向一致。,1、確定柏格斯矢量的步驟（1）對(duì)于給定點(diǎn)的位錯(cuò)，人為規(guī)定位錯(cuò)線的方向，如下圖所示。（2）用右手螺旋定則確定柏格斯回路方向。（3）按照?qǐng)D所示的規(guī)律走回路，最后封閉回路的矢量即要求的柏氏矢量。,柏格斯矢量是用所謂的柏格斯回路來確定的，是由弗蘭克(Frank)于1951年首先提出的。在完整晶格【下圖(a)】中，從A點(diǎn)開始，向右位移4步布拉維晶格矢量(Bravaislatticevectors)，然后向下移5步，再向左4步，向上5步，剛好回到A點(diǎn)。,在含有刃位錯(cuò)的實(shí)際晶格下圖(b)中，從A點(diǎn)開始，依照完整晶格中回路的順