第1章 位错的结构

位错是晶体中结构缺陷或失序引起的晶格位移。

它可以通过以下几种机制产生：
1.移位机制：当晶体在应力作用下发生变形时，晶格会出现位错线或位错面，从而导致原子位置发生位移。

这是最常见的位错产生机制，可分为边界位错、螺旋位错和混合位错等不同类型。

2.弥散机制：在某些条件下，原子可以通过晶格间的空位、间隙等进行扩散和迁移，从而引起位错的形成。

这主要发生在高温或其他非平衡条件下。

3.特殊条件下的位错引入：在一些特殊条件下，如材料的激发、气氛或外场的影响等，位错可以被引入晶体中，例如辐射损伤、塑性变形等。

4.生长缺陷引起的位错：在晶体的生长和形成过程中，由于晶格的失序、扩散速率不均等因素，可能会产生位错。

总体而言，位错产生是晶体为了适应外界应力或内部缺陷而发生的晶格变形，引发了晶体内部的局部结构变化，进而改变了材料的性质和行为。

位错的产生和影响在材料科学与工程中具有重要意义，对材料的强度、塑性、热力学性能等方面有着重要影响。

第⼀章⾦属的晶体结构作业答案第⼀章⾦属的晶体结构1、试⽤⾦属键的结合⽅式，解释⾦属具有良好的导电性、正的电阻温度系数、导热性、塑性和⾦属光泽等基本特性.答：(1)导电性：在外电场的作⽤下，⾃由电⼦沿电场⽅向作定向运动。

(2)正的电阻温度系数：随着温度升⾼，正离⼦振动的振幅要加⼤，对⾃由电⼦通过的阻碍作⽤也加⼤，即⾦属的电阻是随温度的升⾼⽽增加的。

(3)导热性：⾃由电⼦的运动和正离⼦的振动可以传递热能。

(4) 延展性：⾦属键没有饱和性和⽅向性，经变形不断裂。

(5)⾦属光泽：⾃由电⼦易吸收可见光能量，被激发到较⾼能量级，当跳回到原位时辐射所吸收能量，从⽽使⾦属不透明具有⾦属光泽。

2、填空：1)⾦属常见的晶格类型是⾯⼼⽴⽅、体⼼⽴⽅、密排六⽅。

2)⾦属具有良好的导电性、导热性、塑性和⾦属光泽主要是因为⾦属原⼦具有⾦属键的结合⽅式。

3)物质的原⼦间结合键主要包括⾦属键、离⼦键和共价键三种。

4)⼤部分陶瓷材料的结合键为共价键。

5)⾼分⼦材料的结合键是范德⽡尔键。

6)在⽴⽅晶系中，某晶⾯在x轴上的截距为2，在y轴上的截距为1/2；与z轴平⾏，则该晶⾯指数为（（ 140 ））.7)在⽴⽅晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)，那么AB晶向指数为（ī10），OC晶向指数为（221），OD晶向指数为（121）。

8)铜是（⾯⼼）结构的⾦属，它的最密排⾯是（111 ）。

9) α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn中属于体⼼⽴⽅晶格的有（α-Fe 、 Cr、V ），属于⾯⼼⽴⽅晶格的有（γ-Fe、Al、Cu、Ni ），属于密排六⽅晶格的有（ Mg、Zn ）。

3、判断1)正的电阻温度系数就是指电阻随温度的升⾼⽽增⼤。

（√）2)⾦属具有美丽的⾦属光泽，⽽⾮⾦属则⽆此光泽，这是⾦属与⾮⾦属的根本区别。

（×）3) 晶体中原⼦偏离平衡位置，就会使晶体的能量升⾼，因此能增加晶体的强度。

位错的名词解释位错，是指晶体中原子排列发生偏移或者交换，形成错位的现象。

它是晶体结构中常见的缺陷之一，对材料的机械性能和导电性能等起到重要影响。

细致观察位错的性质及其影响，对于材料科学和工程领域具有重要意义。

一、位错的形成和分类1. 形成位错的原因位错的形成通常是由晶体生长过程中的应力、温度变化以及机械变形等因素所引起。

例如，在晶体生长过程中，由于生长速度的不均匀或晶体材料的不完美，就会出现位错。

同样地，在材料的机械变形过程中，如弯曲、拉伸或压缩等，也会导致晶体中位错的产生。

2. 位错的分类根据原子重新排列的方式和排列结构的不同，位错可以分为线性位错、平面位错和体位错。

线性位错是指位错线与晶体的某一晶面交线的直线排列，具有一维特征。

最常见的线性位错有位错线、螺旋位错和阶梯位错等。

平面位错是指位错线与晶体的某一晶面交线上有无限个交点，呈现出平面性的特点。

常见的平面位错有位错环、晶界以及孪晶等。

体位错是指位错线在晶体内没有终点，具有三维特征。

体位错通常有位错蠕变和位错多晶等。

二、位错的性质与作用1. 位错的性质位错对晶体的特性和行为有着重要影响。

它能够改变晶体的原子排列方式，导致晶体局部微结构的变化。

位错可以促进晶体的固溶体形成以及离子扩散等过程。

此外，位错还会影响晶体的力学性能，如硬度、韧性和弹性等。

因此，位错常常被用来研究晶体的性质和行为。

2. 位错的作用位错在材料科学和工程领域具有广泛的应用价值。

首先，位错可以增加晶体的强度和韧性，提高材料的抗变形能力。

这在制备金属材料和合金中起到重要作用。

此外，位错也可以影响材料的导电性能，例如半导体中的位错可以改变电子迁移的路径和速率，从而影响整个电子器件的性能。

除此之外，位错还可以用于晶体的生长和材料的表面改性等过程。

三、位错的观察和表征方法1. 传统观察方法传统的位错观察方法包括透射电镜、扫描电镜和X射线衍射等技术。

透射电镜可以通过对物质的薄片进行观察，获得高分辨率的位错图像。

晶体中的位错晶体是由大量的原子或离子按照一定的规律排列形成的，具有高度的有序性和周期性。

然而，在晶体中，由于制备、加工等原因，有时候不同的晶体原子并不完全对齐，形成了一些错位，这些错位就称作位错。

位错是晶格缺陷的一种，是晶体中最常见的缺陷之一。

本文将重点介绍晶体中的位错。

一、位错的定义和分类位错是晶体中的缺陷，是一种原子排列顺序的失误或对晶体构造发生的不规则的紊乱。

从形式上来看，位错其实是一条线，称为位错线。

位错线是一个平面的分界线，分别将位错的正侧和负侧分开，两侧的原子堆积方式互不相同。

按照线向和方向，位错可分为长位错和短位错；按照线型，位错可分为直线位错和环状位错；按照纵向位置，位错可分为面内位错和面间位错；按照能量点的数量，位错可分为单位错、双位错、三位错等等。

二、位错的形成原因晶体中的位错是由于应力和温度的变化等原因，导致原子在晶体内部的位置和晶格结构发生变化而形成的。

晶体中的一些应力和原子偏移最终会形成位错，进而影响构造和性能。

常见的位错形成原因有以下几种：1.加工过程中导致的位错：金属加工可能会引起位错的发生，因为加工会施加一定的应力，从而导致晶格变形。

例如，扭曲或拉伸材料时，原子可能会脱离原来的顺序，最终形成位错。

2.晶体生长过程中导致的位错：晶体在生长过程中，由于固态、液相界面的移动推进，产生压力分布变化，从而造成位错的形成。

在原子或离子加入了其他元素或化合物的情况下，位错也会在晶体中发生。

3.晶体性能的变化导致的位错：晶体的性质随着应力和温度的变化而变化。

温度和离子浓度等的变化可能会改变晶体的构造，导致位错。

三、位错的作用位错是晶体中的缺陷，但它并不总是会对晶体的性质产生不良影响。

实际上，位错可以对晶体的某些性质产生正向、负向改变，主要包括以下几种：1.塑性变形：位错的存在使晶体产生了柔韧性，容易受到力的作用产生塑性变形。

2.材料的硬度：如果位错数量越大，晶体的硬度就会变差，同时晶体的脆性就会增加。

位错的基本类型和特征晶体在不同的应力状态下，其滑移方式不同。

根据原子的滑移方向和位错线取向的几何特征不同，位错分为刃位错、螺位错和混合位错。

1. 刃位错（1）形成及定义：晶体在大于屈服值的切应力τ作用下，以ABCD面为滑移面发生滑移。

AD是晶体已滑移部分和未滑移部分的交线，犹如砍入晶体的一把刀的刀刃，即刃位错（或棱位错）。

刃型位错形成的原因：晶体局部滑移造成的刃型位错（2）几何特征：位错线与原子滑移方向相垂直；滑移面上部位错线周围原子受压应力作用，原子间距小于正常晶格间距；滑移面下部位错线周围原子受拉应力作用，原子间距大于正常晶格间距。

刃型位错的分类：分类：正刃位错，“┴”；负刃位错，“┬”。

符号中水平线代表滑移面，垂直线代表半个原子面。

（3）刃型位错的结构特征①有一额外的半原子面，分正和负刃型位错；②位错线可理解为是已滑移区与未滑移区的边界线，可是直线也可是折线和曲线，但它们必与滑移方向和滑移矢量垂直;③只能在同时包含有位错线和滑移矢量的滑移平面上滑移；④位错周围点阵发生弹性畸变，有切应变，也有正应变；点阵畸变相对于多余半原子面是左右对称的，其程度随距位错线距离增大而减小。

就正刃型位错而言，上方受压，下方受拉。

⑤位错畸变区只有几个原子间距，是狭长的管道，故是线缺陷。

2. 螺位错（1）形成及定义：晶体在外加切应力τ作用下，沿ABCD面滑移，图中AD线为已滑移区与未滑移区的分界处。

由于位错线周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，形成螺位错。

晶体局部滑移造成的螺型位错（2）几何特征：位错线与原子滑移方向相平行；位错线周围原子的配置是螺旋状的。

螺型位错的分类：有左、右旋之分。

它们之间符合左手、右手螺旋定则。

（3）结构特征①螺型位错的结构特征无额外的半原子面，原子错排是轴对称的，分右旋和左旋螺型位错；②螺型位错线与滑移矢量平行，故一定是直线，位错线移动方向与晶体滑移方向垂直；③滑移面不是唯一的，包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面；④位错周围点阵也发生弹性畸变，但只有平行于位错线的切应变而无正应变，即不引起体积的膨胀和收缩；⑤位错畸变区也是几个原子间距宽度，同样是线位错。

位错的基本类型和特征位错的基本类型和特征什么是位错？位错（dislocation）是晶体中的一种结构缺陷，它代表了晶体中原子排列的变形和重组。

位错的存在对晶体的物理性质和机械性能具有重要影响。

位错的基本类型位错可以分为以下几个基本类型：1.直线位错：也称为边界位错（edge dislocation），可看作两个晶体之间的边界。

它是晶体中某个层面与其上方、下方的层面之间原子排列不一致所形成的。

2.螺旋位错：也称为线性位错（screw dislocation），是晶体中绕某一点形成螺旋状结构的位错。

它是由某一平面与其上方或下方的层面之间原子排列不一致所形成的。

3.混合位错：是直线位错和螺旋位错相互结合形成的位错。

位错的特征位错在晶体中具有以下特征：•位错存在与位错线（dislocation line）上，其形状可以是直线、螺旋状或弯曲的。

•位错的长度可以从纳米级到微米级，取决于材料的结晶度和应变状态。

•位错引入了局部应变场，使得晶体中原子间的距离发生变化。

•位错会导致局部应力场的形成，其中位错线附近有压应力和拉应力。

•位错可以移动和增殖，对物质的可塑性和断裂行为起重要作用。

位错的影响位错的存在对材料的性质和行为具有重要影响：•位错可以增加材料的塑性，使其具有更好的变形能力和可塑性。

•位错可以使材料的强度和硬度发生变化，影响其力学性能。

•位错还可以影响材料的电学、热学和光学性能，改变其导电性、热导率和光学吸收等特性。

•位错在材料的断裂行为中起重要作用，影响材料的断裂强度和断裂方式。

结论位错作为一种晶体中的结构缺陷，具有不可忽视的重要性。

通过研究位错的基本类型和特征，我们可以更好地理解材料的结构和性质，为材料的设计和应用提供更好的基础。

参考文献：1.Hirth, J. P., & Lothe, J. (1992). Theory of dislocations.Wiley.2.Hull, D., & Bacon, D. J. (2001). Introduction todislocations (Vol. 952). Butterworth-Heinemann.补充位错的性质和应用位错的形成原因位错的形成主要是由于晶体生长和形变过程中的原子排列不完美引起的。

位错核心结构
位错是指晶体中排列有一定秩序的原子、离子或分子发生位移，产生错位的现象。

位错的核心结构是指位错线上产生的原子、离子或分子的排列方式。

位错的核心结构可以分为三种类型：晶格位错、位面位错和扩展位错。

1. 晶格位错：晶格位错是指晶体中相邻晶面的排列错位。

其中最常见的晶格位错有错配位错和螺位错。

错配位错是两个不同的晶体区域相互连接形成的，原子排列具有较大的差异；螺位错则是晶体中晶面的平移产生的。

2. 位面位错：位面位错是晶体晶面内部的排列错位现象，即某个晶面的原子、离子或分子在晶面内部发生错位。

位面位错包括导重线位错和层错两种类型。

导重线位错是指晶面内部原子、离子或分子的排列形成了一条导重线；层错则是层状晶体在晶面内部移位产生的错位。

3. 扩展位错：扩展位错是一种晶体中产生的三维排列错位。

扩展位错包括位面位错的扩展、滑移位错和位错环几种类型。

位面位错的扩展是指位面位错延展到晶面某个方向上形成的；滑移位错是晶体中晶面的滑移产生的错位，形成螺旋状排列；位错环则是位错线形成了一个封闭的环状结构。

位错的核心结构对晶体的物理性质具有重要影响。

不同类型的位错核心结构会影响晶体的力学性能、导电性、磁性等。

因此，
对位错核心结构的研究对于理解晶体的性质和应用具有重要意义。