位错的运动

图示 空位原子引起的攀移
与滑移不同，位错攀移时伴随着物质的迁移，需要原 子扩散才能实现。所以比滑移所需的能量更大。大多数金 属室温下很难进行，但施加外力或升高温度可以促进其发 生。因此，位错攀移时需要热激活，也就是比滑移需要更 大的能量。通常滑移被称为“守恒运动”，而攀移则为 “不守恒运动”.攀移是高温扩散引起的，但外加应力也 有影响。当外加应力为垂直于半原子面的拉应力时，有助 于原子扩散到位错处，而使半原子面扩大，发生负攀移； 反之，当外加应力为压应力时，有助于空位迁移到位错线 附近而促使位错正攀移。
3.位错的运动 3.位错的运动
位错最重要的性质之一是它可以在晶体中运 动。刃型位错的运动可有两种方式：一种是位错 线沿着滑移面的移动，称为位错的滑移；另一种 是位错线垂直于滑移面的移动，称为位错的攀移。 对螺型位错来说，它只作滑移而不存在攀移。
滑移 刃型位错运动 位错的运动 螺型位错运动 攀移 滑移
3.2 作用于位错上的力
晶体在切应力作用下会发生滑移，即 位错的运动。所以，可以假定在位错线的 垂直方向上作用一个力F.
τ
F F
τ
τ
τ
Fd = τ× d
3.2 刃型位错的运动
位错在滑移面上受到垂至于位错线的作用力， 当此力足够大，足以克服运动阻力时，位错便可 以沿着作用力方向移动，这种沿着滑移面移动的 位错运动称为滑移。 刃型位错的位错线还可以沿着垂直于滑移面 的方向移动，刃型位错的这种运动称为攀移。
3.5 柏氏矢量(Burgers Vector)
1939年柏格斯（J.M.Burgers）提出了螺型 1939年柏格斯（J.M.Burgers）提出了螺型 位错的概念和柏氏矢量，使位错的概念普遍化， 并发展了位错应力场的一般理论。柏氏矢量可以 并发展了位错应力场的一般理论。 通过柏氏回路来确定， 图(a)、(b)分别为含有一 个刃型位错的实际晶体和用作参考的不含位错的 完整晶体。
2.位错的基本类型(Basic 2.位错的基本类型(Basic Types 位错的基本类型 of Dislocation)
位错是晶体中原子排列的一种特殊组 态。已滑移区(Slip Zone)与未滑移区在 滑移面(Slip Plane)上的交界线，称为位 错线，一般简称为位错。 从位错的几何结构来看，可将它们 分为：刃型位错和螺型位错。
a
b
c
d
3.2.2刃型位错的攀移
刃型位错除了可以在滑移面上滑移外，还可 垂直于滑移面发生攀移（半原子面向上或向下移 动）。显然，位错发生正攀移时需失去其最下面 的一排原子，就是多余半原子面通过空位(原子) 扩散而伸长或缩短。在下图中，当半原子面下端 的原子跳离，即空位迁移到半原子面下端时，半 原子面将缩短，表现为位错向上移动，这种移动 叫做正攀移。反之，如有原子迁移到半原子面下 端，半原子面将伸长，表现为位错向下移动，这 种移动叫做负攀移。整个位错同时攀移是非常少 见的，通常是从位错线段的局部开始，逐步完成 整段的攀移。
3.4 混合型位错的运动
由于混合位错可以分解为刃型和螺型两部分， 因此，混合位错在切应力作用下，也是沿其各线 段的法线方向滑移，并同样可使晶体产生与其柏 氏矢量相等的滑移量 。
a
位错环
b
位错环运动后产生的滑移
设位错在晶体中形成圆环形，位于滑移面上 如图所示。如前所述，在同样的切应力作用下， 负刃型位错线的运动方向与正刃型位错运动方向 相反，若刃型位错A向后移动的话，刃型位错B就 应向前移动。同样，右旋螺型位错C向左移动的 C 话，左旋螺型位错就向右移动。 各位错线分别向 外扩展，一直到达晶体边缘。虽然各位错线的移 动方向不同，但它们所造成的晶体滑移却是由其 柏氏矢量b所决定的，故位错环扩展的结果使晶体 沿滑移面产生了一个b的滑移。
a原始间距
b向左滑移一个原子间距
a原始晶体
b滑移过程
c滑移过程
d滑移结束形成的台阶面
刃型位错与螺型位错滑移比较
因为位错线和柏氏矢量平行，所以螺型位错可以 有多个滑移面，螺型位错无论在那个方向移动都 是滑移，称为交割滑移。 晶体两部分的相对移动量决定于柏氏矢量的大小 和方向，与位错线的移动方向无关。
由图可知，刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直，这 是刃型位错的一个重要特征。刃型位错的正负可用 刃型位错的正负可用 右手法则来确定，如图所示。 右手法则来确定
用右手的拇指、食指和 中指构成直角坐标，以 食指指向位错线的方向， 中指指向柏氏矢量的方 向，则拇指的指向代表 多余半原子面的位向， 且规定拇指向上者为正 刃型位错，反之为负刃 型位错。
a正刃型位错的滑移
b负刃型位错的滑移
当一个刃型位错沿滑移面滑过整个晶体，就会在晶体 表面产生宽度为一个柏氏矢量b的台阶，即造成了晶体的 塑性变形。若有n个b相同的位错扫过滑移面，则晶体将产 生nb的宏观滑移量，表面上产生nb高的台阶，成为电子 显微镜下看到的滑移线。下图a为原始状态的晶体以及所 加切应力的方向；b、c则为正刃型位错滑移的中间阶段， 可以看见位错线AB沿滑移面逐渐向后移动；应当注意， 在滑移时，刃型位错的移动方向一定是与位错线相垂直， 即与其柏氏矢量相一致。因此，刃型位错的滑移面应是由 位错线与其柏氏矢量所构成的平面。
位错的运动
1.位错运动对塑性变形的影响 位错运动对塑性变形的影响
飞机发动机叶片在高温下强度会降低。因为 温度越高晶体原子越容易跃迁而形成空穴，从而 导致更大缺陷是宏观性能降低；温度升高减弱了 第三相等对位错运动的阻碍作用；另外钉扎作用 也降低了。 塑性阶段的变形主要是位错（微观缺陷）运 动的结果，说明实际晶体在远低于理想晶体的屈 服强度的应力下，发生塑性形变。
确定位错柏氏矢量的方法如下： 确定位错柏氏矢量的方法如下：
首先选定位错线（ξ 首先选定位错线（ξ）的正向，通常规定出纸面的方向为 位错线的正方向。 在实际晶体中，从任一原子出发，围绕位错以一定的步数 作一逆时针闭合回路MNOPQ，称为柏氏回路，如图（a 作一逆时针闭合回路MNOPQ，称为柏氏回路，如图（a） 所示。 在完整晶体中按同样的方向和步数作相同的回路，该回路 并不闭合，由终点Q向起点M引一矢量b 并不闭合，由终点Q向起点M引一矢量b，使该回路闭合， 如图（b）所示。这个矢量b就是实际晶体中位错的柏氏矢 图（b 所示。这个矢量b 量。
3.2.1 刃型位错的滑移
图（a）表示含有一个正刃型位错的晶体点阵。图中实线 表示位错（半原子面PQ）原来的位置，虚线表示位错移 动一个原子间距（如P′Q′）后的位置。可见，位错虽然移 动了一原子间距，但位错附近的原子只有很小的移动。故 这样的位错运动只需加一个很小的切应力就可以实现。图 （b）表明，对于晶体中的负刃型位错，在同样的切应力 作用下，尽管其移动方向与正刃型位错相反（在图中为向 右移动）。
3.3螺型位错的运动
下图a表示螺型位错的滑移过程。图中“○” 表示滑移面下方的原子，“●”表示滑移面上方 的原子；虚线表示点阵的原始状态，实线表示位 错滑移一个原子间距后的状态。可以看出，在切 应力τ的作用下，只要位错周围的原子作微小的 位移，这种位移随螺型位错向左移动而逐渐扩展 到晶体左半部分的原子列。位错线向左移动一个 原子间距（从图中第6原子列移到第7列），则晶 体因滑移而产生的台阶亦扩大了一个原子间距， 如图b所示。
螺型位错的柏氏矢量也可按同样Βιβλιοθήκη 方法确 定的方法如下： 定的方法如下：
由图可知，螺型位错的柏氏矢量与位错线平行， 且规定b与位错线正向平行者为右螺型位错，b 且规定b与位错线正向平行者为右螺型位错，b与 位错线反向平行者为左螺型位错。
混合型位错的柏氏矢量既不垂直也不平行于位错线， 而与它相交成θ 而与它相交成θ角，可将其分解成垂直和平行于位 错线的刃型分量（be=bsinθ）和螺型分量 错线的刃型分量（be=bsinθ）和螺型分量 （bs=bcosθ），如图所示。 bs=bcosθ），如图所示。