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材料科学基础位错部分知识点第三章晶体结构缺陷（位错部分）1.刃型位错及螺型位错的特征刃型位错特征：1）刃型位错是由一个多余半原子面所组成的线缺陷；2）位错滑移矢量(柏氏向量)垂直于位错线，而且滑移面是位错线和滑移矢量所构成唯一平面；3）位错的滑移运动是通过滑移面上方的原子面相对于下方原子面移动一个滑移矢量来实现的；4）刃型位错线的形状可以是直线、折线和曲线；5）晶体中产生刃型位错时，其周围的点阵发生弹性畸变，使晶体处于受力状态，既有正应变，又有切应变。
螺型位错特征：1)螺型位错是由原子错排呈轴线对称的一种线缺陷；2)螺型位错线与滑移矢量平行，因此，位错线只能是直线；3)螺型位错线的滑移方向与晶体滑移方向、应力矢量方向互相垂直；4)位错线与滑移矢量同方向的为右螺型位错；为此系与滑移矢量异向的为左螺型位错。
刃型位错螺型位错位错线和柏氏矢量关系（判断位错类型）⊥∥滑移方向∥b∥b位错线运动方向和柏氏矢量关系∥⊥相关概念（ppt上的，大概看一看）：A.位错运动与晶体滑移：通过位错运动可以在较小的外加载荷下晶体产生滑移，宏观显现为产生塑性变形。
B.位错线：位错产生点阵畸变区空间呈线状分布。
对于纯刃型位错，其可以描述为刃型位错多余半原子面的下端沿线。
为了与其它类型位错统一，位错线可表述为已滑移区与未滑移区的交界线。
C.混合型位错：在外力作用下，两部分之间发生相对滑移，在晶体内部已滑移和未滑移部分的交线既不垂直也不平行滑移方向(柏氏矢量b)，这样的位错称为混合位错。
（位错线上任意一点，经矢量分解后，可分解为刃位错和螺位错分量。
晶体中位错线的形状可以是任意的。
）=l/V；单位面积内位错条数来表示位错密度：D.错位密度：单位体积内位错线的长度：ρv=n/S。
（金属中位错密度通常在106~8—1010~121/c㎡之间。
）ρs2.柏氏矢量：1）刃型位错和螺型位错的柏氏矢量表示：2）柏氏矢量的含义：柏氏矢量反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总累计。
第二章晶体结构缺陷缺陷的含义：通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的结构缺陷。
理想晶体：质点严格按照空间点阵排列的晶体。
实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。
本章主要内容：2.1 晶体结构缺陷的类型2.2 点缺陷2.3 线缺陷2.4 面缺陷2.5 固溶体2.6 非化学计量化合物⏹ 2.1 晶体结构缺陷的类型分类方式：几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷等形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、电荷缺陷和辐照缺陷等●一、按缺陷的几何形态分类1. 点缺陷（零维缺陷）缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。
包括：空位：正常结点没有被质点占据，成为空结点间隙质点：质点进入正常晶格的间隙位置，成为间隙质点错位原子或离子杂质质点：指外来质点进入正常结点位置或晶格间隙，形成杂质缺陷双空位等复合体点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。
2. 线缺陷（一维缺陷）位错指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短，如各种位错。
线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。
3.面缺陷面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。
如晶界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。
面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。
4.体缺陷体缺陷亦称为三维缺陷，是指在局部的三维空间偏离理想晶体的周期性、规则性排列而产生的缺陷。
如第二相粒子团、空位团等。
体缺陷与物系的分相、偏聚等过程有关。
●二、按缺陷产生的原因分类1. 热缺陷定义:热缺陷亦称为本征缺陷，是指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点（原子或离子）。
类型:弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷。
弗伦克尔缺陷是质点离开正常格点后进入到晶格间隙位置，其特征是空位和间隙质点成对出现。
肖特基缺陷是质点由表面位置迁移到新表面位置，在晶体表面形成新的一层，同时在晶体内部留下空位。
Cha pterⅢ【晶体缺陷】实际晶体中各种偏离理想结构的情况；include.（点缺陷+线缺陷+面缺陷）【点缺陷】零维缺陷，三维空间的各个方向上尺寸都很小，约为一个或几个原子尺度；include.（空位+间隙原子+杂质+溶质原子）【线缺陷】一维缺陷，两个方向上尺寸很小，另外一个方向上延伸较长；include. (位错) 【面缺陷】二维缺陷，一个方向上尺寸很小，另外两个方向上扩展很大；include.（晶界+相界+孪晶界+堆垛层错）【热平衡缺陷】由于热起伏促使原子或离子脱离点阵位置而形成的点缺陷，浓度随温度升高而升高；include.（Schottky缺陷+Frenkel缺陷）【Schottky缺陷】离开平衡位置的原子迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置，使晶体内部留下空位【Frenkel缺陷】离开平衡位置的原子挤入点阵的间隙位置，在晶体内部同时形成数目相等的空位和间隙原子【点缺陷平衡机理】1.点缺陷造成点阵畸变，晶体内能升高，热力学稳定性下降2.点缺陷增大了原子排列混乱程度，晶体熵值增加，热力学稳定性上升【复合】间隙原子运动过程中落入某一空位而使两者同时消失的过程【点缺陷迁移能Em】点缺陷在平衡位置间移动时所需用于克服能量势垒的的能量【滑移】晶体中相邻两部分在切应力作用下沿着一定的晶面和晶向相对滑动【位错】实际晶体中滑移通过称为位错的线缺陷进行，位错在较低应力作用下开始移动，时滑移区逐渐扩大直至整个滑移面上的原子都先后发生相对位移；include.（刃型位错+螺型位错）【刃型位错】1.存在额外半原子面，多出半原子面在滑移面上方为正刃型位错2.刃型位错线为晶体中已滑移区与未滑移区的边界线，形状不一定为直线3.滑移面是位错线与滑移矢量所确定的平面4.刃型位错线周围点阵发生弹性畸变，同时包括正应变与切应变；正刃型位错滑移线上方点阵受压应力，下发点阵受到拉应力5.位错线周围畸变区每个原子具有较大的平均能量【螺型位错】1.不存在额外半原子面，原子错排呈轴对称状2.螺型位错线与滑移矢量平行，一定为直线3.螺型位错线移动方向与晶体滑移方向相互垂直4.纯螺型位错滑移面不唯一，凡包含螺型位错线的平面均可作为滑移面5.螺型位错线周围发生弹性畸变，只包括切应变，不会引起晶体体积变化【混合位错】滑移矢量与位错线相交成任意非特殊角度的普遍位错形式【位错线】已滑移区与未滑移区的边界线，一根位错线不能终止于晶体内部，只能露头于晶体表面【伯氏矢量】规定出纸面的方向为位错线的正方向，反映位错周围点阵畸变总积累量，伯氏矢量与回路起点及其途径无关，位错即使发生运动其伯氏矢量仍保持不变，即一根位错线具有唯一的伯氏矢量【刃型位错右手法则】食指为位错线方向，中指指向伯氏矢量，拇指指向多余半原子面方向【位错运动】基本运动形式为滑移与攀移【滑移】在外加切应力作用下，通过位错中心附近的原子沿伯氏矢量方向在滑移面上不断得作少量位移而逐步实现在滑移面方向上发生运动1.刃型位错运动方向始终垂直于位错线而平行于伯氏矢量，因而刃型位错的滑移面是有位错线与伯氏矢量所构成的平面，因此刃型位错的滑移仅限于单一的滑移面上2.螺型位错的移动方向同时垂直于位错线与伯氏矢量，由于位错线与伯氏矢量平行，因此螺型位错的滑移不限于单一的滑移面上【攀移】在垂直于滑移面方向上发生运动，多余半原子面向上运动为正攀移，向下运动为负攀移位错避开障碍物的方式分为攀移与交滑移，攀移仅针对刃型位错，交滑移仅针对螺型位错，攀移伴有物质迁移，属于非守恒运动，而位错滑移为守恒运动【交滑移】当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，螺型位错从原滑移面转移到与之相较的另一滑移面上继续滑移的过程【位错方向右手法则】拇指代表伯氏矢量方向，食指代表位错线方向，中指就表示位错线的运动方向【位错交割】位错在某一滑移面上运动时穿过滑移面的其他位错发生交割【割阶&扭折】位错线难以全线运动而以一部分线段先产生滑移，若曲折线段处于位错滑移面上则成为扭折，若曲折线段垂直于位错的滑移面使则成为割阶【辨析】刃型位错的割阶部分仍为刃型位错，扭折部分为螺型位错；螺型位错中扭折与割阶均与伯氏矢量相垂直，均属于刃型位错，即位错交割结果中割阶部分均为刃型位错【位错应力场】螺型位错应力场1.只有切应力分量，正应力分量为零，表明螺型位错不会引起晶体的膨胀和收缩2.螺型位错所产生的切应力分量只于r成反比，但不适用于位错中心的严重畸变区刃型位错应力场1.同时存在切应力分量与正应力分量，均与位错距离r成反比2.各应力分量都是x,y的函数与z无关，即平行于位错线的直线上任一点的应力均相同3.刃型位错的应力场对称与多余的半原子面，即对称于y轴4.滑移面上没有正应力，只有达到极大值的切应力5.正刃型位错的位错滑移面上侧为压应力，下侧为拉应力【位错应变能】位错周围点阵引起弹性应力场导致晶体能量的增加，分为位错中心畸变能与位错应力场引起的弹性应变能【位错线张力】位错总应变能与位错线的长度成正比，因此为了降低能量，位错线有力求缩短的倾向，故在位错线上存在一种使其变直的线张力【位错类型】include.单位位错：伯氏矢量等于单位点阵矢量的位错全位错：伯氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错不全位错：伯氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错部分位错：伯氏矢量小于点阵矢量的位错【堆垛层错】实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序有可能遭到破坏和错排体心立方晶体密排面{110}和{100}上不产生堆垛层错形成层错时不产生点阵畸变，但破坏晶体的完整性和正常的周期性，产生堆垛层错能【表面能】晶体表面单位面积自由能的增加，原子密排的表面具有最小的表面能【晶界】属于同一固相但位向不同的经历之间的界面include.{小角度晶界+大角度晶界}1.晶界处点阵畸变大，存在着晶界能2.晶界处原子排列不规则3.晶界处原子偏离平衡位置4.原始晶粒越细，晶界越多，新相形核率也相应越高【孪晶】两个晶体沿一个公共晶面构成晶面对称的位向关系，此公共晶面即为孪晶面Chapte rⅤ【材料形变】外力较小时产生弹性变形，外力较大时产生塑性变形【弹性变形】外力去除后能够完全恢复的那部分变形，原子受力离开平衡位置，在外力去除后将恢复至原来平衡位置【弹性模量】代表使原子离开平衡位置的难易程度，表征晶体中原子间结合力强弱的物理量【弹性不完整性】由于晶体内部存在各种缺陷，弹性变形时出现有别于理想弹性变形的现象 include.{包申格效应+弹性后效+弹性滞后+循环韧性}【包申格效应】材料预先加载少量塑性变形而后同向加载弹性极限升高，反向加载下降【弹性后效】在弹性极限范围内，应变滞后于外应力并和时间有关的现象，组织越不均匀温度升高、切应力越大，弹性后效越明显【弹性滞后】由于应变落后于应力，则加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线的现象弹性滞后表明加载时消耗于材料的变形功大于卸载时材料恢复释放的变形功，其差值称为内耗，内耗大小即为弹性滞后环的面积度量【黏弹性】黏性流动指非晶态固体和液体在很小外力作用下发生没有确定形状的流变且在外力去除后形变不能恢复；当多晶体同时表现出弹性和黏性，即为黏弹性现象【塑性变形】应力超过弹性极限，材料发生塑性变形，产生不可逆的永久变形单晶塑性变形include.{滑移+孪生+扭折}【滑移系】塑性变形时位错只沿一定的晶面和晶向运动，这些晶面和晶向即为滑移面与滑移方向，滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向，因为原子密度最大的晶面其面间距最大，点阵阻力最小；一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做滑移系，每个滑移系表示晶体在进行滑移时可能采取的一个空间取向【临界分切应力】晶体内各滑移系受外切应力作用并非同时参与滑移，而只有外力在某一滑移系中的分切应力达到临界分切应力时可以首先发生滑移；滑移的临界分切应力真实反映单晶体受力起始屈服，与晶体类型、纯度及温度及加工处理方式有关【孪生】均匀切边区中的晶体取向发生变更称为与未切变区晶体呈镜面对称的取向1.孪生变形在切应力作用下发生，常出现于滑移受阻而引起的应力集中区，其所需临界切应力比滑移时大得多2孪生为均匀切变.切变区内与孪晶面平行的每一层原子面均相对于其毗邻晶面沿孪生方向位移了一定距离，各层切变量与孪生面的距离成正比3.孪晶的两部分晶体形成晶面对称的位向关系【晶体类型与孪生】发生孪生难易程度取决于对称性高低与滑移系的多少，对称性越低、滑移系越少，则孪生越容易发生。
