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中南大学材料科学与工程学院
材料科学与工程基础
位错类型，柏氏矢量
螺型位错分类
按照螺旋面前进的方向与螺旋面旋转方向的关系分
• 左螺型位错 • 右螺型位错
• 符合右手定则（右手拇指代表螺旋面前进方向，其它四指代表螺旋面旋 转方向）的称为右螺型位错，符合左手定则的称为左螺型位错
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位错类型，柏氏矢量
位错的基本类型及特征
工程材料理论切变强度与实际强度相差100～1000倍
晶体中位错的基本类型 1.刃型位错 2.螺型位错 3.混合位错
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位错类型，柏氏矢量
含有刃型位错的晶体结构示意图
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位错类型，柏氏矢量
刃型位错线周围的弹性畸变
• 位错线长度有数百个到数万个原子间距，与位错长度相比， 位错宽度非常小，所以把位错看作是线缺陷 刃位错周围原子不同程度地偏离平衡位臵，使周围点阵发生 弹性畸变
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位错类型，柏氏矢量
3．柏氏矢量特征
1）柏氏矢量与回路起点选择无关，也与柏氏回路的具体路径， 大小无关
一条位错线只有一个柏氏矢量 2）几根位错相遇于一点，其方 向朝着节点的各位错线的柏氏 矢量 b之和等于离开节点之和 如有几根位错线的方向均指 向或离开节点，这些位错 线的柏氏矢量之和值为零
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位错类型，柏氏矢量
刃型位错特征
（1）是由一个多余半原子平面所形成的线缺陷，位错宽度2~5个原子 间距，位错是一管道 （2）位错滑移矢量b垂直于位错线，位错线和滑移矢量构成滑移的唯一平 面即滑移面 （3）位错线不一定是直线，形状可以是直线，折线和曲线，位错环
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位错类型，柏氏矢量
螺型位错类型判断
确定左、右螺型位错类型右手法则
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位错类型，柏氏矢量
柏氏矢量b的物理意义
晶体局部滑移形成刃型位错
τ
τ
出现多余半原子面，表面形成台阶
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位错类型，柏氏矢量
晶体中的纯刃型位错环
从滑移这个角度来看，可以把位错定义为晶体中已滑移区域 和未滑移区域的边界
晶体中的位错作为滑移区的边界，就不可能中断于晶体内部， 它们或者中止于表面，或者中止于晶界和相界，或者与其它 位错线相交，或者自行在晶体内形成一个封闭环
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位错类型，柏氏矢量
Screw dislocation
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位错类型，柏氏矢量
Screw dislocation
刃型位错不一定是直线，可以是折线或 曲线
EFGH是位错环，是由于晶体中多了一片 EFGH的原子层所造成的
这种位错环多由于空位集团崩塌而形成
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位错类型，柏氏矢量
几种不规则的刃型位错
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3）包含螺位错的面必然包含滑移矢量
螺位错可以有无穷个滑移面 实际上滑移通常是在原子密排面上进行，故滑移面有限
4）螺位错周围的点阵也发生弹性畸变，但只有平行于位错 线的切应变，无正应变（在垂直于位错线的平面投影上， 看不出缺陷）
5）位错线的移动方向与晶块滑移方向、应力矢量互相垂直
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位错类型，柏氏矢量
混合位错
AC位错线中 靠近A端的位错线段平行于滑 移矢量，属于纯螺型位错 靠近C端的位错线段垂直于滑 移矢量，属于纯刃型位错 其余部分线段与滑移矢量成任 意角度，属混合位错
每一段位错线均可分解为刃型和 螺型两个分量
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位错类型，柏氏矢量
2.2.3 混合位错
位错线与滑移矢量两者方向夹角呈任意角度 位错线上任一点的滑移矢量相同
晶体右上角在外力F作用下发生切变 滑移面ABC范围内原子发生了位移，其滑移矢量用 b表示 弧线AC即是位错线，为已滑移区和未滑移区的边 界，与滑移矢量成任意角度 是晶体中较常见的一种位错 混合位错的形成
位错类型，柏氏矢量
柏氏矢量的确定方法
1）人为假定位错线方向
一般是从纸背向纸面或由上向下为位错线正向 2）用右手螺旋法则来确定柏格斯回路的旋转方向 使位错线的正向与右螺旋的正向一致 3）将含有位错的实际晶体和理想的完整晶体相比较 在实际晶体中作柏氏回路，在完整晶体中按相同的路线和 步法作回路，路线终点指向起点的矢量，即“柏氏矢量”
（4）晶体中产生刃型位错时，其周围点阵产生弹性畸变，既有正应变，又有切 应变，使晶体处于受力状态，就正刃型位错而言，滑移面上方原子受到压应力， 下方原子受到拉应力。负刃型位错则刚好相反
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位错类型，柏氏矢量
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刃型位错的柏氏回路与柏氏矢量
刃型位错的柏氏回路和柏氏矢量 (a)含有位错的晶体；(b)供比较用的理想晶体
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刃型位错
• 可以想像为晶体内有一原子平面中断于晶体内部，这个原子平面中断 处的边沿及其周围区域是一个刃型位错 • 中断处的边沿犹如在晶体中插入一把刀刃，故称之为“刃型位错”， 在刃口处的原子列定义为“刃型位错线” 正刃型：位错半原子面位于某晶面的上半部位臵的称为，记号“⊥”表 示 负刃型：位错半原子面位于某晶面下半部的称为，以“T”表示
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确定刃型位错的右手法则
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螺型位错的柏氏回路和柏氏矢量
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正刃型位错：晶面上部原子拥挤，受压应力，晶面下部原子受拉应力 • 点阵畸变是对称的，位错中心受到畸变度最大，离开位错中心畸变 程度减小 • 一般把点阵畸变程度大于正常原子间距1/4的区域宽度定义为位错宽 度，约为2~5个原子间距
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τ
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晶体局部滑移形成刃型位错
τ
τ
原子完整排列
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位错类型，柏氏矢量
晶体局部滑移形成刃型位错
τ
τ
受切应力作用原子面移动
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晶体局部滑移形成刃型位错
τ
τ
受切应力作用原子面移动
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位错类型，柏氏矢量
位错类型，柏氏矢量
从柏氏矢量和位错线取向关系确定位错类型
• (1) 刃型位错：柏氏矢量与位错线相垂直
• (2) 螺型位错：柏氏矢量与位错线相平行，柏氏矢量与位错线同向的则 为右螺型位错，柏氏矢量与位错线反向的则为左螺型位错 • (3) 混合位错：柏氏矢量与位错线成任意角度
位错线与柏氏矢量的位向关系区分位错的类型和性质
螺型位错与刃型位错的主要区别
•螺型位错线与滑移矢量平行
•螺型位错受力时只存在平行位错线的切应力，而无正应力
•螺型位错线移动方向与滑动方向相垂直
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位错类型，柏氏矢量
螺型位错特征：
1）螺型位错无额外半原子面，原子错排呈轴对称 2）螺型位错与滑移矢量平行，故一定是直线
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螺型位错（Screw dislocation）
• 右侧晶体上下两部分发生晶格扭动 • 从俯视角度看，在滑移区上下两层原子发生了错动，晶体点阵畸变最严 重的区域内的两层原子平面变成螺旋面 • 畸变区的尺寸与长度相比小得多，在畸变区范围内称为螺型位错 • 已滑移区和未滑移区的交线BC则称之为螺型位错线
1）表征位错线的性质 据b与位错线的取向关系可确定位错线性质 2）表征了总畸变的积累 围绕一根位错线的柏氏回路任意扩大或移动，回路中包 含的点阵畸变量的总累和不变，因而由这种畸变总量 所确定的柏氏矢量也不改变 3）表征了位错强度 同一晶体中b大的位错有严重点阵畸变，能量高且不稳定 位错许多性质，如位错的能量，应力场，位错受力等， 都与b有关
混合位错原子组态
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混合位错
每一段位错线均可分解为刃型和螺型两个分量
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