【文章內(nèi)容簡介】 其間隙原子會引起非球形對稱畸變。螺位錯的純切應(yīng)力場可等效為一個拉應(yīng)力，使等效拉應(yīng)力方向上的間隙尺寸變長，從而使間隙原子擇優(yōu)分布于受等效拉應(yīng)力作用的方向上。這種在螺位錯周圍擇優(yōu)分布的溶質(zhì)原子，叫做 史諾克 (Snook)氣團 。它對位錯的釘扎作用也很強，且與溫度近似無關(guān)。 ?在室溫下以 Cottrell氣團起主要作用，而高溫以 Snook氣團起主要作用。 位錯的基本類型 32 32 3. 混合位錯 ?已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的分界線（圖中 AB虛線），與切應(yīng)力或滑移矢量既不平行又不垂直。這條線仍是一維畸變區(qū)，稱為 混合型位錯 。 ?混合位錯實際是無數(shù)小的刃位錯和螺位錯的交替銜接。 位錯定義為晶體的滑移面上已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交界線。實際就是沿交界線附近的一個局部的原子排列擾亂區(qū)域。 位錯線與滑移矢量垂直，為刃位錯，二者平行，為螺位錯，既不垂直又不平行，為混合位錯。 位錯的基本類型 33 33 ?無論位錯線和位錯運動的方向如何，位錯運動引起原子的切動方向，總是和切應(yīng)力方向一致的。位錯運動引起原子切動的方向和距離，稱為 滑移矢量 。 ?如果把位錯單純看成一種缺陷，它反映了位錯周圍點陣畸變的狀況。由于 Burgors最先強調(diào)了這個矢量的重要性，所以把位錯運動引起原子切動的方向和距離，稱為“ 柏氏矢量 ”。記為 b或 ?由于晶體點陣周期力的要求，柏氏矢量必然是由一個原子平衡位置指向另一平衡位置。 ?柏氏矢量等于點陣矢量（或其整數(shù)倍）的位錯，稱為 全位錯 ，柏氏矢量小于點陣矢量的位錯，稱為 不全位錯 。 柏氏矢量和柏氏回路 b? 34 34 柏氏矢量的表示方法：一根位錯線的柏氏矢量，用柏氏回路的方法確定。其步驟是： ? 人為規(guī)定位錯線的正向，用 t或 表示（以位錯線外為正） ? 環(huán)繞位錯線，在完整晶體區(qū)域作右旋閉合回路．即以右手拇指朝向位錯線正向，按四指握旋方向作回路?；芈返拿恳徊?，都是從一個原子到另一相鄰原子，最后回到起點； ? 在完整晶體中，不繞位錯線，作同樣步數(shù)的相同回路，它必然不能閉合； ? 以不閉合回路的終點（ F）指向始點 (S)所得的矢量，即為位錯線的柏氏矢量 b. 柏氏矢量和柏氏回路 t? 35 35 圖 210 柏氏回路 (a)刃型位錯 (b)螺型位錯 36 36 ? 無論柏氏回路的大小如何，所得柏氏矢量都是一樣的。柏氏矢量反映了位錯周圍點陣畸變或原子位移的積累。 ? 位錯線 t的方向是人為的，故而 b的方向也是相對的。前者改變，后者也隨之改變?nèi)欢鴮τ诮o定的位錯，一旦確定了位錯線方向， t與 b的關(guān)系是確定不變的。 ? 滑移面 定義為“位錯線與其柏氏矢量共面的面”。 上述確定柏氏矢量的法則稱為 FS/RH 法則 。 RH表示右旋回路， FS表示由終點指向起點。 柏氏矢量和柏氏回路 37 37 既然同一根位錯線的運動，引起晶體原子切動的大小和方向是相同的，因此，無論圍繞位錯線的哪一段作柏氏回路，無論柏氏回路的起點和途徑怎么選擇，所得柏氏矢量都是一樣的。這就是柏氏矢量的守恒性。因此： ? 一根不分岔的位錯線，無論其形狀如何變化，它只有一個恒定的柏氏矢量。 ? 位錯線不能終止在晶體內(nèi)部，只能終止在表面或界面，或與其它位錯線連成結(jié)點。 ? 一根位錯分為兩個位錯，其柏氏矢量之和亦守恒?；蛘哒f，匯聚在一個結(jié)點的各位錯線，若規(guī)定其正向（或背向）都指向結(jié)點，則它們的柏氏矢量之和為零。即： 柏氏矢量和柏氏回路 0ib ?? 38 38 ?如果位錯線的正向 t與柏氏矢量 b平行，即為螺型位錯。 t與 b平行且同向，為右螺位錯， t與 b平行且反向，則為左螺位錯。 ?t與 b垂直，即為刃型位錯。其正負可用右手法則確定。食指朝向位錯線正向，中指（屈向與拇指食指垂直）朝向柏氏矢量方向，拇指（與食指垂直）即表示半原子面的方向。 ?t與 b既不平行又不垂直，即為混合位錯?；旌衔诲e的柏氏矢量，可以分解為平行于 t的螺型分量和垂直于 t的刃型分量。 柏氏矢量和柏氏回路 39 39 5. 柏氏矢量的表示方法： O`b [110]: 柏氏矢量 b1＝ 1a十 1b十 0c，b=[110]。 Oa [110]: b2＝ 1/2a十 1/2 b十0c,b2=a/2[110] 柏氏矢量的一般表達式 : 。 其模則為： 柏氏矢量和柏氏回路 ? ?a uv wn2 2 2ab u v wn? ? ? 圖 2 12 柏氏矢量的表示 40 40 ? 結(jié)晶萌生 —如晶體從液相中成長時，相鄰兩部分晶體發(fā)生碰撞，因其位向不一致，在交界處就會有大量位錯出現(xiàn)。最簡單的晶界就是由位錯壘積的“墻”。若晶體從某些界面（容器壁或雜質(zhì)等）開始形成，因基底不平也可能直接傾斜生長或螺旋式生長，從而萌生位錯．液流的沖擊也可使晶格錯排而萌生位錯。 ? 冷卻萌生 —無論是凝固后或加熱后的冷卻，因空位平衡濃度要下降，過飽和空位就可能凝聚成空位片，然后上下晶體塌陷，在原空位片的邊沿，會形成一個位錯環(huán)。這種位錯環(huán)都是刃型位錯，猶如從周圍水平插入一圈“半原子面”，故其滑移面是垂直并通過位錯環(huán)的一個柱面，其柏氏矢量也與環(huán)面垂直（“柱面位錯”） 。 ? 應(yīng)力集中萌生 —晶體內(nèi)溫度、濃度的不均勻變化，結(jié)構(gòu)的改變，夾雜物與基體之間不均勻的膨脹或收縮，變形過程中的晶內(nèi)障礙等等，都可能造成很大的應(yīng)力集中，從而引起位錯的萌生。因此，位錯雖然不是熱平衡缺陷，要得到?jīng)]有位錯的晶體是十分困難的。 位錯的萌生 41 41 ? 單位體積晶體中所含位錯線的總長度，叫做 位錯密度 。 在充分退火的金屬中，位錯密度為 (105～ 106 ) /cm2，經(jīng)過劇烈冷變形的金屬，位錯密度為 (1010～ 1012 ) /cm2。 ? 晶須 是由實驗室制備的極細而幾乎沒有缺陷的金屬晶體。非晶態(tài)金屬（金屬玻璃），是失掉點陣特征，可以認為缺陷接近百分之百的金屬。 ? 晶須的結(jié)構(gòu)接近理想晶體，故其強度也接近理論值。退火態(tài)的強度較低。經(jīng)過劇烈冷變形的金屬，位錯密度的劇增，又因其相互阻礙而使滑移困難，提高了強度。所以，實際使用的各種金屬強化方法，都是依靠增加晶體缺陷而實現(xiàn)的 。 位錯密度及其與強度的關(guān)系 32()S c m c mV? ? cm 或 1 2(1 )n cmA? ? 42 42 圖 215 位錯密度及其與強度的關(guān)系 43 43 1. 位錯的滑移 ? 使刃型位錯運動的切應(yīng)力方向必須與位錯線垂直；而使螺型位錯運動的切應(yīng)力方向卻是與螺型位錯平行的； ? 不論是刃型位錯或螺型位錯，它們的運動方向總是與位錯線垂直的。對于刃型位錯，晶體的滑移方向與位錯運動方向是一致的，但是螺型位錯所引起的晶體滑移方向卻與位錯運動方向垂直。 上述兩點差別可以用位錯的柏氏矢量予以統(tǒng)一。 ? 不論是刃或螺型位錯，使位錯滑移的切應(yīng)力方向和柏氏矢量 b都是一致的； ? 兩種位錯滑移后，滑移面兩側(cè)晶體的相對位移也是與柏氏矢量 b一致的，即位錯引起的滑移效果 (即滑移矢量 )可以用柏氏矢量描述。 位錯的運動 44 44 (位錯的起動力 —— PeirlsNabarro力 ) 位錯的起動力就是使位錯開始滑移所需的剪應(yīng)力，也叫作 派 納力 （ PeirlsNabarro Stress） 。它也是晶體點陣對位錯運動的阻力，即滑移阻力。其表達式為 式中， τ為位錯開始滑移所需的剪應(yīng)力， d為滑移面的面間距， b為柏氏矢量的模。 c和 k為和材料有關(guān)的常數(shù)。 ?滑移阻力隨柏氏矢量的大小呈指數(shù)上升。因此滑移方向應(yīng)具有小的原子重復(fù)距離或者高的原子線密度。金屬和合金的密排方向滿足此條件，因此也是滑移方向。 ?滑移阻力隨滑移面的面間距呈指數(shù)下降?；泼鎽?yīng)為原子的面密度大，面間距大的密排面。所以說， 滑移最容易沿著晶體中最密晶面上的最密晶向進行。 位錯的運動 e xp ( )kdc b? ?? 45 45 (位錯的起動力 ——PeirlsNabarro力 ) ?在共價鍵晶體（如硅）和聚合物中，位錯不容易運動。由于結(jié)合鍵的強度和方向性，這些材料一般呈現(xiàn)出脆性。 ?離子鍵晶體（如 MgO等陶瓷）也很難滑移。首先，位錯的運動會破壞陰離子和陽離子周圍的電荷平衡，引起陰離子和陽離子之間的結(jié)合鍵斷裂。在滑移中，同性離子相遇還會產(chǎn)生排斥作用。和金屬和合金相比，陶瓷的柏氏矢量比較大，派 納力大。陶瓷材料的脆性斷裂還與內(nèi)部存在一些缺陷（如孔洞）有關(guān)。 ?陶瓷材料的增韌性方法：（ a）相變（稱為相變增韌，例如全穩(wěn)定氧化鋯）（ b）機械孿晶 （ c）位錯運動 （ c）晶界滑動。 一般，高溫和壓縮應(yīng)力會導(dǎo)致更高的韌性。在一定條件下，某些陶瓷材料可以具有很高的塑性變形能力，即具有超塑性。 46 46 3. 位錯的攀移 刃位錯垂直于滑移面的運動叫 攀移 。 只有刃型位錯才能發(fā)生攀移運動，螺型位錯是不會攀移的 。攀移時位錯線的運動方向正好與柏氏矢量垂直。一般，半原子面的收縮（正刃位錯向上運動，負刃位錯向下運動）叫 正攀移 ，半原子面的擴展叫 負攀移 。 ?滑移時不涉及原子的擴散，而攀移正是通過原子的擴散而實現(xiàn)的。正攀移，可吸收空位，或者釋放間隙原子。負攀移，吸收間隙原子或釋放空位。 ?非平衡點缺陷能促進位錯的攀移。過飽和的空位，有助于位錯的正攀移，不飽和的空位濃度及過飽和的間隙原子，有助于位錯的負攀移。這樣，攀移時位錯線并不是同步向上或向下運動，而是原子逐個的加入，