清华版：《材料科学基础》课程电子教案（PPT课件）第四章 晶体中的缺陷 4-2 位错（1/2）

第四章晶体中的缺陷点缺陷线缺陷面缺陷线缺陷就是各种类型的位错。它是指晶体中的原子发生了有规律的错排现象。其特点是原子发生错排的范围只在一维方向上很大，是一个直径为3～5个原子间距，长数百个原子间距以上的管状原子畸变区

点缺陷 线缺陷 面缺陷 线缺陷就是各种类型的位错。它是 指晶体中的原子发生了有规律的错排现 象。其特点是原子发生错排的范围只在 一维方向上很大，是一个直径为3～5个 原子间距，长数百个原子间距以上的管 状原子畸变区。 第四章晶体中的缺陷

位错位错（Dislocation）是晶体中普遍存在的线缺陷，它的特点是在一维方向的尺寸较长，另外二维方向上尺寸很小从宏观看缺陷是线状的。从微观角度看，位错是管状的位错对晶体的生长、扩散、相变、塑性变形、断裂等许多物理、化学性质及力学性质都有很大影响。因此位错理论是材料科学基础中一个重要内容

位错 位错（Dislocation）是晶体中普遍存在的线缺陷，它的特 点是在一维方向的尺寸较长，另外二维方向上尺寸很小， 从宏观看缺陷是线状的。从微观角度看，位错是管状的。 位错对晶体的生长、扩散、相变、塑性变形、断裂等许 多物理、化学性质及力学性质都有很大影响。因此位错 理论是材料科学基础中一个重要内容

2-1、位错概念的引入人们对晶体的塑性形变的研究表明A、一个滑移面和其面上的一个滑移方向组成一个滑移系(SlipSystem)B、当外界应力达到某一临界值时，滑移系才发生滑移，使晶体产生宏观的变形将这个应力称之为临界切应力。C、滑移现象的理论解释：弗兰克(Frenkel)从理想晶体的刚性滑移模型出发，对晶体的屈服强度进行了计算假设晶体是完整的简单结构，平行于滑移面的原子面间距为b；该面上最密排方向上的原子间距为a。平衡状态下，各原子面都处于势能最低位置

2-1 、位错概念的引入  人们对晶体的塑性形变的研究表明 A、 一个滑移面和其面上的一个滑移方向组成一个滑移系(Slip System)。 B、 当外界应力达到某一临界值时，滑移系才发生滑移，使晶体产生宏观的变形， 将这个应力称之为临界切应力。 C、滑移现象的理论解释： 弗兰克(Frenkel)从理想晶体的刚性滑移模型出发，对晶体的屈服强度进行了计算。 假设晶体是完整的简单结构，平行于滑移面的原子面间距为 b ；该面上最密排 方向上的原子间距为 a 。平衡状态下，各原子面都处于势能最低位置

如果在外应力T作用下，使滑移面上下两部分的晶体整体地滑移一距离a，而达到另一平衡位置时，则必须翻越势垒。上部晶体受了两个力，一个是作用在滑移面上沿滑移方向的外加切应力T（这是引起滑移的力），另一个是下部晶体对上部晶体的作用力T（这是阻止滑图3-302晶体滑移时原子的相对滑动移的内力），要能维持一定的位移，要求T≥，显然，T是位移×的函数

如果在外应力 τ 作用下，使滑移 面上下两部分的晶体整体地滑移一 距离 a ，而达到另一平衡位置时， 则必须翻越势垒。上部晶体受了两 个力，一个是作用在滑移面上沿滑 移方向的外加切应力 τ （这是引起 滑移的力），另一个是下部晶体对 上部晶体的作用力 τ' （这是阻止滑 移的内力），要能维持一定的位移， 要求τ ≥ τ'，显然，τ' 是位移 x 的函 数

晶体的这种滑动方式需同时破坏滑移面上所有原子键。4理论计算所需临界切应力：Tm=G/30

晶体的这种滑动方式需同时破坏滑移面上所有原子键。 理论计算所需临界切应力: τm = G / 30

表3-301晶体的理论切应力与实验值的比较（单位：MPa）金属切变模量实验值理论切应力3830244000.786AI2500039800.372Ag4070064800.490Cu68950110002.75-Fe1640026300.393Mg为了解决计算的理论临界切应力过大的问题，对计算中采用的刚体模型进行修正，但与实验值相差仍然很大。因此整体滑移模型受到怀疑。1934年泰勒(Taylor)提出了位错的局部滑移来解释晶体的塑性形变。局部滑移：就是原子面问的滑移不是整体进行，而是发生在滑移面的局部区域其他区域的原子仍然保持滑移面上下相对位置的不变

为了解决计算的理论临界切应力过大的问题，对计算中采用的刚体模型进 行修正，但与实验值相差仍然很大。因此整体滑移模型受到怀疑。 1934年泰勒(Taylor)提出了位错的局部滑移来解释晶体的塑性形变。 局部滑移：就是原子面间的滑移不是整体进行，而是发生在滑移面的局部区域， 其他区域的原子仍然保持滑移面上下相对位置的不变

晶体的滑移借助于晶体中存在的一半原3士4子面而产生的位错的滑移面运动来完成。晶体滑(a)(b)移的任一瞬间仅需破坏一个原子键。计算所需切应力与实际值相符，晶体中存在位错的假设成立！(d)(c)

晶体的滑移借助于 晶体中存在的一半原 子面而产生的位错的 运动来完成。晶体滑 移的任一瞬间仅需破 坏一个原子键。计算 所需切应力与实际值 相符，晶体中存在位 错的假设成立！

既然滑移是逐步进行的，那么在滑移的任何阶段，原则上都存在一条已滑移区与未滑移区的分界线。分界线必然是排列上的缺陷（线缺陷），被称之为Dislocation，后译作位错。位错并不是几何上的一条线，而是一个过渡区。在此区内原子相对位移从一个原子间距逐渐减小至零

既然滑移是逐步进行的，那么在滑移的任何阶段，原则上 都存在一条已滑移区与未滑移区的分界线。 分界线必然是排列上的缺陷（线缺陷），被称之为 Dislocation，后译作位错。 位错并不是几何上的一条线，而是一个过渡区。在此区内， 原子相对位移从一个原子间距逐渐减小至零

（Ni，Fe）Al金属间化合物中亚晶界处位错的TEM0.5umfa赫希（Hirsch）等应用相衬法在TEM中直接观察到了晶体中的位错

赫希（Hirsch）等应用相衬法在TEM中直接观察到了晶体中的位错。 （Ni，Fe）Al金属间化合物中 亚晶界处位错的TEM

几个概念作用在单位面积上的力称为应力作用在物体表面外法线方向的力称为拉应力，反之为压应力，它们统称为正应力。平行于作用面表面上的力称为剪力单位面积的剪力称为剪应力，它力图改变物体的形状，而不改变体积

几个概念  作用在单位面积上的力称为应力  作用在物体表面外法线方向的力称为拉应力，反 之为压应力，它们统称为正应力。  平行于作用面表面上的力称为剪力  单位面积的剪力称为剪应力，它力图改变物体的 形状， 而不改变体积