位错类型及柏氏矢量.ppt

中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量2.3 位位错的基本概念的基本概念•上世上世纪初，塑性初，塑性变形用于制造金属制品和形用于制造金属制品和强化材化材料，尚不能解料，尚不能解释变形的微形的微观过程、加工硬化等滑程、加工硬化等滑移移带现象象•普遍普遍认为金属塑性金属塑性变形是晶体形是晶体刚性滑移的性滑移的结果：果：滑移面两滑移面两侧的晶体借助于的晶体借助于刚性滑性滑动实现变形形•1926年，弗年，弗兰克克尔从从刚性模型出性模型出发，估，估计了晶体了晶体的理的理论强度度(1) 位位错理理论产生背景生背景位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量(2) 理理论强度度•根据晶体的性根据晶体的性质，阻力，阻力应是是周期函数周期函数当当x=0, =0;x=b,  =0•取取•当当x很小很小时，，位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量•由于切由于切变量量x/a, 根据虎克定律根据虎克定律 •两式比两式比较得得•因因a b,所以所以G为切切变模量模量位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量晶体的理晶体的理论切切应力与力与实验值的比的比较（（MN/m2））金金  属属理理论切切应力力实验值切切变模量模量Al38300.78624400Ag39800.37225000Cu64800.49040700α-Fe110002.7568950Mg26300.39316400位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量位位错（（dislocation））•一一般般金金属属的的G=104~105MPa,理理论剪剪切切强度度应为103~104MPa，，实际只有只有1~10MPa•理理论强度比度比实测值大大1000倍以上！！倍以上！！•1934年年，，Taylor, Polanyi和和Orowan几几乎乎同同时提提出出晶晶体体中中存存在在易易动的的缺缺陷陷——位位错，，借借助于位助于位错运运动实现塑性塑性变形形位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量位位错属于一种属于一种线缺陷缺陷•位位错是一个直径是一个直径3～～5个原子个原子间距，距，长几千几千—几万个原子几万个原子间距的管状原子畸距的管状原子畸变区区•从几何上看，它是一个方向尺寸从几何上看，它是一个方向尺寸较大，而大，而另外两个方向上尺寸另外两个方向上尺寸较小的小的线缺陷缺陷•位位错对晶体生晶体生长、相、相变、塑性、塑性变形、形、扩散、散、再再结晶等一系列行晶等一系列行为及材料的物理、化学及材料的物理、化学性性质都有十分重要的影响都有十分重要的影响位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量位位错形成形成•可在晶体形成可在晶体形成过程（凝固或冷却）中程（凝固或冷却）中产生生•晶体在塑性加工晶体在塑性加工时也会也会产生大量的刃型位生大量的刃型位错•位位错存在于很多材料中，包括陶瓷和聚合物存在于很多材料中，包括陶瓷和聚合物•位位错能能够解解释金属材料中的金属材料中的变形和形和强化化现象象2024/8/19蔡格梅蔡格梅 7位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量位位错的基本的基本类型及特征型及特征1.刃型位刃型位错2.螺型位螺型位错3.混合位混合位错2024/8/19蔡格梅蔡格梅 8位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量（一）刃型位（一）刃型位错2024/8/19蔡格梅蔡格梅 9•可以想像可以想像为晶体内有一原子平面中断于晶体内部，晶体内有一原子平面中断于晶体内部，这个原个原子平面中断子平面中断处的的边沿及其周沿及其周围区域是一个刃型位区域是一个刃型位错•中断中断处的的边沿犹如在晶体中插入一把刀刃，故称之沿犹如在晶体中插入一把刀刃，故称之为“刃刃型位型位错”，在刃口，在刃口处的原子列定的原子列定义为“刃型位刃型位错线”位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量晶体局部滑移形成刃型位晶体局部滑移形成刃型位错 τ力作用在晶体右上角，使右上角的上半部晶体沿滑移力作用在晶体右上角，使右上角的上半部晶体沿滑移面向左作局部移面向左作局部移动，使原子列移，使原子列移动了一个原子了一个原子间距，距，从而形成一个刃型位从而形成一个刃型位错2024/8/19蔡格梅蔡格梅 10位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量刃型位刃型位错模型模型一列或相邻的几列原子发生有规律的错排位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量晶体局部滑移形成刃型位晶体局部滑移形成刃型位错ττ原子完整排列原子完整排列2024/8/19蔡格梅蔡格梅 12位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量晶体局部滑移形成刃型位晶体局部滑移形成刃型位错ττ受切受切应力作用原子面移力作用原子面移动2024/8/19蔡格梅蔡格梅 13位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量晶体局部滑移形成刃型位晶体局部滑移形成刃型位错ττ受切受切应力作用原子面移力作用原子面移动2024/8/19蔡格梅蔡格梅 14位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量晶体局部滑移形成刃型位晶体局部滑移形成刃型位错ττ出出现多余半原子面，表面形成台多余半原子面，表面形成台阶2024/8/19蔡格梅蔡格梅 15位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量•半原子面在滑移面以上的称正刃位半原子面在滑移面以上的称正刃位错，用，用“ ┴ ”表示。

表示•半原子面在滑移面以下的称半原子面在滑移面以下的称负刃位刃位错，用，用“ ┬ ”表示刃型位刃型位错的分的分类2024/8/19蔡格梅蔡格梅 16从滑移角度来看，可以把位从滑移角度来看，可以把位错定定义为晶体中已滑移区域和未晶体中已滑移区域和未滑移区域的滑移区域的边界界位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量刃型位刃型位错线周周围的的弹性畸性畸变•点点阵畸畸变是是对称的，位称的，位错中心受到畸中心受到畸变度最大，离开位度最大，离开位错中心畸中心畸变程度减小程度减小ü刃位刃位错周周围原子不同程度地偏离平衡位置，使周原子不同程度地偏离平衡位置，使周围点点阵发生生弹性畸性畸变正刃型位正刃型位错：晶面上部原子受：晶面上部原子受压应力，晶面下部原子受拉力，晶面下部原子受拉应力力负刃型位刃型位错：晶面上部原子受拉：晶面上部原子受拉应力，晶面下部原子受力，晶面下部原子受压应力力•一般把点一般把点阵畸畸变程度大于正常原子程度大于正常原子间距距1/4的区域的区域宽度定度定义为位位错宽度，度，约为2~5个原子个原子间距距2024/8/19蔡格梅蔡格梅 17位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量晶体中的晶体中的纯刃型位刃型位错环 刃型位刃型位错不一定是直不一定是直线，可以是，可以是折折线或曲或曲线晶体中的位晶体中的位错作作为滑移区的滑移区的边界，就不可能中断于晶体内部，界，就不可能中断于晶体内部，它它们或者中止于表面，或者中止于晶界和相界，或者与其它或者中止于表面，或者中止于晶界和相界，或者与其它位位错线相交，或者自行在晶体内形成一个封相交，或者自行在晶体内形成一个封闭环EFGH是位是位错环，是由于晶体中多，是由于晶体中多了一片了一片EFGH的原子的原子层所造成的所造成的这种位种位错环多由于空位集多由于空位集团崩塌崩塌而形成而形成2024/8/19蔡格梅蔡格梅 18位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量几种不几种不规则的刃型位的刃型位错2024/8/1919位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量刃型位刃型位错小小结（（1）由一个多余半原子平面所形成的）由一个多余半原子平面所形成的线缺陷，缺陷， 位位错宽度度约2~5个原子个原子间距，位距，位错是一管道是一管道（（4）晶体中）晶体中产生刃型位生刃型位错时，其周，其周围点点阵产生生弹性畸性畸变，，既有正既有正应变，又有切，又有切应变，，使晶体使晶体处于受力状于受力状态。

正刃型位正刃型位错：滑移面上方原子受到：滑移面上方原子受到压应力，下方原子受到力，下方原子受到拉拉应力；力；负刃型位刃型位错则刚好相反好相反    （（2）位）位错滑移矢量滑移矢量b垂直于位垂直于位错线，， 位位错线和滑移矢量构成滑移的唯一平面即滑移面和滑移矢量构成滑移的唯一平面即滑移面 （（3）位）位错线不一定是直不一定是直线，， 形状可形状可为直直线、折、折线、曲、曲线和位和位错环2024/8/19蔡格梅蔡格梅 20位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量（二）螺型位（二）螺型位错2024/8/19蔡格梅蔡格梅 21•假假设外力使晶体作另一种局部滑移（撕裂），滑外力使晶体作另一种局部滑移（撕裂），滑移面上下两部分晶体作切滑移移面上下两部分晶体作切滑移•滑移区与未滑移区的滑移区与未滑移区的边界就是螺型位界就是螺型位错•滑移方向与位滑移方向与位错线平行位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量螺型位螺型位错的形成的形成 假定在一假定在一块简单立方晶体中立方晶体中•沿某一晶面切一刀沿某一晶面切一刀缝，，贯穿于晶穿于晶体右体右侧至至BC处•在晶体的右在晶体的右侧上部施加一切上部施加一切应力力τ，使右端上下两部分晶体相，使右端上下两部分晶体相对滑滑移一个原子移一个原子间距距•BC线左左边晶体未晶体未发生滑移，出生滑移，出现已滑移区与未滑移区的已滑移区与未滑移区的边界界BC2024/8/19蔡格梅蔡格梅 22BcAD位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量螺型位螺型位错的形成的形成•右右侧晶体上下两部分晶体上下两部分发生晶格扭生晶格扭动•俯俯视：滑移区上下两：滑移区上下两层原子原子发生了生了错动，晶体点，晶体点阵畸畸变最最严重的区域内重的区域内的两的两层原子平面原子平面变成螺旋面成螺旋面•畸畸变区的尺寸与区的尺寸与长度相比小得多，在畸度相比小得多，在畸变区范区范围内称内称为螺型位螺型位错•已滑移区和未滑移区的交已滑移区和未滑移区的交线BC则称之称之为螺型位螺型位错线2024/8/19蔡格梅蔡格梅 23BCAD位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量螺型位螺型位错模型模型位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量垂直于位垂直于位错线的晶面形状的晶面形状位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量螺型位螺型位错2024/8/19蔡格梅蔡格梅 26•左俯左俯视位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量螺型位螺型位错2024/8/19蔡格梅蔡格梅 27位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量螺型位螺型位错2024/8/19蔡格梅蔡格梅 28位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量螺型位螺型位错2024/8/19蔡格梅蔡格梅 29位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量螺型位螺型位错特征特征1）螺型位）螺型位错无无额外半原子面，原子外半原子面，原子错排呈排呈轴对称称￿￿2）螺型位）螺型位错与滑移矢量平行，故一定是直与滑移矢量平行，故一定是直线3）包含螺位）包含螺位错的面必然包含滑移矢量的面必然包含滑移矢量5））位位错线的的移移动方方向向与与晶晶块滑滑移移方方向向、、应力力矢矢量量互互相垂直相垂直4））螺螺位位错周周围的的点点阵也也发生生弹性性畸畸变，，但但只只有有平平行行于于位位错线的的切切应变，，无无正正应变（（在在垂垂直直于于位位错线的的平面投影上，看不出缺陷）平面投影上，看不出缺陷）螺位螺位错可以有无可以有无穷个滑移面个滑移面实际上滑移通常是在原子密排面上上滑移通常是在原子密排面上进行（滑移面有限）行（滑移面有限）2024/8/19蔡格梅蔡格梅 30位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量螺型位螺型位错的分的分类按照螺旋面前按照螺旋面前进的方向与螺旋面旋的方向与螺旋面旋转方向的关系分方向的关系分•左螺型位左螺型位错•右螺型位右螺型位错•符合右手定符合右手定则（右手拇指代表螺旋面前（右手拇指代表螺旋面前进方向，其方向，其它四指代表螺旋面旋它四指代表螺旋面旋转方向）的称方向）的称为右螺型位右螺型位错，，符合左手定符合左手定则的称的称为左螺型位左螺型位错2024/8/19蔡格梅蔡格梅 31位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量螺型位螺型位错与刃型位与刃型位错区区别•螺型位螺型位错线与滑移矢量平行与滑移矢量平行•螺型位螺型位错受力受力时只存在平行位只存在平行位错线的切的切应力，而力，而无正无正应力力•螺型位螺型位错线移移动方向与滑方向与滑动方向相垂直方向相垂直2024/8/19蔡格梅蔡格梅 32位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量( (三三) ) 混合位混合位错位位错线与滑移矢量两者方向与滑移矢量两者方向夹角呈任意角度角呈任意角度滑移面滑移面ABC范范围内原子内原子发生了位移，其滑移生了位移，其滑移矢量用矢量用b表示表示混合位混合位错的形成的形成 位位错线上任一点的滑移矢量相同上任一点的滑移矢量相同晶体右上角在外力晶体右上角在外力F作用下作用下发生切生切变弧弧线AC即是位即是位错线，，为已滑移区和未滑移区已滑移区和未滑移区的的边界，与滑移矢量成任意角度界，与滑移矢量成任意角度晶体中晶体中较常常见的一种位的一种位错2024/8/19蔡格梅蔡格梅 33位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量混合位混合位错 AC位位错线中中混合位混合位错原子原子组态 靠近靠近A端的位端的位错线段平行于段平行于   滑移矢量，属于滑移矢量，属于纯螺型位螺型位错靠近靠近C端的位端的位错线段垂直于段垂直于   滑移矢量，属于滑移矢量，属于纯刃型位刃型位错其余部分其余部分线段与滑移矢量成任段与滑移矢量成任意角度，属混合位意角度，属混合位错每一段位每一段位错线均可分解均可分解为        刃型和螺型两个分量刃型和螺型两个分量2024/8/19蔡格梅蔡格梅 34位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量混合位混合位错模型模型2024/8/19蔡格梅蔡格梅 35位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量滑移面附近的原子面滑移面附近的原子面位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量位位错线的一些性的一些性质•（（1）位）位错线是已滑移区和未滑移区的是已滑移区和未滑移区的边界界;•（（2）位）位错及其畸及其畸变区是一条管道区是一条管道, 位位错线附近的原子偏离了平衡位置。

附近的原子偏离了平衡位置•（（3）位）位错线具有具有连续性，即位性，即位错线不能中不能中断于晶体内部只可在表面露断于晶体内部只可在表面露头，或，或终止止于晶界和相界，或与其它位于晶界和相界，或与其它位错相交，或自相交，或自行封行封闭成成环位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量（（4 4）柏氏矢量（）柏氏矢量（Burgers vector））•1939年柏格斯（年柏格斯（J. M. Burgers）提出了采用柏氏）提出了采用柏氏回路来定回路来定义位位错，借助一个，借助一个规定的矢量即柏氏矢定的矢量即柏氏矢量来揭示位量来揭示位错的本的本质 •位位错从晶体移出，滑移台从晶体移出，滑移台阶的大小方向用滑移矢的大小方向用滑移矢量ｂ表示，滑移矢量也称柏氏矢量量ｂ表示，滑移矢量也称柏氏矢量•柏氏矢量反柏氏矢量反应了位了位错中心区点中心区点阵畸畸变的程度和方的程度和方向向•柏氏矢量柏氏矢量=位位错运运动时的原子位移的原子位移位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量柏氏矢量确定柏氏矢量确定•1) 选定位定位错线的正向的正向•2) 实际晶体中：从任一原子出晶体中：从任一原子出发，，围绕位位错（避（避开位开位错线附近的附近的严重畸重畸变区）以一定的步数作一区）以一定的步数作一闭合回路（称合回路（称为柏氏回路）。

柏氏回路）•3) 完整晶体中：按同完整晶体中：按同样的方向和步数作相同的回的方向和步数作相同的回路，路，该回路并不封回路并不封闭，由，由终点点F向起点向起点S引一矢量，引一矢量，使使该回路回路闭合，合，这个矢量个矢量b就是就是实际晶体中位晶体中位错的的柏氏矢量柏氏矢量位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量柏氏矢量的确定方法柏氏矢量的确定方法1）人）人为假定位假定位错线方向方向2）用右手螺旋法）用右手螺旋法则来确定柏格斯回路的旋来确定柏格斯回路的旋转方向方向3）将含有位）将含有位错的的实际晶体和理想的完整晶体相比晶体和理想的完整晶体相比较在在实际晶体中作柏氏回路，在完整晶体中按相同的路晶体中作柏氏回路，在完整晶体中按相同的路线和和步法作回路，路步法作回路，路线终点指向起点的矢量，即点指向起点的矢量，即“柏氏矢量柏氏矢量”使位使位错线的正向与右螺旋的正向一致的正向与右螺旋的正向一致一般是从一般是从纸背向背向纸面或从上自下面或从上自下为位位错线正向正向2024/8/19蔡格梅蔡格梅 40位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量刃型位刃型位错的柏氏矢量的柏氏矢量•b与位错线垂直位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量螺型位螺型位错的柏氏矢量的柏氏矢量2024/8/19蔡格梅蔡格梅 42•b与位与位错线平行平行位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量混合位混合位错的柏氏矢量的柏氏矢量位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量1）表征位）表征位错线的性的性质柏氏矢量b的物理意义 2）表征了）表征了总畸畸变的的积累累3）表征了位）表征了位错强度度据据b与位与位错线的取向关系可确定位的取向关系可确定位错线性性质    围绕一根位一根位错线的柏氏回路任意的柏氏回路任意扩大或移大或移动，回路中，回路中包含的点包含的点阵畸畸变量的量的总累和不累和不变，因而由，因而由这种畸种畸变总量所确定的柏氏矢量也不改量所确定的柏氏矢量也不改变同一晶体中同一晶体中b大的位大的位错有有严重点重点阵畸畸变，能量高且不，能量高且不稳定定位位错许多多性性质——如如位位错的的能能量量、、应力力场、、位位错受受力力等等，，都与都与b有关有关2024/8/19蔡格梅蔡格梅 44位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量柏氏矢量b的物理意义•螺型位螺型位错滑移方向平行于位滑移方向平行于位错线，滑移量也是一个原子，滑移量也是一个原子间距，距， 和柏氏矢量完全一致和柏氏矢量完全一致                       •畸畸变是由滑移面上局部滑移引起的，滑移区上滑移的大小、是由滑移面上局部滑移引起的，滑移区上滑移的大小、方向与位方向与位错线上原子畸上原子畸变特征一致特征一致•刃型位刃型位错滑移区的滑移方向正好滑移区的滑移方向正好⊥⊥位位错线，滑移量，滑移量为一一个原子个原子间距距•对于任意位于任意位错，只要知道它的柏氏矢量，就得知晶体滑，只要知道它的柏氏矢量，就得知晶体滑移的方向和大小，而不必从原子尺度考移的方向和大小，而不必从原子尺度考虑运运动细节，，为讨论塑性塑性变形提供了方便形提供了方便4）指出了位）指出了位错滑移后，晶体上、下部分滑移后，晶体上、下部分产生相生相对位移的方向位移的方向和大小，即滑移矢量和大小，即滑移矢量2024/8/19蔡格梅蔡格梅 45位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量柏氏矢量的守恒性柏氏矢量的守恒性•b代表位代表位错周周围点点阵畸畸变程度以及程度以及错排方向，排方向，与与选择的柏氏回路无关的柏氏回路无关•即柏氏回路任意即柏氏回路任意扩大、移大、移动，只要回路不，只要回路不与任何位与任何位错线相交，那么回路中的相交，那么回路中的总畸畸变不会改不会改变，，b也不也不变•b具有守恒性具有守恒性位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量推推 论•位位错线不能不能终止于晶体内部止于晶体内部•一条不分叉的位一条不分叉的位错线无无论形状如何，形状如何，b处处相等相等•汇集于一点的位集于一点的位错线，所有位，所有位错b之和等于之和等于零零三位三位错线相遇于一点相遇于一点一条位一条位错线只有一个柏氏矢量只有一个柏氏矢量位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量柏氏矢量表示法柏氏矢量表示法•b=a /n [uvw] （可以用矢（可以用矢量加法量加法进行运算）行运算）•柏氏矢量方向同晶向指数，柏氏矢量方向同晶向指数，但是有一定但是有一定长度度•符号表示矢量的符号表示矢量的缩写形式，写形式，上式等价于上式等价于•求模：求模：|b|=a [u2+v2+w2]1/2 /n 。

位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量从柏氏矢量和位从柏氏矢量和位错线取向关系确定位取向关系确定位错类型型•(1) 刃型位刃型位错：柏氏矢量与位：柏氏矢量与位错线相垂直相垂直位位错线与柏氏矢量的位向关系区分位与柏氏矢量的位向关系区分位错的的类型和性型和性质 •(2) 螺型位螺型位错：柏氏矢量与位：柏氏矢量与位错线相平行，柏氏矢量与位相平行，柏氏矢量与位错线同向的同向的                  则为右螺型位右螺型位错，柏氏矢量与位，柏氏矢量与位错线反向的反向的则为左螺型位左螺型位错•(3) 混合位混合位错：柏氏矢量与位：柏氏矢量与位错线成任意角度成任意角度2024/8/19蔡格梅蔡格梅 49位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量螺型位螺型位错类型判断型判断确定左、右螺型位确定左、右螺型位错类型右手法型右手法则2024/8/19蔡格梅蔡格梅 50右手拇指代表螺旋面前右手拇指代表螺旋面前进方向，其它四指代表螺旋面旋方向，其它四指代表螺旋面旋转方向）方向）的称的称为右螺型位右螺型位错，符合左手定，符合左手定则的称的称为左螺型位左螺型位错位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础位错类型，柏氏矢量位错类型，柏氏矢量（（5）） 位位错密度密度•晶体中位晶体中位错的多少可用位的多少可用位错密度来描述密度来描述•用用单位体位体积中位中位错线的的总长度度ρ＝＝L/V表示表示•近似用近似用单位面位面积位位错根数根数ρ＝＝n/A表示（如果表示（如果位位错线不与不与测试面垂直，面垂直，则偏小）偏小）•位位错密度影响材料性能，如密度影响材料性能，如强度度位错类型及柏氏矢量位错类型及柏氏矢量。