扩展位错的原理？位错理论的位错

本文目录

• 扩展位错的原理
• 位错理论的位错
• 什么是伯格斯矢量，怎么解释
• 什么是位错位错对金属力学性能有什么影响
• 什么是伯格斯矢量
• 晶格**与位错有哪些
• 刃型位错中，伯氏矢量的方向是位错线移动的方向吗或者说是晶体滑移的方向

扩展位错的原理

扩展位错根据位错伯格斯矢量守恒的定则，应有b=bk式中b是未扩展全位错的伯格斯矢量，瓦是分解后诸不全位错的伯格斯矢量。当然还要求扩展后体系的能量小于(至多等于)扩展前 全位错的能量护)乏b又+层错能最常被引述的例子是fcc晶体中的位错扩展反应。两个肖克利不全位错与中间相联的一条层错带。在fcc晶体中两个不同的、相互截交的{111}面交线附近还可以通过不同面上的位错扩展和在交线上的反应而生成一个复杂的不可动体系，称为面角位错，又称洛默一科特雷尔位错锁。hcp晶体中因为只有唯一的(0001)面，所以位错扩展的方式比较单纯。bcc晶体中全位错分解的方式较多，例如在(112)面上可以发生扩展。

位错理论的位错

从几何角度看，位错属于一种线**，可视为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线，其存在对材料的物理性能，尤其是力学性能，具有极大的影响。“位错”这一概念最早由意大利数学家和物理学家维托·伏尔特拉（Vito Volterra）于1905年提出。理想位错主要有两种形式：刃位错（edge dislocati***）和 螺位错（screw dislocati***）。混合位错（mixed dislocati***）兼有前面两者的特征。这一理论可以解释实际晶体中位错的行为：可以在晶体中移动位置，但自身的种类和特征在移动中保持不变；方向（伯格斯矢量）相反的两个位错移动到同一点，则会双双消失，或称“湮灭”，若没有与其他位错发生作用或移到晶体表面，那么任何单个位错都不会自行“消失”（即伯格斯矢量始终保持守恒）。位错的几何概念①简单立方（****** cubic）晶体原子排列和②晶面示意图刃位错和螺位错是主要的两种位错类型。然而实际晶体中存在的位错往往是混合型位错，即兼具刃型和螺型位错的特征。晶体材料由规则排列的原子构成，一般把这些原子抽象成一个个体积可忽略的点，把它们排列成的有序微观结构称为空间点阵。逐层堆垛的原子构成一系列点阵平面的，称为晶面（可以将晶体中原子的排列情况想像成把橙子规则地装进箱子里的样子）。具体的排列情况如图2所示。在无位错的晶体（完整晶体）中，晶面（图2中的红色平行四边形）以等间距规则地排列 ③一个刃位错附近的晶面排列情况，图中黑线代表伯格斯矢量方向，蓝线为位错线。④刃位错附近的原子排列情况，沿平行于位错线方向观察若一个晶面在晶体内部突然终止于某一条线处，则称这种不规则排列为一个刃位错。如③和④所示，刃位错附近的原子面会发生朝位错线方向的扭曲以致错位。刃位错可由两个量唯一地确定：第一个是位错线，即多余半原子面终结的那一条直线；第二个是伯格斯矢量（Burgers vector，简称伯氏矢量或柏氏矢量），它描述了位错导致的原子面扭曲的大小和方向。对刃位错而言，其伯氏矢量方向垂直于位错线的方向。利用弹**学理论可求得刃位错导致的应力场为：σxx=―σyy=―/[2π(1-v)(x^2+y^2)τzz=―/[2π(1-v)(x^2+y^2)其中 μ 为材料的剪切模量，b 为伯格斯矢量，ν 为泊松比，x 和 y 为直角坐标分量。 从上述解中可以看出，在含有多余半原子面的一侧（y 》 0），材料承受压应力（σxx 《 0）；在多余半原子面“消失”的一侧（y 《 0），材料承受拉应力（σxx 》 0）。螺位错 如⑤所示，将规则排列的晶面想像成一叠间距固定的纸片，若将这叠纸片剪开（但不完全剪断），然后将剪开的部分其中一侧上移半层，另一侧下移半层，形成一个类似于楼梯拐角处的排列结构，则此时在“剪开线”终结处（这里已形成一条垂直纸面的位错线）附近的原子面将发生畸变，这种原子不规则排列结构称为一个螺位错。⑤一个螺位错附近的晶面排列情况可以看出，螺位错的伯氏矢量平行于其位错线方向。尽管形象不甚直观，但螺位错的应力场却远比刃位错的应力场容易求解。在一级近似下，螺位错应力场只有一个剪应力分量不为零：τr=-μb/2πr式中 μ 为材料的剪切模量，b 为伯氏矢量，r 为所在点的极坐标极轴分量。 该应力解显示，螺位错附近的应力场呈轴对称式分布，大小从内到外递减。但需要注意的是在位错核心区（r=0）处按上述解将得出应力无穷大，这是不符合实际情况的。因此上述应力表达式不适用于位错核心的严重畸变区。 如前所述，刃位错的伯氏矢量垂直于位错线的方向，螺位错的伯氏矢量平行于其位错线方向。但实际材料中位错的伯氏矢量往往既非平行又非垂直于位错线方向，这些位错兼具了刃位错和螺位错的特征，称为混合位错。位错的观测 间接观测 若材料中的位错线与材料表面相交（俗称位错“露头”），则交点处附近由于位错应力场的存在，其化学稳定性将低于表面的其它部分。若用酸性腐蚀剂（如氢氟酸和硝酸的混合溶液）对这样的表面进行腐蚀，则位错“露头”处的腐蚀速度将远高于其它部分，可形成一个“腐蚀坑”。再利用一些表面显微观察技术（如扫描电子显微镜、干涉显微镜等等）便可以观察到位错的“露头”位置。图6中展示了在干涉显微镜下，经上述方法制备得到硅片表面位错腐蚀坑的形态，根据腐蚀坑边缘的形状可以确定硅片的晶体学取向——椭圆形代表硅片表面为(100)晶面，三角形代表硅片表面为(111)晶面。若施加外力令材料发生一系列微小变形，则每次变形后某一特定位错都将处于不同的位置。如果每次变形后都对材料表面进行腐蚀，则同一位错形成的一系列腐蚀坑将粗略地显示出位错运动的轨迹。进行上述观测的前提是材料表面能加工到具有足够高的光洁度，或者说足够低的粗糙度。直接观测 ⑦位错的透射电子显微镜照片⑧位错的透射电子显微镜照片利用透射电子显微镜（Tran**ission Electron Microscope，简称TEM）可直接观察到材料微结构中的位错。TEM观察的第一步是将金属样品加工成电子束可以穿过的薄膜。在没有位错存在的区域，电子通过等间距规则排列的各晶面时将可能发生衍射，其衍射角、晶面间距及电子波长之间满足布拉格定律（Bragg's law）。而在位错存在的区域附近，晶格发生了畸变，因此衍射强度亦将随之变化，于是位错附近区域所成的像便会与周围区域形成衬度反差，这就是用TEM观察位错的基本原理，因上述原因造成的衬度差称为衍射衬度。在⑦和⑦中，中间稍亮区域（晶粒）里的暗线就是所观察到位错的像。由于多晶材料中不同晶粒的晶体学取向不同，因此晶粒之间亦存在衬度差别，这就是图7和图8中中间区域较周围区域更亮的原因。值得注意的是，图中位错像所具有的“蜿蜒”的形态，这是位错线在厚度方向穿过试样（薄膜）的位错在TEM下的典型形态；还需注意的是图中位错像的终结处实际上是因为位错线到达了试样表面，而非终结在了试样内部。所有位错都只能以位错环的形式终结于晶粒的内部。用TEM观察位错时，放大倍数一般选在5万到30万倍之间，这远未达到TEM放大倍数的极限。部分TEM还配有对试样进行在观察中原位加热/变形的装置，可以直接对位错的运动进行实时观察。场离子显微镜（Field ion microscopy，简称FIM）和原子探针（atom probe）技术提供了放大倍数更高（一般在300万倍以上）的观测方法，可在原子尺度对材料表面的位错进行直接观测。 材料中的位错密度会随着塑性形变的进行而增加，其数量大致满足关系：，其中 τ 为塑性流动应力，ρ 为位错密度。由这一关系可以推测，材料内部必然存在着位错的起源与增殖的机制，这些机制在外加应力的作用下将被激活，以提供增加的位错数。人们已发现材料中存在以下三种位错的起源（成核）机制：均匀成核、晶界成核和界面成核，其中最后一种包括各种沉淀相、分散相或增强纤维等等。位错的增殖机制主要也有三种机制：弗兰克-里德位错源（Frank-Read source）机制、双交滑移增殖机制，和攀移增殖机制。 在1930年代以前，材料塑**学行为的微观机理一直是严重困扰材料科学家重大难题。1926年，苏联物理学家雅科夫·弗仑克尔（Jacov Frenkel）从理想完整晶体模型出发，假定材料发生塑性切变时，微观上对应着切变面两侧的两个最密排晶面（即相邻间距最大的晶面）发生整体同步滑移。根据该模型计算出的理论临界分剪应力τm 为：其中G 为剪切模量。一般常用金属的G 值约为104MPa～105MPa，由此算得的理论切变强度应为103MPa～104MPa。然而在塑性变形试验中，测得的这些金属的屈服强度仅为0.5～10MPa，比理论强度低了整整3个数量级。这是一个令人困惑的巨大矛盾。1934年，埃贡·欧罗万（Egon Orowan），迈克尔·波拉尼（Michael Polanyi）和 G.I. 泰勒（G. I. Taylor）三位科学家几乎同时提出了塑性变形的位错机制理论，解决了上述理论预测与实际测试结果相矛盾的问题。位错理论认为，之所以存在上述矛盾，是因为晶体的切变在微观上并非一侧相对于另一侧的整体刚性滑移，而是通过位错的运动来实现的。一个位错从材料内部运动到了材料表面，就相当于其位错线扫过的区域整体沿着该位错伯格斯矢量方向滑移了一个单位距离（相邻两晶面间的距离）。这样，随着位错不断地从材料内部发生并运动到表面，就可以提供连续塑性形变所需的晶面间滑移了。与整体滑移所需的打断一个晶面上所有原子与相邻晶面原子的键合相比，位错滑移仅需打断位错线附近少数原子的键合，因此所需的外加剪应力将大大降低。在对材料进行“冷加工”（一般指在绝对温度低于0.3 Tm下对材料进行的机械加工，Tm 为材料熔点的绝对温度）时，其内部的位错密度会因为位错的萌生与增殖机制的激活而升高。随着不同滑移系位错的启动以及位错密度的增大，位错之间的相互交截的情况亦将增加，这将显著提高滑移的阻力，在力学行为上表现为材料“越变形越硬”的现象，该现象称为加工硬化（work hardening）或应变硬化（strain hardening）。缠结的位错常能在塑性形变初始发生时的材料中找到，缠结区边界往往比较模糊；在发生动态回复（recovery）过程后，不同的位错缠结区将分别演化成一个个独立的胞状结构，相邻胞状结构间一般有小于15°的晶体学取向差（小角晶界）。由于位错的积累和相互阻挡所造成的应变硬化可以通过适当的热处理方法来消除，这种方法称为退火。退火过程中金属内部发生的回复或再结晶等过程可以消除材料的内应力，甚至完全恢复材料变形前的性能。 ⑨刃位错的攀移位错可以在包含了其伯格斯矢量和位错线的平面内滑移。螺位错的伯氏矢量平行于位错线，因此它可以在位错线所在的任何平面内滑移。而刃位错的伯氏矢量垂直于位错线，所以它只有一个滑移面。但刃位错还有一种在垂直于其滑移面方向上的运动方式，这就是攀移，即构成刃位错的多余半原子面的伸长或缩短。攀移的驱动力来自于晶格中空位的运动。如⑨所示，若一个空位移到了刃位错滑移面上与位错线相邻的位置上，则位错核心处的原子将有可能“跃迁”到空位处，造成半原子面（位错核心）向上移动一个原子间距，这一刃位错“吸收”空位的过程称为正攀移。若反之，有原子填充到半原子面下方，造成位错核心向下移动一个原子间距，则称为负攀移。由于正攀移导致了多余半原子面的退缩，所以将使晶体在垂直半原子面方向收缩；反之，负攀移将使晶体在垂直半原子面方向膨胀。因此，在垂直半原子面方向施加的压应力会促使正攀移的发生，反之拉应力则会促使负攀移的发生。这是攀移与滑移在力学影响上的主要差别，因为滑移是由剪应力而非正应力促成的。位错的滑移与攀移另一处差异在于温度相关性。温度的升高能大大增加位错攀移的概率。相比而言，温度对滑移的影响则要小得多。

什么是伯格斯矢量，怎么解释

1（一）简要解释之间的差异优势,螺旋,和混合位错而言,相对方向线和伯格斯矢量. （二）为每个边缘,螺旋,和混合位错,引用之间的关系,汉堡载体和方向运动. 2根据我们的教科书所学,举不少于四技术加强和硬化铝合金在航空? 3简要描述类型的短路扩散及其贡献给整体扩散通量. 4（一）每边,螺旋,和混合位错,引用之间的关系的方向的应用剪应力的方向和位错运动. （二）引用的原因之一,陶瓷材料,一般来说,努力更脆比金属. 5描述和解释的固溶强化替代式杂质原子（小于或大于主机原子）方面的相互作用与位错的晶格应变. 6（一）假设氧化锂添加作为杂质氧化镁,如果李+替代Mg 2+,什么样的职位空缺,你会期望吗?许多这些空缺创建为每个李+? （二）假设氯化镁被添加asimpurity氧化镁.如果氯取代氧气,什么样的职位空缺,你会期望吗?许多这些空缺创建为每个氯加入?

什么是位错位错对金属力学性能有什么影响

位错又可称为差排（英语：dislocation），在材料科学中，指晶体材料的一种内部微观**，即原子的局部不规则排列（晶体学**）。从几何角度看，位错属于一种线**，可视为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线，其存在对材料的物理性能，尤其是力学性能，具有极大的影响，主要就是造成晶格畸变，导致韧性下降，脆性上升，强度提高。位错对金属力学性能影响，首先，金属材料的强度与位错在材料受到外力的情况下如何运动有很大的关系。如果位错运动受到的阻碍较小，则材料强度就会较高。实际材料在发生塑性变形时，位错的运动是比较复杂的，位错之间相互反应、位错受到阻碍不断塞积、材料中的溶质原子、第二相等都会阻碍位错运动，从而使材料出现加工硬化。因此，要想增加材料的强度就要通过诸如：细化晶粒（晶粒越细小晶界就越多，晶界对位错的运动具有很强的阻碍作用）、有序化合金、第二相强化、固溶强化等手段使金属的强度增加。

什么是伯格斯矢量

伯格斯矢量（burgersvector）又称布格向量。由于晶体内产生位错，在晶体的额外半原子面物质消失区，出现闭合路线，线路中存在的闭合差称为伯格斯矢量。矢量的方向表示了位错的性质和位错线的取向；其“模”则反映了晶体点阵畸变的强度。来自同一位错源的位错，具有相同的伯格斯矢量

晶格**与位错有哪些

岩石变形显微构造的发育，在很大程度上取决于岩石变形过程中晶体内部**的表现，以及岩石受应力作用后晶格**再排列的方式。

（一）晶格**及其类型完美的晶体内部结构具有完整的旋回性，粒子沿着晶格结构的固定方向有规律地重复出现。但是，自然界的晶体，无论是从溶体（溶液）中生长，或者在固态中再结晶作用形成，晶格内的正常粒子经常空缺或被不同粒子所替代，因而导致晶体内部出现具有不同性质的**。晶格**（lattice defect），又称晶体**（crystal defect）。即在晶体结构中的局部范围内，原子的排列偏离了或周期性平移重复的格子构造规律而错乱排列的现象。

**的性质与晶体结构、晶体化学场之间具有强烈的相互制约的关系。在天然矿物中，**有着十分复杂的构造。按**在晶体中的几何分布特征可将晶体**分为点点**（只涉及一个原子大小范围的晶格**，如空位、填隙、替位等）、线**（沿晶格中某条线周围的几个原子间距范围内的晶格**，如位错等）和面**（沿晶格内或晶畴间的某个面两侧的几个原子间距范围内的晶格**，如堆垛层错、畴界壁、小角晶界等）。晶格**有生长和应变两种成因。它们均可在晶格内移动乃至消失。晶格**的存在会对晶体的物理、化学性质产生显著的影响。

点**（point defect）又称零维**，晶格内某一结点上原子排列的周期性被破坏或中断。点**各个方向的延伸都很小，约占一个或几个原子间距。点**包括：

（1）空位**（vacancy defect）：一个同类原子的丢失或空缺。空位（图1-1a）是晶体格架中结点位置上的原子缺失，这里是典型的负压中心。在接近熔点的高温下，空位附近的原子会发生位移而形成大约十几个原子大小的非晶质区，称为松弛群（lattice re-laxation），它对于材料的性能，特别是固态扩散有着较大的影响。

（2）替换**（replacement defect）：指晶体格架结点上的原子被其他类型的原子所替换（图1-1b，c）。根据外来原子半径的不同，可以在点**附近产生正压或负压，导致晶体内应力场发生变化。

（3）间隙**（interstitial defect）是晶体格架非结点位置上出现原子，分为两种类型：自间隙粒子（self-interstitials）和他间隙粒子（interstitial impurities）（图1-1d）。前者情况出现的是同类型粒子，后者出现的是其他类型的粒子，也称为杂质**（admixture defect）。

线**（line defect）晶体格架内结点原子排列的周期被线性破坏了。它是变形晶体中最常见的**，特点是在三维空间中，只在一维方向上有**，而在另二维方向上**延伸很小。线**的主要类型是位错，位错及其运动在矿物和岩石塑性流动变形中起重要作用。

面**（planar defect）晶体格架内结点排列的周期性破坏成为一个面，并在两个方向上延伸，故称二维**。晶体内部的亚晶粒边界和晶体颗粒边界是最常见的面**。双晶面、不同物相的边界（如出溶相界）等都属于面**。

堆垛层错（stacking fault）广义的层状结构中常见的一种面**。它是晶体结构层正常的周期性重复堆垛顺序在某二层间出现了错误，从而导致的沿该层间平面（称为层错面）两侧附近原子的错误排布。如在立方紧密堆积（***）结构中，其固有的正常堆垛顺序为三层重复的……A**，A**，A**……如果局部出现诸如……A**，A\C，A**……或者A**，A\C，A**……则在划线处便是堆垛层错所在。它们在形式上也可以看成是由一个完整的晶格沿层错面，其两侧晶格间发生非重复周期平移所导致的结果。

（二）位错及其类型位错（dislocation）是晶体格架结点原子排列周期被破坏的线**。它是由于晶格发生并未贯穿整体的局部相对滑移，因而导致在滑移面的终止线（称为位错线）上产生原子错乱排布的现象。位错既可以是直线，也可以是曲线。

位错的运动与晶格的滑移密切相关。滑移包括了滑移方向和滑移距离两个要素。滑移方向和滑移距离统称为滑移矢量，通常称为伯格斯矢量（Burgers vector），一般用

617或b来表示。伯格斯矢量是由于晶体内产生位错，在晶体的额外半原子面物质消失区，出现闭合路线，线路中存在的闭合差称为伯格斯矢量。矢量的方向表示了位错的性质和位错线的取向；其“模”则反映了晶体点阵畸变的强度。来自同一位错源的位错，具有相同的伯格斯矢量。按位错延伸与位错运动方向之间的关系，可以将位错分为刃型位错和螺型位错两种基本类型。另外，这两种类型可以联合组成混合位错及位错环。

附加半原子面（extra half-plane of atoms）在周期性排列的晶格结构中，有一半原子面缺失而只有原子面的另一半，似乎是有一个半原子面附加在完美的晶体结构中，构成一个附加半原子面（图1-2）。附加半原子面在晶体内的端部即构成一条完整的位错线，它是晶体中位错的基本形式。

刃型位错（edge dislocation）运动方向与延伸方向垂直的位错，它往往具有一个附加半原子面，并使得晶格发生畸变（图1-3）。按伯格斯矢量、位错线及附加半原子面间的几何关系，刃型位错还可有正、负之分。

螺型位错（screw dislocation）运动方向与延伸方向一致的位错（图1-4）。在位错周围，原子呈螺旋型排列，垂直于位错线的一系列平行晶面形成连续的螺旋面。根据位错线附近原子旋转方向的不同，螺型位错可分为左旋螺型位错和右旋螺型位错（图1-4）。螺型位错是一条直线，它没有多余的附加半原子面。

实际晶体中出现的位错常呈弧形，兼有刃型及螺型两种位错的特点，称混合位错（mixed dislocation）。位错闭合于晶体内部则构成位错环，位错环的任何一小段都可分解为刃型位错、螺型位错或混合位错。

刃型位错中，伯氏矢量的方向是位错线移动的方向吗或者说是晶体滑移的方向

型位错中，伯氏矢量的方向是晶体滑移的方向。

位错的伯氏矢量，即位错的单位滑移矢量。滑移矢量是指晶体滑移过程中，在滑移面的滑移方向上，任一原子从一个位置指向另一个位置所引出的矢量。

即将某个滑移矢量在晶胞坐标轴X、Y、Z上的分量，一次填入方括号内，提取公因数k，使括号内数字称为最小整数即可。

扩展资料：

刃型位错中，伯氏矢量的推论：

1、如果几条位错线在晶体内部相交（交点称为节点），则其中任一位错的伯氏矢量，等于其他各位错的伯氏矢量之和。

2、一条位错线只有一个伯氏矢量。

用伯格斯回路确定的位错的伯氏矢量时，无论所作回路的大小、形状、位置如何变化，只要它没有包围其他的位错线，则所得伯氏矢量是一定的，即对一条错位线而言，其伯氏矢量是固定不变的，此即位错的伯氏矢量守恒性。

参考资料：百度百科——伯格斯矢量