当施加一对剪切力到晶体的上部和下部两个半原子面上时,它们发生相对位移,将最终会产生一个“悬空”原子面,就像刀刃一样,因此叫作刃型位错。如图1。1所示为简单立方晶体(simple cubic crystal, SC)。在晶体中插入半原子面EFGH,位错线EF会造成线型畸变管道上的原子错排,这些错排就是刃型位错。

对完好晶体的一端(以右侧为例)施加切应力τ,则晶体切应力右端上下两部分沿滑移面发生一个原子间距的相对滑移,原子面绕错位线形成一个连续螺面,得到螺型位错。在图 1。2(a)中,晶体右侧上下两部分沿滑移面ABCD发生错动[12] ,位错线是 。图1。2(b)中 右边晶体上下层原子相对错动一个原子间距。在 线和 线之间原子排列是错乱的,从 开始,以 为轴,顺时针依次连接原子会形成一个螺旋路径,如图1。2(c)所示。螺型位错就是该路径所包围的畸变管道处的原子错排。From~优Y尔R论^文W网wWw.YoUeRw.com 加QQ7520.18766

实际的位错常常混合型位错是它兼有两种基本位错的特性。研究混合位错时,可将晶体滑移(a)分解为平行于边界线a cosα和垂直于边界线方向的a sinα,然后根据两者基本位错的性质来继续研究。 

1。2。2  伯格斯矢量

伯格斯回路就是不完美晶体中围绕缺陷区将原子逐渐连接起来形成的封闭回路。当该缺陷为线缺陷时,对应的完整晶体中回路需要增加一个矢量b才能封闭,b就是伯格斯矢量,用于位错性质的表征等: 

b是可滑位错的滑移矢量, b与刃型位错的位错线互相垂直,与螺型位错的位错线互相平行。b 是晶体的弹性变形沿伯格斯回路的叠加,位错线上的伯格斯回路扩大或移动时,伯格斯矢量b不变,这是因为回路中包含的点阵畸变总量在各个过程不变。b是晶体中表征点阵畸变的参数,同一晶体中伯格斯矢量b越大,点阵畸变更大,由位错引起的晶体弹性能也越大而更不稳定。此外,伯格斯矢量b还可以表征位错应力场,位错受力等位错性质[13]。

图1。2 螺型位错晶体结构示意图[12]

(a)三维立体图,(b)俯视图,(c)畸变管道内路径。

1。2。3  位错的运动

位错运动会引起晶体的永久变形,运动难易程度与晶体强度有关。位错运动包括滑移和攀移,可以从运动方式、运动面、运动方向以及位错运动与晶体宏观变形及受力关系等方面研究。

位错在滑移面上的运动称为滑移。位错滑移需要在滑移面上垂直于位错线方向施加足够大的应力, “足够大”是相对来说的,指可以克服晶格阻力。滑移过程其实就是局部滑移区的体积变化过程。但要注意位错滑移过程晶体总体积巨细不变,被称为守恒运动。

如图1。3所示,只需要很小切应力使位错逐步移动,这是因为刃型位错运动只需要位错心部临近的少量原子发生很小位移(相对于原子间距)就能实现。在图1。3(a)中,位错线周围原子逐步移动,最终使位错线滑移。当其穿过整个晶体时,会在晶体表面产生“台阶”,如图1。3( b)所示,台阶宽度等于一个伯格斯矢量[12-14]。图1。3(b)是刃型位错滑移过程的示意图。滑移时位错的运动方向v⊥l,l为位错线。滑移时位错的运动方向v⊥l,l为位错线。由于刃型位错位错线l与伯格斯矢量b 垂直(l ⊥b),滑移面l×b是唯一平面。故v∥b,滑移方向固定。

图1。3 刃型位错的滑移示意图[12]论文网

(a)位错线周围原子位移,(b)滑移过程。

螺形位错滑移时也要在滑移面上垂直于位错线方向施加足够大的力,如图1。4所示。滑移时周围原子移动,当位错线沿滑移面滑滑过整个晶体时,在表面沿伯格斯矢量方向同样出现如图1。4(b)所示“台阶”,其宽度也是一个伯格斯矢量[12-14]。明显的,运动方向与位错线垂直(v⊥l),由于螺型位错的伯格斯矢量与位错线平行(b ∥l),螺型位错的移动方向也与伯格斯矢量垂直,即v⊥b。滑移面是由位错线与伯格斯矢量所构成的平面l×b,由于螺型位错l∥b,l×b=0,因而螺型位错滑移面和滑移方向不确定,只能确定v⊥l(v⊥b)。其滑移过程如图1。4(c)所示。螺型位错由于滑移面的不固定,运动面在原滑移面受阻时,可转移到与之相交的另一个滑移面上继续滑移称为交滑移,得到新的滑移面和滑移方向。

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