【笔记】位错的定义和分类

发布于:2025-08-19 ⋅ 阅读:(11) ⋅ 点赞:(0)

位错概念

位错指的是原子发生有规律的错排,核心处原子排列偏离正常位置,引起局部晶格畸变。

位错线是描述位错在晶体中存在和运动的一条线,用于表示位错在晶体中的位置和方向的抽象概念。位错线是位错的核心部分,它周围的原子排列发生畸变,形成了位错。

位错类型

位错可以分为三种主要类型:刃位错、螺位错和混合位错。

  1. 刃位错:当晶体内部的一个晶面突然终止于某一条线处,这种不规则排列称为刃位错。刃位错附近的原子面会发生朝位错线方向的扭曲,其特征是位错线方向垂直于伯格斯矢量方向。
    受力是多出原子面的部分受压,少原子面部分受拉。
    1. 正刃型:晶体上半部分多出原子面。上部分受压应力,下部分受拉应力。符号:
    2. 负刃型:晶体下半部分多出原子面。上部分受拉应力,下部分受压应力。符号:T

20250817_210744_590_copy

  1. 螺位错:这种位错的形成可以想象成一叠间距固定的纸片被剪开后,一侧上移半层而另一侧下移半层,形成一个螺旋形的排列结构。螺位错的应力场比刃位错更容易求解,且其应力场呈轴对称分布。

    1. 左螺:旋原子面绕位错线的旋转方向与其前进方向符合左手定则

    2. 右螺:旋原子面绕位错线的旋转方向与其前进方向符合右手定则

  2. 混合位错:实际材料中的位错往往兼具刃位错和螺位错的特征,即伯格斯矢量既不平行也不垂直于位错线方向,这类位错称为混合位错。

伯氏矢量

伯氏矢量(Burgers vector),也称为伯格斯矢量,是材料科学中描述位错特征的一个重要物理量。用于表示位错引起的晶体畸变。伯氏矢量的大小表征了位错的单位滑移距离,方向与滑移方向一致。

确定伯氏矢量

确定伯氏矢量的方法是伯氏回路,从好区中任一原子出发,围绕位错作右旋(回路的正向与位错线正向组成右手螺旋关系,一般取从纸背到纸面为位错正向)一闭合回路,在完整晶体也作同样回路,起点→终点就是位错的单位滑移矢量b,如图所示。矢量b集中概括了两个晶体的差别,体现了实际晶体中所含位错的特征,被称为该位错的伯氏矢量。

用同样的方法可以确定螺型位错的伯氏矢量,如图2-17所示。

image-20250817205246714

伯氏矢量表示

位错的伯氏矢量通常用其沿晶体主轴的分量来表示,例如图2-16中刃型位错的伯氏矢量写为a[010],其中a为点阵常数。图2-17中螺型位错的矢量为a[100]。

刃型位错与其伯氏矢量互相垂直,而螺型位错与其伯氏矢量互相平行。混合型位错和它的伯氏矢量既不垂直也不平行。

伯氏矢量的大小称为位错的强度,图2-16与图2-17中两个位错的强度都是a

伯氏矢量性质

和回路起点选择、具体途径、大小无关。

守恒性

伯氏矢量具有守恒性,即对一条位错线而言,其伯氏矢量是固定不变的。一个位错,沿其长度各处伯氏矢量相同,位错在晶体中运动或者改变方向,其矢量不变。一个位错只具有唯一的伯氏矢量。

当位错与其他位错相遇,指向节点(即位错线交点)的诸位错的伯氏矢量之和,必然等于离开节点的诸位错的伯氏矢量之和。

∑ibi⃗=∑jbj⃗\sum_i \vec{b_i}=\sum_j \vec{b_j}ibi =jbj

利用下图证明。

图中位错线L₁的正向指向节点,位错线L₂和L₃的正向离开节点。

分别绕L₁、L₂和L₃作三个伯氏回路C₁、C₂、C₃,确定它们的伯氏矢量为b₁b₂b₃

以A→B→D→C→D→B→A构成一个大复合回路。AB、CD两段各走一次,自行抵消,所以复合回路之伯氏矢量应决定于三个小回路所对应之柏格斯矢量,故其伯氏矢量为b₂ + b₃ - b₁(C₂、C₃正向通过而C₁是逆向通过)。另一方面,复合回路对应的伯氏矢量应为零。

两方面相结合,得到b₂ + b₃ - b₁ = 0

如果取所有位错线的正向都指向节点,即b₂b₃也改变符号,于是变成更简单的形式∑bᵢ = 0

上述三点构成了位错伯氏矢量的守恒性。

一根不分叉的任意形状的位错只有1个b⃗\vec bb ,若有两个b⃗\


网站公告

今日签到

点亮在社区的每一天
去签到