材料專業(yè)知識(shí)分享 | 讀懂位錯(cuò)的柏氏矢量及位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)
柏氏矢量：晶體中有位錯(cuò)存在時(shí)，滑移面一側(cè)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于另一側(cè)質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位移或畸變。性質(zhì)：大小表征了位錯(cuò)的單位滑移距離，方向與滑移方向一致，是一個(gè)反映位錯(cuò)周圍點(diǎn)畸變總累積的物理量。柏氏矢量是位錯(cuò)的單位滑移距離，由柏氏回路決定的。柏氏回路：從理想晶體某一點(diǎn)出發(fā)，按基本平移矢量方向走，最后又回到原出發(fā)點(diǎn)，這種回路叫柏氏回路。若回路中無位錯(cuò)，則首尾相連，否則首尾不相連。（1）首先選定位錯(cuò)線的正向（ξ），例如，常規(guī)定出紙面的方向?yàn)槲诲e(cuò)線的正方向。（2）在理想晶體中，從任一原子出發(fā)，以一定的方向和步數(shù)作一右旋回路，此回路閉合。（3）在實(shí)際晶體中，從任一原子出發(fā)，圍繞位錯(cuò)（避開位錯(cuò)線附近的嚴(yán)重畸變區(qū)）以同樣的方向和步數(shù)作相同的回路，該回路并不封閉，由終點(diǎn)向起點(diǎn)引一矢量b，使該回路閉合，這個(gè)矢量b就是實(shí)際晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量。注意：刃型位錯(cuò)滑移面為ξ與柏氏矢量所構(gòu)成的平面，只有一個(gè)；螺型位錯(cuò)滑移面不定，多個(gè)。右手法則：食指指向位錯(cuò)線方向，中指指向柏氏矢量方向（位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)的方向），拇指指向代表多余半面子面位向，向上為正，向下為負(fù)。柏氏矢量與位錯(cuò)線的方向：正向（方向相同）為右螺旋位錯(cuò)，負(fù)向（方向相反）為左螺旋位錯(cuò)。（1）柏氏矢量是一個(gè)反映周圍點(diǎn)陣畸變總的物理量，柏氏矢量的方向表示位錯(cuò)的性質(zhì)與位錯(cuò)的取向，即位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致晶體滑移的方向，柏氏矢量的模表示了畸變的程度，稱為位錯(cuò)的強(qiáng)度。（2）柏氏矢量與回路起點(diǎn)以及具體的途徑無關(guān)，回路確定的柏氏矢量是唯一的，柏氏矢量具有守恒性。（3）一根不分叉的位錯(cuò)線，不論其形狀如何改變，也不管位錯(cuò)線上的各處的位錯(cuò)類型是否相同，其各部分的柏氏矢量都相同，當(dāng)位錯(cuò)在晶體中運(yùn)動(dòng)或改變方向時(shí)，其柏氏矢量不變，即一根位錯(cuò)線具有唯一的柏氏矢量。（4）若一個(gè)柏氏矢量為b1的位錯(cuò)可以分解為柏氏矢量分別為b1，b2，b3。。。的n個(gè)位錯(cuò)，則分解后的各個(gè)位錯(cuò)的柏氏矢量之和等于原位錯(cuò)的柏氏矢量，即若有數(shù)根位錯(cuò)的柏氏矢量交于一點(diǎn)（位錯(cuò)節(jié)點(diǎn)），指向節(jié)點(diǎn)的各個(gè)位錯(cuò)線的柏氏矢量的和，等于離開節(jié)點(diǎn)各個(gè)位錯(cuò)的柏氏矢量之和。（5）位錯(cuò)在晶體中存在的形態(tài)可形成一個(gè)閉合的位錯(cuò)環(huán)，或連接于其他的位錯(cuò)，或終止在晶界或露頭于晶體表面，但不能中斷于晶體內(nèi)部。柏氏矢量的大小和方向可以用它在晶軸上的分量，即點(diǎn)陣矢量a，b和c來表示。例如柏氏矢量等于從體心立方晶系的原點(diǎn)到體心的矢量：柏氏矢量滿足矢量加法，位錯(cuò)反應(yīng)中需要滿足幾何條件和能量條件：特別重要的考點(diǎn)，請(qǐng)大家掌握。晶體宏觀的塑性變形是通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。原因：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是因它沿受力方向改變位置會(huì)使系統(tǒng)自由能減少，位錯(cuò)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)要求它所受的力足以克服運(yùn)動(dòng)阻力。類型：兩種---保守運(yùn)動(dòng)和非保守運(yùn)動(dòng)。保守運(yùn)動(dòng)是位錯(cuò)在滑移面上的滑動(dòng)或滑移，滑動(dòng)和滑移通常是同義的。但嚴(yán)格地說，“滑動(dòng)”指單個(gè)位錯(cuò)的行為而“滑移”指多個(gè)位錯(cuò)的行為。非保守運(yùn)動(dòng)是離開滑移面的運(yùn)動(dòng)，最本質(zhì)的非保守運(yùn)動(dòng)是位錯(cuò)的攀移，只有刃位錯(cuò)才有攀移運(yùn)動(dòng)，并引起位錯(cuò)的半原子面擴(kuò)大和縮小，因此攀移總是伴隨著點(diǎn)缺陷的輸運(yùn)。包括：刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的滑移。可滑移面：位錯(cuò)線與柏氏矢量構(gòu)成的晶面稱為位錯(cuò)的滑移面；位錯(cuò)的易滑移面：晶體的滑移面通常為晶體中原子的原子密排面，在密排面上，位錯(cuò)的滑移容易進(jìn)行（由于在密排面上原子間距最小，滑移的阻力最小），所以晶體的滑移面又叫位錯(cuò)的易滑移面。晶體的位錯(cuò)線并不一定剛好在晶體的滑移面上。位錯(cuò)沿滑移面的運(yùn)動(dòng)稱為滑移運(yùn)動(dòng)，如圖1所示。位錯(cuò)的滑移是在切應(yīng)力的作用下進(jìn)行的，只有當(dāng)滑移面上的切應(yīng)力分量達(dá)到一定值后位錯(cuò)才能滑移。當(dāng)位錯(cuò)掃過整個(gè)滑移面時(shí)，即位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)移出晶體表面時(shí)，滑移面兩邊的晶體將產(chǎn)生一個(gè)柏氏矢量寬度（|b|）的位移。圖1 刃型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)在滑移時(shí)是通過位錯(cuò)線或位錯(cuò)附近的原子逐個(gè)移動(dòng)很小的距離完成的。①刃位錯(cuò)滑移方向與外力t及柏氏矢量b平行，正、負(fù)刃位錯(cuò)滑移方向相反。②螺位錯(cuò)滑移方向與外力t及柏氏矢量b垂直，左、右螺型位錯(cuò)滑移方向相反。③混合位錯(cuò)滑移方向與外力t及柏氏矢量b成一定角度（即沿位錯(cuò)線法線方向滑移）。④晶體的滑移方向與外力t及位錯(cuò)的柏氏矢量b相一致，但并不一定與位錯(cuò)的滑移方向相同。位錯(cuò)的攀移指在熱缺陷或外力作用下，位錯(cuò)線在垂直其滑移面方向上的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果導(dǎo)致晶體中空位或間隙質(zhì)點(diǎn)的增殖或減少。刃位錯(cuò)除了滑移外，還可進(jìn)行攀移運(yùn)動(dòng)。攀移的實(shí)質(zhì)是多余半原子面的伸長或縮短。螺位錯(cuò)沒有多余半原子面，故無攀移運(yùn)動(dòng)。位錯(cuò)的攀移靠原子或空位的轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)。正攀移：多余半個(gè)原子面向上運(yùn)動(dòng)。（原子從多余半原子面下端轉(zhuǎn)移到別處或空位從別處轉(zhuǎn)移到半原子面下端）負(fù)攀移：多余半原子面向下運(yùn)動(dòng)。位錯(cuò)的攀移力（使位錯(cuò)發(fā)生攀移運(yùn)動(dòng)的力）包括：（1）化學(xué)攀移力Fs，是指不平衡空位濃度施加給位錯(cuò)攀移的驅(qū)動(dòng)力。（2）彈性攀移力Fc，是指作用于半原子面上的應(yīng)力分量作用下，刃位錯(cuò)所受的力。位錯(cuò)攀移的激活能Uc由割階形成的激活能Uj及空位的擴(kuò)散活化能Ud兩部分所組成。常溫下位錯(cuò)靠熱激活來攀移是很困難的。但是，在許多高溫過程如蠕變、回復(fù)、單晶拉制中，攀移卻起著重要作用。位錯(cuò)攀移在低溫下是難以進(jìn)行的，對(duì)于大多數(shù)材料而言，只有在較高溫度下才容易發(fā)生。對(duì)于螺型位錯(cuò)，當(dāng)某一螺型位錯(cuò)在原滑移面上運(yùn)動(dòng)受阻時(shí)，有可能從原滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面上去繼續(xù)滑移，這一過程稱為交滑移。如果交滑移后的位錯(cuò)再轉(zhuǎn)回和原滑移面平行的滑移面上繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，則稱為雙交滑移。
當(dāng)位錯(cuò)在滑移面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)與穿過滑移面的其他位錯(cuò)發(fā)生交割。割階：如形成的曲折線段垂直位錯(cuò)的滑移面上；扭折：如形成的曲折線段在位錯(cuò)的滑移面上。來源：材子考研
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