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位错是材科基中的一个重点，同时也是难点。
今天甜姐就给大家总结了与位错相关的知识点，希望能给同学们的复习带来一些帮助。
1
位错
晶体中包含着各种各样的缺陷，按照类型可以大致分为三种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。位错属于线缺陷。
位错是晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线，其特征是在两个方向是尺寸很小，在另一个方向上延申较长，也被称为一维缺陷。
位错根据几何结构分为三种类型：刃型位错、螺型位错和混合型位错。
2
刀刃位错
在晶面ABCD上半部分存在多余的半排原子面EFGH，这半个原子面中断于ABCD面的EF处。宛如一把刀刃插入晶体中，使ABCD 面的上下部分晶体发生了原子错排，故该原子面被称为刃型位错，EF线被称为刃型位错线。
刃型位错特征：
（1）有一个额外的半原子面，半原子面在滑移面之上的称为正刃型位错，记为“┻”，在滑移面之下的称为负刃型位错，记为“┰”，两者并无本质区别；
（2）刃型位错线为晶体中已滑移区与未滑移区的边界线，可是直线也可以是折线和曲线。但必定与滑移方向和滑移矢量垂直；
（3）滑移面必定是同时包含有位错线和滑移矢量的平面，在其他面上不能滑移。由于在刃型位错中，位错线与滑移矢量互相垂直，因此，由它们所构成的平面只有一个；
（4）刃型位错周围的点阵发生弹性畸变，既有正应变，又有切应变。正刃型位错滑移面上方点阵受到压应力，下方点阵收到拉应力。负刃型位错反之；
（5）刃型位错畸变区只有几个原子间距宽，属于狭长的管道，故属于线缺陷。
3
螺型位错
晶体受到切应力作用，某一部分相对于其他部分发生滑移，bb'线为螺型位错线。位错线周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，形成螺型位错。
如果以位错线bb’为轴线，从a开始，按顺时针方向依次连接此过渡区的各原子，则其走向与一个右螺旋线的前进方向一样。
螺型位错的分类：有左、右旋之分。它们之间符合左手、右手螺旋定则。
螺型位错特征：
（1）无额外半原子面，原子错排成轴对称；
（2）螺型位错线与滑移矢量平行，因此一定是直线，而且位错线的移动方向与晶体滑移方向互相垂直；
（3）纯螺型位错的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面；
（4）位错周围点阵也发生弹性畸变，但只有平行于位错线的切应变而无正应变，即不引起体积的膨胀和收缩；
（5）位错线与滑移矢量同方向的为右螺型位错，位错线与滑移矢量异向的为左螺型位错；
4
混合位错
滑移矢量既不平行也不垂直位错线，而与位错线相交成任意角度，这种位错称为混合位错。
混合位错可以看成刃型位错和螺型位错的叠加，在A处为螺型位错，在C处为刃型位错，AC之间，每一小段位错线都可以分解为刃型和螺型两个分量。
位错线tips：一根位错线不能终止于晶体内部，而只能露头于晶体表面（包括晶界）。若它终止于晶体内部，则必与其他位错线相连接，或在晶体内部形成封闭线。
刀刃位错 VS 螺旋位错
5
位错运动
刃型位错—滑移和攀移，螺型位错—滑移和交滑移。
滑移：在切应力作用下，位错克服阻力沿着特定的原子面移动。
交滑移：螺型位错滑移面不唯一，当滑移方向受到阻碍，可以沿着相同滑移方向在其它滑移面上进行。
攀移：刃型位错在垂直于滑移面的方向上运动即发生攀移。
刃位错攀移：
（1）刃型位错垂直与滑移面运动，属于非守恒运动；
（2）阻力较大，需要热激活-高温容易出现；
（3）刃型位错通过攀移可以避开障碍物。
6
位错反应
1、几何条件——反应前后的柏氏矢量应满足矢量加法规则;
2、能量条件——反应前的位错总能量应大于反应后。
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位错生成
1、晶体内部存在热应力和组织应力，界面和微裂纹处产生应力集中现象，局部滑移产生位错。
2、自高温快凝固及冷却时，形成过饱和空位，空位聚集形成位错。
晶体生长过程中产生位错。成分不同，导致晶体点阵常数不同，产生位错。温度、浓度梯度、机械振动影响晶体生长使相邻晶块间有偏转或弯曲形成位相差，形成位错。
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位错相互作用
两平行螺位错之间，若柏氏矢量同向，则相互排斥，若柏氏矢量异号，则相互吸引，相互作用力大小f=Gb1b2/2πr
9
作用在位错上的力与位错应变能
1、在外切应力作用下，位错将在滑移面产生滑移运动。其大小，
其中F是作用在单位位错上的力，作用在刃型位错线上的滑移力F方向与外切应力τ方向一致，而作用在螺型位错线上的滑移力F方向与外切应力τ相垂直，方向指向滑移面的未滑移区。
2、位错应变能α=EGb2 。具有最小b的位错是最稳定的，滑移方向总是沿着原子的密排方向。
直线位错的应变能小于弯曲位错，故位错线有尽量变直和缩短其长度的趋势。（位错使晶体处于高能量状态，故位错是热力学不稳定缺陷。）
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位错增值机制
FR位错源
首先，存在一段两段被其他位错、杂质、点缺陷等定住不能移动的位错；位错受到外界应力开始弯曲并向外扩张；扩张的位错与自己相交，将自己截断，放出一个不断扩张的位错环；
剩下的位错AB段由于线张力，又将自己拉直，并开始下一个循环。
FR位错开动的条件：外加切应力大于位错运动阻力，所需临界切应力为
L为A、B之间的距离。
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面心立方晶体的特殊位错
1、全位错：柏氏矢量b=a/2<110>，位错类型可能为刃位错、螺位错、混合位错，可滑移和攀移。
2、肖克莱不全位错：柏氏矢量b=a/6<112>，位错类型可能为刃位错、螺位错、混合位错，在晶体中只能滑移而不能攀移。
3、弗兰克尔不全位错：柏氏矢量b=a/3<111>，位错类型只能为刃位错，在晶体中只能攀移。
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例题展示
1、请你简要叙述位错与塑性、强度之间的关系。
答：（1）位错是晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线。（位错的概念）
（2）晶体塑性变形的方式有滑移和孪生，多数都以滑移方式进行。滑移的本质就是位错在滑移面上的运动，大量位错滑移的结果造成了晶体的宏观塑性变形。（位错滑移晶体产生塑性变形）
（3）位错滑移的结果造成了晶体的宏观塑性变形，使材料发生屈服，位错越容易滑移，强度越低。（强度降低的原因）
（4）增加位错移动的阻力，可以提高材料的强度。（提升强度的机理）
（5）晶界、相界可以阻止位错的滑移，提高材料的强度。所以细化晶粒、第二相弥散分布可以提高强度。（阻碍位错运动的方法）
2、如图所示位错环，分析位错环各点上位错的属性并指出各段位错所受力的方向。
答：A为正刃型位错，C点为负刃型位错；B点为左螺型位错；D点为右螺型位错，所受力的方向垂直于位错线指向环外。
3、试用位错理论解释低碳钢的应变时效现象。
答：当退火状态的低碳钢试样拉伸到超过屈服点发生少量塑性变形后卸载，然后重新加载拉伸，其拉伸曲线不会发生屈服现象。
变形后在室温下放置一段较长时间或在低温经过短时加热，再进行拉伸试验，则屈服点又重新出现，且屈服应力提高，这种现象叫做低碳钢的应变时效。
当卸载后立即重新加载，位错已经挣脱出气团的钉扎，故不出现屈服点。卸载后放置了很长时间(即时效)再拉伸，由于气团已经扩散到位错线上重新钉扎，因而在随后拉伸时又出现明显的屈服现象，屈服点升高。
4、试述螺型位错和刃型位错的区别。
答：不同点：
1) 刃型位错有一个额外的半原子面，螺型位错无半原子面;
2) 刃型位错位错线重直于柏氏矢量，可以是直线或折线，螺型位错平行于柏氏
矢量，一定为直线;
3) 刀型位错周围的点阵畸变既有切应变，又有正应变，螺型位错只有平行于位错线的切应变，无正应变;
4) 刃型位错的滑移面只有一个，螺型位错滑移面有无数多个;
5) 刃型位错的应力场中既有正应力又有切应力，以轴对称，螺型位错只有切应力分量，以径向对称;
6)刃型位错的运动方式是滑移和攀移，螺型位错为滑移和交滑移。
相同点:
1) 晶体滑移时位错的运动方向相同，都垂直于位错线本身;
2) 晶体的滑移方向与柏氏矢量位置关系相同，都平行子柏氏矢量;
3) 晶体发生滑移时切力应力方向与柏氏矢量位置关系相同都平行于柏氏矢量;
4) 都符合柏氏矢量的特性，唯一性，守恒性，加和性。
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