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材料科学基础讲晶格缺陷

晶体缺陷提出的起因

20世纪30年代，W.Schottky为了解释用离

子晶体的电介电导率问题，提出了晶体中可

能由于热起伏而产生间隙和空位而且发现食

盐的电介电导率与这些缺陷的数目有关。随

后，Taylor、Polanyi和Orowan为了解决晶体

屈服的实验数值与理论计算值之间的巨大差

别，三人几乎同时引入位错这一晶体缺陷。

晶体缺陷是现代金属强度的微观理论基础。

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位错理论的研究历史

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位错理论的研究历史

1907年意大利数学家沃尔泰拉(V.Volterra)提出了弹性体连续介质中线缺

陷的概念和模型，但并未引入到晶体中。

1934年英国人G.I.Taylor、德国人E.Orowan和M.Polanyi提出晶体中的位

错模型。

1939年荷兰的J.M.Burgers建立了确定伯氏矢量的方法。

1947年R.W.Cahn将他发现的并由他的导师E.Orowan命名的“多边形化

过程”称为第一次用实验演示了位错的存在。

1953年Vogel等在锗晶体中用浸蚀坑法展示了小角度亚晶界的分布，确定

了位错密度与两晶粒间取向差的关系。

1956年W.C.Dash报道用铜揭示了硅中的弗兰克-里德(Frank-Read)位错源(

红外线法)。

1956年P.Hirsch于在剑桥大学Cavendish实验室的决定性工作是用透射电

1956—1962年A.Seeger、J.Lothe和J.P.Hirth等在研究了弯结的形核和生

长镜在变形的铝薄膜中直接观察到位错线。

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位错理论的研究历史

1934年V.Volterra和G.I.Taylor首先建立了位错的弹性应力场。

1940年R.Peierls提出了位错的点阵模型，计算了应力场和位错能量；

1941年W.E.Brown和J.S.Köhler在修正了他们的结果。

1941年M.O.Peach和J.S.Köhler给出位错受力的通式。

1947年Nabarro又修正了R.Peierls的结果。

1948—1949年F.R.N.Nabarro和J.Bardeen提出割阶可作为位错攀移的地点。

1948年R.D.Heidenreich和W.B.Shockley提出位错上会出现弯结和割阶。

1949年A.H.Cottrell提出科氏气团理论。

1951年A.H.Cottrell和B.A.Bilby提出了BCC金属孪生的不全位错极轴机制。

1951—1952年W.M.Lomer和A.H.Cottrell提出L-C锁，又称面角位错或Lomer-

Cottrell位错。

1952年F.R.N.Nabarro给出直位错和简单形状位错的完整的弹性应力场。

1953年汤姆森(N.Thompson)提出汤姆森四面体。

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实际晶体中的缺陷

•晶体缺陷：晶体中各种偏离理想结构的区域

根点缺陷（pointdefect)三维空间的各个方向均

据很小

几零维缺陷(zero-dimensionaldefect)

何

特线缺陷（linedefect)在二个方向尺寸均很

征小

分一维缺陷(one-dimensionaldefect)

为

三面缺陷（planedefect)在一个方向上尺寸很小

类

二维缺陷(two-dimensionaldefect)

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点缺陷

•点缺陷：空位、间隙原子、溶质原子、和杂质原子、