位錯(cuò)的基本類型.ppt

2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 位錯(cuò)的基本類型及特征 工程材料理論切變強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度相差100 1000倍 晶體中位錯(cuò)的基本類型 1 刃型位錯(cuò) 2 螺型位錯(cuò) 3 混合位錯(cuò) 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 刃型位錯(cuò) 可以想像為晶體內(nèi)有一原子平面中斷于晶體內(nèi)部 這個(gè)原子平面中斷處的邊沿及其周圍區(qū)域是一個(gè)刃型位錯(cuò) 正刃型 位錯(cuò)半原子面位于某晶面的上半部位置的稱為 記號(hào) 表示 中斷處的邊沿猶如在晶體中插入一把刀刃 故稱之為 刃型位錯(cuò) 在刃口處的原子列定義為 刃型位錯(cuò)線 負(fù)刃型 位錯(cuò)半原子面位于某晶面下半部的稱為 以 T 表示 含有刃型位錯(cuò)的晶體結(jié)構(gòu)示意圖 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 刃型位錯(cuò)線周圍的彈性畸變 點(diǎn)陣畸變是對(duì)稱的 位錯(cuò)中心受到畸變度最大 離開位錯(cuò)中心畸變程度減小 刃位錯(cuò)周圍原子不同程度地偏離平衡位置 使周圍點(diǎn)陣發(fā)生彈性畸變 正刃型位錯(cuò) 晶面上部原子擁擠 受壓應(yīng)力 晶面下部原子受拉應(yīng)力 一般把點(diǎn)陣畸變程度大于正常原子間距1 4的區(qū)域?qū)挾榷x為位錯(cuò)寬度 約為2 5個(gè)原子間距 位錯(cuò)線長(zhǎng)度有數(shù)百個(gè)到數(shù)萬個(gè)原子間距 與位錯(cuò)長(zhǎng)度相比 位錯(cuò)寬度非常小 所以把位錯(cuò)看作是線缺陷 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 位錯(cuò)形成 可能是在晶體形成過程 凝固或冷卻 中產(chǎn)生的 晶體在塑性變形時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的刃型位錯(cuò) 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 晶體局部滑移形成刃型位錯(cuò) 力作用在晶體右上角 使右上角的上半部晶體沿滑移面向左作局部移動(dòng) 使原子列移動(dòng)了一個(gè)原子間距 從而形成一個(gè)刃型位錯(cuò) 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 晶體局部滑移形成刃型位錯(cuò) 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 晶體局部滑移形成刃型位錯(cuò) 受切應(yīng)力作用原子面移動(dòng) 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 晶體局部滑移形成刃型位錯(cuò) 受切應(yīng)力作用原子面移動(dòng) 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 晶體局部滑移形成刃型位錯(cuò) 出現(xiàn)多余半原子面 表面形成臺(tái)階 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 晶體中的純?nèi)行臀诲e(cuò)環(huán) 刃型位錯(cuò)不一定是直線 可以是折線或曲線 從滑移這個(gè)角度來看 可以把位錯(cuò)定義為晶體中已滑移區(qū)域和未滑移區(qū)域的邊界 晶體中的位錯(cuò)作為滑移區(qū)的邊界 就不可能中斷于晶體內(nèi)部 它們或者中止于表面 或者中止于晶界和相界 或者與其它位錯(cuò)線相交 或者自行在晶體內(nèi)形成一個(gè)封閉環(huán) EFGH是位錯(cuò)環(huán) 是由于晶體中多了一片EFGH的原子層所造成的 這種位錯(cuò)環(huán)多由于空位集團(tuán)崩塌而形成 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 幾種不規(guī)則的刃型位錯(cuò) 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 刃型位錯(cuò)特征 1 是由一個(gè)多余半原子平面所形成的線缺陷 位錯(cuò)寬度2 5個(gè)原子間距 位錯(cuò)是一管道 4 晶體中產(chǎn)生刃型位錯(cuò)時(shí) 其周圍點(diǎn)陣產(chǎn)生彈性畸變 既有正應(yīng)變 又有切應(yīng)變 使晶體處于受力狀態(tài) 就正刃型位錯(cuò)而言 滑移面上方原子受到壓應(yīng)力 下方原子受到拉應(yīng)力 負(fù)刃型位錯(cuò)則剛好相反 2 位錯(cuò)滑移矢量b垂直于位錯(cuò)線 位錯(cuò)線和滑移矢量構(gòu)成滑移的唯一平面即滑移面 3 位錯(cuò)線不一定是直線 形狀可以是直線 折線和曲線 位錯(cuò)環(huán) 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 2 2 2螺型位錯(cuò) 假定在一塊簡(jiǎn)單立方晶體中 沿某一晶面切一刀縫 貫穿于晶體右側(cè)至BC處 在晶體的右側(cè)上部施加一切應(yīng)力 使右端上下兩部分晶體相對(duì)滑移一個(gè)原子間距 BC線左邊晶體未發(fā)生滑移 出現(xiàn)已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界BC 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 螺型位錯(cuò) Screwdislocation 右側(cè)晶體上下兩部分發(fā)生晶格扭動(dòng) 從俯視角度看 在滑移區(qū)上下兩層原子發(fā)生了錯(cuò)動(dòng) 晶體點(diǎn)陣畸變最嚴(yán)重的區(qū)域內(nèi)的兩層原子平面變成螺旋面 畸變區(qū)的尺寸與長(zhǎng)度相比小得多 在畸變區(qū)范圍內(nèi)稱為螺型位錯(cuò) 已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交線BC則稱之為螺型位錯(cuò)線 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 螺型位錯(cuò)分類 按照螺旋面前進(jìn)的方向與螺旋面旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系分 螺型位錯(cuò)與刃型位錯(cuò)的主要區(qū)別 左螺型位錯(cuò) 右螺型位錯(cuò) 符合右手定則 右手拇指代表螺旋面前進(jìn)方向 其它四指代表螺旋面旋轉(zhuǎn)方向 的稱為右螺型位錯(cuò) 符合左手定則的稱為左螺型位錯(cuò) 螺型位錯(cuò)線與滑移矢量平行 螺型位錯(cuò)受力時(shí)只存在平行位錯(cuò)線的切應(yīng)力 而無正應(yīng)力 螺型位錯(cuò)線移動(dòng)方向與滑動(dòng)方向相垂直 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 螺型位錯(cuò)特征 1 螺型位錯(cuò)無額外半原子面 原子錯(cuò)排呈軸對(duì)稱 2 螺型位錯(cuò)與滑移矢量平行 故一定是直線 3 包含螺位錯(cuò)的面必然包含滑移矢量 5 位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶塊滑移方向 應(yīng)力矢量互相垂直 4 螺位錯(cuò)周圍的點(diǎn)陣也發(fā)生彈性畸變 但只有平行于位錯(cuò)線的切應(yīng)變 無正應(yīng)變 在垂直于位錯(cuò)線的平面投影上 看不出缺陷 螺位錯(cuò)可以有無窮個(gè)滑移面 實(shí)際上滑移通常是在原子密排面上進(jìn)行 故滑移面有限 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 2 2 3混合位錯(cuò) 位錯(cuò)線與滑移矢量?jī)烧叻较驃A角呈任意角度 滑移面ABC范圍內(nèi)原子發(fā)生了位移 其滑移矢量用b表示 混合位錯(cuò)的形成 位錯(cuò)線上任一點(diǎn)的滑移矢量相同 晶體右上角在外力F作用下發(fā)生切變 弧線AC即是位錯(cuò)線 為已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界 與滑移矢量成任意角度 是晶體中較常見的一種位錯(cuò) 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 混合位錯(cuò) AC位錯(cuò)線中 混合位錯(cuò)原子組態(tài) 靠近A端的位錯(cuò)線段平行于滑移矢量 屬于純螺型位錯(cuò) 靠近C端的位錯(cuò)線段垂直于滑移矢量 屬于純?nèi)行臀诲e(cuò) 其余部分線段與滑移矢量成任意角度 屬混合位錯(cuò) 每一段位錯(cuò)線均可分解為刃型和螺型兩個(gè)分量 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 混合位錯(cuò) 每一段位錯(cuò)線均可分解為刃型和螺型兩個(gè)分量 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 2 3柏氏矢量 柏氏矢量是描述位錯(cuò)性質(zhì)的一個(gè)重要物理量 表示位錯(cuò)區(qū)原子的畸變特征 包括畸變的位置和畸變的程度 是矢量 1939年Burgers提出 故稱該矢量為 柏格斯矢量 或 柏氏矢量 用b表示 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 柏氏矢量的確定方法 1 人為假定位錯(cuò)線方向 2 用右手螺旋法則來確定柏格斯回路的旋轉(zhuǎn)方向 3 將含有位錯(cuò)的實(shí)際晶體和理想的完整晶體相比較 在實(shí)際晶體中作柏氏回路 在完整晶體中按相同的路線和步法作回路 路線終點(diǎn)指向起點(diǎn)的矢量 即 柏氏矢量 使位錯(cuò)線的正向與右螺旋的正向一致 一般是從紙背向紙面或由上向下為位錯(cuò)線正向 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 刃型位錯(cuò)的柏氏回路與柏氏矢量 刃型位錯(cuò)的柏氏回路和柏氏矢量 a 含有位錯(cuò)的晶體 b 供比較用的理想晶體 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 確定刃型位錯(cuò)的右手法則 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 螺型位錯(cuò)的柏氏回路和柏氏矢量 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 從柏氏矢量和位錯(cuò)線取向關(guān)系確定位錯(cuò)類型 1 刃型位錯(cuò) 柏氏矢量與位錯(cuò)線相垂直 位錯(cuò)線與柏氏矢量的位向關(guān)系區(qū)分位錯(cuò)的類型和性質(zhì) 2 螺型位錯(cuò) 柏氏矢量與位錯(cuò)線相平行 柏氏矢量與位錯(cuò)線同向的則為右螺型位錯(cuò) 柏氏矢量與位錯(cuò)線反向的則為左螺型位錯(cuò) 3 混合位錯(cuò) 柏氏矢量與位錯(cuò)線成任意角度 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 螺型位錯(cuò)類型判斷 確定左 右螺型位錯(cuò)類型右手法則 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 1 表征位錯(cuò)線的性質(zhì) 柏氏矢量b的物理意義 2 表征了總畸變的積累 3 表征了位錯(cuò)強(qiáng)度 據(jù)b與位錯(cuò)線的取向關(guān)系可確定位錯(cuò)線性質(zhì) 圍繞一根位錯(cuò)線的柏氏回路任意擴(kuò)大或移動(dòng) 回路中包含的點(diǎn)陣畸變量的總累和不變 因而由這種畸變總量所確定的柏氏矢量也不改變 同一晶體中b大的位錯(cuò)有嚴(yán)重點(diǎn)陣畸變 能量高且不穩(wěn)定 位錯(cuò)許多性質(zhì) 如位錯(cuò)的能量 應(yīng)力場(chǎng) 位錯(cuò)受力等 都與b有關(guān) 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 位錯(cuò)是滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界 柏氏矢量b的物理意義 螺型位錯(cuò)滑移方向平行于位錯(cuò)線 滑移量也是一個(gè)原子間距 和柏氏矢量完全一致 畸變是由滑移面上局部滑移引起的 滑移區(qū)上滑移的大小和方向與位錯(cuò)線上原子畸變特征一致 刃型位錯(cuò)滑移區(qū)的滑移方向正好垂直于位錯(cuò)線 滑移量為一個(gè)原子間距 對(duì)于任意位錯(cuò) 不管其形狀如何 只要知道它的柏氏矢量 就得知晶體滑移的方向和大小 而不必從原子尺度考慮運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié) 為討論塑性變形提供了方便 4 柏氏矢量的另一個(gè)重要意義是指出了位錯(cuò)滑移后 晶體上 下部分產(chǎn)生相對(duì)位移的方向和大小 即滑移矢量 2014年3月10日11時(shí)1分 劉志勇14949732 1 柏氏矢量與回路起點(diǎn)選擇無關(guān) 也與柏氏回路的具體路徑 大小無關(guān) 3 柏氏矢量特征 2 幾根位錯(cuò)相遇于一點(diǎn) 其方向朝著節(jié)點(diǎn)的各位錯(cuò)線的柏氏矢量b之和等于離開節(jié)點(diǎn)之和 一條位錯(cuò)線只有一個(gè)柏氏矢量 如有幾根位錯(cuò)線的方向均指向或離開節(jié)點(diǎn) 這些位錯(cuò)線的柏氏矢量之和值為零 三位錯(cuò)線相遇于一點(diǎn) 2014年3月