晶體缺陷線缺陷 教育學(xué)習(xí)

第1-6章晶體缺陷,所謂晶體缺陷是指實(shí)際晶體與理想晶體之間的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的差異。晶體缺陷按其在空間的幾何圖像，可分為：,在空間一個(gè)方向上尺寸很小，另外兩個(gè)方向上尺寸較大，如晶面、界面、表面等。,在空間三維各方向上尺寸都很小，亦稱零維缺陷，如空位、間隙原子和異類原子等。,在兩個(gè)方向上尺寸很小，又稱一維缺陷，主要有位錯(cuò)。,（1）點(diǎn)缺陷,（2）線缺陷,（3）面缺陷,1,優(yōu)選內(nèi)容,復(fù)習(xí)：點(diǎn)缺陷,一、點(diǎn)缺陷的類型-空位和間隙原子,空位,晶體結(jié)構(gòu)中原來應(yīng)該有原子的某些結(jié)點(diǎn)上因某種原因出現(xiàn)了原子空缺而形成。,肖特基空位,脫位原子進(jìn)入其它空位或逐漸遷移至晶面或界面。肖特基空位僅形成空位。,弗蘭克空位,脫位原子擠入節(jié)點(diǎn)的間隙，同時(shí)形成間隙原子從而產(chǎn)生間隙原子-空位對。,間隙原子,晶體結(jié)構(gòu)中間隙處因某種原因存在的同種原子。,2,優(yōu)選內(nèi)容,一般晶體中的肖脫基和弗蘭克空位,肖脫基空位,弗蘭克空位,間隙原子,一般晶體（如金屬晶體）中，肖特基空位比弗蘭克空位多得多。,一、點(diǎn)缺陷的類型-空位和間隙原子,3,優(yōu)選內(nèi)容,離子晶體中的肖特基和弗蘭克空位,肖特基空位,弗蘭克空位,一、點(diǎn)缺陷的類型-空位和間隙原子,對于離子晶體，當(dāng)正負(fù)離子尺寸差異較大、結(jié)構(gòu)配位數(shù)較低時(shí)，小離子易于移入相鄰的間隙而產(chǎn)生弗蘭克空位；而若離子尺寸相差較小、配位數(shù)較高、排列較密集時(shí)，則易于形成肖特基空位。,4,優(yōu)選內(nèi)容,一、點(diǎn)缺陷的類型-外來原子,異類原子進(jìn)入到晶體中而形成。根據(jù)其與基體原子尺寸的差異，既可進(jìn)入間隙位置，又可置換晶格的某些結(jié)點(diǎn)。,異類原子在晶體中的存在情況,5,優(yōu)選內(nèi)容,二、點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生,1、平衡點(diǎn)缺陷及其濃度,點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生一方面使晶體的內(nèi)能升高，另一方面卻使體系的混亂度增加，使熵值增加。,設(shè)N為晶體的原子總數(shù)，n為晶體中的點(diǎn)缺陷數(shù)，為該類型缺陷的形成能。則點(diǎn)缺陷數(shù)形成后其自由能的變化為：,A=UTS=nTS,由此不難得出其A-n關(guān)系曲線。,6,優(yōu)選內(nèi)容,Ce=ne/N=Aexp(-/kT),二、點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生,其中：Ce-某類型點(diǎn)缺陷的平衡濃度；N晶體的原子總數(shù)；A-材料常數(shù)，其值常取1；T-體系所處的熱力學(xué)溫度；k-玻爾茲滿常數(shù)，k值為8.6210-5ev/K。-該類型缺陷的形成能。,1、平衡點(diǎn)缺陷及其濃度,7,優(yōu)選內(nèi)容,二、點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生,1、平衡點(diǎn)缺陷及其濃度,在一定溫度下并非所有的原子都能離開平衡位置形成缺陷，只有比原子的平均能量高出缺陷形成能的那部分原子才能形成點(diǎn)缺陷。,點(diǎn)缺陷在晶體中必然會存在。在一定的溫度條件下，晶體中存在一定濃度的點(diǎn)缺陷以使其處于最低的能量狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。,溫度升高，則晶體中原子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，點(diǎn)缺陷濃度增大。,8,優(yōu)選內(nèi)容,2、過飽和點(diǎn)缺陷,二、點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生,（2）過飽和點(diǎn)缺陷可通過高溫淬火、輻照、冷加工等產(chǎn)生。,（1）指晶體中點(diǎn)缺陷的數(shù)目明顯超過其平衡值、處于過飽和狀態(tài)。,3、點(diǎn)缺陷與材料的行為,（1）點(diǎn)缺陷的存在及其運(yùn)動(dòng)是晶體中擴(kuò)散得以實(shí)現(xiàn)的根本原因；,（2）點(diǎn)缺陷導(dǎo)致材料物理和力學(xué)性能的改變。材料在使用過程中點(diǎn)缺陷的濃度的變化可使材料的性能發(fā)生相應(yīng)改變，從而對其使用產(chǎn)生影響。,9,優(yōu)選內(nèi)容,第二節(jié)位錯(cuò)的基本概念,人們最初認(rèn)為晶體是通過剛性滑移而產(chǎn)生塑性變形的。,一、位錯(cuò)概念的引入,晶體的這種滑動(dòng)方式需同時(shí)破壞滑移面上所有原子鍵。,理論計(jì)算所需臨界切應(yīng)力:m=G/30,1、理想晶體的剛性滑移模型,10,優(yōu)選內(nèi)容,實(shí)際上使晶體產(chǎn)生滑移所需的臨界切應(yīng)力只為理論值的百分之一到萬分之一。,實(shí)際晶體的內(nèi)部一定存在著某中缺陷-位錯(cuò)，晶體的滑移正是借助于其內(nèi)部位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，從而使材料在遠(yuǎn)低于其理論屈服強(qiáng)度時(shí)就產(chǎn)生滑移。,位錯(cuò)是晶體中存在的原子面的錯(cuò)排，即晶體中存在的不完全的原子面，是一種線缺陷。,一、位錯(cuò)概念的引入,2、實(shí)際晶體中存在位錯(cuò)的假設(shè),11,優(yōu)選內(nèi)容,赫希（Hirsch）等應(yīng)用相襯法在TEM中直接觀察到了晶體中的位錯(cuò)。,（Ni，F(xiàn)e）Al金屬間化合物中亞晶界處位錯(cuò)的TEM,12,優(yōu)選內(nèi)容,3、實(shí)際晶體中的位錯(cuò)滑移模型,晶體的滑移借助于晶體中存在的一半原子面而產(chǎn)生的位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來完成。晶體滑移的任一瞬間僅需破壞一個(gè)原子鍵。計(jì)算所需切應(yīng)力與實(shí)際值相符，晶體中存在位錯(cuò)的假設(shè)成立！,一、位錯(cuò)概念的引入,13,優(yōu)選內(nèi)容,二、位錯(cuò)的基本類型刃型位錯(cuò),刃型位錯(cuò)的原子模型,晶體中原子面的錯(cuò)排-半原子面的出現(xiàn)而形成，有正、負(fù)位錯(cuò)之分。,稱半原子面的邊緣線EF為位錯(cuò)線。,半原子面的存在在晶體中產(chǎn)生畸變，畸變區(qū)為以半原子面的邊緣線EF為中心的線型區(qū)域。,14,優(yōu)選內(nèi)容,刃型位錯(cuò)的位錯(cuò)線垂直于滑移方向！,位錯(cuò)線不能終止于晶體內(nèi)部，只能在晶體表面露頭、終止于晶界或相界、與其它位錯(cuò)線相交、自行形成封閉的環(huán)！P26幾種形狀的位錯(cuò)線1-35,位錯(cuò)線是未滑移區(qū)與已滑移區(qū)的邊界！,晶體的局部滑移形成刃型位錯(cuò)示意圖,15,優(yōu)選內(nèi)容,二、位錯(cuò)的基本類型螺型位錯(cuò),螺型位錯(cuò)有左右之分！,螺型位錯(cuò)的位錯(cuò)線與滑移方向平行！,BC左邊晶體上下完全吻合，而aa右邊晶體在作用下上下正好滑移一個(gè)晶格常數(shù)，過渡區(qū)晶體滑移小于一個(gè)晶格常數(shù)而產(chǎn)生畸變。BC為位錯(cuò)線！,位錯(cuò)線是未滑移區(qū)與已滑移區(qū)的邊界！位錯(cuò)線不能終止于晶體內(nèi)部，只能在晶體表面露頭、終止于晶界或相界、與其它位錯(cuò)線相交、自行形成封閉的環(huán)！,16,優(yōu)選內(nèi)容,二、位錯(cuò)的基本類型混合位錯(cuò),混合位錯(cuò)的位錯(cuò)線與滑移方向既不垂直也不平行！,混合位錯(cuò)可看出是刃型為位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的組合或疊加！可分解成刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)兩部分！,位錯(cuò)線,17,優(yōu)選內(nèi)容,18,優(yōu)選內(nèi)容,三、位錯(cuò)的柏氏矢量,用來反映位錯(cuò)點(diǎn)陣畸變特征的物理參量。,（2）引入柏氏矢量后，可以使對位錯(cuò)的描述大大簡化。,（1）柏氏矢量表示可以很容易地表征出位錯(cuò)產(chǎn)生的畸變的方向和大小。,（3）柏氏矢量可通過在位錯(cuò)線周圍和理想晶體中以相同的方法和路徑作柏氏回路而求得。,位錯(cuò)的能量，應(yīng)力場，位錯(cuò)受力等，都與b有關(guān)。,19,優(yōu)選內(nèi)容,柏氏矢量的確定方法,刃型位錯(cuò)柏氏矢量的確定方法,20,優(yōu)選內(nèi)容,螺位錯(cuò)的確定方法p29圖1-40,21,優(yōu)選內(nèi)容,柏氏矢量的意義,位錯(cuò)的柏氏矢量描述了位錯(cuò)線上原子的畸變特征，畸變發(fā)生的方向和大?。ㄎ诲e(cuò)的畸變能與柏氏矢量的平方成正比）。,柏氏矢量給出了位錯(cuò)滑移后晶體上、下部產(chǎn)生相對位移的方向和大小-滑移矢量。,對于任意位錯(cuò)，不管其形狀如何，只要知道了它的柏氏矢量，就可得知晶體滑移的大小和方向。,任何一根位錯(cuò)，位錯(cuò)線上各點(diǎn)的柏氏矢量都相同。即對一條位錯(cuò)線而言，其柏氏矢量是固定不變的，此即位錯(cuò)的柏氏矢量的守恒性。,22,優(yōu)選內(nèi)容,刃型位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線垂直！,螺型位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線平行！,混合位錯(cuò)的柏氏矢量與其位錯(cuò)線既不平行也不垂直而呈一定角度！,柏氏矢量的意義,混合位錯(cuò)可分解成刃型分量和螺型分量。,23,優(yōu)選內(nèi)容,柏氏矢量的表示方法,位錯(cuò)的柏氏矢量的表示方法與晶向指數(shù)相似。用晶向指數(shù)表示柏氏矢量的方向，利用其模表示柏氏矢量的大小。,立方晶體,柏氏矢量為：,其大小為：,24,優(yōu)選內(nèi)容,四位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng),位錯(cuò)的滑移：指位錯(cuò)在外力作用下，在滑移面上的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果導(dǎo)致永久形變。位錯(cuò)的攀移：指在熱缺陷的作用下，位錯(cuò)在垂直滑移方向的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果導(dǎo)致空位或間隙原子的增值或減少。,25,優(yōu)選內(nèi)容,位錯(cuò)滑移的滑移面為位錯(cuò)線與柏氏矢量所決定的平面，對刃型位錯(cuò)而言是唯一的，而對螺型位錯(cuò)來說卻不是唯一的。,1、位錯(cuò)的滑移,指位錯(cuò)在切應(yīng)力的作用下，當(dāng)切應(yīng)力達(dá)到某一臨界值時(shí)，沿著一定的晶面-滑移面、在一定的方向-滑移方向上進(jìn)行的移動(dòng)。,位錯(cuò)滑移時(shí)其位錯(cuò)線實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向?yàn)槲诲e(cuò)線的法線方向，位錯(cuò)通過后晶體所產(chǎn)生的滑移方向與柏氏矢量方向相同。,不論刃位錯(cuò)或螺位錯(cuò)，使位錯(cuò)滑移的切應(yīng)力方向與位錯(cuò)的柏氏矢量方向一致。,位錯(cuò)的滑移必須在某一滑移面上切應(yīng)力達(dá)到某一臨界值后才能發(fā)生。,26,優(yōu)選內(nèi)容,（1）刃型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向、切應(yīng)力方向及晶體滑移方向的關(guān)系,1、位錯(cuò)的滑移,27,優(yōu)選內(nèi)容,（2）螺型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向、切應(yīng)力方向及晶體滑移方向的關(guān)系,1、位錯(cuò)的滑移,28,優(yōu)選內(nèi)容,問題1刃型位錯(cuò)滑移后圓形標(biāo)記如何變化？,原始標(biāo)記,刃型滑移后！,29,優(yōu)選內(nèi)容,問題2螺型位錯(cuò)滑移后圓形標(biāo)記如何變化？,原始標(biāo)記,螺型滑移后！,30,優(yōu)選內(nèi)容,問題3：位錯(cuò)環(huán)怎樣滑移？,混合位錯(cuò)，位錯(cuò)環(huán)所在平面平行于柏氏矢量，可滑移!,位錯(cuò)環(huán)沿法線方向向外擴(kuò)展至晶體外消失或向內(nèi)收縮湮滅。,位錯(cuò)環(huán)滑移消失晶體產(chǎn)生滑移臺階。,晶體的滑移方向與柏氏矢量方向一致。,31,優(yōu)選內(nèi)容,問題4：位錯(cuò)環(huán)怎樣滑移？,位錯(cuò)環(huán)所在平面垂直與柏氏矢量，該位錯(cuò)環(huán)不能滑移。,此時(shí)位錯(cuò)環(huán)只能進(jìn)行攀移。,柏氏矢量與位錯(cuò)線垂直，刃型位錯(cuò)。,32,優(yōu)選內(nèi)容,刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng),螺位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng),混合位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng),33,優(yōu)選內(nèi)容,位錯(cuò)的滑移特點(diǎn)總結(jié),34,優(yōu)選內(nèi)容,2、位錯(cuò)的攀移,（1）位錯(cuò)的攀移存在正攀移（原子離開半原子面）和負(fù)攀移兩種情況。,指刃位錯(cuò)的位錯(cuò)線沿著其半原子面的上下運(yùn)動(dòng)。,（2）位錯(cuò)的攀移受應(yīng)力和溫度的影響。,（3）只有刃型位錯(cuò)才能進(jìn)行攀移，螺型位錯(cuò)不能攀移。,（4）位錯(cuò)的攀移比滑移困難得多，因此位錯(cuò)的主要運(yùn)動(dòng)形式為滑移。,（5）位錯(cuò)攀移時(shí)常常形成許多割階。,35,優(yōu)選內(nèi)容,圖刃位錯(cuò)攀移示意圖,（a）正攀移（半原子面縮短）,(b)未攀移,（c）負(fù)攀移（半原子面伸長）,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，只有在高溫下才可能發(fā)生。,36,優(yōu)選內(nèi)容,3、作用在位錯(cuò)線上的力,指沿著位錯(cuò)線前進(jìn)方向上使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的力，一般用Fd表示。,晶體滑移時(shí)，作用于微元位錯(cuò)dL上的力Fd所做的功為：FddLds,（1）位錯(cuò)滑移時(shí)作用在位錯(cuò)線上的力,因?yàn)椋篎ddLds=bdLds,外加切應(yīng)力所做的功為：bdLds,所以有：Fd=b,Fd垂直于位錯(cuò)線沿位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向一致！,（2）位錯(cuò)滑移時(shí)作用在位錯(cuò)線上的力,F力的方向永遠(yuǎn)垂直于位錯(cuò)線，并且指向滑移面上的未滑移區(qū),Fd=b,37,優(yōu)選內(nèi)容,6.位錯(cuò)的交割,在滑移面上運(yùn)動(dòng)的某一位錯(cuò)，必與穿過此滑移面上的其它位錯(cuò)相交截，該過程即為“位錯(cuò)交割”。位錯(cuò)相互切割后，將使位錯(cuò)產(chǎn)生彎折，生成位錯(cuò)折線，這種折線有兩種：割階：垂直滑移面的折線扭折：在滑移面上的折線,38,優(yōu)選內(nèi)容,位錯(cuò)的交割-（1）兩根互相垂直刃型位錯(cuò)的交截a.柏氏矢量互相平行，產(chǎn)生扭折，可消失,AB，xy兩根相互垂直的刃型位錯(cuò)線b1/b2，交截后各自產(chǎn)生一小段PP和QQ的折線，它們均位于原來兩個(gè)滑移面上，為“扭折”。在運(yùn)動(dòng)過程中，這種折線在線張力的作用下可能被拉長而消失。,39,優(yōu)選內(nèi)容,（1）兩根互相垂直刃型位錯(cuò)的交截b、b1b2，當(dāng)xy位錯(cuò)線與不動(dòng)的AB位錯(cuò)交截后，AB產(chǎn)生一個(gè)長度與b1相等的刃型割階PP，PP折線位于Pxy滑移面上,40,優(yōu)選內(nèi)容,位錯(cuò)交割的小結(jié),位錯(cuò)交截后產(chǎn)生“扭折”或“割階”。“扭折”可以是刃型、亦可是“螺型”，可隨位錯(cuò)線一道運(yùn)動(dòng)，幾乎不產(chǎn)生阻力，且它可因位錯(cuò)線張力而消失?！案铍A”都是刃型位錯(cuò)，有滑移割階和攀移割階，割階不會因位錯(cuò)線張力而消失。,41,優(yōu)選內(nèi)容,一般情況下，金屬退火后，位錯(cuò)密度為103-104m/cm3。,五、位錯(cuò)密度,單位體積晶體中所包含的位錯(cuò)線的總長度或穿越單位截面積的位錯(cuò)線的數(shù)目（單位為m-2）。,=S/V或=n/A,一般情況下，金屬強(qiáng)化后的位錯(cuò)密度為10141016m/cm3。,晶須中的位錯(cuò)密僅為10m/cm3左右。,42,優(yōu)選內(nèi)容,1、基本假設(shè)條件,第三節(jié)位錯(cuò)的能量及交互作用,一、位錯(cuò)的應(yīng)變能（與產(chǎn)生此位錯(cuò)所需要做的功數(shù)值相等）,符合虎克定律，非塑性形變將晶體看成連續(xù)的介質(zhì)；將晶體看成各向同性。,當(dāng)材料在外力作用下不能產(chǎn)生位移時(shí)，它的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化，這種形變稱為應(yīng)變（Strain）。材料發(fā)生形變時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定義單位面積上的這種反作用力為應(yīng)力（Stress）。或物體由于外因(受力、濕度變化等)而變形時(shí)，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復(fù)到變形前的位置。按照應(yīng)力和應(yīng)變的方向關(guān)系，可以將應(yīng)力分為正應(yīng)力和切應(yīng)力，正應(yīng)力的方向與應(yīng)變方向平行，而切應(yīng)力的方向與應(yīng)變垂直。,43,優(yōu)選內(nèi)容,為了說明連續(xù)介質(zhì)中存在內(nèi)應(yīng)力，必然引導(dǎo)到位錯(cuò)的概念。沃耳泰拉設(shè)想如下的操作：將介質(zhì)沿一任意面S剖開，施加外力于S面的兩側(cè)，使之產(chǎn)生剛性的相對位移。如果相對位移的操作造成空隙，則用同樣介質(zhì)填補(bǔ)起來；如果介質(zhì)重疊起來了，則將重疊部分挖去。然后將割面重新膠合起來，撤去外力。這樣一來，物體內(nèi)部就有內(nèi)應(yīng)力存在。這里的相對位移可以是平移或旋轉(zhuǎn)。沃耳泰拉曾經(jīng)設(shè)想了六類基本組態(tài),如圖1沃耳泰拉位錯(cuò)示意圖,44,優(yōu)選內(nèi)容,2、螺型位錯(cuò)的應(yīng)變能計(jì)算,螺型位錯(cuò)的圓柱體模型,圍繞一個(gè)螺位錯(cuò)的晶體圓柱體區(qū)域有應(yīng)力場存在。,G切變模量,45,優(yōu)選內(nèi)容,3、刃型位錯(cuò)的應(yīng)變能,位錯(cuò)的應(yīng)變能相當(dāng)大。為降低應(yīng)變能，位錯(cuò)在晶體中各種行為十分活躍，在晶體的塑性變形和強(qiáng)化方面扮演重要角色。,位錯(cuò)作為線性缺陷，所引起的熵增遠(yuǎn)比空位小，不可能抵消應(yīng)變能的增加，位錯(cuò)的存在肯定使體系的自由能增加，故位錯(cuò)為不平衡缺陷。,刃位錯(cuò)上面的原子處于壓應(yīng)力狀態(tài)，為壓應(yīng)力場，刃位錯(cuò)下面的原子處于張應(yīng)力狀態(tài)，為張應(yīng)力場。,46,優(yōu)選內(nèi)容,七、位錯(cuò)的線張力,1、位錯(cuò)線上的張力在數(shù)值上等于其位錯(cuò)能，即T=aGb2,2、線張力使位錯(cuò)自動(dòng)縮短或保持直線狀態(tài)，（位錯(cuò)引起畸變，導(dǎo)致能量升高）平衡時(shí)，單根位錯(cuò)保持直線和最短；三根位錯(cuò)相交時(shí)，節(jié)點(diǎn)處位錯(cuò)的線張力相互平衡。其空間呈網(wǎng)絡(luò)狀分布。,3、當(dāng)位錯(cuò)兩端被固定，受外力而彎曲時(shí)，有下列關(guān)系存在：=Gb/2R,47,優(yōu)選內(nèi)容,位錯(cuò)的增殖1.（F-R源）,AB位錯(cuò)線段兩端固定，在外加切應(yīng)力作用下變彎并向外擴(kuò)張，當(dāng)兩端彎出來的線段相互靠近時(shí)，由于兩者分屬左、右螺型，抵消并形成一閉合位錯(cuò)環(huán)和環(huán)內(nèi)一小段彎曲位錯(cuò)線，然后繼續(xù)。已知使位錯(cuò)線彎曲至曲率半徑為R時(shí)所需切應(yīng)力為：,退火狀態(tài)金屬的位錯(cuò)密度為106108/cm2。冷加工狀態(tài)金屬的位錯(cuò)密度為10101012/cm2，說明位錯(cuò)增殖。,48,優(yōu)選內(nèi)容,驅(qū)動(dòng)力-體系的自由能下降；影響因素-原子大小、溫度等結(jié)果-固溶強(qiáng)化、柯垂耳氣團(tuán)。,2、位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷的交互作用,擇優(yōu)分布在刃型位錯(cuò)的張力區(qū)并緊靠位錯(cuò)線的點(diǎn)缺陷形成所謂的科垂耳氣團(tuán),49,優(yōu)選內(nèi)容,3、兩平行螺位錯(cuò)間的相互作用,同方向位錯(cuò)相互排斥；異方向位錯(cuò)相互吸引。,作用力大小：,50,優(yōu)選內(nèi)容,4、兩平行刃位錯(cuò)間的相互作用,位于同一滑移面上的同號位錯(cuò)相互排斥而遠(yuǎn)離；異號位錯(cuò)相互吸引，相互接近而抵消。不在同一滑移面上的同號位錯(cuò)排列成穩(wěn)定形態(tài)。,刃位錯(cuò)的穩(wěn)定排列方式,51,優(yōu)選內(nèi)容,b前=b后即反應(yīng)前、后位錯(cuò)在三維方向的分矢量之和必須相等。,八、位錯(cuò)的分解與合成（p43）,1、位錯(cuò)反應(yīng),位錯(cuò)分解和合成的總稱。其驅(qū)動(dòng)力為體系自由能的降低。,（1）位錯(cuò)反應(yīng)的條件,b2前b2后即位錯(cuò)反應(yīng)后的能量必須降低。,幾何條件,能量條件,例題：p5311,52,優(yōu)選內(nèi)容,2、實(shí)際晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量,柏氏矢量等于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)稱為全位錯(cuò)或單位位錯(cuò)。,（3）位錯(cuò)的柏氏矢量越小，則其具有的能量越低，位錯(cuò)就越穩(wěn)定。大位錯(cuò)可以通過位錯(cuò)反應(yīng)分解成小位錯(cuò)；全位錯(cuò)可以通過位錯(cuò)反應(yīng)分解成不全位錯(cuò)。,柏氏矢量小于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)稱為不全位錯(cuò)。,（1)全位錯(cuò),面心立方點(diǎn)陣和體心立方點(diǎn)陣的全位錯(cuò)為？,（2）不全位錯(cuò),p41,圖1不同取向晶體位錯(cuò)組態(tài)的形成原因位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與滑移系選擇：(a)潛在柏氏矢量；(b)滑移與剪切系統(tǒng)；(c)位錯(cuò)組態(tài)的運(yùn)動(dòng)；(d),(e),(f)滑移與剪切系統(tǒng)的選擇。,53,優(yōu)選內(nèi)容,一個(gè)柏氏矢量為2a的大位錯(cuò)分解成兩個(gè)柏氏矢量為a的小位錯(cuò)的反應(yīng),大位錯(cuò)分解成小位錯(cuò),54,優(yōu)選內(nèi)容,3、面心立方晶體中全位錯(cuò)的分解及擴(kuò)展位錯(cuò),（1）肖克萊不全位錯(cuò),面心立方晶體中位錯(cuò)的滑移面為111面，滑移面上的全位錯(cuò)為。,面心立方晶體中的全位錯(cuò)為可分解成兩個(gè)不全位錯(cuò)。此不全位錯(cuò)稱為肖克萊不全位錯(cuò)。,55,優(yōu)選內(nèi)容,（2）肖克萊不全位錯(cuò)反應(yīng)及其條件,Thompson四面體，用于FCC結(jié)構(gòu)中位錯(cuò)的表述,56,優(yōu)選內(nèi)容,分解后的兩個(gè)肖克萊不全位錯(cuò)包含有相同的分量，它們之間相互排斥彼此分開；而另一方面由于該兩位錯(cuò)是由一全位錯(cuò)分解而成的，在其三個(gè)位錯(cuò)的連接處始終存在一節(jié)點(diǎn)，從而使兩分位錯(cuò)終保持聯(lián)系，成為不可分割的位錯(cuò)對。上述矛盾的結(jié)果產(chǎn)生了擴(kuò)展位錯(cuò)：即形成了一對不全位錯(cuò)及其中間夾的層錯(cuò)帶。,（3）擴(kuò)展位錯(cuò)的形成,57,優(yōu)選內(nèi)容,（4）堆垛層錯(cuò)及其能量,兩分位錯(cuò)之間的層錯(cuò)帶中原子的正常排列遭到破壞，使面心立方的ABCABCABC的堆垛方式出現(xiàn)了錯(cuò)亂，出現(xiàn)ABCACABC，稱為層錯(cuò)-堆垛層錯(cuò)。,由于層錯(cuò)的存在而使位錯(cuò)的能量得到了進(jìn)一步的升高，這部分能量稱為層錯(cuò)能。記為。,58,優(yōu)選內(nèi)容,面心立方晶體中全位錯(cuò)的滑移,位錯(cuò)全滑移后原子的堆垛方式?jīng)]有改變！,59,優(yōu)選內(nèi)容,面心立方晶體中不全位錯(cuò)的滑移,位錯(cuò)不全滑移后原子的堆垛方式發(fā)生了改變！,60,優(yōu)選內(nèi)容,（5）擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度,層錯(cuò)能的作用使層錯(cuò)區(qū)收縮。,兩個(gè)分位錯(cuò)之間的作用力使兩位錯(cuò)分開。,當(dāng)而者之間達(dá)到平衡時(shí)即形成了穩(wěn)定的擴(kuò)展位錯(cuò)。,此時(shí)擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度（平衡寬度）d為:,可見，擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度與層錯(cuò)能成反比。,61,優(yōu)選內(nèi)容,如何認(rèn)識晶體缺陷在材料科學(xué)中的重要意義？,晶體缺陷名為缺陷，但實(shí)際上是材料科學(xué)與工程的重要基礎(chǔ)，例如完美的晶體人們難以改變其性質(zhì)，而