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1、晶晶 體體 缺缺 陷陷概念及分類概念及分類0點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷1位錯(cuò)的基本知識(shí)位錯(cuò)的基本知識(shí)2位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)3位錯(cuò)的生成與增殖位錯(cuò)的生成與增殖5位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)4實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)6缺陷的概念及分類缺陷的概念及分類平移對(duì)稱性的平移對(duì)稱性的示圖示圖 一、缺陷的概念一、缺陷的概念平移對(duì)稱性的破壞平移對(duì)稱性的破壞缺陷的概念及分類缺陷的概念及分類特點(diǎn):特點(diǎn):晶體缺陷晶體缺陷普遍存在普遍存在晶體缺陷數(shù)量上晶體缺陷數(shù)量上微不足道微不足道 例如例如,2020時(shí),時(shí),CuCu的空位濃度為的空位濃度為3.83.81010-17-17;充分充分退火后退火后FeFe中的位錯(cuò)密度為中的位錯(cuò)密
2、度為10101212m m-2-2。(空位、空位、位錯(cuò)位錯(cuò)都是將要都是將要介紹的缺陷形態(tài))介紹的缺陷形態(tài))。 對(duì)某些結(jié)構(gòu)對(duì)某些結(jié)構(gòu)敏感性敏感性能影響巨大能影響巨大二、缺陷的分類二、缺陷的分類缺陷的概念及分類缺陷的概念及分類 按照按照破壞區(qū)域的幾何特征,缺陷可以分為四類:破壞區(qū)域的幾何特征,缺陷可以分為四類: 缺陷類型缺陷類型線缺陷線缺陷面缺陷面缺陷體缺陷體缺陷點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(Point Defect)(Point Defect):在三維方向上尺寸都很小,:在三維方向上尺寸都很小,又稱零維缺陷。(又稱零維缺陷。(空位、間隙原子及雜質(zhì)原子空位、間隙原子及雜質(zhì)原子等);等); 線缺陷線缺陷
3、(Line Defect)(Line Defect):在空間兩個(gè)方向尺寸很小,:在空間兩個(gè)方向尺寸很小,一個(gè)方向尺寸較大,又稱一維缺陷。(一個(gè)方向尺寸較大,又稱一維缺陷。(位錯(cuò)位錯(cuò),本章重,本章重點(diǎn)討論對(duì)象);點(diǎn)討論對(duì)象); 面缺陷面缺陷(Plane Defect)(Plane Defect):在空間一個(gè)方向尺寸很小,:在空間一個(gè)方向尺寸很小,另兩個(gè)方向尺寸較大,又稱二維缺陷。(另兩個(gè)方向尺寸較大,又稱二維缺陷。(晶界、相界、晶界、相界、晶體表面及層錯(cuò)晶體表面及層錯(cuò)等);等); 體缺陷體缺陷:在三維方向上尺度都較大,又稱三維缺陷。:在三維方向上尺度都較大,又稱三維缺陷。(沉淀相、氣孔等)。(沉
4、淀相、氣孔等)。 缺陷的概念及分類缺陷的概念及分類多多晶晶體體中中的的常常見(jiàn)見(jiàn)缺缺陷陷模模擬擬圖圖7.1 7.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(Point Defect)(Point Defect)7.1.1 7.1.1 點(diǎn)缺陷的形成點(diǎn)缺陷的形成一、點(diǎn)缺陷的類型一、點(diǎn)缺陷的類型 在點(diǎn)陣節(jié)點(diǎn)上或鄰近的區(qū)域內(nèi)偏離在點(diǎn)陣節(jié)點(diǎn)上或鄰近的區(qū)域內(nèi)偏離晶體結(jié)構(gòu),包括晶體結(jié)構(gòu),包括空位空位、自間隙原子、外來(lái)間隙原子、置換原子等、自間隙原子、外來(lái)間隙原子、置換原子等。1 1、空位空位 原子原子脫離了正常格點(diǎn)脫離了正常格點(diǎn),在在原來(lái)的位置上留下原來(lái)的位置上留下了了空節(jié)點(diǎn)。空節(jié)點(diǎn)。2 2、間隙原子間隙原子 進(jìn)入進(jìn)入點(diǎn)陣間隙中的原點(diǎn)
5、陣間隙中的原子。子。7.1 7.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(Point Defect)(Point Defect)空位和間隙原子作為缺陷,會(huì)引起點(diǎn)陣對(duì)空位和間隙原子作為缺陷,會(huì)引起點(diǎn)陣對(duì)稱性的稱性的破壞,并引起晶格畸變。破壞,并引起晶格畸變。7.1 7.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(Point Defect)(Point Defect)二、點(diǎn)缺陷的形成二、點(diǎn)缺陷的形成 熱運(yùn)動(dòng)熱運(yùn)動(dòng),具有足夠能量的,具有足夠能量的原子離開(kāi)原子離開(kāi)原來(lái)位置。原來(lái)位置。離位原子離位原子遷移到晶體的表面或晶界遷移到晶體的表面或晶界-肖脫基空位肖脫基空位;離位原子離位原子擠入晶體的間隙位置,在晶體內(nèi)部擠入晶體的間隙位置,在晶體內(nèi)部同時(shí)形同時(shí)
6、形 成成數(shù)目相等的空位和間隙原子數(shù)目相等的空位和間隙原子-弗蘭克空位弗蘭克空位。7.1 7.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(Point Defect)(Point Defect)三三、離子晶體中的點(diǎn)缺陷離子晶體中的點(diǎn)缺陷 肖脫基缺陷:為了肖脫基缺陷:為了維持電性的中性維持電性的中性,出現(xiàn),出現(xiàn)空位團(tuán),空位團(tuán)由正離子和負(fù)離子空位空位團(tuán),空位團(tuán)由正離子和負(fù)離子空位組成。組成。7.1 7.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(Point Defect)(Point Defect)弗蘭克缺陷:弗蘭克缺陷:在離子晶體中把離子從正常在離子晶體中把離子從正常位置位置移入移入附近的間隙位置,這樣就形成弗蘭克缺陷附近的間隙位置,這樣就形成弗蘭克
7、缺陷對(duì)。對(duì)。 7.1 7.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(Point Defect)(Point Defect)7.1.2 7.1.2 點(diǎn)缺陷的平衡濃度點(diǎn)缺陷的平衡濃度 晶體中出現(xiàn)點(diǎn)缺陷后,對(duì)體系存在兩種相反的影響:晶體中出現(xiàn)點(diǎn)缺陷后,對(duì)體系存在兩種相反的影響:造成造成點(diǎn)陣畸變,使晶體的內(nèi)能增加,提高了系統(tǒng)的點(diǎn)陣畸變,使晶體的內(nèi)能增加,提高了系統(tǒng)的自由能,降低了晶體的穩(wěn)定性;自由能,降低了晶體的穩(wěn)定性;增加了點(diǎn)陣排列的混亂度,系統(tǒng)的微觀狀態(tài)數(shù)目發(fā)增加了點(diǎn)陣排列的混亂度,系統(tǒng)的微觀狀態(tài)數(shù)目發(fā)生變化,使體系的組態(tài)熵增加,引起自由能下降生變化,使體系的組態(tài)熵增加,引起自由能下降。7.1 7.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(Po
8、int Defect)(Point Defect)當(dāng)內(nèi)能和組當(dāng)內(nèi)能和組態(tài)熵達(dá)到態(tài)熵達(dá)到統(tǒng)一統(tǒng)一時(shí),系統(tǒng)就達(dá)時(shí),系統(tǒng)就達(dá)到平衡到平衡。由此由此確定的確定的點(diǎn)缺陷濃度即點(diǎn)缺陷濃度即為該溫度下的為該溫度下的平衡濃度。平衡濃度。7.1 7.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(Point Defect)(Point Defect) 系統(tǒng)系統(tǒng)的自由能的自由能FUTS 設(shè)設(shè)一完整晶體中總共有一完整晶體中總共有N個(gè)同類原子排列在個(gè)同類原子排列在N個(gè)陣點(diǎn)上。若個(gè)陣點(diǎn)上。若將其中將其中n個(gè)原子從晶體內(nèi)部移至晶體表面,則可形成個(gè)原子從晶體內(nèi)部移至晶體表面,則可形成n個(gè)肖脫基個(gè)肖脫基空位,假定空位,假定空位的形成能為空位的形成能為Ef
9、,則晶體內(nèi)能將增加,則晶體內(nèi)能將增加D DUnEf。 另一方面,空位形成后,由于晶體比原來(lái)增加了另一方面,空位形成后,由于晶體比原來(lái)增加了n個(gè)空位,個(gè)空位,因此晶體的組態(tài)熵(混合熵)增大。因此晶體的組態(tài)熵(混合熵)增大。 根據(jù)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)原理,組態(tài)熵可表示為:根據(jù)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)原理,組態(tài)熵可表示為:Sc = klnW 其中其中k為玻爾茲曼常數(shù)為玻爾茲曼常數(shù)(1.3810-23J/K), W W為微觀狀態(tài)數(shù):為微觀狀態(tài)數(shù):7.1 7.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(Point Defect)(Point Defect)!)!(nNnN W!)!(lnnNnNkSC 由于由于(N+n)!/(N!n!)中各項(xiàng)的數(shù)目都很
10、大中各項(xiàng)的數(shù)目都很大(Nn1),可用斯特林可用斯特林(Stirling)近似公式近似公式lnx!xlnxx(x1時(shí)時(shí))將上式簡(jiǎn)化:將上式簡(jiǎn)化:lnln)ln()(nnNNnNnNkScD7.1 7.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(Point Defect)(Point Defect)0DTnFvfSTnnNNnNnNnkTEDlnln)ln()(0lnDvfSTnnNkTE 此時(shí)系統(tǒng)自由能變化此時(shí)系統(tǒng)自由能變化D DF:)(VcfSSTnESTUFDDDDDvfSnTnnNNnNnNkTnEDlnln)ln()( 在平衡態(tài),自由能應(yīng)為最小,即在平衡態(tài),自由能應(yīng)為最小,即:7.1 7.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(Poi
11、nt Defect)(Point Defect) 將將上式中指數(shù)的分子分母同乘以阿伏加德羅常數(shù)上式中指數(shù)的分子分母同乘以阿伏加德羅常數(shù)NA:式式中中Qf為形成為形成1mol空位所需作的空位所需作的功功(空位形成激活能)空位形成激活能),R為氣體常數(shù)(為氣體常數(shù)(8.31J/mol)。)。 按照類似的方法,也可求得間隙原子的平衡濃度:按照類似的方法,也可求得間隙原子的平衡濃度:可得可得空位平衡濃度空位平衡濃度:exp ()/exp(/)fvfnCET SkTAEkTN D/)exp(/)exp(AAffN EkN TAQRTnCNexp(/)fAEkTnCN7.1 7.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(Poin
12、t Defect)(Point Defect)缺陷類缺陷類型型形成能形成能(eV)(eV)不同溫度下不同溫度下FeFe中的缺陷平衡濃度中的缺陷平衡濃度5735731073107315731573空空 位位1 11010-17-171010-7-71010-4-4間隙原間隙原子子4 41010-67-671010-25-251010-15-15 間隙原子與空位相比數(shù)量可忽略不計(jì);間隙原子與空位相比數(shù)量可忽略不計(jì); 肖脫基空位形成遠(yuǎn)比弗蘭克空位更容易。肖脫基空位形成遠(yuǎn)比弗蘭克空位更容易。7.1 7.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(Point Defect)(Point Defect)7.1.3 7.1.3 點(diǎn)缺
13、陷的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)空位遷移空位遷移7.1 7.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(Point Defect)(Point Defect)間隙原子移動(dòng)間隙原子移動(dòng)7.1 7.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(Point Defect)(Point Defect)7.1.4 7.1.4 點(diǎn)缺陷對(duì)材料性能的影響點(diǎn)缺陷對(duì)材料性能的影響1 1、電阻率的變化、電阻率的變化淬火溫度淬火溫度T()30050070010001500電阻率電阻率10-8 (cm)12.29012.54812.68612.81912.966 2.密度的變化密度的變化 晶體體積膨脹,密度減小。晶體體積膨脹,密度減小。 例如,形成一個(gè)肖脫基空位,晶體增加一個(gè)原子體積
14、??紤]例如,形成一個(gè)肖脫基空位,晶體增加一個(gè)原子體積??紤]空位周圍原子收縮,約增大空位周圍原子收縮,約增大0.5倍原子體積。倍原子體積。 一個(gè)間隙原子引起一個(gè)間隙原子引起12倍原子體積膨脹。倍原子體積膨脹。7.1 7.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷(Point Defect)(Point Defect)7.1.5 7.1.5 熱力學(xué)非平衡點(diǎn)缺陷熱力學(xué)非平衡點(diǎn)缺陷1 1、淬火:將晶體加熱到、淬火:將晶體加熱到高溫急冷,使高溫急冷,使空位在冷卻過(guò)空位在冷卻過(guò)程中來(lái)不及消失,在低溫時(shí)保留下來(lái),形成過(guò)飽和空程中來(lái)不及消失,在低溫時(shí)保留下來(lái),形成過(guò)飽和空位;位;2 2、輻照、輻照:高能粒子轟擊,形成弗蘭克缺陷。:高能
15、粒子轟擊,形成弗蘭克缺陷。 如如:每個(gè)直接被快中子:每個(gè)直接被快中子(1Mev)(1Mev)擊中的原子,大約擊中的原子,大約可產(chǎn)生可產(chǎn)生100100200200對(duì)空位和間隙原子;對(duì)空位和間隙原子;3 3、塑性變形:晶體塑性變形時(shí),通過(guò)位錯(cuò)的相互作、塑性變形:晶體塑性變形時(shí),通過(guò)位錯(cuò)的相互作用也可產(chǎn)生大量用也可產(chǎn)生大量的過(guò)飽和點(diǎn)缺陷。的過(guò)飽和點(diǎn)缺陷。7.2 7.2 位錯(cuò)位錯(cuò) (Dislocation)(Dislocation)晶體生長(zhǎng)和相變過(guò)程常常依賴位錯(cuò)進(jìn)行晶體生長(zhǎng)和相變過(guò)程常常依賴位錯(cuò)進(jìn)行金剛砂晶體生長(zhǎng)的螺線金剛砂晶體生長(zhǎng)的螺線7.2 7.2 位錯(cuò)位錯(cuò) (Dislocation)(Dislo
16、cation)晶體的力學(xué)性能與位錯(cuò)密切相關(guān)晶體的力學(xué)性能與位錯(cuò)密切相關(guān)7.2 7.2 位錯(cuò)的基本知識(shí)位錯(cuò)的基本知識(shí)7.2.1 7.2.1 位錯(cuò)概念的產(chǎn)生位錯(cuò)概念的產(chǎn)生 是對(duì)晶體塑性變形過(guò)程研究的結(jié)果是對(duì)晶體塑性變形過(guò)程研究的結(jié)果鈷單晶形變掃描電鏡圖鈷單晶形變掃描電鏡圖7.2 7.2 位錯(cuò)的基本知識(shí)位錯(cuò)的基本知識(shí)滑移系滑移系研究結(jié)果表明晶體塑性變形與晶體結(jié)構(gòu)存在相關(guān)性:研究結(jié)果表明晶體塑性變形與晶體結(jié)構(gòu)存在相關(guān)性: 滑移面滑移面 滑移方向滑移方向 臨界切應(yīng)力臨界切應(yīng)力:導(dǎo)致滑移的滑移面滑移方向上最小:導(dǎo)致滑移的滑移面滑移方向上最小切應(yīng)力切應(yīng)力。7.2 7.2 位錯(cuò)的基本知識(shí)位錯(cuò)的基本知識(shí)上述過(guò)程
17、的宏觀特征:上述過(guò)程的宏觀特征:上述過(guò)程的微觀特征:上述過(guò)程的微觀特征:7.2 7.2 位錯(cuò)的基本知識(shí)位錯(cuò)的基本知識(shí)19261926年晶體屈服強(qiáng)度的計(jì)算:弗蘭克年晶體屈服強(qiáng)度的計(jì)算:弗蘭克(Frenkel)(Frenkel)的剛體模型的剛體模型晶體:完整的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu),平行于滑移面的原子面間距為晶體:完整的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu),平行于滑移面的原子面間距為a a。7.2 7.2 位錯(cuò)的基本知識(shí)位錯(cuò)的基本知識(shí)假定假定t t是是x的正弦函數(shù):的正弦函數(shù): 其中其中t tm對(duì)應(yīng)正弦函數(shù)的振幅,對(duì)應(yīng)正弦函數(shù)的振幅,a是周期。是周期。t tm估計(jì):估計(jì): 一方面,考慮位移很小一方面,考慮位移很小( (x0)(y0),xx
18、xx00,說(shuō)明晶體受壓應(yīng)力;不包,說(shuō)明晶體受壓應(yīng)力;不包含半原子面的晶體含半原子面的晶體(y0)(y00,說(shuō)明晶體受拉應(yīng)力。,說(shuō)明晶體受拉應(yīng)力。 在滑移面上(在滑移面上(y=0y=0),只有切應(yīng)力,沒(méi)有正應(yīng)力;當(dāng)),只有切應(yīng)力,沒(méi)有正應(yīng)力;當(dāng)x=0 x=0或或|x|=|y|x|=|y|時(shí)時(shí),無(wú)切應(yīng)力。,無(wú)切應(yīng)力。7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)刃位錯(cuò)應(yīng)力分量符號(hào)與位置的關(guān)系刃位錯(cuò)應(yīng)力分量符號(hào)與位置的關(guān)系7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4.2 7.4.2 位錯(cuò)的應(yīng)變能位錯(cuò)的應(yīng)變能 位錯(cuò)中心的能量位錯(cuò)中心的能量E Ec c: 點(diǎn)陣畸變很大,點(diǎn)陣模型,點(diǎn)陣畸變很大,點(diǎn)陣模
19、型,1/10-1/151/10-1/15 位錯(cuò)中心區(qū)域以外的能量位錯(cuò)中心區(qū)域以外的能量E Ee e:彈性力學(xué)理論:彈性力學(xué)理論 采用連續(xù)介質(zhì)彈性力學(xué)模型根據(jù)單位長(zhǎng)度位錯(cuò)所作的采用連續(xù)介質(zhì)彈性力學(xué)模型根據(jù)單位長(zhǎng)度位錯(cuò)所作的功功7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)韌性位錯(cuò)的應(yīng)變能,如圖,韌性位錯(cuò)的應(yīng)變能,如圖,單位長(zhǎng)度單位長(zhǎng)度韌位錯(cuò)韌位錯(cuò)假設(shè)從完整晶體至目前狀態(tài)逐步進(jìn)行:假設(shè)從完整晶體至目前狀態(tài)逐步進(jìn)行:7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)同樣可得螺型位錯(cuò)應(yīng)變能:同樣可得螺型位錯(cuò)應(yīng)變能:02ln4rRGbEseseeeEE)1 (1 考慮到一般金屬的泊松比考慮到一般金屬的泊松比v
20、v0.30.30.40.4,若取,若取 =1/3=1/3,則刃型位錯(cuò)的彈性應(yīng),則刃型位錯(cuò)的彈性應(yīng)變能比螺型位錯(cuò)約大變能比螺型位錯(cuò)約大50%50%。7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)對(duì)混合位錯(cuò):對(duì)混合位錯(cuò):02022022ln4ln4cosln)1 (4sinrRkGbrRGbrRGbEEEseeeme2cos1)1 (K,混合位錯(cuò)的角度因素,混合位錯(cuò)的角度因素,k k110.75 0.75 位錯(cuò)應(yīng)變能與位錯(cuò)應(yīng)變能與b b2 2成正比。因此,成正比。因此,|b|b|小的位錯(cuò)更穩(wěn)定,因而小的位錯(cuò)更穩(wěn)定,因而|b|b|大的位錯(cuò)可能分解為大的位錯(cuò)可能分解為|b|b|小的位錯(cuò),以降低系統(tǒng)能量,
21、同時(shí)小的位錯(cuò),以降低系統(tǒng)能量,同時(shí)位 錯(cuò) 滑 移 方 向 一 般 都 是 沿 原 子 的 密 排 方 向位 錯(cuò) 滑 移 方 向 一 般 都 是 沿 原 子 的 密 排 方 向 ; ; 單位長(zhǎng)度單位長(zhǎng)度位錯(cuò)應(yīng)變能可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為位錯(cuò)應(yīng)變能可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為 E=aGbE=aGb2 2 ,a a取取0.50.51 17.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4.3 7.4.3 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力和阻力位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力和阻力一、位錯(cuò)滑移的動(dòng)力一、位錯(cuò)滑移的動(dòng)力 位錯(cuò)在外切應(yīng)力作用下,將會(huì)在滑移面上產(chǎn)生滑移運(yùn)動(dòng)。位錯(cuò)在外切應(yīng)力作用下,將會(huì)在滑移面上產(chǎn)生滑移運(yùn)動(dòng)。由于位錯(cuò)的滑移方向總是與位錯(cuò)線垂直,因此,可以
22、理解為有由于位錯(cuò)的滑移方向總是與位錯(cuò)線垂直,因此,可以理解為有一垂直于位錯(cuò)線的力作用在位錯(cuò)線一垂直于位錯(cuò)線的力作用在位錯(cuò)線上。上。 如果如果作用在位錯(cuò)線的力為作用在位錯(cuò)線的力為F F,并使位錯(cuò)位移,并使位錯(cuò)位移dsds,該力做功,該力做功為為W W,則有:,則有:F = dW / ds7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)設(shè)位錯(cuò)貫穿晶體長(zhǎng)度為設(shè)位錯(cuò)貫穿晶體長(zhǎng)度為l, ,當(dāng)滑移當(dāng)滑移dsds距離時(shí),法向力作功為距離時(shí),法向力作功為FdsFds。若晶體滑移面總面積為若晶體滑移面總面積為A A,位錯(cuò)滑移,位錯(cuò)滑移dsds距離使滑移區(qū)同樣增加距離使滑移區(qū)同樣增加dsds距離,產(chǎn)生的滑移量為距離,
23、產(chǎn)生的滑移量為 ,分切應(yīng)力所作的功,分切應(yīng)力所作的功 bAldsbAldsAtbldsFdstblFtblFft/單位長(zhǎng)度位錯(cuò)受力:?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度位錯(cuò)受力:7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)二、位錯(cuò)滑移的點(diǎn)陣阻力二、位錯(cuò)滑移的點(diǎn)陣阻力 位錯(cuò)所受滑移力大于滑移的阻力時(shí),位錯(cuò)就可滑動(dòng)。位錯(cuò)位錯(cuò)所受滑移力大于滑移的阻力時(shí),位錯(cuò)就可滑動(dòng)。位錯(cuò)移動(dòng)時(shí)受到周期性的期性的晶格阻力,稱移動(dòng)時(shí)受到周期性的期性的晶格阻力,稱Peierls-NabarroPeierls-Nabarro力力(P-NP-N模型)。模型)。7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)P-NP-N力相當(dāng)于在理想簡(jiǎn)單立方晶體中使一刃位錯(cuò)
24、運(yùn)動(dòng)所需的臨力相當(dāng)于在理想簡(jiǎn)單立方晶體中使一刃位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所需的臨近切應(yīng)力。近切應(yīng)力。7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)注意:注意:7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4.4 7.4.4 位錯(cuò)的線張力位錯(cuò)的線張力 因?yàn)槲诲e(cuò)能量與位錯(cuò)線的長(zhǎng)度成正比,所以它有盡可能縮因?yàn)槲诲e(cuò)能量與位錯(cuò)線的長(zhǎng)度成正比,所以它有盡可能縮短其長(zhǎng)度而降低自由能的趨勢(shì)。短其長(zhǎng)度而降低自由能的趨勢(shì)。 定義:位錯(cuò)線增加單位長(zhǎng)度時(shí),引起晶體能量的增加,即,定義:位錯(cuò)線增加單位長(zhǎng)度時(shí),引起晶體能量的增加,即,單位長(zhǎng)度位錯(cuò)的應(yīng)變能(數(shù)量級(jí)為單位長(zhǎng)度位錯(cuò)的應(yīng)變能(數(shù)量級(jí)為G
25、bGb2 2)2GbT221GbT 考慮到位錯(cuò)通常都是彎曲的:考慮到位錯(cuò)通常都是彎曲的:7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)2sin2tdTdsb22sinddrdds rGbrTb22trGbbrT2t tt t或7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4.5 7.4.5 位錯(cuò)間的相互作用力位錯(cuò)間的相互作用力1 1、平行螺位錯(cuò)間的力、平行螺位錯(cuò)間的力位錯(cuò)位錯(cuò)b b1 1在在(r(r,)處的切應(yīng)力為:處的切應(yīng)力為:rGbzt21顯然,位錯(cuò)顯然,位錯(cuò)b b2 2在在t t Z Z作用下受到的力為:作用下受到的力為:rbGbbfzrt22127.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性
26、性質(zhì)2 2、平行刃位錯(cuò)間的力、平行刃位錯(cuò)間的力 b b1 1應(yīng)力場(chǎng)中,應(yīng)力場(chǎng)中,只有切應(yīng)力分量只有切應(yīng)力分量yxyx和正應(yīng)力分量和正應(yīng)力分量xxxx對(duì)位錯(cuò)對(duì)位錯(cuò)b b2 2起作用,前者驅(qū)使其沿起作用,前者驅(qū)使其沿X X軸方向滑移,后者驅(qū)使其沿軸方向滑移,后者驅(qū)使其沿Y Y軸方向攀軸方向攀移。這兩個(gè)力分別為移。這兩個(gè)力分別為:22222212)()()1 (2yxyxxbGbbfyxxt22222212)()3()1 (2yxyxybGbbfxxy/4/4xxyy7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)22222212)()()1 (2yxyxxbGbbfyxxt22222212)()3()
27、1 (2yxyxybGbbfxxy同號(hào)刃性位錯(cuò)的交互作用同號(hào)刃性位錯(cuò)的交互作用 異號(hào)刃位錯(cuò)的交互作用異號(hào)刃位錯(cuò)的交互作用7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)其他情況位錯(cuò)相互作用(了解)其他情況位錯(cuò)相互作用(了解)7.4.6 7.4.6 位錯(cuò)塞積位錯(cuò)塞積7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì) 塞積群在垂直于位錯(cuò)線方向的長(zhǎng)度,對(duì)于刃型位錯(cuò)為塞積群在垂直于位錯(cuò)線方向的長(zhǎng)度,對(duì)于刃型位錯(cuò)為nGb/tt (1-v),對(duì)于螺型位錯(cuò)為,對(duì)于螺型位錯(cuò)為nGb/tt,其中,其中n為塞積群中的位錯(cuò)總數(shù),為塞積群中的位錯(cuò)總數(shù),t t為外加切應(yīng)力(實(shí)際上應(yīng)為減掉晶格阻力之后的有效切應(yīng)力)。為外加切應(yīng)力(
28、實(shí)際上應(yīng)為減掉晶格阻力之后的有效切應(yīng)力)??梢?jiàn)塞積群的長(zhǎng)度正比于可見(jiàn)塞積群的長(zhǎng)度正比于n,反比于,反比于t t。 當(dāng)有當(dāng)有n個(gè)位錯(cuò)被外加切應(yīng)力個(gè)位錯(cuò)被外加切應(yīng)力t t推向障礙物時(shí),在塞積群的前端推向障礙物時(shí),在塞積群的前端將產(chǎn)生將產(chǎn)生n倍于外力的應(yīng)力集中。倍于外力的應(yīng)力集中。 7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)刃型位錯(cuò)塞積造成的微裂紋刃型位錯(cuò)塞積造成的微裂紋7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4.7 7.4.7 運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的交割運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的交割 割階割階 扭折扭折 1 1、兩刃型位錯(cuò)的交割、兩刃型位錯(cuò)的交割7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性
29、性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)2 2、刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)的交割、刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)的交割7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)3 3、兩螺型位錯(cuò)的交割、兩螺型位錯(cuò)的交割7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)帶刃型割階的螺型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)帶刃型割階的螺型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)帶帶刃刃型型割割階階的的螺螺型型位位錯(cuò)錯(cuò)的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)帶小割階位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)帶小割階位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)帶位錯(cuò)偶極的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)帶位錯(cuò)偶極的位錯(cuò)運(yùn)
30、動(dòng)帶大割階位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)帶大割階位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)7.4.8 7.4.8 位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷的交互作用位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷的交互作用 科垂耳科垂耳(Cottrell)(Cottrell):簡(jiǎn)化模型首:簡(jiǎn)化模型首先假定:晶體為連續(xù)彈性介質(zhì);溶先假定:晶體為連續(xù)彈性介質(zhì);溶質(zhì)原子為剛球;溶質(zhì)原子所引起的畸質(zhì)原子為剛球;溶質(zhì)原子所引起的畸變是球面對(duì)稱的。變是球面對(duì)稱的。( (只存在于刃位錯(cuò)中)只存在于刃位錯(cuò)中)100rrr錯(cuò)配度錯(cuò)配度 304rV DVvvGbAD)1 (3)1 ( rAU sin刃位錯(cuò)和溶質(zhì)原子交互作用能為刃位錯(cuò)和溶質(zhì)原子交互作用能為7.7.4 4 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)
31、的彈性性質(zhì)位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的相互作用示意圖位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的相互作用示意圖 由于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)有相互作用,若溫度和時(shí)間允許,它由于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)有相互作用,若溫度和時(shí)間允許,它們將向位錯(cuò)附近聚集,形成溶質(zhì)原子氣團(tuán)即所謂的們將向位錯(cuò)附近聚集,形成溶質(zhì)原子氣團(tuán)即所謂的柯垂耳柯垂耳(Cottrell)(Cottrell)氣團(tuán)氣團(tuán),使位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)受到限制。,使位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)受到限制。7.7.5 5 位錯(cuò)的位錯(cuò)的生成與增殖生成與增殖7.5.1 7.5.1 位錯(cuò)密度位錯(cuò)密度VLVSnS 嚴(yán)格地說(shuō)嚴(yán)格地說(shuō)v v與與s s是不同的。一般來(lái)說(shuō)是不同的。一般來(lái)說(shuō)v v s s。 一些實(shí)例:一些實(shí)例: 1 1、劇烈冷加工的晶
32、體:、劇烈冷加工的晶體: s s = 10 = 101616m m-2-2。 2 2、充分退火的金屬晶體:、充分退火的金屬晶體: s s = = 10108 810101212m m-2-2。 3 3、精心制備超純半導(dǎo)體:、精心制備超純半導(dǎo)體: s s = 10 = 106 6m m-2-2。即使在即使在s s=10=101616m m-2-2的情況下,則試樣的任一平面上,約的情況下,則試樣的任一平面上,約10001000個(gè)原子中才有一個(gè)位錯(cuò)露頭,最終缺陷所占的比例很小。個(gè)原子中才有一個(gè)位錯(cuò)露頭,最終缺陷所占的比例很小。 7.7.5 5 位錯(cuò)的位錯(cuò)的生成與增殖生成與增殖7.5.2 7.5.2
33、位錯(cuò)的生成位錯(cuò)的生成1 1、凝固時(shí)相位略有偏差的兩部分晶體交會(huì)時(shí)由于原子錯(cuò)配而形、凝固時(shí)相位略有偏差的兩部分晶體交會(huì)時(shí)由于原子錯(cuò)配而形成位錯(cuò);成位錯(cuò);2 2、在隨后的生長(zhǎng)及冷卻過(guò)程中,由于溫度梯度、成分不均、晶、在隨后的生長(zhǎng)及冷卻過(guò)程中,由于溫度梯度、成分不均、晶體結(jié)構(gòu)變化等將導(dǎo)致局部應(yīng)力集中,從而導(dǎo)致位錯(cuò)產(chǎn)生;體結(jié)構(gòu)變化等將導(dǎo)致局部應(yīng)力集中,從而導(dǎo)致位錯(cuò)產(chǎn)生;3 3、過(guò)飽和空位、過(guò)飽和空位聚集形成空位片,在應(yīng)力作用下,可發(fā)生塌陷而聚集形成空位片,在應(yīng)力作用下,可發(fā)生塌陷而在空位片周圍形成位錯(cuò)環(huán)。在空位片周圍形成位錯(cuò)環(huán)。7.7.5 5 位錯(cuò)的位錯(cuò)的生成與增殖生成與增殖7.5.3 7.5.3 位
34、錯(cuò)的增殖位錯(cuò)的增殖 在晶體塑性變形過(guò)程中,有大量的位錯(cuò)滑移出晶體表面在晶體塑性變形過(guò)程中,有大量的位錯(cuò)滑移出晶體表面而消失,晶體中位錯(cuò)數(shù)量按理將越來(lái)越少,但是實(shí)驗(yàn)表明,而消失,晶體中位錯(cuò)數(shù)量按理將越來(lái)越少,但是實(shí)驗(yàn)表明,塑性變形過(guò)程中位錯(cuò)的數(shù)量不僅沒(méi)有減少,反而大大增加了,塑性變形過(guò)程中位錯(cuò)的數(shù)量不僅沒(méi)有減少,反而大大增加了,這表明,位錯(cuò)在以某種方式進(jìn)行增殖,這個(gè)能增殖位錯(cuò)的地這表明,位錯(cuò)在以某種方式進(jìn)行增殖,這個(gè)能增殖位錯(cuò)的地方就是位錯(cuò)源。方就是位錯(cuò)源。7.7.5 5 位錯(cuò)的位錯(cuò)的生成與增殖生成與增殖Frank-ReadFrank-Read提出的位錯(cuò)增殖機(jī)制提出的位錯(cuò)增殖機(jī)制U U型平面源型
35、平面源7.7.5 5 位錯(cuò)的位錯(cuò)的生成與增殖生成與增殖7.7.5 5 位錯(cuò)的位錯(cuò)的生成與增殖生成與增殖Frank-ReadFrank-Read提出的位錯(cuò)增殖機(jī)制提出的位錯(cuò)增殖機(jī)制U U型平面源型平面源1 1、滑移面上存在一刃位錯(cuò)、滑移面上存在一刃位錯(cuò)DDDD;2 2、DDDD兩端被釘軋;兩端被釘軋;3 3、在外力作用下,、在外力作用下,DDDD開(kāi)始運(yùn)動(dòng);開(kāi)始運(yùn)動(dòng); 4 4、由于、由于D D、DD點(diǎn)被釘軋,位錯(cuò)線彎曲擴(kuò)展,并會(huì)發(fā)生回轉(zhuǎn);點(diǎn)被釘軋,位錯(cuò)線彎曲擴(kuò)展,并會(huì)發(fā)生回轉(zhuǎn);5 5、由于位錯(cuò)的柏氏矢量不變,因此彎曲回轉(zhuǎn)后位錯(cuò)各處性質(zhì)、由于位錯(cuò)的柏氏矢量不變,因此彎曲回轉(zhuǎn)后位錯(cuò)各處性質(zhì)發(fā)生變化;發(fā)
36、生變化;6 6、p p、q q處位錯(cuò)同為純螺型位錯(cuò),且旋向相反,相遇時(shí)彼此抵處位錯(cuò)同為純螺型位錯(cuò),且旋向相反,相遇時(shí)彼此抵消;消;7 7、形成位錯(cuò)環(huán)繼續(xù)擴(kuò)展,留下、形成位錯(cuò)環(huán)繼續(xù)擴(kuò)展,留下DDDD位錯(cuò)循環(huán)上述過(guò)程。位錯(cuò)循環(huán)上述過(guò)程。7.7.5 5 位錯(cuò)的位錯(cuò)的生成與增殖生成與增殖rGb2tlGbrGbc2t 通常通常l的數(shù)量級(jí)為的數(shù)量級(jí)為1010-4-4cmcm,b b1010-8-8cmcm,則上式給出的,則上式給出的c c約為約為1010-4-4。如果把位錯(cuò)源的開(kāi)動(dòng)看成是晶體的屈服,則。如果把位錯(cuò)源的開(kāi)動(dòng)看成是晶體的屈服,則c c就是臨界分切應(yīng)力,這和實(shí)際晶體的屈服強(qiáng)度接近。就是臨界分切應(yīng)
37、力,這和實(shí)際晶體的屈服強(qiáng)度接近。 7.7.5 5 位錯(cuò)的位錯(cuò)的生成與增殖生成與增殖單邊單邊F-RF-R源動(dòng)作過(guò)程源動(dòng)作過(guò)程 實(shí)驗(yàn)觀察實(shí)驗(yàn)觀察7.7.5 5 位錯(cuò)的位錯(cuò)的生成與增殖生成與增殖 雙交滑移機(jī)制雙交滑移機(jī)制7.6.1 7.6.1 實(shí)際晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量實(shí)際晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量全位錯(cuò)全位錯(cuò)單位位錯(cuò)單位位錯(cuò)不全位錯(cuò)不全位錯(cuò)分位錯(cuò)分位錯(cuò)典型晶體結(jié)構(gòu)中單位位錯(cuò)的柏氏矢量及其大小和數(shù)量典型晶體結(jié)構(gòu)中單位位錯(cuò)的柏氏矢量及其大小和數(shù)量結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型簡(jiǎn)單立方簡(jiǎn)單立方面心立方面心立方體心立方體心立方密排六密排六方方柏氏矢量柏氏矢量 數(shù)數(shù) 量量36437 7.6 .6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)
38、面心立方晶體中的全位錯(cuò)面心立方晶體中的全位錯(cuò)7 7.6 .6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)7.6.2 7.6.2 堆垛層錯(cuò)堆垛層錯(cuò) 1.1.正常堆垛順序正常堆垛順序7 7.6 .6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)面心立方結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu)面心立方晶胞面心立方晶胞密排六方結(jié)構(gòu)密排六方結(jié)構(gòu)7 7.6 .6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)7 7.6 .6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)7 7.6 .6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)2 2、堆垛層錯(cuò)、堆垛層錯(cuò)堆垛層錯(cuò):實(shí)際晶體中堆垛順序與正常的堆垛順序出現(xiàn)差異。堆垛層錯(cuò):實(shí)際晶體中堆垛順序與正常的堆垛順序出現(xiàn)差異。7 7.6 .6 實(shí)際晶體
39、中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)抽出型層錯(cuò)抽出型層錯(cuò)插入型層錯(cuò)插入型層錯(cuò) 形成堆垛層錯(cuò)后并沒(méi)有產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變,也不改變最近鄰關(guān)形成堆垛層錯(cuò)后并沒(méi)有產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變,也不改變最近鄰關(guān)系,僅僅改變了原子間的次近鄰關(guān)系,但是它破壞了晶體的周系,僅僅改變了原子間的次近鄰關(guān)系,但是它破壞了晶體的周期性和完整性,因此也會(huì)導(dǎo)致晶體能量的期性和完整性,因此也會(huì)導(dǎo)致晶體能量的增加。增加。 這這部分增加的能量稱為部分增加的能量稱為層錯(cuò)能層錯(cuò)能,層錯(cuò)能越小,層錯(cuò)出現(xiàn)的,層錯(cuò)能越小,層錯(cuò)出現(xiàn)的幾率越大。幾率越大。7 7.6 .6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)7.6.3 7.6.3 不全位錯(cuò)不全位錯(cuò) 如果堆垛層錯(cuò)不是發(fā)生在整個(gè)晶
40、面上,而是終止在晶體內(nèi)如果堆垛層錯(cuò)不是發(fā)生在整個(gè)晶面上,而是終止在晶體內(nèi)部部 ,則層錯(cuò)與完整晶體的交界處就存在柏氏矢量,則層錯(cuò)與完整晶體的交界處就存在柏氏矢量b b不等于點(diǎn)陣不等于點(diǎn)陣矢量的不全位錯(cuò)。矢量的不全位錯(cuò)。7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)一、一、 肖克萊不全位錯(cuò)肖克萊不全位錯(cuò) 在在(111)(111)面上把任意一層原子面以上的部分晶體沿面上把任意一層原子面以上的部分晶體沿b b1 1方向作方向作相對(duì)滑移,這樣形成的位錯(cuò)是全位錯(cuò)。相對(duì)滑移,這樣形成的位錯(cuò)是全位錯(cuò)。但是這樣運(yùn)動(dòng)能量較大,如果按如圖所示的路徑,分兩步但是這樣運(yùn)動(dòng)能量較大,如果按如圖所示的路徑,分兩步滑動(dòng),引起的晶體
41、畸變要小得多。滑動(dòng),引起的晶體畸變要小得多。7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)7 7.6 .6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)肖克萊位錯(cuò)的特點(diǎn):肖克萊位錯(cuò)的特點(diǎn):柏氏矢量平行于層錯(cuò)面;柏氏矢量平行于層錯(cuò)面; 由于層錯(cuò)只能位于一個(gè)平面上,因此位錯(cuò)為二維曲線;由于層錯(cuò)只能位于一個(gè)平面上,因此位錯(cuò)為二維曲線; 位錯(cuò)位錯(cuò)可為刃型、螺型和可為刃型、螺型和混合型;混合型;只能滑移,造成層錯(cuò)面的擴(kuò)大或縮小,不能攀移和交只能滑移,造成層錯(cuò)面的擴(kuò)大或縮小,不能攀移和交滑移滑移。7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)二、弗蘭
42、克不全位錯(cuò)二、弗蘭克不全位錯(cuò) 如果在如果在fccfcc晶體的晶體的111111面間插入或抽出半個(gè)原子面,這樣面間插入或抽出半個(gè)原子面,這樣形成的層錯(cuò)邊界就是弗蘭克不全位錯(cuò)形成的層錯(cuò)邊界就是弗蘭克不全位錯(cuò)。 這樣這樣形成的不全位錯(cuò)柏矢量為形成的不全位錯(cuò)柏矢量為 ,垂直于,垂直于111111面面( (垂垂直于層錯(cuò)面和位錯(cuò)線直于層錯(cuò)面和位錯(cuò)線) ),是純?nèi)行偷?。,是純?nèi)行偷摹?7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)負(fù)弗蘭克不全位錯(cuò)負(fù)弗蘭克不全位錯(cuò)正弗蘭克不全位錯(cuò)正弗蘭克不全位錯(cuò)正弗蘭克不全位錯(cuò)的形成正弗蘭克不全位錯(cuò)的形成 7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)負(fù)弗蘭克不全位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)負(fù)弗蘭克不全位
43、錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) 7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)弗蘭克不全位錯(cuò)不能在滑移面上進(jìn)行滑移,否則就要離弗蘭克不全位錯(cuò)不能在滑移面上進(jìn)行滑移,否則就要離開(kāi)所在的開(kāi)所在的111面,所以有時(shí)把弗蘭克不全位錯(cuò)稱為不滑面,所以有時(shí)把弗蘭克不全位錯(cuò)稱為不滑動(dòng)位錯(cuò)。不過(guò)弗蘭克不全位錯(cuò)能夠通過(guò)點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)沿動(dòng)位錯(cuò)。不過(guò)弗蘭克不全位錯(cuò)能夠通過(guò)點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)沿層錯(cuò)面進(jìn)行攀移,使層錯(cuò)面擴(kuò)大或縮小。層錯(cuò)面進(jìn)行攀移,使層錯(cuò)面擴(kuò)大或縮小。位錯(cuò)名稱位錯(cuò)名稱全位錯(cuò)全位錯(cuò)肖克萊位錯(cuò)肖克萊位錯(cuò)弗蘭克位錯(cuò)弗蘭克位錯(cuò)柏氏矢量柏氏矢量位錯(cuò)類型位錯(cuò)類型刃、螺、混刃、螺、混刃、螺、混刃、螺、混純?nèi)屑內(nèi)形诲e(cuò)
44、線形狀位錯(cuò)線形狀空間曲線空間曲線111111面上任意面上任意曲線曲線111111面上任面上任意曲線意曲線可能的運(yùn)動(dòng)方可能的運(yùn)動(dòng)方式式滑移、攀移、滑移、攀移、交滑移交滑移只能滑移,不只能滑移,不能攀移、交滑能攀移、交滑移移只能攀移,不只能攀移,不能滑移能滑移1102a1126a1113a7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)4 4、位錯(cuò)反應(yīng)、位錯(cuò)反應(yīng)位錯(cuò)反應(yīng):晶體中組態(tài)不穩(wěn)定的位錯(cuò)轉(zhuǎn)化為組態(tài)穩(wěn)定的位錯(cuò),位錯(cuò)反應(yīng):晶體中組態(tài)不穩(wěn)定的位錯(cuò)轉(zhuǎn)化為組態(tài)穩(wěn)定的位錯(cuò),或具有不同柏氏矢量的位錯(cuò)發(fā)生合并或分解等轉(zhuǎn)換?;蚓哂胁煌厥鲜噶康奈诲e(cuò)發(fā)生合并或分解等轉(zhuǎn)換。兩個(gè)條件:兩個(gè)條件:幾何條件幾何條件:根據(jù)柏氏矢
45、量守恒性的要求,反應(yīng)前后位錯(cuò)的:根據(jù)柏氏矢量守恒性的要求,反應(yīng)前后位錯(cuò)的柏氏矢量之和應(yīng)當(dāng)相等,即:柏氏矢量之和應(yīng)當(dāng)相等,即:S Sb b前前= =S Sb b后后 能量條件能量條件:位錯(cuò)反應(yīng)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)導(dǎo)致系統(tǒng)能量降低的過(guò)程,:位錯(cuò)反應(yīng)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)導(dǎo)致系統(tǒng)能量降低的過(guò)程,因此反應(yīng)后位錯(cuò)的總能量應(yīng)當(dāng)小于反應(yīng)發(fā)生時(shí)的能量,由于因此反應(yīng)后位錯(cuò)的總能量應(yīng)當(dāng)小于反應(yīng)發(fā)生時(shí)的能量,由于位錯(cuò)的能量正比于位錯(cuò)的柏氏矢量位錯(cuò)的能量正比于位錯(cuò)的柏氏矢量b b2 2,因此,有:,因此,有:S S|b|b前前| |2 2 | |S Sb b后后| |2 2 7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)5 5、擴(kuò)展位錯(cuò)、擴(kuò)展位
46、錯(cuò)擴(kuò)展位錯(cuò):分解后的這兩個(gè)不全位錯(cuò)位于同一滑移面上,其柏?cái)U(kuò)展位錯(cuò):分解后的這兩個(gè)不全位錯(cuò)位于同一滑移面上,其柏氏矢量夾角是氏矢量夾角是6060,它們是互相排斥的,有分開(kāi)的趨勢(shì),在兩,它們是互相排斥的,有分開(kāi)的趨勢(shì),在兩個(gè)不全位錯(cuò)之間夾了一片層錯(cuò)區(qū)。通常我們將這種兩個(gè)不全位個(gè)不全位錯(cuò)之間夾了一片層錯(cuò)區(qū)。通常我們將這種兩個(gè)不全位錯(cuò)夾一個(gè)層錯(cuò)區(qū)的組態(tài)稱之為擴(kuò)展位錯(cuò)。錯(cuò)夾一個(gè)層錯(cuò)區(qū)的組態(tài)稱之為擴(kuò)展位錯(cuò)。7.6 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)實(shí)際晶體中的位錯(cuò)由于層錯(cuò)能的存在,因此層錯(cuò)區(qū)的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)能量的增加,由于層錯(cuò)能的存在,因此層錯(cuò)區(qū)的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)能量的增加,而由全位錯(cuò)分解為不全位錯(cuò),會(huì)降低系統(tǒng)能量,或者說(shuō)層錯(cuò)能而由全位錯(cuò)分解為不全位錯(cuò),會(huì)降低系統(tǒng)能量,或者說(shuō)層錯(cuò)能與不全位錯(cuò)間的斥力平衡將導(dǎo)致擴(kuò)展位錯(cuò)存在一個(gè)平衡寬度與不全位錯(cuò)
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