位錯的生成與增殖

1、第第7章章 晶體缺陷晶體缺陷 1、位錯來源、位錯來源v 1）凝固時在晶體長大相遇處，因位向略有差別而形成；）凝固時在晶體長大相遇處，因位向略有差別而形成；v 2）因熔體中雜質(zhì)原子在凝固過程中不均勻分布使晶體的）因熔體中雜質(zhì)原子在凝固過程中不均勻分布使晶體的先后凝固部分成分不同，從而點陣常數(shù)也有差異，而在過先后凝固部分成分不同，從而點陣常數(shù)也有差異，而在過渡區(qū)出現(xiàn)位錯；渡區(qū)出現(xiàn)位錯；v 3）流動液體沖擊、冷卻時局部應(yīng)力集中導(dǎo)致位錯的萌生。）流動液體沖擊、冷卻時局部應(yīng)力集中導(dǎo)致位錯的萌生。v 4）晶體裂紋尖端、沉淀物或夾雜物界面、表面損傷處等）晶體裂紋尖端、沉淀物或夾雜物界面、表面損傷處等都易產(chǎn)生

2、應(yīng)力集中，這些應(yīng)力也促使位錯的形成。都易產(chǎn)生應(yīng)力集中，這些應(yīng)力也促使位錯的形成。v 5）過飽和空位的聚集成片也是位錯的重要來源。）過飽和空位的聚集成片也是位錯的重要來源。7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 2、位錯的增殖、位錯的增殖v 塑性變形時，有大量位錯滑出晶體，所以變形以后晶體中的位錯數(shù)目塑性變形時，有大量位錯滑出晶體，所以變形以后晶體中的位錯數(shù)目應(yīng)當(dāng)減少。應(yīng)當(dāng)減少。v 但實際上，位錯密度隨著變形量的增加而加大，在經(jīng)過劇烈變形以后但實際上，位錯密度隨著變形量的增加而加大，在經(jīng)過劇烈變形以后甚至可增加個數(shù)量級。甚至可增加個數(shù)量級。v 此現(xiàn)象表明：此現(xiàn)象表明：變形過程中位錯肯定是以某種

3、方式不斷增殖，而能增值而能增值位錯的地方稱為位錯的地方稱為位錯源。v 位錯增殖機制有多種，其中最重要的是：有多種，其中最重要的是：v 弗蘭克和瑞德于于1950年提出并已為實驗所證實的位錯增殖機構(gòu)稱為提出并已為實驗所證實的位錯增殖機構(gòu)稱為弗蘭克-瑞德(Frank-Rend）源，簡稱F-R源。v 設(shè)想晶體中某滑移面上有一段刃型位錯設(shè)想晶體中某滑移面上有一段刃型位錯ABAB，其兩端被位錯網(wǎng)節(jié)點釘住，其兩端被位錯網(wǎng)節(jié)點釘住，如圖：如圖：7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 弗蘭克-瑞德源的結(jié)構(gòu) v 當(dāng)外切應(yīng)力滿足必要當(dāng)外切應(yīng)力滿足必要的條件時，位錯線的條件時，位錯線ABAB將受到滑移力的作用將受到

4、滑移力的作用而發(fā)生滑移運動。而發(fā)生滑移運動。v 在應(yīng)力場均勻的情況在應(yīng)力場均勻的情況下，沿位錯線各處的下，沿位錯線各處的滑移力滑移力t t大大小都相等，位錯線本小都相等，位錯線本應(yīng)平行向前滑移，應(yīng)平行向前滑移，v 但因位錯但因位錯ABAB兩端被固兩端被固定住，不能運動，勢定住，不能運動，勢必在運動的同時發(fā)生必在運動的同時發(fā)生彎曲，結(jié)果位錯變成彎曲，結(jié)果位錯變成曲線形狀，如圖（曲線形狀，如圖（b b）所示。所示。 7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 v 位錯所受力位錯所受力t t總是處總是處處與位錯本身垂直，處與位錯本身垂直，即使位錯彎曲也如此即使位錯彎曲也如此v 在應(yīng)力作用下，位錯在應(yīng)力

5、作用下，位錯的每一微線段都沿其的每一微線段都沿其法線方向向外運動，法線方向向外運動，經(jīng)歷圖（經(jīng)歷圖（c c）（）（d d）。）。v 當(dāng)位錯線再向前走出當(dāng)位錯線再向前走出一段距離，圖一段距離，圖(d)(d)的的p p、q q兩點就碰到一起了。兩點就碰到一起了。 7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 v 因因p p、q q兩點處一對左、兩點處一對左、右旋螺位錯，遇到時，右旋螺位錯，遇到時，便互相抵消。便互相抵消。v 則原位錯線被分成兩則原位錯線被分成兩部分，如圖（）。部分，如圖（）。v 此后，外面位錯環(huán)在此后，外面位錯環(huán)在t t作用下不斷擴大，作用下不斷擴大，直至到達(dá)晶體表面，直至到達(dá)晶體表面

6、，v 而內(nèi)部另一段位錯將而內(nèi)部另一段位錯將在線張力和在線張力和t t的共同的共同作用下回到原始狀態(tài)。作用下回到原始狀態(tài)。 7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 v 上述過程到此并沒結(jié)束，上述過程到此并沒結(jié)束，因應(yīng)力還施加在晶體上因應(yīng)力還施加在晶體上v 在產(chǎn)生一個位錯環(huán)后，在產(chǎn)生一個位錯環(huán)后，位錯位錯ABAB將在將在F F的作用下，的作用下，繼續(xù)不斷地重復(fù)上述動繼續(xù)不斷地重復(fù)上述動作。作。v 這樣就會放出大量位錯這樣就會放出大量位錯環(huán)，造成位錯的增殖。環(huán)，造成位錯的增殖。 7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 其它位錯增殖機制：v 上述上述F-R源，實質(zhì)上是一段兩端被釘扎的可滑動位錯，所

7、源，實質(zhì)上是一段兩端被釘扎的可滑動位錯，所以稱之為以稱之為雙邊(或雙軸) F-R源，又稱為，又稱為U型平面源。v 此外，還有此外，還有單邊F-R源、雙交滑移增殖等機制。等機制。雙交滑移位錯增殖機制 7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 v 一個螺位錯開始在（一個螺位錯開始在（111111）面滑移，因遇到障礙或局部應(yīng)）面滑移，因遇到障礙或局部應(yīng)力狀態(tài)變化，位錯的一段交滑移到（力狀態(tài)變化，位錯的一段交滑移到（111111）面，且在繞過）面，且在繞過障礙之后又回到與（障礙之后又回到與（111111）面相平行的另一個（）面相平行的另一個（111111）面，）面，這時留在（這時留在（111111）面

8、上的兩端位錯是刃型的，不能隨（）面上的兩端位錯是刃型的，不能隨（111111）面上的位錯一起前進，結(jié)果（面上的位錯一起前進，結(jié)果（111111）面上的位錯就會以圖）面上的位錯就會以圖7.507.50所描述的方式增殖位錯。所描述的方式增殖位錯。 圖7-50 雙交滑移位錯增殖機制7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 雙交滑移增殖機制：v 通常把螺位錯由原始滑移面轉(zhuǎn)至相交的滑移面，然后又轉(zhuǎn)通常把螺位錯由原始滑移面轉(zhuǎn)至相交的滑移面，然后又轉(zhuǎn)移到與原始滑移面平行的滑移面上的滑移運動，稱為移到與原始滑移面平行的滑移面上的滑移運動，稱為雙交滑移運動。此位錯增殖機制稱為。此位錯增殖機制稱為位錯的雙交滑移增

9、殖機制。v 若（若（111111）面上位錯環(huán)再交滑移到另一個平行的（）面上位錯環(huán)再交滑移到另一個平行的（111111）平）平面上，成為新位錯源，則位錯將迅速增殖。面上，成為新位錯源，則位錯將迅速增殖。v 由此可見，由此可見，雙交滑移是一種更有效的增殖機制。 7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 雙交滑移位錯增殖機制雙交滑移位錯增殖機制 v 單邊(或單軸) F-R源（L型平面源）：v 實質(zhì)是一段一端被釘扎的可滑動位錯。實質(zhì)是一段一端被釘扎的可滑動位錯。v 如圖，滑移面上位錯如圖，滑移面上位錯CD CD ，DEDE是不動位錯，是不動位錯，D D點被釘扎住。點被釘扎住。單邊F-R源動作過程 7.

10、5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 v 在切應(yīng)力在切應(yīng)力作用下，作用下，CDCD段開始滑移，并逐漸成為繞段開始滑移，并逐漸成為繞D D點旋點旋轉(zhuǎn)的蜷線，不斷向外擴展。轉(zhuǎn)的蜷線，不斷向外擴展。v 蜷線每轉(zhuǎn)一周就掃過滑移面一次、晶體便產(chǎn)生一個蜷線每轉(zhuǎn)一周就掃過滑移面一次、晶體便產(chǎn)生一個b b的滑的滑移量。圖中移量。圖中(a)(a)、(b)(b)、(c)(c)、(d)(d)表示轉(zhuǎn)動過程的幾個階段。表示轉(zhuǎn)動過程的幾個階段。7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 v(a)(a)開始階段，開始階段，DCDC是一個是一個正刃型位錯。v(b)(b)轉(zhuǎn)了轉(zhuǎn)了9090以后，柏氏矢量與位錯線方向以后，柏氏矢量與位錯線方向(DC(DC方方向向) )一致，故是一致，故是右螺位錯。v(c)(c)位錯線位錯