第三章 晶體缺陷-3.2.2

1、第三章晶體缺陷第三章晶體缺陷李懷勇李懷勇聊城大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院聊城大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2本章章節(jié)結(jié)構(gòu)3.1點(diǎn)缺陷3.2位錯(cuò)3.3表面及界面3大?。夯兊某潭?，滑移距離；方向：什么類型的位錯(cuò)；滑移(錯(cuò)位)的方向。3.2.2 伯格氏（Burgers）矢量透射電鏡下鈦合金中的位錯(cuò)線透射電鏡下鈦合金中的位錯(cuò)線(黑線黑線)4(a) (a) 有位錯(cuò)的晶體有位錯(cuò)的晶體 (b) (b) 完整晶體完整晶體 MNOPQMNOPQ伯氏矢量伯氏矢量1. 1. 伯氏矢量的確定伯氏矢量的確定( (刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)) )5(a) (a) 有位錯(cuò)的晶體有位錯(cuò)的晶體 (b) (b) 完整晶體完整晶體 伯氏矢量伯氏矢量1.

2、1. 伯氏矢量的確定伯氏矢量的確定( (螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)) )61.伯氏矢量求法做一個(gè)伯式回路，步驟：（1）確定位錯(cuò)線的正方向（2）用右手螺旋定則確定回路。（3）圍繞位錯(cuò)做一右旋閉合回路。（4）在完整晶體中按同樣的方向和步數(shù)作相同的回路，如不閉合，則由終點(diǎn)向起點(diǎn)引一矢量b，即為伯氏矢量。7ScrewEdge8混合位錯(cuò)的形成混合位錯(cuò)的形成混合位錯(cuò)分解為刃位混合位錯(cuò)分解為刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò)示意圖錯(cuò)和螺位錯(cuò)示意圖9刃位錯(cuò)的正負(fù)：右手法則刃位錯(cuò)的正負(fù)：右手法則,食位錯(cuò)線食位錯(cuò)線(正向正向),中伯氏矢量中伯氏矢量,拇指代拇指代表多余半原子面的位向，規(guī)定拇指向上為正，反之為負(fù)。表多余半原子面的位向，規(guī)定拇指向

3、上為正，反之為負(fù)。螺位錯(cuò)的左右：伯氏矢量與位錯(cuò)線正向平行的為右，反之為左。螺位錯(cuò)的左右：伯氏矢量與位錯(cuò)線正向平行的為右，反之為左。 位位錯(cuò)錯(cuò)線線伯伯氏氏矢矢量量刃刃型型正正負(fù)負(fù)右手法則右手法則直角坐標(biāo)直角坐標(biāo) bb刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò) bb右右左左螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)正正負(fù)負(fù)判斷位錯(cuò)的性質(zhì)判斷位錯(cuò)的性質(zhì)10ScrewEdgebs = bcos b= bsin 混合位錯(cuò)混合位錯(cuò) 11思考題一個(gè)位錯(cuò)環(huán)能否各部分都是螺位錯(cuò)?能否各部分都是刃位錯(cuò)?為什么?解：螺位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線平行，而一個(gè)位錯(cuò)只有一個(gè)柏氏矢量，一個(gè)位錯(cuò)環(huán)不可能與一個(gè)方向處處平行，所以一個(gè)位錯(cuò)環(huán)不能各部分都是螺位錯(cuò)。刃位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)

4、線垂直，如果柏氏矢量垂直位錯(cuò)環(huán)所在的平面，則位錯(cuò)環(huán)處處都是刃位錯(cuò)。這種位錯(cuò)的滑移面是位錯(cuò)環(huán)與柏氏矢量方向組成的棱柱面，這種位錯(cuò)又稱棱柱位錯(cuò)。 12132. 伯氏矢量的特性1). 點(diǎn)陣畸變總累積的物理量。而該矢量的模|b|表示了畸變的程度，稱為位錯(cuò)的強(qiáng)度。2). 柏氏矢量是唯一的，這就是柏氏矢量的守恒性(計(jì)算)。3). 一根位錯(cuò)線具有唯一的柏氏矢量（位錯(cuò)線上各處）。4). 分解 （證明）5). 位錯(cuò)的連續(xù)性。不能中斷于晶體內(nèi)部。（證明）1niibb交點(diǎn)交點(diǎn)b=0143.伯氏矢量的表示方法位錯(cuò)的伯氏矢量，任一原子從一個(gè)位置移向另一個(gè)位置所引出的矢量。伯氏矢量的大小和方向可以用它在晶軸上的分量來(lái)表示

5、。具體做法是：將某個(gè)滑移矢量在晶胞坐標(biāo)軸上的分量，依次填入中，提取公因數(shù)k，使括號(hào)內(nèi)的數(shù)字成為最小整數(shù)即可。buavbwc15右圖中的矢量Ob，其晶向指數(shù)為110，伯氏矢量b1=1a+1b+0c,對(duì)于立方晶體a=b=c，故可簡(jiǎn)寫(xiě)為：xOabOyz右圖中的矢量Oa，其晶向指數(shù)也為110，伯氏矢量b2=1/2a+1/2b+0c，可簡(jiǎn)寫(xiě)為：21102ab 1110ba舉例舉例16立方晶系晶體柏氏矢量表示方法由于a=b=c，柏氏矢量可用晶向指數(shù)表示為：b=a/n ，n為正整數(shù)。符合加減定律。其中a為晶胞參數(shù)，uvw表示矢量方向，它與晶體滑移方向的晶向符號(hào)相同。只不過(guò)晶向指數(shù)沒(méi)有“大小”的概念，而柏氏矢

6、量必須在晶向指數(shù)的基礎(chǔ)上把該矢量的模（或位錯(cuò)強(qiáng)度）也表示出來(lái)，因而要同時(shí)標(biāo)出該矢量在各個(gè)晶軸上的分量.17位錯(cuò)的強(qiáng)度：就是錯(cuò)位的距離同一晶體中，柏氏矢量愈大，表明該位錯(cuò)導(dǎo)致點(diǎn)陣畸變愈嚴(yán)重，它所處的能量也愈高。能量較高的位錯(cuò)通常傾向于分解為兩個(gè)或多個(gè)能量較低的位錯(cuò)：b1b2b3，并滿足|b1|2|b2|2|b3|2，以使系統(tǒng)的自由能下降。222abuvwn18判斷下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行？若能進(jìn)行，試在判斷下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行？若能進(jìn)行，試在晶胞上作出矢量圖。晶胞上作出矢量圖。(1)11111100122(2)110121211266(3)112111111362(4) 10011111122aaa

7、aaaaaaaaa思考題：思考題：193.2.3 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)宏觀的塑性形變是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果；通過(guò)學(xué)習(xí)，可以深入理解與材料的力學(xué)性能的關(guān)系；兩種最基本的形式：滑移和攀移。20刃位錯(cuò)的滑移21位錯(cuò)的滑移是在外加切應(yīng)力的作用下，通過(guò)位錯(cuò)中心附近的原子沿柏氏矢量方向象毛蟲(chóng)一樣爬22螺型位錯(cuò)的滑移 滑移面選擇很多 交滑移 雙交滑移螺型位錯(cuò)的微觀動(dòng)動(dòng).swf螺型位錯(cuò)宏觀運(yùn)動(dòng).swf螺型位錯(cuò)微觀運(yùn)動(dòng).swf23沿各點(diǎn)的法線方向在滑移面上向外擴(kuò)展。混合位錯(cuò)的滑移24刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)螺位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)螺位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)混合位錯(cuò)混合位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)251) 1) 刃型位錯(cuò)滑移的切應(yīng)力方向與位錯(cuò)線垂直，而螺型刃型位錯(cuò)滑

8、移的切應(yīng)力方向與位錯(cuò)線垂直，而螺型位錯(cuò)滑移的切應(yīng)力方向與位錯(cuò)線平行；位錯(cuò)滑移的切應(yīng)力方向與位錯(cuò)線平行； 2) 2) 無(wú)論刃型位錯(cuò)還是螺型位錯(cuò)，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方向總是無(wú)論刃型位錯(cuò)還是螺型位錯(cuò)，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方向總是與位錯(cuò)線垂直的；（伯氏矢量方向代表晶體的滑移方向）與位錯(cuò)線垂直的；（伯氏矢量方向代表晶體的滑移方向） 3) 3) 刃型位錯(cuò)引起的晶體的滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向一刃型位錯(cuò)引起的晶體的滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向一致，而螺型位錯(cuò)引起的晶體的滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向致，而螺型位錯(cuò)引起的晶體的滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向垂直；垂直； 4) 4) 位錯(cuò)滑移的切應(yīng)力方向與柏氏矢量一致；位錯(cuò)滑移位錯(cuò)滑移的切應(yīng)力方向與柏氏矢

9、量一致；位錯(cuò)滑移后，滑移面兩側(cè)晶體的相對(duì)位移與柏氏矢量一致；后，滑移面兩側(cè)晶體的相對(duì)位移與柏氏矢量一致；5) 5) 對(duì)螺型位錯(cuò)，如果在原滑移面上運(yùn)動(dòng)受阻時(shí)，有可對(duì)螺型位錯(cuò)，如果在原滑移面上運(yùn)動(dòng)受阻時(shí)，有可能轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面上繼續(xù)滑移，這稱為交能轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面上繼續(xù)滑移，這稱為交滑移滑移 ( (雙交滑移）雙交滑移） 。位錯(cuò)滑移的特點(diǎn)位錯(cuò)滑移的特點(diǎn)26位錯(cuò)的滑移特征位錯(cuò)的滑移特征位錯(cuò)位錯(cuò)類型類型柏氏柏氏矢量矢量位錯(cuò)線位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)方向晶體滑晶體滑移方向移方向切應(yīng)力切應(yīng)力方向方向滑移面數(shù)滑移面數(shù)目目刃型刃型位錯(cuò)位錯(cuò)位錯(cuò)線位錯(cuò)線 位錯(cuò)線本身位錯(cuò)線本身 與與b b一致一致 與與

10、b b一致一致唯一確定唯一確定螺型螺型位錯(cuò)位錯(cuò)位錯(cuò)線位錯(cuò)線 位錯(cuò)線本身位錯(cuò)線本身 與與b b一致一致 與與b b一致一致多個(gè)多個(gè)混合混合位錯(cuò)位錯(cuò)成角度成角度位錯(cuò)線本身位錯(cuò)線本身 與與b b一致一致 與與b b一致一致唯一確定唯一確定27在垂直于滑移面的方向上運(yùn)動(dòng)，即發(fā)生攀移。正負(fù)攀移 。位錯(cuò)攀移需要熱激活，較之滑移所需的能量更大。刃型位錯(cuò)的攀移28刃位錯(cuò)攀移示意圖刃位錯(cuò)攀移示意圖（a）正攀移（半原子）正攀移（半原子面縮短）面縮短）(b)未攀移未攀移（c）負(fù)攀移（半）負(fù)攀移（半原子面伸長(zhǎng)）原子面伸長(zhǎng)）29 在位錯(cuò)的滑移運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其位錯(cuò)線往往很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)全長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)。阻力或者位錯(cuò)間的交割 打彎：扭

11、折（處于滑移面上)割階（垂直于滑移面）運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的交割30圖圖3.17位錯(cuò)中出現(xiàn)的割階與扭折示意圖位錯(cuò)中出現(xiàn)的割階與扭折示意圖(a) 刃型位錯(cuò)（刃型位錯(cuò)（b）螺型位錯(cuò)）螺型位錯(cuò)扭折和割階的位錯(cuò)類型刃位錯(cuò)：扭折，螺位錯(cuò) 割階，刃位錯(cuò) 螺位錯(cuò)：均為刃位錯(cuò)31 兩個(gè)柏氏矢量互相垂直/平行的刃位錯(cuò)交割垂直垂直平行平行位錯(cuò)相對(duì)運(yùn)動(dòng).swf32兩個(gè)伯氏矢量互相垂直的刃螺位錯(cuò)的交割33兩個(gè)柏氏矢量互相垂直的兩螺位錯(cuò)的交割34交割總結(jié) 交割后，位錯(cuò)線上都可以產(chǎn)生扭折或割階，其大小和方向由另一位錯(cuò)的b矢量決定 割階都是刃型位錯(cuò) 扭折可隨位錯(cuò)線一起運(yùn)動(dòng)，基本不產(chǎn)生阻力，而且在線張力下不易消失35割階與原位錯(cuò)線不在同一滑移面割階與原位錯(cuò)線不在同一滑移面上，如果不產(chǎn)生攀移，則阻力很上，如果不產(chǎn)生攀移，則阻力很大，產(chǎn)生割階硬化現(xiàn)象。大，產(chǎn)生割階硬化現(xiàn)象。 割階的高度只有