材料科學(xué)基礎(chǔ) 第3章 晶體缺陷 小結(jié)

晶體缺陷小結(jié)點(diǎn)缺陷pointdefects

空位

間隙原子置換原子肖脫基空位

弗蘭克缺陷

熱平衡點(diǎn)缺陷過飽和的點(diǎn)缺陷改變外部條件在一定溫度下具有一定的平衡濃度點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)：

空位和間隙原子不斷的產(chǎn)生和復(fù)合，自擴(kuò)散則空位在T溫度時(shí)的空位平衡濃度C為：

其中，k為波爾茲曼常數(shù)（1.38x10-23J/K或8.62x10-5

ev/K)類似地，間隙原子平衡濃度C’

：

ExampleProblemCalculatetheequilibriumnumberofvacanciespercubicmeterforcopper（Cu）at1000oC.Theenergyforvacancyformation（Ev）is0.9eV/atom;theatomicweight（MCu）anddensity（）(at1000oC)forcopperare63.5g/moland8.4g/cm3,respectively.Solution:

根據(jù)空位平衡濃度公式C=n/N=Aexp(-Ev/kT)每立方米銅中的空位數(shù)（1000oC即1273K）為n=Nexp(-Ev/kT)=2.2x1025vacancies/m3其中k為Boltzman’sconstant（1.38x10-23J/K或8.62x10-5

ev/K)(按A=1考慮）線缺陷lineardefects

位錯(cuò)

刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)

特點(diǎn)混合位錯(cuò)

刃型位錯(cuò)：存在一個(gè)多余半原子面位錯(cuò)線與b垂直，滑移面只有一個(gè)即有切應(yīng)變，又有正應(yīng)變螺型位錯(cuò)：不存在一個(gè)多余半原子面位錯(cuò)線與b平行，滑移面可以多個(gè)只有切應(yīng)變滑移攀移位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)滑移的特點(diǎn)1)刃型：滑移的切應(yīng)力方向與位錯(cuò)線垂直，而螺型：滑移的與位錯(cuò)線平行；

2)刃型和螺型，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方向與位錯(cuò)線垂直；（b方向代表晶體的滑移方向）

3)刃：滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向一致，螺：滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向垂直；

4)位錯(cuò)滑移的切應(yīng)力方向與b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。5)對(duì)螺型位錯(cuò)，還存在交滑移和雙交滑移。攀移：只對(duì)刃型位錯(cuò)而言，通過原子或空位的擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)的位錯(cuò)的交割扭折割階bacddcba刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)特點(diǎn)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)：

應(yīng)力場(chǎng)：刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)彈性畸變能：正比于b2位錯(cuò)的存在使晶體處于高能的不穩(wěn)定狀態(tài)，位錯(cuò)線有盡量變直和縮短其長(zhǎng)度的趨勢(shì)作用在位錯(cuò)上的作用力：F=tb位錯(cuò)上的線張力

=Gb/2rr為曲率半徑點(diǎn)缺陷的存在會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，增加金屬及合金塑性變形的抗力位錯(cuò)之間的交換作用力位錯(cuò)的生成和增殖：位錯(cuò)源、增殖機(jī)理：Frank-Readresource實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)

單位位錯(cuò)、全位錯(cuò)、不全位錯(cuò)（肖克萊不全位錯(cuò)、弗蘭克不全位錯(cuò)）堆垛層錯(cuò)位錯(cuò)反應(yīng)：幾何條件、能量條件擴(kuò)展位錯(cuò)：全位錯(cuò)分解為兩個(gè)不全位錯(cuò)+一個(gè)堆垛層錯(cuò)面缺陷Interfacialdefects

外表面界面晶界孿晶界相界堆垛層錯(cuò)小角度晶界大角度晶界共格半共格非共格對(duì)稱傾斜不對(duì)稱傾斜扭轉(zhuǎn)重合位置點(diǎn)陣思考題1、解釋以下基本概念肖脫基空位、弗侖克爾空位、刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、柏氏矢量、位錯(cuò)密度、位錯(cuò)的滑移及攀移、弗蘭克-瑞德源、位錯(cuò)反應(yīng)、擴(kuò)展位錯(cuò)、表面能、界面能、重整位置點(diǎn)陣、失配度、對(duì)稱傾側(cè)晶界、非共格晶界。2、計(jì)算Fe在850o時(shí)，每立方米體積中的空位數(shù)。已知Fe在850o時(shí)的空位形成能、密度及原子重量分別為1.08eV/atom、7.65g/cm3、55.85g/mol。A=13、如圖，在晶體的滑移面上有一柏氏矢量為b的位錯(cuò)環(huán)，并受到均勻切應(yīng)力和正應(yīng)力s的作用。（1）分析該位錯(cuò)環(huán)各段位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)類型；（2）在的作用下，該位錯(cuò)環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)？（3）在s的作用下，位錯(cuò)環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)？（1）AB:右螺型；BC：正刃型；

CD：左螺型；DA：負(fù)刃型（2）在的作用下，位錯(cuò)環(huán)上部分晶體將不斷沿著x軸方向（即b的方向）運(yùn)動(dòng)，下部分晶體則反向（沿-x軸方向）運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)必然伴隨著位錯(cuò)環(huán)的各邊向環(huán)的外側(cè)運(yùn)動(dòng)，即AB、BC、CD和DA四段位錯(cuò)分別沿著-z、x、z和-x軸方向運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致位錯(cuò)環(huán)擴(kuò)大。（3）在s的作用下，在滑移面上方的BC位錯(cuò)的半原子面和在滑移面下方的DA位錯(cuò)的半原子面將擴(kuò)大，即BC位錯(cuò)沿-y軸運(yùn)動(dòng)，DA位錯(cuò)沿y軸運(yùn)動(dòng)。而AB和CD為螺型位錯(cuò)，不運(yùn)動(dòng)。ABCD>>>>bttssxyzo4、面心立方晶體中，在（111）面上的單位位錯(cuò)在（111）面上分解為兩個(gè)肖克萊不全位錯(cuò)，請(qǐng)寫出該位錯(cuò)反應(yīng)，5、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。能進(jìn)行能進(jìn)行能量相等，不能進(jìn)行反應(yīng)后能量增加，不能進(jìn)行6、試分析在（111）面上運(yùn)動(dòng)的柏氏矢量為的螺型位錯(cuò)受阻時(shí)，能否通過交滑移轉(zhuǎn)移到面中的某個(gè)面上繼續(xù)運(yùn)動(dòng)？為什么？（111）面與面