2.位錯(cuò)類型及柏氏矢量.ppt

1、,位錯(cuò)的基本類型及特征,工程材料理論切變強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度相差1001000倍,晶體中位錯(cuò)的基本類型,1.刃型位錯(cuò),2.螺型位錯(cuò),3.混合位錯(cuò),1,刃型位錯(cuò),可以想像為晶體內(nèi)有一原子平面中斷于晶體內(nèi)部，這個(gè)原子平面中斷處的邊沿及其周圍區(qū)域是一個(gè)刃型位錯(cuò),正刃型：位錯(cuò)半原子面位于某晶面的上半部位置的稱為，記號(hào)“”表示,中斷處的邊沿猶如在晶體中插入一把刀刃，故稱之為“刃型位錯(cuò)”，在刃口處的原子列定義為“刃型位錯(cuò)線”,負(fù)刃型：位錯(cuò)半原子面位于某晶面下半部的稱為，以“T”表示,含有刃型位錯(cuò)的晶體結(jié)構(gòu)示意圖,2,刃型位錯(cuò)線周圍的彈性畸變,點(diǎn)陣畸變是對稱的，位錯(cuò)中心受到畸變度最大，離開位錯(cuò)中心畸變程度減小,刃

2、位錯(cuò)周圍原子不同程度地偏離平衡位置，使周圍點(diǎn)陣發(fā)生彈性畸變,正刃型位錯(cuò)：晶面上部原子擁擠，受壓應(yīng)力，晶面下部原子受拉應(yīng)力,一般把點(diǎn)陣畸變程度大于正常原子間距1/4的區(qū)域?qū)挾榷x為位錯(cuò)寬度，約為25個(gè)原子間距,位錯(cuò)線長度有數(shù)百個(gè)到數(shù)萬個(gè)原子間距，與位錯(cuò)長度相比，位錯(cuò)寬度非常小，所以把位錯(cuò)看作是線缺陷,3,位錯(cuò)形成,可能是在晶體形成過程（凝固或冷卻）中產(chǎn)生的,晶體在塑性變形時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的刃型位錯(cuò),4,晶體局部滑移形成刃型位錯(cuò),力作用在晶體右上角，使右上角的上半部晶體沿滑移面向左作局部移動(dòng)，使原子列移動(dòng)了一個(gè)原子間距，從而形成一個(gè)刃型位錯(cuò),5,晶體局部滑移形成刃型位錯(cuò),6,晶體局部滑移形成刃型位錯(cuò)

3、,受切應(yīng)力作用原子面移動(dòng),7,晶體局部滑移形成刃型位錯(cuò),受切應(yīng)力作用原子面移動(dòng),8,晶體局部滑移形成刃型位錯(cuò),出現(xiàn)多余半原子面，表面形成臺(tái)階,9,晶體中的純?nèi)行臀诲e(cuò)環(huán),刃型位錯(cuò)不一定是直線，可以是折線或曲線,從滑移這個(gè)角度來看，可以把位錯(cuò)定義為晶體中已滑移區(qū)域和未滑移區(qū)域的邊界,晶體中的位錯(cuò)作為滑移區(qū)的邊界，就不可能中斷于晶體內(nèi)部，它們或者中止于表面，或者中止于晶界和相界，或者與其它位錯(cuò)線相交，或者自行在晶體內(nèi)形成一個(gè)封閉環(huán),EFGH是位錯(cuò)環(huán)，是由于晶體中多了一片EFGH的原子層所造成的,這種位錯(cuò)環(huán)多由于空位集團(tuán)崩塌而形成,10,幾種不規(guī)則的刃型位錯(cuò),11,刃型位錯(cuò)特征,（1）是由一個(gè)多余半原

4、子平面所形成的線缺陷，位錯(cuò)寬度25個(gè)原子間距，位錯(cuò)是一管道,（4）晶體中產(chǎn)生刃型位錯(cuò)時(shí)，其周圍點(diǎn)陣產(chǎn)生彈性畸變，既有正應(yīng)變，又有切應(yīng)變，使晶體處于受力狀態(tài)，就正刃型位錯(cuò)而言，滑移面上方原子受到壓應(yīng)力，下方原子受到拉應(yīng)力。負(fù)刃型位錯(cuò)則剛好相反,（2）位錯(cuò)滑移矢量b垂直于位錯(cuò)線，位錯(cuò)線和滑移矢量構(gòu)成滑移的唯一平面即滑移面,（3）位錯(cuò)線不一定是直線，形狀可以是直線，折線和曲線，位錯(cuò)環(huán),12,2.2.2 螺型位錯(cuò),假定在一塊簡單立方晶體中,沿某一晶面切一刀縫，貫穿于晶體右側(cè)至BC處,在晶體的右側(cè)上部施加一切應(yīng)力，使右端上下兩部分晶體相對滑移一個(gè)原子間距,BC線左邊晶體未發(fā)生滑移，出現(xiàn)已滑移區(qū)與未滑移區(qū)

5、的邊界BC,13,螺型位錯(cuò)（Screw dislocation）,右側(cè)晶體上下兩部分發(fā)生晶格扭動(dòng),從俯視角度看，在滑移區(qū)上下兩層原子發(fā)生了錯(cuò)動(dòng)，晶體點(diǎn)陣畸變最嚴(yán)重的區(qū)域內(nèi)的兩層原子平面變成螺旋面,畸變區(qū)的尺寸與長度相比小得多，在畸變區(qū)范圍內(nèi)稱為螺型位錯(cuò),已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交線BC則稱之為螺型位錯(cuò)線,14,Screw dislocation,15,Screw dislocation,16,Screw dislocation,17,Screw dislocation,18,螺型位錯(cuò)分類,按照螺旋面前進(jìn)的方向與螺旋面旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系分,螺型位錯(cuò)與刃型位錯(cuò)的主要區(qū)別,左螺型位錯(cuò),右螺型位錯(cuò),符合右手定

6、則（右手拇指代表螺旋面前進(jìn)方向，其它四指代表螺旋面旋轉(zhuǎn)方向）的稱為右螺型位錯(cuò)，符合左手定則的稱為左螺型位錯(cuò),螺型位錯(cuò)線與滑移矢量平行,螺型位錯(cuò)受力時(shí)只存在平行位錯(cuò)線的切應(yīng)力，而無正應(yīng)力,螺型位錯(cuò)線移動(dòng)方向與滑動(dòng)方向相垂直,19,螺型位錯(cuò)特征：,1）螺型位錯(cuò)無額外半原子面，原子錯(cuò)排呈軸對稱,2）螺型位錯(cuò)與滑移矢量平行，故一定是直線,3）包含螺位錯(cuò)的面必然包含滑移矢量,5）位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶塊滑移方向、應(yīng)力矢量互相垂直,4）螺位錯(cuò)周圍的點(diǎn)陣也發(fā)生彈性畸變，但只有平行于位錯(cuò)線的切應(yīng)變，無正應(yīng)變（在垂直于位錯(cuò)線的平面投影上，看不出缺陷）,螺位錯(cuò)可以有無窮個(gè)滑移面,實(shí)際上滑移通常是在原子密排面上進(jìn)行，

7、故滑移面有限,20,2.2.3 混合位錯(cuò),位錯(cuò)線與滑移矢量兩者方向夾角呈任意角度,滑移面ABC范圍內(nèi)原子發(fā)生了位移，其滑移矢量用b表示,混合位錯(cuò)的形成,位錯(cuò)線上任一點(diǎn)的滑移矢量相同,晶體右上角在外力F作用下發(fā)生切變,弧線AC即是位錯(cuò)線，為已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界，與滑移矢量成任意角度,是晶體中較常見的一種位錯(cuò),21,混合位錯(cuò),AC位錯(cuò)線中,混合位錯(cuò)原子組態(tài),靠近A端的位錯(cuò)線段平行于滑移矢量，屬于純螺型位錯(cuò),靠近C端的位錯(cuò)線段垂直于滑移矢量，屬于純?nèi)行臀诲e(cuò),其余部分線段與滑移矢量成任意角度，屬混合位錯(cuò),每一段位錯(cuò)線均可分解為刃型和螺型兩個(gè)分量,22,混合位錯(cuò),每一段位錯(cuò)線均可分解為刃型和螺型兩個(gè)

8、分量,23,2.3 柏氏矢量,柏氏矢量是描述位錯(cuò)性質(zhì)的一個(gè)重要物理量,表示位錯(cuò)區(qū)原子的畸變特征，包括畸變的位置和畸變的程度,是矢量,1939年Burgers提出，故稱該矢量為“柏格斯矢量”或“柏氏矢量”,用b 表示,24,柏氏矢量的確定方法,1）人為假定位錯(cuò)線方向,2）用右手螺旋法則來確定柏格斯回路的旋轉(zhuǎn)方向,3）將含有位錯(cuò)的實(shí)際晶體和理想的完整晶體相比較,在實(shí)際晶體中作柏氏回路，在完整晶體中按相同的路線和步法作回路，路線終點(diǎn)指向起點(diǎn)的矢量，即“柏氏矢量”,使位錯(cuò)線的正向與右螺旋的正向一致,一般是從紙背向紙面或由上向下為位錯(cuò)線正向,25,刃型位錯(cuò)的柏氏回路與柏氏矢量,刃型位錯(cuò)的柏氏回路和柏氏矢

9、量 (a)含有位錯(cuò)的晶體；(b)供比較用的理想晶體,26,確定刃型位錯(cuò)的右手法則,27,螺型位錯(cuò)的柏氏回路和柏氏矢量,28,從柏氏矢量和位錯(cuò)線取向關(guān)系確定位錯(cuò)類型,(1) 刃型位錯(cuò)：柏氏矢量與位錯(cuò)線相垂直,位錯(cuò)線與柏氏矢量的位向關(guān)系區(qū)分位錯(cuò)的類型和性質(zhì),(2) 螺型位錯(cuò)：柏氏矢量與位錯(cuò)線相平行，柏氏矢量與位錯(cuò)線同向的則為右螺型位錯(cuò)，柏氏矢量與位錯(cuò)線反向的則為左螺型位錯(cuò),(3) 混合位錯(cuò)：柏氏矢量與位錯(cuò)線成任意角度,29,螺型位錯(cuò)類型判斷,確定左、右螺型位錯(cuò)類型右手法則,30,1）表征位錯(cuò)線的性質(zhì),柏氏矢量b的物理意義,2）表征了總畸變的積累,3）表征了位錯(cuò)強(qiáng)度,據(jù)b與位錯(cuò)線的取向關(guān)系可確定位錯(cuò)

10、線性質(zhì),圍繞一根位錯(cuò)線的柏氏回路任意擴(kuò)大或移動(dòng)，回路中包含的點(diǎn)陣畸變量的總累和不變，因而由這種畸變總量所確定的柏氏矢量也不改變,同一晶體中b大的位錯(cuò)有嚴(yán)重點(diǎn)陣畸變，能量高且不穩(wěn)定,位錯(cuò)許多性質(zhì)，如位錯(cuò)的能量，應(yīng)力場，位錯(cuò)受力等，都與b有關(guān),31,位錯(cuò)是滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界,柏氏矢量b的物理意義,螺型位錯(cuò)滑移方向平行于位錯(cuò)線，滑移量也是一個(gè)原子間距，和柏氏矢量完全一致,畸變是由滑移面上局部滑移引起的，滑移區(qū)上滑移的大小和方向與位錯(cuò)線上原子畸變特征一致,刃型位錯(cuò)滑移區(qū)的滑移方向正好垂直于位錯(cuò)線，滑移量為一個(gè)原子間距,對于任意位錯(cuò)，不管其形狀如何，只要知道它的柏氏矢量，就得知晶體滑移的方向和大小，而不必從原子尺度考慮運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)，為討論塑性變形提供了方便,4）柏氏矢量的另一個(gè)重要意義是指出了位錯(cuò)滑移后，晶體上、下部分產(chǎn)生相對位移的方向和大小，即滑移矢量,32,1）柏氏矢量與回路起點(diǎn)選擇無關(guān)，也與柏氏回路的具體路徑，大小無關(guān),3柏氏矢量特征,2）幾根位錯(cuò)相遇于一點(diǎn)，其方向朝著節(jié)點(diǎn)的各位錯(cuò)線的柏氏矢量 b之和等于離開節(jié)點(diǎn)之和,一條位錯(cuò)線只有一個(gè)柏氏矢量,如有幾根位錯(cuò)線的方向均指向或離開節(jié)點(diǎn)，這些位錯(cuò)線的柏氏矢量之和值為零,三位錯(cuò)線相遇于一點(diǎn)