晶体缺陷与固溶体讲课稿.ppt

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1、晶体缺陷与固溶体晶体的理论切变强度：一般金属：τm=104~105MPa实际金属单晶：1~10MPaGeoffreyTaylor爵士1934年提出位错的概念τττ5.3.1位错的基本类型1.刃型位错设有一简单立方结构的晶体，在切应力的作用下发生局部滑移，发生局部滑移后晶体内在垂直方向出现了一个多余的半原子面，显然在晶格内产生了缺陷，这就是位错，这种位错在晶体中有一个刀刃状的多余半原子面，所以称为刃型位错。通常称晶体上半部多出原子面的位错为正刃型位错，用符号“┴”表示，反之为负刃型位错，用“┬”表示。正刃型位错位错线负刃型位错透射电镜下观

2、察到的位错线2.螺型位错设想在简单立方晶体右端施加一切应力，使右端ABCD滑移面上下两部分晶体发生一个原子间距的相对切变，在已滑移区与未滑移区的交界处，AB线两侧的上下两层原子发生了错排和不对齐现象，它们围绕着AB线连成了一个螺旋线，而被AB线所贯穿的一组原来是平行的晶面则变成了一个以AB线为轴的螺旋面。此种晶格缺陷被称为螺型位错。螺旋位错分为左旋和右旋。以大拇指代表螺旋面前进方向，其他四指代表螺旋面的旋转方向，符合右手法则的称右旋螺旋位错，符合左手法则的称左旋螺旋位错。螺形位错的螺旋面螺型位错示意图3.混合位错如果局部滑移从晶体

3、的一角开始，然后逐渐扩大滑移范围，滑移区和未滑移区的交界为曲线AB在A处，位错线和滑移方向平行，是纯螺型位错；在B处，位错线和滑方向垂直，是纯刃型位错。其他AB上的各点，曲线和滑移方向既不垂直又不平行，原子排列介于螺型和刃型位错之间，所以称为混合型位错。混合位错示意图4.柏氏矢量（1）柏氏矢量的确定方法先确定位错的方向（一般规定位错线垂直纸面时，由纸面向外为正），按右手法则做柏氏回路，右手大拇指指位错正方向，回路方向按右手螺旋方向确定。从实际晶体中任一原子M出发，避开位错附近的严重畸变区作一闭合回路MNOPQ，回路每一步连结相邻原子。

4、按同样方法在完整晶体中做同样回路，步数，方向与上述回路一致，这时终点Q和起点M不重合，由终点Q到起点M引一矢量QM即为柏氏矢量b。柏氏矢量与起点的选择无关，也与路径无关。刃型位错柏氏矢量的确定(a)有位错的晶体(b)完整晶体MNOPQMNOPQ柏氏矢量螺型位错柏氏矢量的确定(a)有位错的晶体(b)完整晶体柏氏矢量（2）柏氏矢量的物理意义及特征柏氏矢量是描述位错实质的重要物理量。反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总累计。通常将柏氏矢量称为位错强度，它也表示出晶体滑移时原子移动的大小和方向。柏氏矢量具有守恒性。推论：一根不可分叉的任何

5、形状的位错只有一个柏氏矢量。利用柏氏矢量b与位错线t的关系，可判定位错类型。若b∥t则为螺型位错。若b⊥t为刃型位错。5.位错密度位错密度是指单位体积内位错线的总长度。其表达式为式中：LV是体位错密度；L是位错线的总长度；V是晶体的体积。经常用穿过单位面积的位错数目来表示位错密度。式中：是穿过截面的位错数；是截面面积。位错密度的单位是cm-2。5.3.2位错的运动位错的运动有两种基本形式：滑移和攀移。在一定的切应力的作用下，位错在滑移面上受到垂至于位错线的作用力。当此力足够大，足以克服位错运动时受到的阻力时，位错便可

6、以沿着滑移面移动，这种沿着滑移面移动的位错运动称为滑移。刃型位错的位错线还可以沿着垂直于滑移面的方向移动，刃型位错的这种运动称为攀移。位错的滑移刃型位错：对含刃型位错的晶体加切应力，切应力方向平行于柏氏矢量，位错周围原子只要移动很小距离，就使位错由位置(a)移动到位置(b)。当位错运动到晶体表面时，整个上半部晶体相对下半部移动了一个柏氏矢量晶体表面产生了高度为b的台阶。刃型位错的柏氏矢量b与位错线t互相垂直，故滑移面为b与t决定的平面，它是唯一确定的。刃型位错移动的方向与b方向一致，和位错线垂直。(a)(b)(c)刃型位错的滑移滑移面

7、滑移台阶ττ位错滑移的比喻螺型位错：沿滑移面运动时，在切应力作用下，螺型位错使晶体右半部沿滑移面上下相对低移动了一个沿原子间距。这种位移随着螺型位错向左移动而逐渐扩展到晶体左半部分的原子列。螺型位错的移动方向与b垂直。此外因螺型位错b与t平行，故通过位错线并包含b的随所有晶面都可能成为它的滑移面。当螺型位错在原滑移面运动受阻时，可转移到与之相交的另一个滑移面上去，这样的过程叫交叉滑移，简称交滑移。螺型位错的滑移2.位错的攀移刃型位错还可以在垂直滑移面的方向上运动即发生攀移。攀移的实质是多余半原子面的伸长或缩短。刃型位错的攀移(a)正

8、攀移(b)原始位置(c)负攀移讨论和练习1.位错的滑移特征位错类型柏氏矢量位错线运动方向晶体滑移方向切应力方向滑移面数目刃型位错螺型位错混合位错⊥位错线⊥位错线本身与b一致与b一