位錯(cuò)的生成與增殖

1、第第7章章 晶體缺陷晶體缺陷 1、位錯(cuò)來(lái)源、位錯(cuò)來(lái)源v 1）凝固時(shí)在晶體長(zhǎng)大相遇處，因位向略有差別而形成；）凝固時(shí)在晶體長(zhǎng)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(guò)程中不均勻分布使晶體的）因熔體中雜質(zhì)原子在凝固過(guò)程中不均勻分布使晶體的先后凝固部分成分不同，從而點(diǎn)陣常數(shù)也有差異，而在過(guò)先后凝固部分成分不同，從而點(diǎn)陣常數(shù)也有差異，而在過(guò)渡區(qū)出現(xiàn)位錯(cuò)；渡區(qū)出現(xiàn)位錯(cuò)；v 3）流動(dòng)液體沖擊、冷卻時(shí)局部應(yīng)力集中導(dǎo)致位錯(cuò)的萌生。）流動(dòng)液體沖擊、冷卻時(shí)局部應(yīng)力集中導(dǎo)致位錯(cuò)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(cuò)的形成。都易產(chǎn)生應(yīng)力集中，這些應(yīng)力也促使位錯(cuò)的形成。v 5）過(guò)飽和空位的聚集成片也是位錯(cuò)的重要來(lái)源。）過(guò)飽和空位的聚集成片也是位錯(cuò)的重要來(lái)源。7.5 位錯(cuò)的生成與增殖位錯(cuò)的生成與增殖 2、位錯(cuò)的增殖、位錯(cuò)的增殖v 塑性變形時(shí)，有大量位錯(cuò)滑出晶體，所以變形以后晶體中的位錯(cuò)數(shù)目塑性變形時(shí)，有大量位錯(cuò)滑出晶體，所以變形以后晶體中的位錯(cuò)數(shù)目應(yīng)當(dāng)減少。應(yīng)當(dāng)減少。v 但實(shí)際上，位錯(cuò)密度隨著變形量的增加而加大，在經(jīng)過(guò)劇烈變形以后但實(shí)際上，位錯(cuò)密度隨著變形量的增加而加大，在經(jīng)過(guò)劇烈變形以后甚至可增加個(gè)數(shù)量級(jí)。甚至可增加個(gè)數(shù)量級(jí)。v 此現(xiàn)象表明：此現(xiàn)象表明：變形過(guò)程中位錯(cuò)肯定是以某種

3、方式不斷增殖，而能增值而能增值位錯(cuò)的地方稱為位錯(cuò)的地方稱為位錯(cuò)源。v 位錯(cuò)增殖機(jī)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(shí)驗(yàn)所證實(shí)的位錯(cuò)增殖機(jī)構(gòu)稱為提出并已為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)的位錯(cuò)增殖機(jī)構(gòu)稱為弗蘭克-瑞德(Frank-Rend）源，簡(jiǎn)稱F-R源。v 設(shè)想晶體中某滑移面上有一段刃型位錯(cuò)設(shè)想晶體中某滑移面上有一段刃型位錯(cuò)ABAB，其兩端被位錯(cuò)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)釘住，其兩端被位錯(cuò)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)釘住，如圖：如圖：7.5 位錯(cuò)的生成與增殖位錯(cuò)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(shí)，位錯(cuò)線的條件時(shí)，位錯(cuò)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(yùn)動(dòng)。而發(fā)生滑移運(yùn)動(dòng)。v 在應(yīng)力場(chǎng)均勻的情況在應(yīng)力場(chǎng)均勻的情況下，沿位錯(cuò)線各處的下，沿位錯(cuò)線各處的滑移力滑移力t t大大小都相等，位錯(cuò)線本小都相等，位錯(cuò)線本應(yīng)平行向前滑移，應(yīng)平行向前滑移，v 但因位錯(cuò)但因位錯(cuò)ABAB兩端被固兩端被固定住，不能運(yùn)動(dòng)，勢(shì)定住，不能運(yùn)動(dòng)，勢(shì)必在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)發(fā)生必在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)發(fā)生彎曲，結(jié)果位錯(cuò)變成彎曲，結(jié)果位錯(cuò)變成曲線形狀，如圖（曲線形狀，如圖（b b）所示。所示。 7.5 位錯(cuò)的生成與增殖位錯(cuò)的生成與增殖 v 位錯(cuò)所受力位錯(cuò)所受力t t總是處總是處處與位錯(cuò)本身垂直，處與位錯(cuò)本身垂直，即使位錯(cuò)彎曲也如此即使位錯(cuò)彎曲也如此v 在應(yīng)力作用下，位錯(cuò)在應(yīng)力

5、作用下，位錯(cuò)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(yùn)動(dòng)，法線方向向外運(yùn)動(dòng)，經(jīng)歷圖（經(jīng)歷圖（c c）（）（d d）。）。v 當(dāng)位錯(cuò)線再向前走出當(dāng)位錯(cuò)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(diǎn)就碰到一起了。兩點(diǎn)就碰到一起了。 7.5 位錯(cuò)的生成與增殖位錯(cuò)的生成與增殖 v 因因p p、q q兩點(diǎn)處一對(duì)左、兩點(diǎn)處一對(duì)左、右旋螺位錯(cuò)，遇到時(shí)，右旋螺位錯(cuò)，遇到時(shí)，便互相抵消。便互相抵消。v 則原位錯(cuò)線被分成兩則原位錯(cuò)線被分成兩部分，如圖（）。部分，如圖（）。v 此后，外面位錯(cuò)環(huán)在此后，外面位錯(cuò)環(huán)在t t作用下不斷擴(kuò)大，作用下不斷擴(kuò)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(cuò)將而內(nèi)部另一段位錯(cuò)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(cuò)的生成與增殖位錯(cuò)的生成與增殖 v 上述過(guò)程到此并沒(méi)結(jié)束，上述過(guò)程到此并沒(méi)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(gè)位錯(cuò)環(huán)后，在產(chǎn)生一個(gè)位錯(cuò)環(huán)后，位錯(cuò)位錯(cuò)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(dòng)繼續(xù)不斷地重復(fù)上述動(dòng)作。作。v 這樣就會(huì)放出大量位錯(cuò)這樣就會(huì)放出大量位錯(cuò)環(huán)，造成位錯(cuò)的增殖。環(huán)，造成位錯(cuò)的增殖。 7.5 位錯(cuò)的生成與增殖位錯(cuò)的生成與增殖 其它位錯(cuò)增殖機(jī)制：v 上述上述F-R源，實(shí)質(zhì)上是一段兩端被釘扎的可滑動(dòng)位錯(cuò)，所

7、源，實(shí)質(zhì)上是一段兩端被釘扎的可滑動(dòng)位錯(cuò)，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(jī)制。等機(jī)制。雙交滑移位錯(cuò)增殖機(jī)制 7.5 位錯(cuò)的生成與增殖位錯(cuò)的生成與增殖 v 一個(gè)螺位錯(cuò)開始在（一個(gè)螺位錯(cuò)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(cuò)的一段交滑移到（力狀態(tài)變化，位錯(cuò)的一段交滑移到（111111）面，且在繞過(guò)）面，且在繞過(guò)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(gè)（）面相平行的另一個(gè)（111111）面，）面，這時(shí)留在（這時(shí)留在（111111）面

8、上的兩端位錯(cuò)是刃型的，不能隨（）面上的兩端位錯(cuò)是刃型的，不能隨（111111）面上的位錯(cuò)一起前進(jìn)，結(jié)果（面上的位錯(cuò)一起前進(jìn)，結(jié)果（111111）面上的位錯(cuò)就會(huì)以圖）面上的位錯(cuò)就會(huì)以圖7.507.50所描述的方式增殖位錯(cuò)。所描述的方式增殖位錯(cuò)。 圖7-50 雙交滑移位錯(cuò)增殖機(jī)制7.5 位錯(cuò)的生成與增殖位錯(cuò)的生成與增殖 雙交滑移增殖機(jī)制：v 通常把螺位錯(cuò)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(cuò)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(yùn)動(dòng)，稱為移到與原始滑移面平行的滑移面上的滑移運(yùn)動(dòng)，稱為雙交滑移運(yùn)動(dòng)。此位錯(cuò)增殖機(jī)制稱為。此位錯(cuò)增殖機(jī)制稱為位錯(cuò)的雙交滑移增

9、殖機(jī)制。v 若（若（111111）面上位錯(cuò)環(huán)再交滑移到另一個(gè)平行的（）面上位錯(cuò)環(huán)再交滑移到另一個(gè)平行的（111111）平）平面上，成為新位錯(cuò)源，則位錯(cuò)將迅速增殖。面上，成為新位錯(cuò)源，則位錯(cuò)將迅速增殖。v 由此可見(jiàn)，由此可見(jiàn)，雙交滑移是一種更有效的增殖機(jī)制。 7.5 位錯(cuò)的生成與增殖位錯(cuò)的生成與增殖 雙交滑移位錯(cuò)增殖機(jī)制雙交滑移位錯(cuò)增殖機(jī)制 v 單邊(或單軸) F-R源（L型平面源）：v 實(shí)質(zhì)是一段一端被釘扎的可滑動(dòng)位錯(cuò)。實(shí)質(zhì)是一段一端被釘扎的可滑動(dòng)位錯(cuò)。v 如圖，滑移面上位錯(cuò)如圖，滑移面上位錯(cuò)CD CD ，DEDE是不動(dòng)位錯(cuò)，是不動(dòng)位錯(cuò)，D D點(diǎn)被釘扎住。點(diǎn)被釘扎住。單邊F-R源動(dòng)作過(guò)程 7.

10、5 位錯(cuò)的生成與增殖位錯(cuò)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(diǎn)旋點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的蜷線，不斷向外擴(kuò)展。轉(zhuǎn)的蜷線，不斷向外擴(kuò)展。v 蜷線每轉(zhuǎn)一周就掃過(guò)滑移面一次、晶體便產(chǎn)生一個(gè)蜷線每轉(zhuǎn)一周就掃過(guò)滑移面一次、晶體便產(chǎn)生一個(gè)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(dòng)過(guò)程的幾個(gè)階段。表示轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程的幾個(gè)階段。7.5 位錯(cuò)的生成與增殖位錯(cuò)的生成與增殖 v(a)(a)開始階段，開始階段，DCDC是一個(gè)是一個(gè)正刃型位錯(cuò)。v(b)(b)轉(zhuǎn)了轉(zhuǎn)了9090以后，柏氏矢量與位錯(cuò)線方向以后，柏氏矢量與位錯(cuò)線方向(DC(DC方方向向) )一致，故是一致，故是右螺位錯(cuò)。v(c)(c)位錯(cuò)線位錯(cuò)