晶體缺陷-位錯概念.ppt

1、位錯的引入：晶體使得強(qiáng)度和理論強(qiáng)度相差幾個數(shù)量級,與位錯相關(guān)的形變的特點(diǎn)：（1）方向性，晶體在固定的晶面和晶向滑移。（2） 形變的不均勻性和不連續(xù)性。（3） 形變滑移的傳播性。（4) 滑移具有臨界切應(yīng)力。（5）溫度對臨界切應(yīng)力有影響。 位錯的特性： （1） 位錯由晶體結(jié)構(gòu)本身確定。（2） 具有結(jié)構(gòu)敏感性。（3) 能解釋形變的傳播性。（4）位錯的易動性。（5） 位錯的易產(chǎn)生性增殖,位錯理論的發(fā)展：,1907，沃爾特拉（volterra)在彈性體中提出位錯概論 1934， 波拉尼（M.Polanyi)和奧羅萬（E.Orowan)及泰勒（G.I. Taylor)提出晶體缺陷的位錯模型 1939，柏格

2、斯（Burgers）引入柏格斯矢量 1940， 皮爾斯（Peierls)提出，1947，由納巴羅（Nabarro）修正的位錯點(diǎn)陣模型 1947， 科特雷爾（Cottrell）闡明了位錯和溶質(zhì)原子的相互作用 1947， 肖克萊（Shockley）提出了面心立方中的擴(kuò)展位錯 1950， 弗蘭克（Frank）和里德（Read）提出位錯的增殖機(jī)理 1953，奈（Nye）和1954，比爾拜（Bilby)以及克朗尼（Kroner)提出了無限小位錯連續(xù)分布模型。 位錯受力公式（克朗尼，1950，布林，1955） 位錯的觀察，1956，門特（Menter）， 赫希（Hirsch）,位錯的基本類型及特征,刃型位

3、錯: 螺型位錯: 混合位錯,刃位錯,形成及定義 ： 晶體在大于屈服值的切應(yīng)力作用下，以ABCD面為滑移面發(fā)生滑移。EF是晶體已滑移部分和未滑移部分的交線，猶如砍入晶體的一把刀的刀刃，即刃位錯（或棱位錯）。 幾何特征：位錯線與原子滑移方向相垂直；滑移面上部位錯線周圍原子受壓應(yīng)力作用，原子間距小于正常晶格間距；滑移面下部位錯線周圍原子受張應(yīng)力作用，原子間距大于正常晶格間距。 分類：正刃位錯， “” ；負(fù)刃位錯， “T” 。符號中水平線代表滑移面，垂直線代表半個原子面。,確定半原子面的右手定則,位錯線正方向：食指,B方向：中指,半原子面：拇指,刃型位錯-刃位錯結(jié)構(gòu)示意圖,基本點(diǎn)如下： 位錯線：晶體中

4、已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界 正、負(fù)刃位錯 位錯寬度，25個原子間距 位錯是一管道 額外（多余）半原子面 滑移矢量 滑移面 刃位錯不一定是直線， 可為純?nèi)行臀诲e環(huán),刃型位錯特征： 位錯線不一定是直線，可以是折線或曲線，但刃型位錯線必與滑移矢量垂直，且滑移面是位錯線和滑移矢量所構(gòu)成的唯一平面。 位錯周圍的點(diǎn)陣發(fā)生彈性畸變，既有正應(yīng)變，又有切應(yīng)變 位錯是一管道,刃型位錯：位錯線為曲線,位錯線為曲線，滑移面為曲面,形成及定義： 晶體在外加切應(yīng)力作用下，沿ABCD面滑移，圖中EF線為已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的分界處。由于位錯線周圍的一組原子面形成了一個連續(xù)的螺旋形坡面，故稱為螺位錯。 幾何特征：位錯線與原子滑移

5、方向相平行；位錯線周圍原子的配置是螺旋狀的。 分類：有左、右旋之分.符合左手、右手螺旋定則。,螺位錯,位錯線的方向與滑移矢量一致：右手螺旋 位錯線的方向與滑移矢量相反：左手螺旋,拇指指向順著位錯的柏氏 矢量方向滑移的那部分晶體,中指指向位錯運(yùn)動方向,食指指向位錯線的正方向,右手法則: 確定位錯滑移面兩側(cè)的兩部分晶體的具體滑移方向,位錯的運(yùn)動方向由位錯的本身性質(zhì)決定！,位錯線運(yùn)動的方向始終和位錯線方向垂直，二者決定了滑移面，由食指和中指決定滑移面，大拇指決定滑移面法向的正方向，該方向指向順著位錯的柏氏矢量方向滑移的那部分晶體,左右螺旋位錯,螺型位錯,圖為螺型位錯形成模型,螺型位錯-特征：,1）螺

6、型位錯無額外半原子面，原子錯排呈軸對稱 2）螺型位錯與滑移矢量平行，故一定是直線 3）包含螺位錯的面必然包含滑移矢量，故螺位錯可以有無窮個滑移面，但實(shí)際上滑移通常是在原子密排面上進(jìn)行，故有限 4）螺位錯周圍的點(diǎn)陣也發(fā)生了彈性畸變，但只有平行于位錯線的切應(yīng)變，無正應(yīng)變（在垂直于位錯線的平面投影上，看不出缺陷） 5）位錯線的移動方向與晶塊滑移方向互相垂直,在外力作用下，兩部分之間發(fā)生相對滑移，在晶體內(nèi)部已滑移和未滑移部分的交線既不垂直也不平行滑移方向（伯氏矢量b），這樣的位錯稱為混合位錯。 位錯線上任意一點(diǎn)，經(jīng)矢量分解后，可分解為刃位錯和螺位錯分量。晶體中位錯線的形狀可以是任意的，但位錯線上各點(diǎn)的

7、伯氏矢量相同，只是各點(diǎn)的刃型、螺型分量不同而已。,混合位錯,混合位錯 位錯線上任一點(diǎn)的滑移矢量相同，但兩者方向夾角呈任意 角度。 圖為混合位錯的產(chǎn)生,位錯環(huán),有純的刃型位錯環(huán)，無純的螺型位錯環(huán),位錯線不能終止于晶體內(nèi)部，具有封閉性,柏氏矢量,柏氏矢量是描述位錯性質(zhì)的一個重要物理量，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 柏氏矢量的確定（方法與步驟） 1）人為假定位錯線方向，一般是從紙背向紙面或由上向下為位錯線正向 2）用右手螺旋法則來確定柏格斯回路的旋轉(zhuǎn)方向，使位錯線的正向與右螺旋的正向一致 3）將含有位錯的實(shí)際晶體和理想的完整晶體相比較 在實(shí)際晶體

8、中作一柏氏回路，在完整晶體中按其相同的路線和步伐作回路，自路線終點(diǎn)向起點(diǎn)的矢量，即“柏氏矢量”。,刃型位錯的柏氏回路與柏氏矢量,位錯線正方向,柏格斯矢量,多余半原子面,y,z,x,o,食指,中指,拇指,與起點(diǎn)選取位置無關(guān),螺型位錯的柏氏回路和柏氏矢量,螺型位錯的b矢量與位錯線平行，b與位錯線正方向平行為右螺型位錯， 反平行為左螺型位錯,混合位錯的b矢量,不平行也不垂直位錯線,位錯線,B矢量,柏氏矢量b的物理意義 1） 表征位錯線的性質(zhì) 據(jù)b與位錯線的取向關(guān)系可確定位錯線性質(zhì)， 2）b表征了總畸變的積累 圍繞一根位錯線的柏氏回路任意擴(kuò)大或移動，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

9、量所確定的柏氏矢量也不改變。 3）b表征了位錯強(qiáng)度 同一晶體中b大的位錯具有嚴(yán)重的點(diǎn)陣畸變，能量高且 不穩(wěn)定。 4）位錯的許多性質(zhì)，如位錯的能量，應(yīng)力場，位錯受力 等，都與b有關(guān)。,b矢量的表示法,以晶軸為坐標(biāo)系，用晶向指數(shù)來表示： 體心：b=a/2111 一般立方晶系：b=a/n 矢量大小：,柏氏矢量特征 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) 2)對一條位錯線而言，其伯氏矢量是固定不變的，此即位錯的伯氏矢量的守恒性。 推論： a.一條位錯線只有一個伯氏矢量。 b.如果幾條位錯線在晶體內(nèi)部相交（交點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)），則指向節(jié)點(diǎn)的各位錯的伯氏矢量之和，必然等于離開節(jié)點(diǎn)的各位錯的伯氏矢量之和 。如有幾根位錯線的方向均指向或離開節(jié)點(diǎn)，則這些位錯線的柏氏矢量之和值為零,證明,一個位錯只有一個b矢量,一個位錯環(huán)只有一個b矢量,多個位錯相遇指向同一個節(jié)點(diǎn)或離開一個節(jié)點(diǎn)，b矢量和等于零,位錯線的連續(xù)性,位錯線不可能中斷于晶體內(nèi)部。在晶體內(nèi)部，位錯線要么自成環(huán)狀回路，要么與其它