20101122线缺陷和面缺陷.ppt
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1、3.2 线缺陷,位错:晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。,位错是晶体中普遍存在的线缺陷,它的特点是在一维方向的尺寸较长,另外二维方向上尺寸很小,从宏观看位错是线状的。从微观角度看,位错是管状的。位错对晶体的生长、扩散、相变、塑性变形、断裂等许多物理、化学性质及力学性质都有很大影响。因此位错是材料科学基础中一个重要内容。,图2-4 电子显微镜下观察到的位错线,3.2.1位错的基本类型 刃型位错 :正刃型位错( )、负刃型位错( ),刃型位错的几何特征: (1)位错线与其滑移矢量d垂直,刃型位错可以为任意形状的曲线。 (2)有多余半原子面。 习惯上,把多余半原子面在滑移面以上的位错称为正刃型
2、位错,用符号“”表示,反之为负刃型位错,用“”表示。刃型位错周围的点阵畸变关于半原子面左右对称。,(2)螺型位错:左螺型位错、右螺型位错,螺位错具有如下的几何特征: (1)螺位错线与其滑移矢量d平行,故纯螺位错只能是直线。 (2)根据螺旋面的不同,螺位错可分左和右两种,当螺旋面为右手螺旋时,为右螺位错,反之为左螺位错。 (3)螺位错没有多余原子面,它周围只引起切应变而无体应变。,(3) 混合型位错,位错的性质: 形状:不一定是直线,位错及其畸变区是一条管道。 是已滑移区与未滑移区的边界。 不能中断于晶体内部。可在表面露头,或中止于晶界和相界,或与其它位错相交,或自行封闭成环。,位错的易动性,3
3、.2.2 柏氏矢量,1939年柏格斯(Brugers)提出,把形成一个位错的滑移矢量定义为位错矢量,并称为柏氏矢量(或柏矢量),以b表示,它是位错的特征标志。,柏氏矢量 (1)确定方法 a 规定位错线指出屏幕(纸面)为正 b 在位错周围沿着点阵结点形成右螺旋的封闭回路。(柏氏回路) c 在理想晶体中按同样顺序作同样大小的回路。 (不能闭合) d 在理想晶体中从终点到起点的矢量即为柏氏矢量。,N,O,Q,P,N,O,Q,P,柏氏矢量 (1)确定方法 a 在位错周围沿着点阵结点形成右螺旋的封闭回路。(柏氏回路) b 在理想晶体中按同样顺序作同样大小的回路。 c 在理想晶体中从终点到起点的矢量即为柏
4、氏矢量。,(2)柏氏矢量的表示方法 a 表示: b 求模:,(3)柏氏矢量的特性 a 代表位错,并表示其特征(强度、畸变量)。 b 表示晶体滑移的方向和大小:b平行于滑移方向 c 柏氏矢量的守恒性(唯一性):一条位错线具有唯一的柏氏矢量。 d 判断位错的类型:刃型位错b垂直于位错线,螺型位错b平行于位错线。 e 用柏氏回路求得的柏氏矢量为回路中包围的所有位错柏氏矢量的总和(矢量和) 可加性,3.2.3 位错密度,(1)位错密度的定义: 单位体积中包含的位错线的总长度,用v 表示: v L / V L为位错线的总长度,V为晶体体积。 穿过单位截面面积的位错线数目,用s表示: s n / S 严格
5、地说v与s是不同的。一般来说vs。,3.2.3 位错密度,实验结果给出下面的一些数量级的概念。 1.剧烈冷加工的晶体:s = 1012 cm-2。 2.充分退火的金属晶体:s = 104108 cm-2。 3.精心制备超纯半导体:s = 102 cm-2。 但即使在s=1012 cm-2的情况下,试样的任一平面上,约每1000个原子中有一个位错露头,缺陷所占的比例仍然很小。,2019/8/28,17,在位错线附近,晶格是不完整的,晶格活化,晶格畸变,质点易移动 位错线上的原子价不饱和,因此有吸引杂质原子的倾向 杂质离子半径与晶体基质不同,进入晶格引起应力 实际晶体沿位错线上应力集中,结合杂质离
6、子有利于晶体内能降低,3.2.3、位错线附近杂质富集,2019/8/28,18,对正刃型位错而言: A、在位错线之上,原子受挤压,倾向于吸引原子半径小的杂质 B、在位错线之下,原子受扩张,倾向于吸引原子半径大的杂质 C、位错处是杂质富集 的地方.故位错的存在影 响杂质在晶格中的扩散,2019/8/28,19,位错的存在并非静止,位错介稳状态,较小应力即可使位错运动 (1)、滑移 位错使晶体容易沿滑移系统滑移, 滑移系统滑移面滑移方向 低指数晶面(大面间距、面网密度大),3.2.4、位错的运动,与b矢量平行的切应力使刃位错滑移 只需很小能量即可使滑移传播(始于有限区域),刃位错滑移 原子模型,【
7、Eg.】为何金属具有延展性、而陶瓷表现出脆性? 金属滑移系统多:金属键无方向性,; 陶瓷滑移系统少:共价键、离子键具有方向性,离子晶体滑移时具有选择性,同号离子相遇产生极大斥力阻碍滑移,(2)、攀移 刃型位错除了在滑移面上运动外,还可以发生垂直于滑移方向的运动,称为位错的攀移。位错攀移时,伴随着空位/填隙原子的产生/消失,对正刃型位错:位错线向上攀移时,消除空位/产生填隙原子;向下攀移时,产生空位/消除填隙原子,(3)、位错塞积 位错运动障碍:位错堆积 一群塞积的位错位错群:前密后稀,Dislocation pile-up in Steel,【Eg.】多晶材料中在晶界前形成位错塞积 晶界处晶粒
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