《线缺陷和面缺陷》PPT课件.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: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位错的基本类型位错的基本类型(1)刃刃型型位位错错:正正刃刃型型位位错错()、负负刃刃型型位位错错()刃型位错的几何特征:刃型位错的几何特征:(1)位错线与其滑移矢量位错线与其滑移
2、矢量d垂直垂直,刃型位错可以为,刃型位错可以为任意任意形状的曲线形状的曲线。(2)有多余半原子面。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习惯上,把多余半原子面在滑移面以上的位错称为正刃型位错,用符号正刃型位错,用符号“”表示,反之为负刃型位错,表示,反之为负刃型位错,用用“”表示。刃型位错周围的点阵畸变关于半原子表示。刃型位错周围的点阵畸变关于半原子面左右对称。面左右对称。(2)螺型位错:左螺型位错、右螺型位错螺型位错: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 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
3、,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)混合型位错混合型位错位错的性质:位错的性质:形状:形状:不一定是直线不一定是直线,位错及其畸变区是一条管道。,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。是已滑移区与未滑移区的边界。不能中断于晶体内部不能中断于晶体内部。可在表面露头,或中止于晶界和。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。相界,或与其它位错相交,或自行封闭成环。位错的易动性3.2.2柏氏矢量柏氏矢量 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
4、量,并称为柏柏氏氏矢矢量量(或柏矢量),以b b表示,它是位错的特征标志。柏氏矢量柏氏矢量(1)确定方法)确定方法a 规规定定位位错错线线指指出出屏屏幕幕(纸纸面)为正面)为正b 在在位位错错周周围围沿沿着着点点阵阵结结点点形形成成右右螺螺旋旋的的封封闭闭回回路路。(柏氏回路)(柏氏回路)c 在在理理想想晶晶体体中中按按同同样样顺顺序序作同样大小的回路。作同样大小的回路。(不能闭合)(不能闭合)d 在在理理想想晶晶体体中中从从终终点点到到起起点的矢量即为点的矢量即为柏氏矢量柏氏矢量。N NO OQ Q12345 56 68 89 9101011 12 1311 12 137 7P PM MN
5、NO OQ Q12345 56 68 89 9101011 12 1311 12 137 7P PM M柏氏矢量柏氏矢量(1)确定方法)确定方法a 在在位位错错周周围围沿沿着着点点阵阵结结点点形形成成右右螺螺旋旋的的封封闭闭回回路路。(柏柏氏氏回路)回路)b 在在理理想想晶晶体体中中按按同同样样顺顺序序作作同同样大小的回路。样大小的回路。c 在在理理想想晶晶体体中中从从终终点点到到起起点点的的矢矢量量即即为为柏柏氏氏矢量矢量。1 12 21 12 23 34 41 12 23 31 12 23 34 41 11 11 12 21 12 23 34 41 12 23 31 12 23 34 41
6、 11 1(2)柏氏矢量的表示方法柏氏矢量的表示方法a 表示表示:b 求模:求模:全位错:柏氏矢量的模全位错:柏氏矢量的模等于等于该晶向上的原子间距的位错,该晶向上的原子间距的位错,又叫又叫单位位错单位位错。不全位错:不全位错:柏氏矢量的模柏氏矢量的模小于小于该晶向上的原子间距的位错该晶向上的原子间距的位错(3)柏氏矢量的特性柏氏矢量的特性a 代表位错,并表示其特征(强度、畸变量)。代表位错,并表示其特征(强度、畸变量)。b 表表示示晶晶体体滑滑移移的的方方向向和和大大小小:b平平行行于于滑滑移移方向方向c 柏柏氏氏矢矢量量的的守守恒恒性性(唯唯一一性性):一一条条位位错错线线具有唯一的柏氏矢
7、量。具有唯一的柏氏矢量。d 判判断断位位错错的的类类型型:刃刃型型位位错错b垂垂直直于于位位错错线线,螺型位错螺型位错b平行于位错线。平行于位错线。ee用柏氏回路求得的柏氏矢量为回路中包围的所有用柏氏回路求得的柏氏矢量为回路中包围的所有用柏氏回路求得的柏氏矢量为回路中包围的所有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)位错柏氏矢量的总和(矢量和)位错柏氏矢量的总和(矢量和)位错柏氏矢量的总和(矢量和)可加可加可加可加性性性性 3.2.3位错密度位错密度 (1 1)位错密度的定义:)位错密度的定义:单位体积中包含的位错线的总长度,用单位体积中包含的位错线的总长度,用v
8、 表示:表示:vL/V L L为位错线的总长度,为位错线的总长度,V V为晶体体积。为晶体体积。穿过单位截面面积的位错线数目,用穿过单位截面面积的位错线数目,用s表示:表示:sn/S 严格地说严格地说v与与s是不同的。是不同的。一般来说一般来说vs。3.2.3位错密度位错密度实验结果给出下面的一些数量级的概念。实验结果给出下面的一些数量级的概念。1.1.剧烈冷加工的晶体:剧烈冷加工的晶体:s=1012cm-2。2.2.充分退火的金属晶体:充分退火的金属晶体:s=104108cm-2。3.3.精心制备超纯半导体:精心制备超纯半导体:s=102cm-2。但即使在但即使在s=1012cm-2的情况下
9、,试样的任一平的情况下,试样的任一平面上,约每面上,约每10001000个原子中有一个位错露头,缺陷所个原子中有一个位错露头,缺陷所占的比例仍然很小。占的比例仍然很小。12/27/202212/27/20221717 在在在在位位位位错错错错线线线线附附附附近近近近,晶晶晶晶格格格格是是是是不不不不完完完完整整整整的的的的,晶晶晶晶格格格格活活活活化化化化,晶格畸变,质点易移动晶格畸变,质点易移动晶格畸变,质点易移动晶格畸变,质点易移动 位位位位错错错错线线线线上上上上的的的的原原原原子子子子价价价价不不不不饱饱饱饱和和和和,因因因因此此此此有有有有吸吸吸吸引引引引杂杂杂杂质质质质原原原原子的
10、倾向子的倾向子的倾向子的倾向 杂杂杂杂质质质质离离离离子子子子半半半半径径径径与与与与晶晶晶晶体体体体基基基基质质质质不不不不同同同同,进进进进入入入入晶晶晶晶格格格格引引引引起起起起应力应力应力应力 实实实实际际际际晶晶晶晶体体体体沿沿沿沿位位位位错错错错线线线线上上上上应应应应力力力力集集集集中中中中,结结结结合合合合杂杂杂杂质质质质离离离离子子子子有有有有利于晶体内能降低利于晶体内能降低利于晶体内能降低利于晶体内能降低 3.2.3、位错线附近杂质富集、位错线附近杂质富集12/27/202212/27/20221818对正刃型位错而言:对正刃型位错而言:A A A A、在在在在位位位位错错
11、错错线线线线之之之之上上上上,原原原原子子子子受受受受挤挤挤挤压压压压,倾倾倾倾向向向向于于于于吸吸吸吸引引引引原原原原子子子子半半半半径小的杂质径小的杂质径小的杂质径小的杂质 B B B B、在在在在位位位位错错错错线线线线之之之之下下下下,原原原原子子子子受受受受扩扩扩扩张张张张,倾倾倾倾向向向向于于于于吸吸吸吸引引引引原原原原子子子子半径大的杂质半径大的杂质半径大的杂质半径大的杂质 C C C C、位错处是杂质富集、位错处是杂质富集、位错处是杂质富集、位错处是杂质富集的地方的地方的地方的地方.故位错的存在影故位错的存在影故位错的存在影故位错的存在影响杂质在晶格中的扩散响杂质在晶格中的扩散
12、响杂质在晶格中的扩散响杂质在晶格中的扩散 12/27/202212/27/20221919 位位错错的的存存在在并并非非静静止止,位位错错介介稳稳状状态,较小应力即可使位错运动态,较小应力即可使位错运动(1)(1)、滑移、滑移 位错使晶体容易沿滑移系统滑位错使晶体容易沿滑移系统滑移移,滑移系统滑移面滑移方向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)低指数晶面(大面间距、面网密度大)3.2.4、位错的运动、位错的运动与与b b矢量平行的切应力使刃位错滑移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)只需很小能量即可使滑移传播(始于有限区域)刃位错滑移刃位错
13、滑移刃位错滑移刃位错滑移 原子模型原子模型原子模型原子模型【Eg.Eg.】为为何何金金属属具具有有延延展展性性、而而陶陶瓷瓷表表现现出出脆性?脆性?金属滑移系统多:金属键无方向性,;金属滑移系统多:金属键无方向性,;陶陶瓷瓷滑滑移移系系统统少少:共共价价键键、离离子子键键具具有有方方向向性性,离离子子晶晶体体滑滑移移时时具具有有选选择择性性,同同号号离离子子相相遇遇产生极大斥力阻碍滑移产生极大斥力阻碍滑移(2)(2)、攀移、攀移 刃刃型型位位错错除除了了在在滑滑移移面面上上运运动动外外,还还可可以以发发生生垂垂直直于于滑滑移移方方向向的的运运动动,称称为为位位错错的的攀攀移移。位位错错攀攀移移
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