晶體缺陷ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-27 18:47 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 發(fā) 生上下移 動 的 趨勢 。假如晶體中有一螺型位 錯 ， 顯然位 錯 在晶體中向后 發(fā) 生移 動 ，移 動過 的區(qū) 間 右 邊 晶體向下移動 一柏氏矢量。因此，刃、螺型位錯滑移的比較：① 因?yàn)槲诲e線和柏氏矢量平行，所以螺型位錯可以有多個滑移面，螺型位錯無論在哪個方向移動都是滑移。② 晶體兩部分的相對移動量決定于柏氏矢量的大小和方向，與位錯線的移動方向無關(guān)。 ① 螺位 錯 也是在外加切 應(yīng) 力的作用下 發(fā) 生運(yùn) 動 ；② 位 錯 移 動 的方向 總 是和位 錯線 垂直；③ 運(yùn) 動 位 錯掃過 的區(qū)域晶體的兩部分 發(fā) 生了柏氏矢量大小的相 對 運(yùn) 動 (滑移 )；④ 位 錯 移 過 部分在表面留下部分臺 階 ，全部移出晶體的表面上 產(chǎn) 生柏氏矢量大小的完整臺 階 。 這 四點(diǎn)同刃型位 錯 。綜合位錯的運(yùn)動：分析一位錯環(huán)的運(yùn)動以位錯環(huán)為例來說明。 在 一個滑移面上存在一位錯環(huán)，如圖所示，簡化為一多邊型。前后為刃位錯，在切應(yīng)力 τ 的作用下，后部的半原子面在上方，向后 移動；前部的半原子面在下方，向前運(yùn)動。左右為螺位錯，但螺旋方向相反，左邊向左，右邊向右運(yùn)動；其他為混合位錯，均向外運(yùn)動 。 所有 運(yùn)動都使上部晶體向后移動了一個原子間距。所有位錯移出晶體，整個晶體上部移動了一個原子間距?？梢姛o論那種位錯，最后達(dá)到的效果是一樣的 。 如果 外加切應(yīng)力相反，位錯環(huán)將縮小，最后消失。位錯環(huán)存在時，環(huán)所在區(qū)間原子已經(jīng)偏后一原子間距，環(huán)縮小到消失，表明這個偏移的消失，而環(huán)擴(kuò)大表明其他區(qū)間向后移動 。 可見 位錯的運(yùn)動都將使掃過的區(qū)間兩邊的原子層發(fā)生柏氏矢量大小的相對滑動。 （ a）未攀移 (b)正攀移（半原子面縮短）（ c）負(fù)攀移（半原子面伸長）刃位錯的攀移運(yùn)動：刃型位錯 在垂直于滑移面方向上的運(yùn)動。刃位錯發(fā)生攀移運(yùn)動時相當(dāng)于半原子 面的縮短或伸長， 通常把半原子面縮短稱為正攀移，反之為負(fù)攀移。 滑移時不涉及單個原子遷移，即擴(kuò)散。刃型位錯發(fā)生正攀移將有原子多余，大部分是由于晶體中空位運(yùn)動到位錯線上的結(jié)果，從而會造成空位的消失；而負(fù)攀移則需要外來原子，無外來原子將在晶體中產(chǎn)生新的空位?？瘴坏倪w移速度隨溫度的升高而加快，因此刃型位錯的攀移一般發(fā)生在溫度較高時；另外，溫度的變化將引起晶體的平衡空位濃度的變化，這種空位的變化往往和刃位錯的攀移相關(guān)。切應(yīng)力對刃位錯的攀移是無效的，正應(yīng)力的存在有助于攀移 (壓應(yīng)力有助正攀移，拉應(yīng)力有助負(fù)攀移 )，但對攀移的總體作用甚小。 位 錯 在晶體表面的露 頭 拋光后的試樣 在侵 蝕時 ，由于易侵 蝕 而出現(xiàn) 侵 蝕 坑，其特點(diǎn)是坑 為規(guī)則 的多 邊 型且排列有一定 規(guī) 律。只能在晶粒 較 大，位 錯較 少 時 才有明 顯效果。 薄膜透射 電鏡觀 察 將 試樣 減薄到幾十到數(shù)百個原子 層 (500nm以下 )，利用透射 電鏡進(jìn) 行 觀 察，可 見到位 錯線 。 表示晶體中含有位 錯 數(shù)量的參數(shù)。位 錯 密度 ρ用 單 位體 積 位 錯線 的 總長 度表示。 在金屬材料中，退火狀 態(tài) 下，接近平衡狀 態(tài) 所得到的材料， 這時 位 錯 的密度 較 低， 約 在 106的數(shù)量 級 ； 經(jīng)過較 大的冷塑性 變 形，位 錯 的密度可達(dá) 101012的數(shù)量 級 。位 錯 密度 位 錯 的 彈 性特征 一、位 錯 的 應(yīng)變 能 來源： 位 錯應(yīng)變 能主要是 彈 性 應(yīng)變 能。 彈 簧或其他 彈 性體的彈 性位能 。同 樣 在 單 位體 積 內(nèi) 彈 性位能，正 應(yīng) 力引起的為 ，而切 應(yīng) 力引起的 為 。 在位 錯線 的周 圍 存在內(nèi) 應(yīng) 力，例如刃型位 錯 ，在多余半原子面區(qū)域 為壓應(yīng) 力，而缺少半原子面的區(qū)域存在著拉 應(yīng) 力；在螺位 錯 周 圍 存在的是切 應(yīng) 力。所以位 錯 周 圍 存在 彈 性 應(yīng)變 能?？?見 由于位 錯 的存在，在其周 圍 存在一 應(yīng) 力 場 。 位 錯線 周 圍 的原子偏離了平衡位置， 處 于 較 高的能量狀 態(tài) ，高出的能量稱 為 位 錯 的 應(yīng)變 能，或 簡 稱位 錯 能。 位 錯應(yīng)變 能的大小，以 單 位 長 度位 錯線 上的 應(yīng)變能來表示， 單 位 為 J?M1。 在數(shù) 值 上 U=αGb2，其中 b為 柏氏矢量的大小， G為材料的剪切 變 模量。 α為 常數(shù)，螺位 錯為 — ，常用 簡 算；刃型位 錯為 — ，常用 簡算。 由于位 錯 存在 應(yīng)變 能， 為 減小 這 能量，位 錯線 的分布一方面在可能的情況下盡量減小 單 位 長 度上的能量，由位 錯結(jié) 果決定的，只要晶體 結(jié) 構(gòu)條件容 許 ，柏氏矢量盡量小。另一方面就是減小位 錯線 的 長 度，兩點(diǎn)之 間 只要 結(jié) 構(gòu)容 許 ，以直 線 分布。好像沿位 錯線 兩端作用了一個 線張 力。 線張 力和位 錯 的能量在數(shù)量上是等價的。 晶體 內(nèi)同 時 含存在位 錯 和點(diǎn)缺陷 時 (特 別 是溶入 的異 類 原子 )，它 們 會 發(fā) 生交互作用。異 類 原子在刃位 錯處 會聚集，如小原子到多出半原子面 處 ，大原子到少半原子面 處 ，而異 類 原子 則 溶在位 錯 的 間 隙 處 。 空位會使刃位 錯發(fā) 生攀移運(yùn) 動 。 每條位 錯線 周 圍 存在 應(yīng) 力 場 ， 對 附近的其他位 錯 有力的作用和影響， 這 個影響 較 復(fù) 雜 ，下面 僅對簡單 情況加以 說 明。 一 對 在同一滑移面上平行刃位 錯 ，當(dāng)其方向相同 時 ，表 現(xiàn)為互相排斥，有條件 時 相互移 動 來增加其距離。當(dāng)其方向相反 時，表 現(xiàn)為 互相吸引，有條件 時 相互靠近，最后可能互相中和而消失。 一對平行的螺位錯，按幾何規(guī)律，其共有面可作為其滑移面。當(dāng)其方向相同時，也表現(xiàn)為互相排斥，有條件時相互移動來增加其距離。當(dāng)其方向相反時，也表現(xiàn)為互相吸引，有條件時相互靠近，最后可能互相中和而消失。 處在其他情況下的位錯間的相互作用較為復(fù)雜，暫時還難簡單的說清楚，上例僅提供一分析的方向。 四 、 位錯的分解與合成 晶體中的界面 ? 面缺陷： 在三 維 空 間 的兩個方向上的尺寸很大 (晶粒數(shù)量級 )，另外一個方向上的尺寸很
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