《線缺陷和面缺陷》PPT課件

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1、§3.2線缺陷位錯(cuò)：晶體中某處一列或若干列原子有規(guī)律的錯(cuò)排。位錯(cuò)是晶體中普遍存在的線缺陷，它的特點(diǎn)是在一維方向的尺寸較長，另外二維方向上尺寸很小，從宏觀看位錯(cuò)是線狀的。從微觀角度看，位錯(cuò)是管狀的。位錯(cuò)對(duì)晶體的生長、擴(kuò)散、相變、塑性變形、斷裂等許多物理、化學(xué)性質(zhì)及力學(xué)性質(zhì)都有很大影響。因此位錯(cuò)是材料科學(xué)基礎(chǔ)中一個(gè)重要內(nèi)容。圖2-4電子顯微鏡下觀察到的位錯(cuò)線3.2.1位錯(cuò)的基本類型刃型位錯(cuò)：正刃型位錯(cuò)（）、負(fù)刃型位錯(cuò)()刃型位錯(cuò)的幾何特征：(1)位錯(cuò)線與其滑移矢量d垂直，刃型位錯(cuò)可以為任意形狀的曲線。(2)有多余半原子面。習(xí)慣上，把多余半原子面在滑移面以上的位

2、錯(cuò)稱為正刃型位錯(cuò)，用符號(hào)“┻”表示，反之為負(fù)刃型位錯(cuò)，用“┳”表示。刃型位錯(cuò)周圍的點(diǎn)陣畸變關(guān)于半原子面左右對(duì)稱。(2)螺型位錯(cuò)：左螺型位錯(cuò)、右螺型位錯(cuò)螺位錯(cuò)具有如下的幾何特征：(1)螺位錯(cuò)線與其滑移矢量d平行，故純螺位錯(cuò)只能是直線。(2)根據(jù)螺旋面的不同，螺位錯(cuò)可分左和右兩種，當(dāng)螺旋面為右手螺旋時(shí)，為右螺位錯(cuò)，反之為左螺位錯(cuò)。(3)螺位錯(cuò)沒有多余原子面，它周圍只引起切應(yīng)變而無體應(yīng)變。(3)混合型位錯(cuò)位錯(cuò)的性質(zhì)：形狀：不一定是直線，位錯(cuò)及其畸變區(qū)是一條管道。是已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界。不能中斷于晶體內(nèi)部?？稍诒砻媛额^，或中止于晶界和相界，或與其它位錯(cuò)相交，或

3、自行封閉成環(huán)。位錯(cuò)的易動(dòng)性3.2.2柏氏矢量1939年柏格斯(Brugers)提出，把形成一個(gè)位錯(cuò)的滑移矢量定義為位錯(cuò)矢量，并稱為柏氏矢量（或柏矢量），以b表示，它是位錯(cuò)的特征標(biāo)志。柏氏矢量（1）確定方法a規(guī)定位錯(cuò)線指出屏幕（紙面）為正b在位錯(cuò)周圍沿著點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)形成右螺旋的封閉回路。（柏氏回路）c在理想晶體中按同樣順序作同樣大小的回路。（不能閉合）d在理想晶體中從終點(diǎn)到起點(diǎn)的矢量即為柏氏矢量。NOQ12345689101112137PMNOQ12345689101112137PM柏氏矢量（1）確定方法a在位錯(cuò)周圍沿著點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)形成右螺旋的封閉回路。（柏氏回路）

4、b在理想晶體中按同樣順序作同樣大小的回路。c在理想晶體中從終點(diǎn)到起點(diǎn)的矢量即為柏氏矢量。121234123123411121234123123411(2)柏氏矢量的表示方法a表示:b求模：全位錯(cuò)：柏氏矢量的模等于該晶向上的原子間距的位錯(cuò)，又叫單位位錯(cuò)。不全位錯(cuò)：柏氏矢量的模小于該晶向上的原子間距的位錯(cuò)(3)柏氏矢量的特性a代表位錯(cuò)，并表示其特征（強(qiáng)度、畸變量）。b表示晶體滑移的方向和大?。篵平行于滑移方向c柏氏矢量的守恒性（唯一性）：一條位錯(cuò)線具有唯一的柏氏矢量。d判斷位錯(cuò)的類型：刃型位錯(cuò)b垂直于位錯(cuò)線，螺型位錯(cuò)b平行于位錯(cuò)線。e用柏氏回路求得的柏氏矢量為

5、回路中包圍的所有位錯(cuò)柏氏矢量的總和（矢量和）——可加性3.2.3位錯(cuò)密度（1）位錯(cuò)密度的定義：?jiǎn)挝惑w積中包含的位錯(cuò)線的總長度，用ρv表示：ρv＝L/VL為位錯(cuò)線的總長度，V為晶體體積。穿過單位截面面積的位錯(cuò)線數(shù)目，用ρs表示：ρs＝n/S嚴(yán)格地說ρv與ρs是不同的。一般來說ρv>ρs。3.2.3位錯(cuò)密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出下面的一些數(shù)量級(jí)的概念。1.劇烈冷加工的晶體：ρs=?1012cm-2。2.充分退火的金屬晶體：ρs=?104～108cm-2。3.精心制備超純半導(dǎo)體：ρs=102cm-2。但即使在ρs=1012cm-2的情況下，試樣的任一平面上，約每1000個(gè)

6、原子中有一個(gè)位錯(cuò)露頭，缺陷所占的比例仍然很小。8/4/202117在位錯(cuò)線附近，晶格是不完整的，晶格活化，晶格畸變，質(zhì)點(diǎn)易移動(dòng)位錯(cuò)線上的原子價(jià)不飽和，因此有吸引雜質(zhì)原子的傾向雜質(zhì)離子半徑與晶體基質(zhì)不同，進(jìn)入晶格引起應(yīng)力實(shí)際晶體沿位錯(cuò)線上應(yīng)力集中，結(jié)合雜質(zhì)離子有利于晶體內(nèi)能降低3.2.3、位錯(cuò)線附近雜質(zhì)富集8/4/202118對(duì)正刃型位錯(cuò)而言：A、在位錯(cuò)線之上，原子受擠壓，傾向于吸引原子半徑小的雜質(zhì)B、在位錯(cuò)線之下，原子受擴(kuò)張，傾向于吸引原子半徑大的雜質(zhì)C、位錯(cuò)處是雜質(zhì)富集的地方.故位錯(cuò)的存在影響雜質(zhì)在晶格中的擴(kuò)散8/4/202119位錯(cuò)的存在并非靜止，位錯(cuò)

7、－介穩(wěn)狀態(tài)，較小應(yīng)力即可使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)(1)、滑移位錯(cuò)使晶體容易沿滑移系統(tǒng)滑移,滑移系統(tǒng)－滑移面＋滑移方向低指數(shù)晶面（大面間距、面網(wǎng)密度大）3.2.4、位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)與b矢量平行的切應(yīng)力使刃位錯(cuò)滑移只需很小能量即可使滑移傳播（始于有限區(qū)域）刃位錯(cuò)滑移原子模型【Eg.】為何金屬具有延展性、而陶瓷表現(xiàn)出脆性？金屬滑移系統(tǒng)多：金屬鍵無方向性，；陶瓷滑移系統(tǒng)少：共價(jià)鍵、離子鍵具有方向性，離子晶體滑移時(shí)具有選擇性，同號(hào)離子相遇產(chǎn)生極大斥力阻礙滑移(2)、攀移刃型位錯(cuò)除了在滑移面上運(yùn)動(dòng)外，還可以發(fā)生垂直于滑移方向的運(yùn)動(dòng)，稱為位錯(cuò)的攀移。位錯(cuò)攀移時(shí)，伴隨著空位/填隙原子的產(chǎn)生/

8、消失對(duì)正刃型位錯(cuò)：位錯(cuò)線向上攀移時(shí)，消除空位/產(chǎn)生填隙原子；向下攀