晶體中的位錯(cuò).ppt

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1、實(shí)在晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)在實(shí)在的晶體結(jié)構(gòu)中，位錯(cuò)線可能有哪一些柏氏矢量取決于兩方面，一方面是位錯(cuò)線本身的能量，位錯(cuò)線能量和b2成正比，因而，位錯(cuò)線的柏氏矢量盡可能取最短的矢量；另一方面看，如果位錯(cuò)的拍氏矢量不是取點(diǎn)陣的平移矢量，使得位錯(cuò)線移動(dòng)后點(diǎn)陣中的原子會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)排，這也使能量增加。所以，在實(shí)際的晶體結(jié)構(gòu)中，穩(wěn)定的位錯(cuò)的柏氏矢量大都是晶體點(diǎn)陣中最短的平移矢量。柏氏矢量為晶體點(diǎn)陣的單位平移矢量的位錯(cuò)稱為全位錯(cuò)。晶體中可以有柏氏矢量不為點(diǎn)陣平移矢量的位錯(cuò)，這類位錯(cuò)稱為部分位錯(cuò)（又稱不全位錯(cuò)），部分位錯(cuò)所

2、伴隨的錯(cuò)排面，稱為堆垛層錯(cuò)，或簡(jiǎn)稱層錯(cuò)。典型結(jié)構(gòu)晶體的滑移系晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的柏氏矢量可能的柏氏矢量fcc<110>/2<100>bcc<111>/2,<100>hcp<1120>/3,<0001><1123>/3獨(dú)立滑移系每一點(diǎn)的應(yīng)變可用六個(gè)分量表示，但塑性形變保持體積不變，即?11+?22+?33=0，故只有五個(gè)應(yīng)變分量是獨(dú)立的。，若有五個(gè)獨(dú)立的滑移系開動(dòng)的話，則靠這五個(gè)獨(dú)立滑移系滑移量的調(diào)整可以使任一點(diǎn)獲得任意的應(yīng)變量。所謂獨(dú)立的滑移系是指某一滑移系產(chǎn)生的滑移不能用所討論的其它滑移系的滑移組合

3、來代替。晶體的滑移系中能互相搭配成五個(gè)獨(dú)立的滑移系的組合數(shù)的多少是衡量晶體塑性大小的一個(gè)因素。對(duì)于面心立方晶體，{111}<110>滑移系含有12種滑移系，如果在這12種滑移系中任取五個(gè)，可選擇的方式有：并非每一種搭配方式中所有五個(gè)滑移系都是獨(dú)立的。面心立方的四個(gè){111}組成四面體以(111)面展開成一個(gè)大的等邊三角形。在這個(gè)三角形內(nèi)，四個(gè){111}面和六個(gè)<110>滑移方向都包括在其中，可以用它方便地討論滑移系間是否互相相關(guān)。在(111)面上搭配三個(gè)滑移方向、和所構(gòu)成的三個(gè)滑移系，如果這三個(gè)

4、滑移系都滑移相同的滑移量，則對(duì)應(yīng)變的總貢獻(xiàn)為零，它只相當(dāng)于試樣整體轉(zhuǎn)動(dòng)。這三個(gè)滑移系并非全部獨(dú)立，只有兩個(gè)是獨(dú)立的。按如下方式放置一坐標(biāo)系：以滑移面的法線為x?2，滑移方向?yàn)閤?1，這個(gè)滑移系切變了?角后，在x?坐標(biāo)系下提供的應(yīng)變?yōu)椋簩?duì)晶體參考坐標(biāo)系x，它與x?坐標(biāo)系間的坐標(biāo)變換（Tij）為：Tijx?1x?2x?3x1?1n1p1x2?2n2p2x3?3n3p3其中n是滑移面法向單位矢量，?是滑移方向單位矢量。在晶體坐標(biāo)系x下的應(yīng)變張量為：即現(xiàn)討論的三個(gè)滑移系的滑移面都是(111)，它的單位法

5、線矢量n的方向余弦都是，而滑移方向是<110>，所以?i等于或者為0。把三個(gè)滑移系具體的ni和?i值代入并相加，就獲得三個(gè)滑移系切動(dòng)相同的?后所得的總應(yīng)變?t：這證明了這三個(gè)滑移系并非完全獨(dú)立。以這三個(gè)滑移系為討論基點(diǎn)，再在12個(gè)滑移系剩余的9個(gè)中任取兩個(gè)組成五個(gè)滑移系組，可能的方式有按照類似的討論，最后知道真正能構(gòu)成5個(gè)完全獨(dú)立的滑移系組的方式共有384種。面心立方能選擇5個(gè)完全獨(dú)立的滑移系的方式如此之多，說明面心立方晶體具有較高延展性的原因。體心立方金屬，當(dāng)滑移系為(110)<111>時(shí)，按

6、上面對(duì)面心立方晶體討論相同的方法可知，這類滑移中能構(gòu)成5個(gè)完全獨(dú)立的滑移系組也共有384種。當(dāng)滑移系為{112}<111>時(shí)，有648種構(gòu)成五個(gè)完全獨(dú)立的滑移系組；如果滑移系可在{110}及{112}面之間搭配，則可能有21252種（其中有一些是應(yīng)去掉的）。雖然體心立方可構(gòu)成的五個(gè)獨(dú)立滑移系組方式如此多，體心方在低溫時(shí)仍變脆，這種現(xiàn)象不能用獨(dú)立滑移系的多少來解釋。密排六方晶體，它的(0001)滑移系只有3種，并且它們只有兩個(gè)是獨(dú)立的?；葡狄灿?組，其中也是只有兩個(gè)是獨(dú)立的。(0001)以及兩種

7、滑移系也只共有4個(gè)獨(dú)立滑移系，能構(gòu)成4個(gè)獨(dú)立滑移系的方式共有9種。同時(shí)，如果只有/3型柏氏矢量的位錯(cuò)開動(dòng)，無論如何也不會(huì)在[0001]方向產(chǎn)生滑移分量，由此可以看出，六方晶體中很難湊成五個(gè)獨(dú)立的滑移系組，因而六方晶體金屬往往是延展性不高的。位錯(cuò)反應(yīng)的Frank能量判據(jù)若一個(gè)柏氏矢量為b2和另一個(gè)柏氏矢量為b3的兩個(gè)位錯(cuò)合成一個(gè)新位錯(cuò)，新位錯(cuò)的柏氏矢量為b1，從柏氏矢量應(yīng)遵守的幾何條件看，應(yīng)該b1?b2＋b3；從能量條件看，如果，位錯(cuò)是相互排斥的。相反，若，它們是相吸引的。的兩個(gè)位錯(cuò)能結(jié)合的條件是

8、這稱Frank判據(jù)。從幾何看，當(dāng)b(1)與b(2)的夾角是銳角時(shí)，兩個(gè)位錯(cuò)是相排斥的；當(dāng)b(1)與b(2)的夾角是鈍角時(shí)，兩個(gè)位錯(cuò)是相吸的。面心立方結(jié)構(gòu)中的部分位錯(cuò)堆垛及堆垛層錯(cuò)面心立方結(jié)構(gòu)的最密排面是{111}，面心立方結(jié)構(gòu)是以{111}最密排面按一定的次序堆垛起來的。第一層{111}面上有兩個(gè)可堆放的位置：?和?位置，在第二層只能放在一種位置，在面上每個(gè)球和下層3個(gè)球相切，也和上層3個(gè)球相切。第一層為A，第二放在B位置，第三層放在C位置，第四層在放回A位置。{111}面按…ABCABC…順序