材料科学基础第三章-2_ppt课件

第第 三三 章章 晶晶 体体 缺缺 陷陷 3.1.2 点缺陷的平衡浓度点缺陷的平衡浓度 空位形成能空位形成能 (vacancy formation energy): 迁移能迁移能 (migration energy) ： 通过热力学分析，在绝对零度以上的任何温度，通过热力学分析，在绝对零度以上的任何温度，晶体中最稳定的状态是含有一定浓度的点缺陷的状态晶体中最稳定的状态是含有一定浓度的点缺陷的状态，这个浓度称为该温度下晶体中点缺陷的平衡浓度，这个浓度称为该温度下晶体中点缺陷的平衡浓度(equilibrium consistence)。经热力学推导：。经热力学推导： C = n/N = exp（ Sf/k） exp（ Ev/kT） = Aexp（ Ev/kT） C与与 T、 Ev之间呈指数关系。之间呈指数关系。 T上升、上升、 C升高。升高。例题 3-2 若 FeO中 5%的 Fe2+氧化为 Fe3+。为维持电荷平衡，会产生 离子空位。求 1m3中有多少阳离子空位数。（已知： ro2-=0.14nm, rFe2+=0.076nm, rFe3+=0.064nm，假设在氧化过程中晶胞参数不变。）3.2 位位 错错 位错（位错（ dislocation）是一种线缺陷）是一种线缺陷 ,它是晶体中某处一列它是晶体中某处一列或若干列原子发生了有规律错排现象；错排区是细长的管或若干列原子发生了有规律错排现象；错排区是细长的管状畸变区状畸变区 ,长度可达几百至几万个原子间距长度可达几百至几万个原子间距 ,宽仅几个原子宽仅几个原子间距间距 位错和向错ABCD晶体局部滑移造成的刃型位错晶体局部滑移造成的刃型位错晶体局部滑移造成的刃型位错晶体局部滑移造成的刃型位错ABCD刃型位错立体示意图刃型位错立体示意图刃型位错的分类刃型位错的分类晶体局部滑移造成的刃型位错晶体局部滑移造成的刃型位错 2.螺型位错螺型位错(1)螺型位错（螺型位错（ screw dislocation） 的图示的图示 (2)螺型位错的特点：螺型位错的特点： 教材教材 P77 78的的 (1) (6)点点 补充的是：补充的是： (2)中：左、右旋分别用中：左、右旋分别用 左左 (右右 )法则法则 来判断：来判断：拇指指向螺旋前进的方向，而其余四指代表旋拇指指向螺旋前进的方向，而其余四指代表旋转方向，凡符合右手法则的称为转方向，凡符合右手法则的称为 右螺旋型位错右螺旋型位错，凡符合左手法则的称为左螺旋位错。二者无，凡符合左手法则的称为左螺旋位错。二者无本质区别，无论将晶体如何放置都会改变其左本质区别，无论将晶体如何放置都会改变其左、右的性质。、右的性质。 (5)中：错位线周围的应力场呈轴对称分布中：错位线周围的应力场呈轴对称分布 螺型位错示意图螺型位错示意图晶体局部滑移造成的螺型位错晶体局部滑移造成的螺型位错比较 刃型位错 位错线 形状？ 位错线的移动方向？ 滑移面 ？ 正应变和切应变 螺型位错 位错线 形状？ 位错线的移动方向？ 滑移面 ？ 只有切应变3.混合位错混合位错(1) 混合位错（混合位错（ mixed dislocation） 的的 图示图示 (2) 混合位错特征混合位错特征 :混合位错可分为刃型分量和螺型分混合位错可分为刃型分量和螺型分量量 ,它们分别具有刃位错和螺位错的特征。它们分别具有刃位错和螺位错的特征。 刃刃 : b ; 螺螺 : b ; 位错环位错环 (dislocation loop)是一种典型的混合位错。是一种典型的混合位错。 3.2.2 柏氏矢量柏氏矢量1. 柏氏矢量（柏氏矢量（ Burgers vector） 的确定：的确定： (1) 选定位错线的正方向选定位错线的正方向 () 一般选定出纸面的方向为一般选定出纸面的方向为位错线的正向。位错线的正向。 (2) 在实际晶体中作在实际晶体中作 柏氏回路（柏氏回路（ Burgers circuit） (3) 在完整晶体中按在完整晶体中按 (2)中相同方向和步数作回路。回中相同方向和步数作回路。回路不封闭，由终点向起点作矢量，即为柏氏矢量。路不封闭，由终点向起点作矢量，即为柏氏矢量。刃型位错的柏氏回路示意图刃型位错的柏氏回路示意图刃型位错完整的柏氏回路刃型位错完整的柏氏回路刃位错的柏氏回路刃位错的柏氏回路 螺型位错的柏氏回路示意图螺型位错的柏氏回路示意图螺型位错完整的柏氏回路螺型位错完整的柏氏回路 2.用柏氏矢量判断位错类型用柏氏矢量判断位错类型用柏氏矢量判断位错类型用柏氏矢量判断位错类型 : (1) 刃型位错刃型位错 ebe 右手法则右手法则 :食指指向位错线方向，中指指向柏氏矢量食指指向位错线方向，中指指向柏氏矢量方向，拇指指向代表多余半面子面位向，向上为正，方向，拇指指向代表多余半面子面位向，向上为正，向下为负。向下为负。 (2) 螺型位错螺型位错 sbs 正向（方向相同）为右螺旋位错，负向（方向相反）正向（方向相同）为右螺旋位错，负向（方向相反）为左螺旋位错。为左螺旋位错。 (3) 混合位错混合位错 柏氏矢量与位错线方向成夹角柏氏矢量与位错线方向成夹角 刃型分量刃型分量 be 螺型分量螺型分量 bs 用用 矢量图解法表示位错矢量图解法表示位错 :数量积、向量积等数量积、向量积等3. 柏氏矢量的特性柏氏矢量的特性 A 柏氏矢量的物理意义柏氏矢量的物理意义 : 是一个反映位错性质以及由位错引是一个反映位错性质以及由位错引起的晶格畸变大小的物理量起的晶格畸变大小的物理量 。 柏氏矢量特性柏氏矢量特性 : (1) 用柏氏矢量可以表示位错区域晶格畸变总量的大小。用柏氏矢量可以表示位错区域晶格畸变总量的大小。柏氏矢量可表示位错性质和取向柏氏矢量可表示位错性质和取向 ,即晶体滑移方向。即晶体滑移方向。 柏氏矢柏氏矢量越大量越大 ,位错周围晶体畸变越严重。位错周围晶体畸变越严重。 (2) 柏氏矢量具有柏氏矢量具有 守恒性守恒性 。即一条位错线的柏氏矢量恒定。即一条位错线的柏氏矢量恒定不变。不变。 (3) 柏氏矢量的柏氏矢量的 唯一性唯一性 。即一根位错线具有唯一的柏氏矢。即一根位错线具有唯一的柏氏矢量。量。 (4) 柏氏矢量守恒定律。柏氏矢量守恒定律。 位错分解位错分解 位错交于一点位错交于一点3. 柏氏矢量的特性柏氏矢量的特性 B(5) 位错的位错的 连续性连续性 :可以形成位错环、连接于其他位错、终可以形成位错环、连接于其他位错、终止于晶界或露头于表面止于晶界或露头于表面 ,但不能中断于晶体内但不能中断于晶体内 . (6) 可用柏氏矢量判断位错类型可用柏氏矢量判断位错类型 刃型位错刃型位错 : e be， 右手法则判断正负右手法则判断正负 螺型位错螺型位错 : sbs ， 二者同向右旋二者同向右旋 ,反向左旋反向左旋 (7) 柏氏矢量表示晶体滑移方向和大小柏氏矢量表示晶体滑移方向和大小 .大小大小 |b|，方向为柏，方向为柏氏矢量氏矢量 方向。方向。 (8) 刃型位错滑移面为刃型位错滑移面为 与柏氏矢量所构成的平面与柏氏矢量所构成的平面 ,只有一只有一个；螺型位错滑移面不定个；螺型位错滑移面不定 ,多个。多个。 (9) 柏氏矢量可以定义为柏氏矢量可以定义为 :位错为柏氏矢量不为位错为柏氏矢量不为 0的晶体缺陷的晶体缺陷.3.2.3 位错的运动位错的运动基本形式基本形式 :滑移和攀移滑移和攀移 滑移（滑移（ slip） : 攀移（攀移（ climb）：）： 除滑移和攀移还有除滑移和攀移还有 交割（交割（ cross/interaction） 和和 扭折扭折（ kink）1. 位错的滑移位错的滑移 位错的滑移位错的滑移 (slipping of disloction): 任何类型的位错均可进行滑移任何类型的位错均可进行滑移 . (1) 刃位错的滑移过程（教材图刃位错的滑移过程（教材图 3.12） b 、 b 、 滑滑移方向移方向 、 滑移方向滑移方向 b，单一滑移面。，单一滑移面。 (2) 螺型位错的滑移过程（教材图螺型位错的滑移过程（教材图 3.13） b 、 b 、滑移方向、滑移方向 、滑移方向、滑移方向 b ，非单一滑移面，非单一滑移面 。可发。可发生交滑移。生交滑移。 (3) 混合位错的滑移过程（教材图混合位错的滑移过程（教材图 3.14）沿位错线各点）沿位错线各点的法线方向在滑移面上扩展，滑动方向垂直于位错线方向的法线方向在滑移面上扩展，滑动方向垂直于位错线方向。但滑动方