位错的生成与增殖

1、第第7章章 晶体缺陷晶体缺陷 1、位错来源、位错来源v 1）凝固时在晶体长大相遇处，因位向略有差别而形成；）凝固时在晶体长大相遇处，因位向略有差别而形成；v 2）因熔体中杂质原子在凝固过程中不均匀分布使晶体的）因熔体中杂质原子在凝固过程中不均匀分布使晶体的先后凝固部分成分不同，从而点阵常数也有差异，而在过先后凝固部分成分不同，从而点阵常数也有差异，而在过渡区出现位错；渡区出现位错；v 3）流动液体冲击、冷却时局部应力集中导致位错的萌生。）流动液体冲击、冷却时局部应力集中导致位错的萌生。v 4）晶体裂纹尖端、沉淀物或夹杂物界面、表面损伤处等）晶体裂纹尖端、沉淀物或夹杂物界面、表面损伤处等都易产生

2、应力集中，这些应力也促使位错的形成。都易产生应力集中，这些应力也促使位错的形成。v 5）过饱和空位的聚集成片也是位错的重要来源。）过饱和空位的聚集成片也是位错的重要来源。7.5 位错的生成与增殖位错的生成与增殖 2、位错的增殖、位错的增殖v 塑性变形时，有大量位错滑出晶体，所以变形以后晶体中的位错数目塑性变形时，有大量位错滑出晶体，所以变形以后晶体中的位错数目应当减少。应当减少。v 但实际上，位错密度随着变形量的增加而加大，在经过剧烈变形以后但实际上，位错密度随着变形量的增加而加大，在经过剧烈变形以后甚至可增加个数量级。甚至可增加个数量级。v 此现象表明：此现象表明：变形过程中位错肯定是以某种

3、方式不断增殖，而能增值而能增值位错的地方称为位错的地方称为位错源。v 位错增殖机制有多种，其中最重要的是：有多种，其中最重要的是：v 弗兰克和瑞德于于1950年提出并已为实验所证实的位错增殖机构称为提出并已为实验所证实的位错增殖机构称为弗兰克-瑞德(Frank-Rend）源，简称F-R源。v 设想晶体中某滑移面上有一段刃型位错设想晶体中某滑移面上有一段刃型位错ABAB，其两端被位错网节点钉住，其两端被位错网节点钉住，如图：如图：7.5 位错的生成与增殖位错的生成与增殖 弗兰克-瑞德源的结构 v 当外切应力满足必要当外切应力满足必要的条件时，位错线的条件时，位错线ABAB将受到滑移力的作用将受到

4、滑移力的作用而发生滑移运动。而发生滑移运动。v 在应力场均匀的情况在应力场均匀的情况下，沿位错线各处的下，沿位错线各处的滑移力滑移力t t大大小都相等，位错线本小都相等，位错线本应平行向前滑移，应平行向前滑移，v 但因位错但因位错ABAB两端被固两端被固定住，不能运动，势定住，不能运动，势必在运动的同时发生必在运动的同时发生弯曲，结果位错变成弯曲，结果位错变成曲线形状，如图（曲线形状，如图（b b）所示。所示。 7.5 位错的生成与增殖位错的生成与增殖 v 位错所受力位错所受力t t总是处总是处处与位错本身垂直，处与位错本身垂直，即使位错弯曲也如此即使位错弯曲也如此v 在应力作用下，位错在应力

5、作用下，位错的每一微线段都沿其的每一微线段都沿其法线方向向外运动，法线方向向外运动，经历图（经历图（c c）（）（d d）。）。v 当位错线再向前走出当位错线再向前走出一段距离，图一段距离，图(d)(d)的的p p、q q两点就碰到一起了。两点就碰到一起了。 7.5 位错的生成与增殖位错的生成与增殖 v 因因p p、q q两点处一对左、两点处一对左、右旋螺位错，遇到时，右旋螺位错，遇到时，便互相抵消。便互相抵消。v 则原位错线被分成两则原位错线被分成两部分，如图（）。部分，如图（）。v 此后，外面位错环在此后，外面位错环在t t作用下不断扩大，作用下不断扩大，直至到达晶体表面，直至到达晶体表面

6、，v 而内部另一段位错将而内部另一段位错将在线张力和在线张力和t t的共同的共同作用下回到原始状态。作用下回到原始状态。 7.5 位错的生成与增殖位错的生成与增殖 v 上述过程到此并没结束，上述过程到此并没结束，因应力还施加在晶体上因应力还施加在晶体上v 在产生一个位错环后，在产生一个位错环后，位错位错ABAB将在将在F F的作用下，的作用下，继续不断地重复上述动继续不断地重复上述动作。作。v 这样就会放出大量位错这样就会放出大量位错环，造成位错的增殖。环，造成位错的增殖。 7.5 位错的生成与增殖位错的生成与增殖 其它位错增殖机制：v 上述上述F-R源，实质上是一段两端被钉扎的可滑动位错，所

7、源，实质上是一段两端被钉扎的可滑动位错，所以称之为以称之为双边(或双轴) F-R源，又称为，又称为U型平面源。v 此外，还有此外，还有单边F-R源、双交滑移增殖等机制。等机制。双交滑移位错增殖机制 7.5 位错的生成与增殖位错的生成与增殖 v 一个螺位错开始在（一个螺位错开始在（111111）面滑移，因遇到障碍或局部应）面滑移，因遇到障碍或局部应力状态变化，位错的一段交滑移到（力状态变化，位错的一段交滑移到（111111）面，且在绕过）面，且在绕过障碍之后又回到与（障碍之后又回到与（111111）面相平行的另一个（）面相平行的另一个（111111）面，）面，这时留在（这时留在（111111）面

8、上的两端位错是刃型的，不能随（）面上的两端位错是刃型的，不能随（111111）面上的位错一起前进，结果（面上的位错一起前进，结果（111111）面上的位错就会以图）面上的位错就会以图7.507.50所描述的方式增殖位错。所描述的方式增殖位错。 图7-50 双交滑移位错增殖机制7.5 位错的生成与增殖位错的生成与增殖 双交滑移增殖机制：v 通常把螺位错由原始滑移面转至相交的滑移面，然后又转通常把螺位错由原始滑移面转至相交的滑移面，然后又转移到与原始滑移面平行的滑移面上的滑移运动，称为移到与原始滑移面平行的滑移面上的滑移运动，称为双交滑移运动。此位错增殖机制称为。此位错增殖机制称为位错的双交滑移增

9、殖机制。v 若（若（111111）面上位错环再交滑移到另一个平行的（）面上位错环再交滑移到另一个平行的（111111）平）平面上，成为新位错源，则位错将迅速增殖。面上，成为新位错源，则位错将迅速增殖。v 由此可见，由此可见，双交滑移是一种更有效的增殖机制。 7.5 位错的生成与增殖位错的生成与增殖 双交滑移位错增殖机制双交滑移位错增殖机制 v 单边(或单轴) F-R源（L型平面源）：v 实质是一段一端被钉扎的可滑动位错。实质是一段一端被钉扎的可滑动位错。v 如图，滑移面上位错如图，滑移面上位错CD CD ，DEDE是不动位错，是不动位错，D D点被钉扎住。点被钉扎住。单边F-R源动作过程 7.

10、5 位错的生成与增殖位错的生成与增殖 v 在切应力在切应力作用下，作用下，CDCD段开始滑移，并逐渐成为绕段开始滑移，并逐渐成为绕D D点旋点旋转的蜷线，不断向外扩展。转的蜷线，不断向外扩展。v 蜷线每转一周就扫过滑移面一次、晶体便产生一个蜷线每转一周就扫过滑移面一次、晶体便产生一个b b的滑的滑移量。图中移量。图中(a)(a)、(b)(b)、(c)(c)、(d)(d)表示转动过程的几个阶段。表示转动过程的几个阶段。7.5 位错的生成与增殖位错的生成与增殖 v(a)(a)开始阶段，开始阶段，DCDC是一个是一个正刃型位错。v(b)(b)转了转了9090以后，柏氏矢量与位错线方向以后，柏氏矢量与位错线方向(DC(DC方方向向) )一致，故是一致，故是右螺位错。v(c)(c)位错线位错