第七节-实际晶体中的位错课件

1、第七节 实际晶体中的位错实际晶体的位错组态：具有简单立方晶体位错的共性；还有一些特性。原因：晶体结构不同。一、常见金属晶体中的位错1、全位错和 不全位错简单立方晶体：柏氏矢量b等于点阵矢量。实际晶体：位错的柏氏矢量即可等于点阵矢量，还可能小于或大于点阵矢量。单位位错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错。全位错：柏氏矢量为单位点阵矢量或其倍数的位错。单位位错是全位错的一种。全位错滑移后：晶体原子排列不变。不全位错：柏氏矢量不等于单位点阵矢量整数倍的位错。部分位错：柏氏矢量小于单位点阵矢量的位错。部分位错也属于不全位错。不全位错滑移后：原子排列规律发生变化。柏氏矢量应符合的条件：晶体结构条件和能量条件

2、。晶体结构条件：柏氏矢量必须连接晶体中原子的平衡位置。能量条件：柏氏矢量必须使位错处于低能量状态。从结构条件看：柏氏矢量可取很多。从能量条件看：柏氏矢量越小越好。实际晶体中存在的柏氏矢量只限于少数几个最短的点阵矢量。二、面心立方晶体中的不全位错1、堆垛层错用 表示AB、BC、CA的堆垛顺序，用 表示BA、CB、AC的堆垛顺序。f.c.c点阵：由密排面111堆积而成，其原子堆垛顺序为 ABCABC用符号表示为h.c.p点阵：由密排面0001堆垛而成，顺序为ABABAB用符号表示为密排面的堆垛顺序a）面心立方结构；b）密排六方结构ABAABCAATOMIC PACKINGPacking mode

3、1 (ABCABC)堆垛层错：晶体中某一区域堆垛顺序差错而产生的晶面错排的面缺陷。（简称层错）抽出型层错：在正常堆垛顺序中抽去了一层原子面。插入型层错：在正常堆垛顺序中插入了一层原子面。一个插入型层错，相当于两层抽出型堆垛层错。面心立方结构的堆垛层错a）抽出型；b）插入型密排六方晶体：只能通过插入一个C层形成层错。原堆垛顺序：ABABABAB插入后的变堆垛顺序：ABCABAB或ABACBAB 。层错能层错破坏了晶体的完整性和正常周期性，使电子发生反常的衍射效应，故使能量有些增加，此能量增量称为堆垛层错能。层错能：产生单位面积层错所需要的能量。形成层错时，几乎不产生点阵畸变，层错能主要是电子能。

4、一般可用实验方法间接测得。一些金属的层错能金属 Co Ag Cu Au Al Ni A不锈钢层错能 0.02 0.02 0.04 0.06 0.20 0.25 0.013 (J/m2)金属中出现层错的几率与层错能有关，层错能越低，出现层错的几率越大，层错能越高，则几率越小。A不锈钢、黄铜层错能很低，可看到大量的层错；而铝的层错能很高，看不到层错。2、不全位错晶体的部分区域发生层错时，堆垛层错与完整晶体的边界就是位错。此时，位错的柏氏矢量不等于点阵矢量，所以是不全位错。根据层错的形成方式不同,面心立方晶体中有两种不全位错。层错的边界为位错肖克莱不全位错肖克莱不全位错：晶体中滑移面上的某一原子层滑

5、移 到另一原子层的位置而形成的 垛层错与完整晶体的边界。右侧：ABCABCABC正常顺序，左侧：ABCBCABC，有层错存在AB，BC。滑移矢量：肖克莱不全位错的特点肖克莱不全位错是借不均匀滑移 形成的层错与完整晶体的周界。柏氏矢量： ；方向平行于层错面，与位错线互相垂直，是刃型不全位错。它可以在111面上滑移，其滑移相当于层错面扩大或缩小。它不能攀移，若攀移离开层错面，是不可能的。弗兰克不全位错：弗兰克不全位错：在完整晶体中插入半层或抽去半层密排面 111产生的层错与完整晶体之间的边界。 左半部抽去半层B原子，产生堆垛层错，层错区与完整晶体的边界(垂直于纸面) 。弗兰克不全位错的特点：柏氏矢

6、量： 。方向：与层错面111垂直，也与位错线垂直，虽然是纯刃型位错，但柏氏矢量不在层错面(滑移面)上，不能滑移，是一种不动位错。但可通过点缺陷的凝集(进来)或扩散(出去)，沿层错面进行攀移，攀移的结果可使层错面扩大或缩小。三、位错反应位错反应：位错的合并或分解统称为位错反应。位错反应自发进行，必须满足两个条件：(1)几何条件：根据柏氏矢量守恒性，反应前后诸位错的柏氏矢量之和相等。即： b前=b后。(2)能量条件：按照热力学要求，位错反应后应变能必须有所降低。由于位错的应变能正比于位错强度的平方，可近似地将位错的能量判据取为：|b|前2 |b|后2。例：f.c.c 几何条件： 满足；能量条件：

7、满足。反应能进行。汤普森四面体及记号面心立方晶体中所有重要的位错和位错反应，可以用“汤普森(Thompson)四面体”表示出来。正四面体的顶点A、B、C、D的坐标： (0,0,0)，正四面体的表面，即4个可能的滑移面。ADB、ADC、BDC、ABC正四面体的面中点：、。把四面体以三角形ABC为底展开，则：6个棱边：代表12个a/2晶向，即全位错12个可能的柏氏矢量。面中心与其对角顶点的4条连线：代表8个a/3型的滑移矢量，相当于可能有8个弗兰克不全位错的柏氏矢量。面的顶点与中点的12条连线：代表24个a/6型的滑移矢量，相当于可能的24个肖克莱不全位错的柏氏矢量。突然汤普森四面体及汤普森记号a

8、）面心立方晶体中的四面体；b）汤普森四面体；c）汤普森四面体的展开面心立方晶体滑移与扩展位错f.c.c点阵的密排面(111)：A为第一层原子位置，B为第二层原子位置。当有切应力作用，B层原子应沿滑移方向滑移。但B层原子沿101从 BB，需越过A层原子的“高峰”，需较高能量。若B层原子先从BC，再从CB，（经A层原子间的“低谷”），将比 一步滑移容易。面心立方晶体滑移A扩展位错扩展位错：一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错组态。形成：原子沿 的一步滑移，分解成沿 和 的两步滑移。路径虽曲折，但能量较小。b1和b2为两个肖克莱不全位错，它们之间为一堆垛层错带。面心立方晶体中的扩展位错FCC晶体中扩展位错的结构(a)示意图 (b)相邻两层(111)面上原子的排列未滑移(无层错）滑移一次(有层错）滑移两次(无层错）扩展位错的宽度扩展位错的平衡宽度，实际是两个平行的不全位错中间夹着的层错区的宽度。决定于两个不全位错间的斥力和层错表面张力间的平衡。b2、b3同号，互相排斥，单位长度排斥力近似为：d两位错之间的距离。层错边缘单位长度的张力在数值上与层错能相等，平衡时：d与成反比，与G成正比。大的金属，d很小，不易形成扩展位错。如Al，d约12个原子间距，无扩展。小的金属，d甚大，易于形成扩展位错。如Co，d约35个原子间距。四、离子晶体和共价晶体中