晶体缺陷-位错概念.ppt

1、位错的引入：晶体使得强度和理论强度相差几个数量级,与位错相关的形变的特点：（1）方向性，晶体在固定的晶面和晶向滑移。（2） 形变的不均匀性和不连续性。（3） 形变滑移的传播性。（4) 滑移具有临界切应力。（5）温度对临界切应力有影响。 位错的特性： （1） 位错由晶体结构本身确定。（2） 具有结构敏感性。（3) 能解释形变的传播性。（4）位错的易动性。（5） 位错的易产生性增殖,位错理论的发展：,1907，沃尔特拉（volterra)在弹性体中提出位错概论 1934， 波拉尼（M.Polanyi)和奥罗万（E.Orowan)及泰勒（G.I. Taylor)提出晶体缺陷的位错模型 1939，柏格

2、斯（Burgers）引入柏格斯矢量 1940， 皮尔斯（Peierls)提出，1947，由纳巴罗（Nabarro）修正的位错点阵模型 1947， 科特雷尔（Cottrell）阐明了位错和溶质原子的相互作用 1947， 肖克莱（Shockley）提出了面心立方中的扩展位错 1950， 弗兰克（Frank）和里德（Read）提出位错的增殖机理 1953，奈（Nye）和1954，比尔拜（Bilby)以及克朗尼（Kroner)提出了无限小位错连续分布模型。 位错受力公式（克朗尼，1950，布林，1955） 位错的观察，1956，门特（Menter）， 赫希（Hirsch）,位错的基本类型及特征,刃型位

3、错: 螺型位错: 混合位错,刃位错,形成及定义 ： 晶体在大于屈服值的切应力作用下，以ABCD面为滑移面发生滑移。EF是晶体已滑移部分和未滑移部分的交线，犹如砍入晶体的一把刀的刀刃，即刃位错（或棱位错）。 几何特征：位错线与原子滑移方向相垂直；滑移面上部位错线周围原子受压应力作用，原子间距小于正常晶格间距；滑移面下部位错线周围原子受张应力作用，原子间距大于正常晶格间距。 分类：正刃位错， “” ；负刃位错， “T” 。符号中水平线代表滑移面，垂直线代表半个原子面。,确定半原子面的右手定则,位错线正方向：食指,B方向：中指,半原子面：拇指,刃型位错-刃位错结构示意图,基本点如下： 位错线：晶体中

4、已滑移区与未滑移区的边界 正、负刃位错 位错宽度，25个原子间距 位错是一管道 额外（多余）半原子面 滑移矢量 滑移面 刃位错不一定是直线， 可为纯刃型位错环,刃型位错特征： 位错线不一定是直线，可以是折线或曲线，但刃型位错线必与滑移矢量垂直，且滑移面是位错线和滑移矢量所构成的唯一平面。 位错周围的点阵发生弹性畸变，既有正应变，又有切应变 位错是一管道,刃型位错：位错线为曲线,位错线为曲线，滑移面为曲面,形成及定义： 晶体在外加切应力作用下，沿ABCD面滑移，图中EF线为已滑移区与未滑移区的分界处。由于位错线周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，故称为螺位错。 几何特征：位错线与原子滑移

5、方向相平行；位错线周围原子的配置是螺旋状的。 分类：有左、右旋之分.符合左手、右手螺旋定则。,螺位错,位错线的方向与滑移矢量一致：右手螺旋 位错线的方向与滑移矢量相反：左手螺旋,拇指指向顺着位错的柏氏 矢量方向滑移的那部分晶体,中指指向位错运动方向,食指指向位错线的正方向,右手法则: 确定位错滑移面两侧的两部分晶体的具体滑移方向,位错的运动方向由位错的本身性质决定！,位错线运动的方向始终和位错线方向垂直，二者决定了滑移面，由食指和中指决定滑移面，大拇指决定滑移面法向的正方向，该方向指向顺着位错的柏氏矢量方向滑移的那部分晶体,左右螺旋位错,螺型位错,图为螺型位错形成模型,螺型位错-特征：,1）螺

6、型位错无额外半原子面，原子错排呈轴对称 2）螺型位错与滑移矢量平行，故一定是直线 3）包含螺位错的面必然包含滑移矢量，故螺位错可以有无穷个滑移面，但实际上滑移通常是在原子密排面上进行，故有限 4）螺位错周围的点阵也发生了弹性畸变，但只有平行于位错线的切应变，无正应变（在垂直于位错线的平面投影上，看不出缺陷） 5）位错线的移动方向与晶块滑移方向互相垂直,在外力作用下，两部分之间发生相对滑移，在晶体内部已滑移和未滑移部分的交线既不垂直也不平行滑移方向（伯氏矢量b），这样的位错称为混合位错。 位错线上任意一点，经矢量分解后，可分解为刃位错和螺位错分量。晶体中位错线的形状可以是任意的，但位错线上各点的

7、伯氏矢量相同，只是各点的刃型、螺型分量不同而已。,混合位错,混合位错 位错线上任一点的滑移矢量相同，但两者方向夹角呈任意 角度。 图为混合位错的产生,位错环,有纯的刃型位错环，无纯的螺型位错环,位错线不能终止于晶体内部，具有封闭性,柏氏矢量,柏氏矢量是描述位错性质的一个重要物理量，1939年Burgers提出，故称该矢量为“柏格斯矢量”或“柏氏矢量”，用b 表示 柏氏矢量的确定（方法与步骤） 1）人为假定位错线方向，一般是从纸背向纸面或由上向下为位错线正向 2）用右手螺旋法则来确定柏格斯回路的旋转方向，使位错线的正向与右螺旋的正向一致 3）将含有位错的实际晶体和理想的完整晶体相比较 在实际晶体

8、中作一柏氏回路，在完整晶体中按其相同的路线和步伐作回路，自路线终点向起点的矢量，即“柏氏矢量”。,刃型位错的柏氏回路与柏氏矢量,位错线正方向,柏格斯矢量,多余半原子面,y,z,x,o,食指,中指,拇指,与起点选取位置无关,螺型位错的柏氏回路和柏氏矢量,螺型位错的b矢量与位错线平行，b与位错线正方向平行为右螺型位错， 反平行为左螺型位错,混合位错的b矢量,不平行也不垂直位错线,位错线,B矢量,柏氏矢量b的物理意义 1） 表征位错线的性质 据b与位错线的取向关系可确定位错线性质， 2）b表征了总畸变的积累 围绕一根位错线的柏氏回路任意扩大或移动，回路中包含的点阵畸变量的总累和不变，因而由这种畸变总

9、量所确定的柏氏矢量也不改变。 3）b表征了位错强度 同一晶体中b大的位错具有严重的点阵畸变，能量高且 不稳定。 4）位错的许多性质，如位错的能量，应力场，位错受力 等，都与b有关。,b矢量的表示法,以晶轴为坐标系，用晶向指数来表示： 体心：b=a/2111 一般立方晶系：b=a/n 矢量大小：,柏氏矢量特征 1）柏氏矢量与回路起点选择无关，也与柏氏回路的具体路径，大小无关 2)对一条位错线而言，其伯氏矢量是固定不变的，此即位错的伯氏矢量的守恒性。 推论： a.一条位错线只有一个伯氏矢量。 b.如果几条位错线在晶体内部相交（交点称为节点），则指向节点的各位错的伯氏矢量之和，必然等于离开节点的各位错的伯氏矢量之和 。如有几根位错线的方向均指向或离开节点，则这些位错线的柏氏矢量之和值为零,证明,一个位错只有一个b矢量,一个位错环只有一个b矢量,多个位错相遇指向同一个节点或离开一个节点，b矢量和等于零,位错线的连续性,位错线不可能中断于晶体内部。在晶体内部，位错线要么自成环状回路，要么与其它