线缺陷面缺陷PPT课件.ppt

3 3线缺陷 位错 晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排 用于解释晶体的塑性变形 位错的提出 1 m 104 105MPa 实际金属单晶 切变强度值间的巨大差异 使人们认识到 一般金属理论切变强度 1 10MPa 晶体的滑移也并非刚性同步 实际晶体结构并非理想完整 2 1934年Taylor Polanyi Orowan三人几乎同时提出晶体中位错的模型 3 2 相比于刚性滑移 小距离的弹性偏移容易实现 实测临界切应力低的原因 位错附近的原子因错排而能量较高 容易运动 4 透射电镜下观察到的位错线 1956年 晶体错位被实验观察所证实 位错理论得到广泛接受 5 3 3 2位错的类型及性质 根据原子的滑移方向和位错线取向的几何特征 位错可分为 刃位错螺位错混合位错 一 位错的类型 6 刃型位错 edgedislocation 滑移面 ABCD半原子面 EFGH位错线 EF 7 EF线犹如砍入晶体的一把刀的刀刃 EF 晶体已滑移部分和未滑移部分的交线 位错线 刃位错 8 1 正刃型位错 分类 半原子面在滑移面上方 用 表示 9 半个原子面在滑移面下方 2 负刃型位错 用 表示 10 2 螺型位错 BC线以右为已滑移区 以左为未滑移区 11 螺形位错示意图 BC线两侧的上下两层原子都偏离了平衡位置 围绕着BC连成了一个螺旋线 12 分类 拇指 螺旋面前进方向其余 螺旋面旋转方向 左旋 右旋 被BC线所贯穿的平行晶面变成以BC线为轴的螺旋面 右手法则 左手法则 13 二 位错的性质 2 位错不能中断于晶体内部 位错及畸变区是一条半径为3 4个原子间距的管道 在表面露头 终止于晶界和相界 与其他位错相交 自行封闭成环 1 形状 不一定是直线 14 3 3 3位错的表征 柏氏矢量 1 柏氏矢量的物理意义 柏氏矢量 b 反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量 b越大 位错周围的点阵畸变越严重 15 2 柏氏矢量的确定方法 按右手法则做柏氏回路 1 先确定位错的方向 一般规定位错线垂直纸面时 由纸面向外为正 16 M N O P Q 2 在实际晶体中 避开位错附近的严重畸变区作一闭合回路 回路每一步连结相邻原子 刃型位错柏氏矢量的确定 a 有位错的晶体 17 M N O P Q 刃型位错柏氏矢量的确定 a 有位错的晶体 b 完整晶体 3 按同样方法在完整晶体中做回路 18 4 这时终点和起点不重合 由终点到起点引一矢量QM 即柏氏矢量b 柏氏矢量 19 螺型位错柏氏矢量的确定 a 有位错的晶体 b 完整晶体 柏氏矢量 20 螺型位错 3 柏氏矢量b的特征 b与起点的选择无关 与路径也无关 一根不可分叉的任何形状的位错只有一个b b具有守恒性 利用b与位错线t的关系 可判定位错类型 b t b t 刃型位错 21 3 3 4位错的运动 一 位错的易动性 位错为什么易动 毛毛虫爬行 22 2020 1 27 23 二 位错运动的方式 1 滑移 位错沿滑移面的移动 位错运动到晶体表面时 整个上半部晶体相对下半部 刃型位错的滑移 移动了一个柏氏矢量 24 2 晶体滑移方向与位错运动方向一致 特征 刃型位错的滑移 1 刃型位错滑移面唯一 螺位错可有多个滑移面 25 一 位错运动与晶体结构的关系 位错沿原子密排面及密排方向的运动最容易 原子排列最紧密地平面被认为是滑移面 最密排方向被认为是滑移方向 26 27 2 攀移 刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动 分类 正攀移 原子面上移 空位加入 空位运动引起的攀移 正攀移 28 间隙原子运动引起的攀移 负 负攀移 原子面下移 原子加入 29 多余半原子面通过空位 原子 扩散而缩短 或伸长 2 所需能量不同 位错攀移的实质 滑移与攀移的区别 3 螺型位错没有攀移运动 1 运动方向不同 平行 垂直于滑移面 攀移需要更大的能量 30 3 4面缺陷 特定表面上晶体的平移对称性终止或间断 材料的表面晶界相界 31 3 4 1晶体的表面 表面原子的另一侧无固体中原子的键合 配位数少 有空悬的化学键 表面悬空键 32 体相原子 表面原子 悬空键 悬空键的存在 导致表面原子偏离正常位置 并影响邻近的几层原子 造成点阵畸变 使其能量高于晶体内部 表面悬空键对晶体的影响 33 晶体表面单位面积能量的增加 比 表面能 表面能具有各向异性吗 原因 体相原子 表面原子 悬空键 34 表面具有易吸附性 体相原子 表面原子 悬空键 纳米材料催化 团聚 35 3 4 2晶界 晶体结构相同空间取向不同 晶界两侧晶粒关系 36 一 晶界的结构 根据相邻晶粒的位向差 分为 小角度晶界大角度晶界共格界面 特殊 37 小角度晶界基本上由一系列刃位错组成 1 小角度晶界 小角度晶界示意图 相邻晶粒位向差 很小 一般小于10 结构 晶界中位错排列越密 则位向差愈大 特点 38 相邻晶粒位向差较大 一般大于10 2 大角度晶界 大角度晶界示意图 不能用位错模型 关于大角度晶界的结构说法不一 结构及特点 晶界可视为2 3 5 个原子的过渡层 39 晶界部分的原子排列尽管有其规律 但排列复杂 暂以相对无序来理解 40 共格界面 共格孪晶界与非共格孪晶界 界面上两侧晶体的某晶面具有相同的原子排列 例如同一族的不同晶面 41 晶界上的原子同时位于两个晶体点阵的结点