位错的基本结构.ppt

第二节位错的基本结构 位错 晶体中某处一列或若干列原子发生了有规律的错排现象 错排区的形状 细长的管状畸变区域 几百 几万个原子间距 2 5个 原子间距 概念提出 1934年 试验观察 1956年 设备 透射电子显微镜 一 位错的基本类型 1 刃型位错 模型 产生 晶体局部滑移产生 ABCD 滑移面 EFGH 局部滑移产生的多余半原子面 EF 多余半原子面的 刃边 称作 刃型位错线 是已滑移区 ABEF 与未滑移区 EFCD 在滑移面上的边界线 垂直于滑移方向 刃型位错线周围的原子排列 位错线周围 有 2 5 个原子间距的点阵畸变 点阵畸变相对于多余半原子面左右对称 含有多余半原子面的部分晶体受压 原子间距减小 不含多余半原子面的部分晶体受拉 原子间距增大 正 负刃位错 正刃型位错 用 表示 负刃型位错 用 表示 正 负刃位错的划分是相对的 但有用 2 螺型位错 位错模型 产生 晶体局部滑移产生 ABCD 滑移面 bb 螺型位错线 也是已滑移区 ABbb 与未滑移区 bb CD 在滑移面上的边界线 但平行于滑移方向 螺型位错线周围的原子 在位错线附近有一个约几个原子间距宽的 上 下层原子不吻合的过渡区 bb 和aa 之间 位错线附近的原子 按螺旋形排列 左 右螺型位错 右螺旋位错 符合右手法则的螺型位错 左螺旋位错 符合左手法则的螺型位错 拇指 前进方向 其余四指 旋转方向 左 右螺型位错有着本质区别 无论将晶体如何放置 也不可能改变其原本的左 右性质 3 混合型位错 混合位错 位错线与滑移方向成任意角度的位错 混合位错线是一条曲线 在A处是螺位错 在C处是刃型位错 在A与C之间的每一小段位错线都可以分解为刃型和螺型两个分量 混合位错的分解 二 柏氏矢量 1939年 柏格斯 J M Burgers 提出 柏氏矢量 用来揭示位错本质 描述位错行为的矢量 1 柏氏矢量的确定用柏氏回路确定 1 人为规定位错线的正方向 2 在实际晶体中 作柏氏回路 回路中的每一步都连接相邻的原子 3 在完整晶体中 按同样的方向和步数作一个对比回路 从终点Q到始点M连接起来的矢量 即为柏氏矢量 螺型位错柏氏矢量的确定 方法完全相同 刃位错的特征 柏氏矢量与位错线互相垂直 刃型位错都有一多余半原子面 多余半原子面的周界 即刃型位错线 可以是折线 也可以是曲线 但都与柏氏矢量垂直 即垂直于于滑移方向 螺位错的特征 柏氏矢量与位错线互相平行 螺型位错无多余半原子面 原子错排呈螺旋形 螺型位错线与柏氏矢量平行 故一定是直线 2 柏氏矢量的物理意义 柏氏矢量是一个反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量 矢量的方向 表示位错的性质与位错线的取向 矢量的模 表示畸变的程度 称为位错强度 同一晶体中 大 位错产生的点阵畸变大 位错的许多性质都与柏氏矢量有关 如位错的能量 应力场 位错受力等 3 柏氏矢量的特性 守恒性 柏氏矢量与回路起点的选择无关 也与回路的具体途径无关 只要是饶着位错一周 所得到的柏氏矢量是恒定不变的 一条位错线具有唯一的柏氏矢量 即不管此位错线各处的形状和位错的类型如何 其各部分的柏氏矢量都相同 如果所作的柏氏回路包含有几个位错 则得出的柏氏矢量是这几个位错柏氏矢量之总和 由柏氏矢量的特性得出的推论 如有几个位错相遇于一点 称为位错节点 朝向节点的各位错的柏氏矢量之和 等于离开节点的各位错线的柏氏矢量之和 若所有位错线都指向 或离开节点 则它们的柏氏矢量之和为零 位错线只能终止在晶体表面或晶界上 而不能中断于晶体内部 在晶内 它只能形成封闭的环或与其它位错相遇于节点 构成网络 4 柏氏矢量的表示方法 用点阵矢量表示 对立方晶系 用与柏氏矢量同向的晶向指数表示 例 从原点到坐标值为的阵点柏氏矢量 矢量的模 三轴分量简单立方 沿X轴 从原点 相邻结点 a 0 0面心立方 从原点 底心 体心立方 从原点 体心 柏氏矢量的运算 用矢量加法进行运算 若 则 如 则 5 根据与位错线的关系 确定位错的类型 可滑移位错 总是平行于滑移方向 故可根据与位错线的关系 确定位错的类型 1 位错线 刃型位错 将顺时针旋转90 若的方向与位错线正向一致 正刃位错 反之 则为负刃位错 2 位错线 螺型位错 的方向与位错线正方向一致 右螺型位错 的方向与位错线负方向一致 左螺型位错 3 和位错线成任意角度0 90 混合位错 混合位错可分解为刃型分量和螺型分量 位错密度 单位体积中所含位错线的总长度 L 位错线总长度 V 晶体体积 若把晶体中的位错线视为直线 而且平行地从晶体的一端延伸到另一端 则位错密度 穿过单位截面积的位错线的数目 A 晶体的截面面积 l 每根位错线的长度 假定即晶体厚度 n 过A面积的位错线数目 三 位错密度 的单位 m m3 1 m2 充分退火金属 1010 1012 m2 剧烈冷变形金属 1015 1016 m2 超纯单晶体 107 m2 晶体强度与位错密度的关系 提高工程材料强度的两条途径 1 尽量减小位错密度 如晶须 丝状单晶体 2 尽量增大位错密度 如冷变形 淬火 充分退火金属 晶胞 X Y Z a b c 晶格常数a b c 体心立方晶胞 晶格常数 a b c