线面和体缺陷课件

1、线-面和身体缺陷，第五章，线-面和身体缺陷，线-面和身体缺陷，内容：1 .线缺陷位错理论的起源，位错的基本概念，位错类型，位错线运动，离子晶体和共价晶体中的位错，以及位错对材料性能的影响。2.自由表面、晶界、晶界扩散、平面缺陷晶体中的其它表面缺陷。身体缺陷。强化金属中的机制、线和体缺陷、教学目标和要求，掌握晶体缺陷的类型、各种缺陷的结构特征和性质及其对材料性能的影响。位错理论产生的背景位错概念是在研究晶体滑动变形行为时首次提出的。滑动变形和宏观塑性变形。问题：什么是塑性变形的微观过程？晶体的实际强度和理论强度之间存在巨大差异的原因是什么？第1节介绍，线表面和体缺陷，线表面和体缺陷，线表面和体缺

2、陷，线表面和体缺陷，以及线表面和体缺陷，假设在晶体中会有一些缺陷，这些缺陷会导致变形过程发生并局部扩展，而没有两个晶面的整体相对刚性滑动。如果是这种情况，就有可能降低晶体滑移所需的剪切应力。为了符合塑性变形的特征，这些缺陷必须至少满足以下三个条件：由这种缺陷的运动引起的滑移应符合滑移的基本特征。这种缺陷容易移动，估计的临界切削应力应该接近测量值，并且不像点缺陷那样容易受到热激活的影响。它可以解释这些缺陷的起源和扩散。1934年，泰勒、波兰尼和奥罗万几乎同时提出了位错模型。他们认为晶体中可能有一种叫做位错的缺陷。这个假设成功地解释了理论剪切强度和晶体实际强度值之间难以置信的差异。线表面和体缺陷，

3、线的存在范围，表面和体缺陷，共价晶体离子晶体金属聚合物材料，线表面和体缺陷，第2节线缺陷，滑移和塑性变形，1。变形单晶的剪切强度，当单晶在外力作用下发生塑性变形时的几种现象：塑性变形是由剪切应力引起的，它是各向异性的(即在所有方向上是不相等的)。它需要临界剪应力c、线和体缺陷以及临界剪应力解，切割应力c的大小为：线和体缺陷，切割应力CR的计算公式为试棒的拉应力。Coscos被称为定向因子，或Schmid因子。定向系数越大，切削应力越大。当作用在滑移系统上的剪应力大于临界剪应力时，滑移系统开始滑移。线表面和体缺陷，Schmid因子的最大条件是=45(也是45)，取向因子具有1/2的最大值，此时可

4、以获得最大的纵切应力。当=90或0，s时，晶体不能沿滑移面的滑移方向产生滑移变形。线表面和体缺陷，线表面和体缺陷，线表面和体缺陷，硬取向，几何硬化，软取向和几何软化，几个基本概念，线表面和体缺陷，2。晶体中的滑移和边缘位错。边缘位错模型，位错模型由英国物理学家和气象学家杰弗里泰勒爵士于1934年提出，晶体是在晶体生长过程中产生的。由于温度梯度、浓度梯度和机械振动的影响，生长中的晶体发生偏转或弯曲，造成相邻块体之间的相位差，形成位错；或者由于相邻晶粒的碰撞、液体流动的冲击以及冷却过程中体积变化的热应力，晶体表面将产生台阶或被力变形而形成位错。局部应力集中和塑性变形形成位错晶体。一些界面(如第二相

5、粒子、孪晶界、晶界等。)和应力集中通常存在于微裂纹附近。当应力高到足以在该局部区域滑动时，位错将在该区域发生。晶体变形过程中的应力集中也会在局部区域形成位错。，2。边缘位错、线状和块状缺陷的形成机理，形成边缘位错的塑性变形，晶体生长过程中的边缘位错形成机理，位错运动机理，位错滑移运动，线状和块状缺陷，以及位错运动引起的效应：晶体的上部和下部被一个原子单位永久交错，导致塑性变形并在晶体表面留下滑移台阶。所需的剪切应力非常小，远远小于理论值。描述了位错的几何量。晶体学方向位移矢量(由位错运动引起的原子位移的方向和大小)用Burgers矢量描述。Burgers矢量B用来描述原子在位错区的畸变特性，包

6、括畸变的位置和程度。线表面和体缺陷，以及描述由位错滑移引起的原子位移的方法：使用周围的位错作为穿过无缺陷材料的环(Bergs环)。线表面和体缺陷，问题：相同的边缘位错，观察到的位错方向不同，得到的伯努利矢量也不同。解决方法：定义位错的单位切矢T，边缘位错的伯努利矢量B垂直于位错线(由T描述)，边缘位错的滑移面包含B和T(由bt获得)、线平面和体缺陷。伯努利矢量的物理意义不仅表明位错的性质，还表明位错区总晶格畸变的大小和方向。伯努利矢量表示位错滑移后晶体上下部分之间相对位移的方向和大小，即滑移矢量。线和体积缺陷，5。边缘位错的本质是，边缘位错周围的原子不同程度地偏离平衡位置，导致周围晶格的弹性变

7、形。对于正的边缘位错，晶面上部的原子被压缩挤压，而晶面下部的原子被稀疏挤压。位错周围的晶格畸变是对称的，位错中心的畸变程度最大，畸变程度随着离中心距离的增加而减小。通常，晶格畸变大于正常原子间距1/4的区域宽度定义为位错宽度，其值约为25个原子间距。位错线的长度有数百到数万个原子，而且位错的宽度与位错的长度相比非常小，所以位错被认为是线缺陷。5。边缘位错、线表面和体缺陷的本质，位错线是晶体中滑移区和未滑移区之间的边界线，因此它们在晶体内部不会被打断。它们要么停在表面，要么停在晶界和相界，要么与其它位错线相交，要么在晶体中自行形成一个闭合环。(基于此，可以检测出位错的存在。)位错滑移矢量B垂直于

8、位错线，滑移面是由位错线和滑移矢量B组成的位移面。边缘位错线的形状可以是直线、折线或曲线。5。边缘位错、线平面和体缺陷、线平面和体缺陷、线平面和体缺陷、线平面和体缺陷的性质。其他类型的位错、线平面和体缺陷。螺旋位错及其构造模式、线平面和体缺陷，螺旋位错具有以下特征。螺旋位错是一种原子轴对称的线缺陷。位错线(t)和滑移矢量(螺旋位错)。螺旋位错线的运动方向垂直于晶体滑移方向和应力矢量。螺旋位错没有额外的半原子表面，原子的位错是轴对称的。根据位错线附近螺旋排列的原子的不同旋转方向，螺旋位错可以分为右旋螺旋位错和左旋螺旋位错。纯螺旋位错的滑移面不是唯一的，任何含有螺旋位错线的平面都可以作为其滑移面；

9、但事实上，滑移通常发生在原子密集的表面。螺旋位错线周围的晶格发生弹性变形，但只有平行于位错线的剪切应变，没有正应变，也就是说，它不会引起体积膨胀和收缩线平面和体缺陷，螺旋位错伯努利矢量的确定方法，线平面和体缺陷，2。混合位错，实际的位错线通常是混合的，其位错线和滑移矢量既不垂直也不平行，称为混合位错、线-面和体缺陷。位错环及其形成，线-面和体缺陷，4。位错的关键特征可以根据伯努利矢量B和位错线平面与体缺陷之间的关系来确定，位错可以在包含B和T的平面(滑移面)上滑动，并且运动结果在位错线滑动的区域，导致上下半晶体在距离B的范围内相对位移.4.位错的关键特征，如线表面和体缺陷，伯努利矢量是固定的。

10、位错的特征从一点到另一点可能不同，但伯努利矢量总是相同的。位错不能终止于晶体无缺陷区的中间，它可以终止于晶体表面、晶体本身或其它位错。4。位错、线-面和体缺陷的主要特征，实际晶体中伯努利矢量的表示，线-面和体缺陷，5。位错运动模式、滑移爬升条件下的高浓度空位高温正应力以及爬升特性：通过空位迁移和原子扩散实现，不可避免地会引起晶体体积的变化，称为非保守运动或非保守运动。4.金属晶体中的滑移面和体缺陷，晶体的低温塑性变形模式：位错滑移，孪晶的高温塑性变形模式：位错爬升，晶界滑移边位错运动模式：滑移，爬升螺旋位错运动模式：滑移，交叉滑移，线面和体缺陷，为什么滑移发生在密堆积面的密堆积方向？位错滑移所

11、需的临界剪应力RC来源于晶体固有的晶格摩擦阻力。提供最低电阻的表面必须是原子尺度上最光滑的表面，也就是说，原子密度最高的表面是光滑的表面。就能量而言，位错引起的内能的上升与伯努利矢量b，E|b|2的平方成正比。在晶体中，伯努利矢量是连接等效晶格位置的最短距离，即晶体的最密集方向。为什么滑动发生在密堆积面的密堆积方向？1.面心立方晶体结构中的滑移面和方向，滑移面和体缺陷，面心立方滑移系的滑移方向，滑移面一般为111面心立方结构，有四个不同的111晶面，每个滑移面有三个晶向，所以有43=12个滑移系。线表面和车身缺陷；2.BCC晶体滑移系统、线表面和体缺陷；bcc滑移系统的滑移方向为110、112

12、和123；如果所有三组滑动面都能启动，潜在滑动系统的数量为：线表面和体缺陷；3.HCP晶体结构，线表面和体缺陷，hcp滑移系统，滑移方向，当滑移面为(0001)时，晶体中只有一个滑移面，在这个滑移面上有三个晶向，因此滑移系统的数量为13=3。当滑移面为1010时，晶体中有三个滑移面，每个滑移面都有一个晶体方向，因此滑移系统的数量为31=3。当滑动面是斜面1011时，有6个滑动面，每个滑动面上一个，因此滑动系统的数量是61=6。一般来说，纯金属的塑性取决于滑移系统的数量、这些滑移面是否相交以及它们的面密度，因为hcp金属中很少有滑移系统，而且它们的塑性通常不高。面心立方结构有12个独立相交的滑移

13、系统，滑移面排列紧密，因此具有这种结构的材料通常表现出塑性行为。BCC材料在高温下也表现出良好的塑性，但在某些情况下，它在低温下会表现出低塑性。HCP金属的滑动要复杂得多。5.离子、共价和聚合物晶体中的位错。1.离子固体中位错的概念是复杂的，这是由于对离子晶体中局部电中性的要求。保持电中性的措施：晶体学等效位置之间的最短矢量不是离子接触方向滑动面(即最高密度面)，也不是密堆积面。有效滑移系统的数量有限，并且存在线缺陷和体缺陷。离子晶体对伯努利矢量、线和体缺陷有很大的图形解释。一般来说，滑移面和滑移方向都不一定是紧密堆积的，导致离子晶体中位错运动的阻力比。同种离子接触的可能性进一步限制了离子晶体

14、的滑移数。因此，这些因素将降低离子晶体中位错的迁移率，并导致脆性断裂的趋势。线平面和体缺陷，线平面和体缺陷，2。共价晶体，其中也存在位错。在共价晶体中，较低的配位数导致较低的原子堆积因子、较低的线密度和平面密度，这使得其伯努利矢量较长，位错运动的内在晶格阻力较高。当位错运动时，它必须打破高共价键能量，从而使它具有高强度。硅和锗中的位错对晶体的电学和晶体生长特性有重要影响。线与体缺陷，线与体缺陷，VI。位错对材料性能、机械性能、电光晶体生长、线和体缺陷的影响。错位观察(补充知识)，1。蚀坑法，线和体缺陷，线和体缺陷，2。电子显微镜，线和体缺陷，锗晶体中位错的电子显微镜图像，线和体缺陷。包括晶界、

15、相界、外表面、堆垛层错、双面等。表面与界面理论是最重要的基础理论之一，具有广泛的应用价值。气相(或真空)和凝聚相之间的界面称为表面。凝聚相和凝聚相之间的界面称为界面。首先，晶体中的自由表面在材料的使用和制备中起着重要的作用。例如，催化、腐蚀、磨损和吸附只发生在表面。光电、声电和压电转换现象都离不开表面；此外，表面在晶体生长中起着决定性的作用。1.理想曲面，是一个具有完整理论结构的二维点阵平面。忽略晶体中周期性势场中断的影响，忽略表面原子的热运动、缺陷和扩散现象，忽略外部环境、线表面和体缺陷的影响。实际的晶体表面结构特征、表面重建和严格意义上的理想表面都不存在。当晶体表面形成时，悬挂键的存在使理

16、想表面处于高能的不稳定状态。为了减少表面自由能，表面原子的位置必须改变。作为这种变化的结果，平行于表面的平面中表面原子的平移对称性与理想表面的平移对称性显著不同。表面结构的这种变化称为表面重建。线-面和体缺陷，线-面和体缺陷，表面弛豫，晶体的三维周期性在表面被中断，表面上原子的配位发生了变化，表面原子附近的电荷分布也发生了变化，这使得表面上原子的力场不同于体内原子的力场。因此，表面上的原子将相对于正常位置上下移动，以降低系统的能量。表面原子的这种位移称为表面弛豫。2。表面结构特征，线-面和体缺陷，实际晶体的表面台阶结构。表面结构特征、线-面和体缺陷、实际晶体的吸附表面，与体原子不同，固体表面上的一些原子键被切断，以悬空键的形式存在，使表面具有较高的自由能。为了降低表面自由能，除了改变表面原子的几何位置(表面重构和表面弛豫)，通过吸附外来原子或分子来降低表面自由能，从而使表面处于更稳定的状态。物理吸附，化学吸附，2。实际晶体的表面结构特征、线状表面和块状缺陷。晶体中的晶界。从晶体几何的角度来看，每个晶粒的原子排列的取向差角称为晶界角。相邻晶粒间的界面称为晶界、线平面和体缺陷。当两个相邻晶粒间的取向差小于10时，这种界面称为