第3章+晶體缺陷-位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)與彈性性質(zhì)ppt課件.ppt

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1、第三章晶體缺陷引言晶體缺陷概述及類型第一節(jié)點(diǎn)缺陷第二節(jié)位錯(cuò)-線缺陷第三節(jié)表面及界面第二節(jié)位錯(cuò)2.1、位錯(cuò)的基本類型和特征2.2、位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)與彈性性質(zhì)2.3、實(shí)際晶體中的位錯(cuò)2.2、位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)與彈性性質(zhì)一、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式二、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的交割三、位錯(cuò)的彈性性質(zhì)四、位錯(cuò)與其他缺陷的交互作用位錯(cuò)在晶體中運(yùn)動(dòng)有兩種方式：滑移和攀移，其中滑移最為重要。一、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式攀移滑移圖刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)的滑移1、位錯(cuò)的滑移圖螺型位錯(cuò)滑移導(dǎo)致晶體塑性變形的過(guò)程圖刃型位錯(cuò)滑移導(dǎo)致晶體塑性變形的過(guò)程位錯(cuò)的滑移是在切應(yīng)力作用下進(jìn)行的，只有當(dāng)滑移面上的

2、切應(yīng)力分量達(dá)到一定值后位錯(cuò)才能滑移。螺位錯(cuò)的交滑移由于混合位錯(cuò)可以分解為刃型和螺型兩部分，因此，混合位錯(cuò)在切應(yīng)力作用下，也是沿其各線段的法線方向滑移，并同樣可使晶體產(chǎn)生與其柏氏矢量相等的滑移量。（a）位錯(cuò)環(huán)（b）位錯(cuò)環(huán)運(yùn)動(dòng)后產(chǎn)生的滑移圖位錯(cuò)環(huán)的滑移2、位錯(cuò)的攀移（1）攀移的概念與本質(zhì)攀移的本質(zhì)是刃型位錯(cuò)的半原子面向上或向下移動(dòng)，于是位錯(cuò)線就跟著向上或是向下運(yùn)動(dòng)，因此攀移時(shí)位錯(cuò)線的運(yùn)動(dòng)方向正好與柏氏矢量垂直。只有刃型位錯(cuò)才能發(fā)生攀移運(yùn)動(dòng)，螺型位錯(cuò)是不會(huì)攀移的。（2）攀移的分類及割階概念通常把半原子面向上移動(dòng)稱為正攀移，半原子

3、面向下運(yùn)動(dòng)稱為負(fù)攀移。割階指攀移時(shí)位錯(cuò)線上的臺(tái)階。圖刃位錯(cuò)攀移示意圖（a）正攀移（半原子面縮短）(b)未攀移（c）負(fù)攀移（半原子面伸長(zhǎng)）（3）影響位錯(cuò)攀移的因素①溫度攀移是通過(guò)原子的擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)的（而滑移不涉及原子的擴(kuò)散）；由于空位的數(shù)量及其運(yùn)動(dòng)速率對(duì)溫度十分敏感，因此位錯(cuò)攀移是一個(gè)熱激活過(guò)程。②應(yīng)力外加應(yīng)力對(duì)位錯(cuò)有促進(jìn)作用，但切應(yīng)力是無(wú)效的，只有正應(yīng)力才會(huì)協(xié)助位錯(cuò)實(shí)現(xiàn)攀移；壓應(yīng)力有助于正攀移，拉應(yīng)力有助于負(fù)攀移。二、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的交割1、位錯(cuò)交割的含義對(duì)于在滑移面上運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)來(lái)說(shuō)，穿過(guò)此滑移面的其它位錯(cuò)稱為林位錯(cuò)。林位錯(cuò)會(huì)阻礙

4、位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，但是若應(yīng)力足夠大，滑動(dòng)的位錯(cuò)將切過(guò)林位錯(cuò)繼續(xù)前進(jìn)。位錯(cuò)互相切割的過(guò)程稱為位錯(cuò)交割或位錯(cuò)交截。2、割階與扭折兩個(gè)位錯(cuò)交割時(shí)，每個(gè)位錯(cuò)上都要產(chǎn)生一個(gè)新的小段位錯(cuò)。當(dāng)交割產(chǎn)生的小段位錯(cuò)不在所屬位錯(cuò)的滑移面上時(shí)，則成為位錯(cuò)割階；如果小段位錯(cuò)位于所屬位錯(cuò)的滑移面上，則成為位錯(cuò)扭折。刃型位錯(cuò)的割階部分仍為刃型位錯(cuò)，扭折部分為螺型位錯(cuò)。螺型位錯(cuò)的割階與扭折均為刃型位錯(cuò)。扭折與原位錯(cuò)線在同一滑移面上，可隨主位錯(cuò)線一道運(yùn)動(dòng)，幾乎不產(chǎn)生阻力；扭折在線張力作用下易消失。割階與原位錯(cuò)線不在同一滑移面上，除攀移外不能隨主位錯(cuò)線一道運(yùn)動(dòng)，

5、成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，稱割階硬化。兩根互相垂直的刃型位錯(cuò)的交割（柏氏矢量互相垂直）3、幾種典型的位錯(cuò)交割(1)兩個(gè)柏氏矢量互相垂直的刃型位錯(cuò)交割圖兩個(gè)柏氏矢量互相垂直刃型位錯(cuò)交割位錯(cuò)割階刃型位錯(cuò)(2)兩個(gè)柏氏矢量互相平行的刃型位錯(cuò)交割圖兩個(gè)柏氏矢量互相平行刃型位錯(cuò)交割位錯(cuò)扭折螺型位錯(cuò)位錯(cuò)扭折螺型位錯(cuò)(3)刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)的交割圖刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)的交割位錯(cuò)割階刃型位錯(cuò)位錯(cuò)扭折刃型位錯(cuò)(4)螺型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)的交割圖螺型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)的交割位錯(cuò)割階刃型位錯(cuò)位錯(cuò)扭折刃型位錯(cuò)三、位錯(cuò)的彈性性質(zhì)1、位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)是位錯(cuò)

6、理論的核心與基礎(chǔ)，它探討的是位錯(cuò)在晶體中引起的畸變的分布及其能量變化。位錯(cuò)在晶體中的存在使其周圍原子偏離平衡位置而導(dǎo)致點(diǎn)陣畸變和彈性應(yīng)力場(chǎng)的產(chǎn)生。在討論位錯(cuò)的彈性應(yīng)力場(chǎng)的基礎(chǔ)上，可推算出位錯(cuò)所具有的能量、位錯(cuò)的作用力、位錯(cuò)與晶體其它缺陷間交互作用等問(wèn)題。圖位錯(cuò)的連續(xù)介質(zhì)模型（a）螺位錯(cuò)（b）刃位錯(cuò)（1）螺位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)螺型位錯(cuò)周圍只有一個(gè)切應(yīng)變：γθz＝b/2πr相應(yīng)的各應(yīng)力分量分別為用直角坐標(biāo)表示螺位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)的特點(diǎn)：只有切應(yīng)力分量，正應(yīng)力分量全為零，這表明螺型位錯(cuò)不引起晶體的膨脹和收縮。螺型位錯(cuò)所產(chǎn)生的切應(yīng)力分量只與r有

7、關(guān)（成反比），而與θ，z無(wú)關(guān)。只要r一定，τθz就為常數(shù)。因此，螺型位錯(cuò)的應(yīng)場(chǎng)是軸對(duì)稱的，即與位錯(cuò)等距離的各處，其切應(yīng)力值相等，并隨著與位錯(cuò)距離的增大，應(yīng)力值減小。r→0時(shí)，τθz→∞，顯然與實(shí)際情況不符，這說(shuō)明上述結(jié)果不適用位錯(cuò)中心的嚴(yán)重畸變區(qū)。（2）刃位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)圖刃位錯(cuò)周圍的應(yīng)力場(chǎng)刃位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)的特點(diǎn)：同時(shí)存在正應(yīng)力分量與切應(yīng)力分量，而且各應(yīng)力分量的大小與G和b成正比，與r成反比。各應(yīng)力分量都是ｘ，ｙ的函數(shù)，而與ｚ無(wú)關(guān)。這表明在平行與位錯(cuò)的直線上，任一點(diǎn)的應(yīng)力均相同。在滑移面上，沒(méi)有正應(yīng)力，只有切應(yīng)力，而且切應(yīng)力τx

8、y達(dá)到極大值。正刃型位錯(cuò)的位錯(cuò)滑移面上側(cè)為壓應(yīng)力，滑移面下側(cè)為拉應(yīng)力。x＝±y時(shí)，σyy，τxy均為零，說(shuō)明在直角坐標(biāo)的兩條對(duì)角線處，只有σxx。2、位錯(cuò)的應(yīng)變能（1）位錯(cuò)能的概念位錯(cuò)線周圍的原子偏離了平衡位置，處于較高的能量狀態(tài)，高出的能量稱為位錯(cuò)的應(yīng)變能，簡(jiǎn)稱位錯(cuò)能。（2）位錯(cuò)是不平衡的缺陷，且具有