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1、ch2位錯25位錯的動力學性質(zhì)詳解2.1位錯理論的產(chǎn)生一、晶體的塑性變形方式二、單晶體的塑性變形三、多晶體的塑性變形四、晶體的理論切變強度五、位錯理論的產(chǎn)生六、位錯的基本知識22.2位錯的幾何性質(zhì)一、位錯的幾何模型二、柏格斯矢量三、位錯的運動四、位錯環(huán)及其運動五、位錯與晶體的塑性變形六、割階3一、位錯的萌生（一）位錯是熱力學不穩(wěn)定的晶體缺陷（二）位錯的均勻形核（三）位錯的不均勻形核（四）晶體中形成位錯的三種途徑7（一）位錯是熱力學不穩(wěn)定的晶體缺陷前人曾計算過，對于單位長度位錯線：熵S≈﹣2kT/b,應(yīng)變能E≈Gb2，由于Gb3的典
2、型值為5eV，而kT在300K時為1/40eV，因此位錯引起的自由能G>0。所以，無應(yīng)力晶體中熱力學穩(wěn)定的位錯密度應(yīng)為0。然而，除晶須以及精心制備的硅等較大晶體材料等個別例子外，所有晶體中都存在位錯。退火晶體中的位錯密度約為104mm﹣2，經(jīng)大量范性變形后增至108﹣9mm﹣2。形變初期，位錯運動傾向于在單一相互平行的滑移面內(nèi)進行，其后在其它滑移系統(tǒng)中繼發(fā)滑移，不同系統(tǒng)中運動的位錯會相互作用，快速增殖導致加工硬化。8（二）位錯的均勻形核設(shè)在某一驅(qū)動力F作用下形成半徑為R的位錯圈：形成能＝位錯圈自身的能量－驅(qū)動力所作的功9假設(shè)，在無
3、能量漲落時，晶體中要能自發(fā)萌生位錯圈，則有τc≈μ/10，這是一個很高的值，接近晶體的理論強度；實際屈服應(yīng)力τ≈μ/1000，取ε=2b，則Rc≈500b，臨界形核功Uc≈650μb3,典型金屬大約是3KeV。而熱漲落的能量大約是1/40eV，故屈服應(yīng)力下均勻形核顯然是不可能的；以上討論表明，位錯萌生是一個相當困難的過程，實際晶體往往借助應(yīng)力集中產(chǎn)生位錯的非均勻萌生。10（三）位錯的不均勻形核在370℃均勻保溫，去除與包裹體相關(guān)的內(nèi)應(yīng)變，最后冷至20℃，形成棱柱位錯環(huán)(圖中為其側(cè)面)，它們顯然是被玻璃包裹體擠壓出來的。位錯環(huán)軸向平
4、行于<110>。11一種常見的非均勻位錯萌生過程棱柱擠壓：當壓頭很有力地壓在晶體的表面時，可以萌生一系列棱柱位錯圈而生成壓痕。如圖高度為nb的坑對應(yīng)于n個伯格斯矢量為b的棱柱圈，此過程的能量關(guān)系為作用于壓頭的力P所作的功＝生產(chǎn)棱柱圈的能量＋增加的表面能，即其中D為壓頭直徑，若D很小，則局部正應(yīng)力可很大，因而在一般的P值，即可達到萌生位錯圈所需要的應(yīng)力。12131415（四）晶體中形成位錯的三種途徑161718192021二、位錯的增殖（一）弗蘭克－瑞德源(F-R滑移源)（二）雙交滑移位錯源（三）攀移位錯源（Bardeen-Herr
5、ing）22ProductionofDislocationsExample:?FrankReadSource–dislocationpinnedatbothends.Whatistheforceonthecurvedsegmentcausingittobowout?LinetensionTcanbeequatedtoenergy/unitlength.T~1/2Gb223ForcurvedsegmentTotalnormalforceonsegmentIfinequilibriumwithappliedstress,ori.e
6、equilibriumradiusofcurvatureiscontrolledbystress.24TheFrankReadsourceexpandsunderthestress,pinnedatbothends.Whentheboweddislocationlinereachesasemicircleitcancontinuetoexpandunderadiminishingforce.Thereareothersourcesofdislocationlines:singleFrank-Readsources,whereth
7、elineispinnedonlyatasinglesource.Intersectionswithotherdislocations–jogsincreasethelengthoftheline,andmayactasFrankReadsources.25（一）弗蘭克－瑞德源(F-R源)雙軸F-R源（U形源）單軸F-R源（L形源）26雙軸F-R源（U形源）27GenerationofdislocationsWhereaswenowlearnedalittlebitaboutthecomplicationsthatmayoccu
8、rwhendislocationsmove,wefirstmusthavesomedislocationsbeforeplasticdeformationcanhappen.Inotherwords:Weneedmechanismsthatgene
