线缺陷面缺陷课件

m=104105 MPa实际实际金属单晶：金属单晶：切变强度值间的巨大切变强度值间的巨大差异，使人们认识到差异，使人们认识到:一般金属一般金属理论理论切变强度：切变强度：110 MPa晶体的滑移也并非刚性同步晶体的滑移也并非刚性同步实际晶体结构并非理想完整实际晶体结构并非理想完整m=104105 MPa实际金属单晶：切变强度值11934年年 Taylor、Polanyi、Orowan三人三人几乎同时几乎同时提出提出晶体中晶体中位错位错的的模型模型。1934年 Taylor、Polanyi、Orowan22.相比于刚性滑移，小距离的弹性偏移相比于刚性滑移，小距离的弹性偏移 容易实现。容易实现。实测临界切应力低的原因？实测临界切应力低的原因？1.位错附近的原子因错排而能量较高，位错附近的原子因错排而能量较高，容易运动；容易运动；2.相比于刚性滑移，小距离的弹性偏移 实测临界切应力低的3透射电镜下观察到的位错线透射电镜下观察到的位错线1956年年，晶体错位被实验观察所证实，晶体错位被实验观察所证实，位错理论得到广泛接受。位错理论得到广泛接受。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43.3.2 位错的类型及性质位错的类型及性质根据根据原子的滑移方向原子的滑移方向和和位错线取向位错线取向的几何的几何特征，位错可分为：特征，位错可分为：刃位错刃位错螺位错螺位错混合位错混合位错一、位错的类型一、位错的类型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51.刃型位错刃型位错（edge dislocationedge dislocation）滑移面：滑移面：ABCD半原子面：半原子面：EFGH位错线：位错线：EF刃型位错滑移面：ABCD6EF线犹如砍入晶体的一把刀的刀刃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晶体已滑移部分和未滑移部分的交线位错线位错线位错线位错线:刃位错刃位错刃位错刃位错: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7（1 1）正刃型位错）正刃型位错）正刃型位错）正刃型位错:分类分类：半原子面在滑移面上方半原子面在滑移面上方.用用“”表示表示（1）正刃型位错:分类：半原子面在滑移面上方.用“”8半个原子面在滑移面下方半个原子面在滑移面下方.（2 2）负刃型位错）负刃型位错）负刃型位错）负刃型位错:用用“”表示。表示。半个原子面在滑移面下方.（2）负刃型位错:用“”表示。92.螺型位错螺型位错ABCDBCBC线线以右为已滑移区，以左为未滑移区。以右为已滑移区，以左为未滑移区。2.螺型位错ABCDBC线以右为已滑移区，以左为未滑移区。10螺形位错螺形位错示意图示意图BCBC线两侧的上下两线两侧的上下两层原子都偏离了平层原子都偏离了平衡位置，围绕着衡位置，围绕着BCBC连成了一个连成了一个螺旋线螺旋线.螺形位错BC线两侧的上下两层原子都偏离了平衡位置，围绕着BC11分类分类：拇指拇指:螺旋面前进方向螺旋面前进方向其余其余:螺旋面旋转方向螺旋面旋转方向左旋左旋:右旋右旋:被被BCBC线所贯穿的平线所贯穿的平行晶面变成以行晶面变成以BCBC线线为轴的为轴的螺旋面螺旋面。右手法则右手法则左手法则左手法则分类：拇指:螺旋面前进方向左旋:被BC线所贯穿的平行晶12二、位错的性质二、位错的性质2.位错不能中断于晶体内部。位错不能中断于晶体内部。位错及畸变区是位错及畸变区是 一条半径为一条半径为34 个个原子间距的管道；原子间距的管道；在表面露头；终止于晶界和相界；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。与其他位错相交；自行封闭成环。1.形状：形状：不一定是直线不一定是直线二、位错的性质2.位错不能中断于晶体内部。位错及畸变区是 133.3.3 位错的表征位错的表征-柏氏矢量柏氏矢量1.柏氏矢量的物理意义柏氏矢量的物理意义柏氏矢量，柏氏矢量，b，反映由位错引起的点阵反映由位错引起的点阵畸变大小畸变大小的物理量。的物理量。（b越大，位错周围的点阵畸变越严重）越大，位错周围的点阵畸变越严重）3.3.3 位错的表征-柏氏矢量1.柏氏矢量的物理意义柏142.柏氏矢量的确定方法柏氏矢量的确定方法按按右手法则右手法则做柏氏回路。做柏氏回路。（1 1）先确定位错的方向，）先确定位错的方向，（一般规定位错线垂直纸面（一般规定位错线垂直纸面 时，由纸面向外为正）时，由纸面向外为正）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15MNOPQ（2）在）在实际晶体中实际晶体中，避开位错附近的严重畸，避开位错附近的严重畸 变区变区作一闭合回路作一闭合回路，回路每一步连结相，回路每一步连结相 邻原子。邻原子。刃型位错柏氏矢量的确定刃型位错柏氏矢量的确定(a)(a)有位错的晶体有位错的晶体 MNOPQ（2）在实际晶体中，避开位错附近的严重畸刃型位错柏16MNOPQMNOPQ刃型位错柏氏矢量的确定刃型位错柏氏矢量的确定(a)(a)有位错的晶体有位错的晶体 (b)(b)完整晶体完整晶体 （3 3）按同样方法在）按同样方法在完整晶体中做回路完整晶体中做回路。MNOPQMNOPQ刃型位错柏氏矢量的确定（3）按同样方法在17MNOPQMNOPQ刃型位错柏氏矢量的确定刃型位错柏氏矢量的确定(a)(a)有位错的晶体有位错的晶体 (b)(b)完整晶体完整晶体 （4）这时终点）这时终点 和起点不重合，由和起点不重合，由终点到终点到 起点起点 引一引一矢量矢量QM，即柏氏矢量即柏氏矢量b。柏氏矢量MNOPQMNOPQ刃型位错柏氏矢量的确定（4）这时终点 和18螺型位错柏氏矢量的确定螺型位错柏氏矢量的确定(a)(a)有位错的晶体有位错的晶体 (b)(b)完整晶体完整晶体 柏氏矢量螺型位错柏氏矢量的确定柏氏矢量19螺型位错螺型位错3.柏氏矢量柏氏矢量b的特征的特征 b与起点的选择无关与起点的选择无关;与路径也无关。与路径也无关。(一根不可分叉的任何形状的位错一根不可分叉的任何形状的位错 只有一个只有一个b)b具有守恒性。具有守恒性。利用利用b 与位错线与位错线 t 的关系的关系,可判定位错类型。可判定位错类型。b t b t 刃型位错刃型位错螺型位错3.柏氏矢量b的特征 b与起点的选择无关;与路径也203.3.4 位错的运动位错的运动一、位错的易动性一、位错的易动性位错为什么易动？位错为什么易动？毛毛虫爬行毛毛虫爬行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21二、位错运动的方式二、位错运动的方式1.1.滑移：滑移：位错沿滑移面的移动。位错沿滑移面的移动。位错运动到晶体表面时，整个上半部晶体位错运动到晶体表面时，整个上半部晶体相对下半部相对下半部刃型位错的滑移刃型位错的滑移移动了一个柏氏矢量。移动了一个柏氏矢量。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222.晶体滑移方向与位错运动方向一致。晶体滑移方向与位错运动方向一致。特征：特征：刃型位错的滑移刃型位错的滑移1.刃型位错滑移面唯一；刃型位错滑移面唯一；（螺位错可有多个滑移面）（螺位错可有多个滑移面）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1.23一一.位错运动与晶体结构的关系？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。面，最密排方向被认为是滑移方向。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24线缺陷面缺陷课件252.2.攀移：攀移：刃型刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动。位错在垂直于滑移面方向上的运动。分类分类分类分类：正攀移正攀移 原子面上移，空位加入原子面上移，空位加入空位运动引起的攀移（正攀移）空位运动引起的攀移（正攀移）2.攀移：刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动。分类：正攀26间隙原子运动引起的攀移（负）间隙原子运动引起的攀移（负）负攀移负攀移 原子面下移，原子加入原子面下移，原子加入间隙原子运动引起的攀移（负）负攀移原子面下移，原子加入27多余半原子面通过空位（原子）多余半原子面通过空位（原子）扩散扩散而缩短而缩短(或伸长或伸长)。2.所需能量不同，所需能量不同，位错攀移的实质：位错攀移的实质：位错攀移的实质：位错攀移的实质：滑移与攀移的区别：滑移与攀移的区别：滑移与攀移的区别：滑移与攀移的区别：3.螺型位错没有攀移运动。螺型位错没有攀移运动。1.运动方向不同；运动方向不同；（平行（平行/垂直垂直 于滑移面）于滑移面）攀移需要更大的能量；攀移需要更大的能量；多余半原子面通过空位（原子）扩散而缩短(或伸长)。2.所需283.4 面缺陷面缺陷特定表面上晶体的平移对称性终止特定表面上晶体的平移对称性终止或间断。或间断。材料的表面材料的表面 晶界晶界 相界相界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293.4.1 晶体的表面晶体的表面表面原子表面原子的的另一侧无固体另一侧无固体中原子的键合，中原子的键合，配位数少配位数少,有空悬的化学键。有空悬的化学键。表面悬空键：表面悬空键：石墨烯片层示意图石墨烯片层示意图 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30体相原子体相原子表面原子表面原子悬空键悬空键悬空键的存在，导致悬空键的存在，导致表面原子表面原子偏离正常位置，偏离正常位置，并影响邻近的几层原子，造成点阵畸变，使并影响邻近的几层原子，造成点阵畸变，使其其能量高于能量高于晶体晶体内部内部。表面悬空键对晶体的影响：表面悬空键对晶体的影响：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31晶体表面晶体表面单位面积能量的增加单位面积能量的增加。（比）表面能：（比）表面能：（比）表面能：（比）表面能：表面能具有各向异性吗？原因？表面能具有各向异性吗？原因？体相原子体相原子表面原子表面原子悬空键悬空键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32表面具有易吸附性表面具有易吸附性体相原子体相原子表面原子表面原子悬空键悬空键纳米材料纳米材料催化催化 团聚团聚?表面具有易吸附性体相原子表面原子悬空键纳米材料333.4.2 晶界晶界晶体结构晶体结构相同相同空间取向空间取向不同不同晶界两侧晶粒关系晶界两侧晶粒关系晶界两侧晶粒关系晶界两侧晶粒关系:3.4.2 晶界晶体结构相同晶界两侧晶粒关系:34一一.晶界的结构晶界的结构根据根据相邻晶粒的位向差相邻晶粒的位向差，分为，分为u 小角度晶界小角度晶界u 大角度晶界大角度晶界 共格界面共格界面(特殊特殊)一.晶界的结构根据相邻晶粒的位向差，分为 小角度晶界35小角度晶界基本上由小角度晶界基本上由一系列刃位错组成。一系列刃位错组成。1.小角度晶界小角度晶界 小角度晶界示意图小角度晶界示意图相邻晶粒位向差相邻晶粒位向差很很小，一般小，一般小于小于10 。结构：结构：晶界中位错排列越密，晶界中位错排列越密，则位向差愈大。则位向差愈大。特点：特点：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36相邻晶粒位向差较大，相邻晶粒位向差较大，一般一般大于大于10 。2.大角度晶界大角度晶界大角度晶界示意图大角度晶界示意图不能用位错模型，关不能用位错模型，关于大角度晶界的结构于大角度晶界的结构说法不一。说法不一。结构及特点：结构及特点：晶界可视为晶界可视为2 23(5)3(5)个个原子的过渡层。原子的过渡层。相邻晶粒位向差较大，一般大于10。2.大角度晶界大角度晶37晶界部分的原子排列尽管有其规律，但晶界部分的原子排列尽管有其规律，但排列复杂，暂以排列复杂，暂以相对无序相对无序来理解。来理解。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38共格界面共格界面 有有轻轻微微错错配配的的共共格格界面界面MgOMgO中中(310)(310)挛挛生生面面形形成成的的取取向向差差为为36.836.8的的共共格晶界格晶界共格孪晶界与非共格孪晶界共格孪晶界与非共格孪晶界界面上界面上两侧两侧晶体的某晶体的某晶面具有相同的晶面具有相同的原子排列原子排列，例如同一，例如同一族族的不同晶面。的不同晶面。共格界面 有轻微错配的共格界面MgO中(310)挛生面形成的39晶界上的原子晶界上的原子同时位于两个晶体点阵的结同时位于两个晶体点阵的结点上，为两部分所点上，为两部分所共有共有，这种形式的界面，这种形式的界面称为称为共格界面共格界面。共格孪晶界与非共格孪晶界共格孪晶界与非共格孪晶界晶界上的原子同时位于两个晶体点阵的结点上，为两部分所共有，这40铜合金中的孪晶铜合金中的孪晶铜合金中的孪晶41