固体物理：12_2-位错课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十二章 晶体中的缺陷和扩散,12,2,位错,东北师范大学物理学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,12-2,位错,晶体中的线缺陷,当晶体中沿某一条线附近的原子排列与完整晶格不同时，形成的缺陷称为线缺陷。位错就是这种线缺陷。,晶体中最简单的位错有,刃位错和螺位错。,12-2位错,刃位错形成机制,滑移机制,滑移的过程就是,滑移区域不断扩展,的过程，而,位错正是滑移区的边界,，滑移的过程即表现为位错在滑移面上的运动。,刃位错形成机制滑移机制 滑移的过程就是滑移区,位错的形成,滑移机制,滑移：,晶体沿一定晶面向某个方向发生相对位移，称为,滑移,，发生滑移的平面称为,滑移面,，滑移的方向称,滑移向,。理论上认为滑移是整个晶面一起移动的，实际上，滑移不是在整个晶面同时发生的，而是先在某个局部区域发生滑移，然后滑移区域逐渐扩大，直至整个晶面出现宏观滑移。,即可能是晶面一部分先动，然后推动另一部分移动。,位错模型就是根据滑移现象提出的,。,位错的形成滑移机制 滑移：晶体沿一定晶面向,几乎所有晶体中都存在位错,，正是由于这些位错的运动导致金属在很低的外加切应力的作用下就出现滑移。因此，,晶体中位错的存在是造成金属强度大大低于理论值的最主要原因。,一根直径为,100 nm,的,Ni,单晶须，可以弯曲成直径为几十,m,的环状。,30,m,不含位错的金属晶体的确具有相当接近于理论值的强度。,几乎所有晶体中都存在位错，正是由于这些位错的,即晶体中原子的上半平面对下半平面产生滑移，滑移方向,垂直于,位错线（滑移部分与未滑移部分的界线）；,在位错线附近晶体上半平面插入一排多余的晶面，而在下半平面没有适当的晶面配对，,像刃一样,，故称为刃位错。,发生刃位错时,，,位错线及其附近原子位置发生不同程度的错排，而远离位错线区域可认为接近完整的晶体。,刃位错一般有两种类型：,正,刃位错和,负,刃位错,。,刃位错,发生刃位错时，位错线及其附近原子位置发生不同,正刃位错和负刃位错,正刃位错和负刃位错,刃位错的运动,刃位错的运动方式有两种：滑移运动和攀移运动。,滑移运动,刃位错的运动刃位错的运动方式有两种：滑移运动和攀移运动。滑,位错的攀移运动,位错的攀移运动将伴随着空位的产生或消灭。,位错的攀移运动位错的攀移运动将伴随着空位的产生或消灭。,(2),螺位错,滑移方向平行于位错线（,AD,）时，这种类型的位错称为螺位错。螺位错没有多余的半晶面，但在螺位错线附近，位于不同晶面上的原子重新排列在以位错线为轴的螺旋斜面上，故取名为螺位错。,螺位错,(2)螺位错 滑移方向平行于位错线（AD）时，,螺位错动态演示一,螺位错动态演示一,螺位错线附近的原子排列,螺位错线附近的原子排列成一个螺旋状，若以位错线,BC,为轴，沿箭头转一周，就能从底面到达顶面。,螺位错的运动是指滑移区的扩大和缩小。,螺位错线附近的原子排列 螺位错线附近的原子排列成一,TEM,下的位错线,TEM下的位错线,层状聚和物晶体中的螺型位错,层状聚和物晶体中的螺型位错,有关位错的一些问题,螺位错在晶体表面的露头处将形成一个台阶，这们的台阶对于晶体生长起重要作用，新凝结的原子最容易沿台阶集结，因为它们不仅受到下面原子的吸引，还要受到旁边原子的吸引。,第一、螺位错与晶体生长的关系,有关位错的一些问题 螺位错在晶体表面的露头处将,晶体生长理论表明：在完整晶面上凝结新的一层的关键是首先靠涨落现象在晶面上形成一个小核心，然后原子才能沿它的边缘继续集结生长，而螺位错在晶体表面提供了一个天然的生长台阶。,（,P537,图,12-9,）,晶体生长理论表明：在完整晶面上凝结新的一层的关键是首先靠涨落,在,SiC,单晶中所观察到的螺位错生长螺线,在SiC单晶中所观察到的螺位错生长螺线,第二、位错与小角晶界的关系,小角晶界可以看成是一系列刃位错的排列。,通常把晶粒之间的交界地区（面）称为晶粒间界（或晶界），分为大角晶界和小角晶界。这里与位错相关的是小角晶界，指晶粒取向差,15,时的晶界。,第二、位错与小角晶界的关系小角晶界可以看成是一系列刃位错的排,位错的产生,晶体机械加工时，晶体局部受机械应力的作用,在晶体生长过程中，由籽晶引入位错,由晶体中的热应力而引起的位错,晶体中杂质的不均匀偏析，使局部晶格发生畸变,高温下生长的晶体，在降温过程中，,空位,的凝聚,位错的产生 晶体机械加工时，晶体局部受机械应力的作用 在晶体,HRTEM image showing a high density of dislocations in the area around an amorphous band.(b)the FFT pattern obtained from the area marked with the white square in(a),confirming that the crystalline phase is oriented close to a zone axis.(c)Enlarged Fourier-filtered image of the area marked by white square in(a),revealing the details of a a/2 full dislocation.Local Burgers circuit,starting at S and ending at F,encloses the core part of the dislocation which marked by a blue“T”symbol.(d)A one-dimensional Fourier-filtered image taken near the amorphous band.Dislocations,marked with red“T”symbols,can be clearly seen from the extra(111)half-planes.,晶格在高温下会有较多的空位，,位错与空位,片状空隙的切面原子排列图如右图（,b,）所示，,当空隙,塌陷,时，原子排列将发生变化，在空隙的边缘形成一系列刃位错，即形成一个沿空隙边缘的,位错环,。现在一般认为：从高温熔融状态凝固的材料中的位错正是起源于空位的凝结过程。,(b),竖直切面原子排列图,(c),塌陷后原子排列图,空隙塌陷,位错与空位片状空隙的切面原子排列图如右图（b）所示，当空隙塌,P540,图,12-13,：空位凝结与位错环,(a),(b),竖直切面原子排列图,(c),塌陷后原子排列图,微观的片状空隙,空隙塌陷,P540图12-13：空位凝结与位错环(a)(b)竖直切面原,