实际晶体中的位错-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,*,3.2.4,实际晶体中的位错,实际上晶体中的位错决定于晶体结构及能量条件两个因素。在此,特别讨论面心立方晶体中的位错。,(1),实际晶体结构中的,单位位错,全位错,柏氏矢量为沿着滑移方向的原子间距的,整数倍,的位错称为,全位错,。若沿着滑移方向连接相邻原子的矢量为,s,，则全位错的柏氏矢量,b=ns,，,n,为正整数。当,n,=1,时，这样的全位错的能量最低，此时位错称为,单位位错,，也称为,完整位错,。,3.2.4 实际晶体中的位错 实际上晶体中的,单位位错的柏氏矢量一定平行于各自晶体的最密排方向。,面心立方结构：,b,为,a/2,，,体心立方结构：,b,为,a/2,密排六方结构：,b,为,a/3,单位位错的柏氏矢量一定平行于各自晶体的最密排方向。面心立方结,纸面为滑移 面,(111),，左侧为未滑移区，右侧为已滑移区，均属正常堆垛，在已滑移区和未滑移区的交界处存在一个单位位错。当位错线在滑移面扫过之后，滑移面上下的原子排列整齐如旧。单位位错滑移时，不破坏滑移面上下原子排列的完整性，因此单位位错又称为,完整位错,。,纸面为滑移 面(111)，左侧为未滑移区，右,FCC,中全位错滑移时原子的滑动路径,B,层原子的滑动分两步：,BCB,FCC中全位错滑移时原子的滑动路径,如,图中,FCC,晶体的滑移面为,(111),晶面，柏氏矢量方向为,110,晶向，,b,=1/2110,；半原子面,(,攀移面,),为,(110),晶面，其堆垛次序为,ababab,FCC,晶体的全位错的柏氏矢量应为,b,=a/2,，简写成,b,=1/2,。全位错的滑移面是,111,，刃型位错的攀移面（垂直于滑移面和滑移方向的平面）是,110,。,112,如图中FCC晶体的滑移面为(111)晶面，柏氏矢量方,将滑移面,(111),水平放置，攀移面,(110),则为垂直位置，,FCC,中刃型全位错如图所示。由于形成位错时不能改变,FCC,的晶体结构，故在,a,层和,b,层之间必须插入,b,、,a,两层半原子面才能形成全位错。,将滑移面(111)水平放置，攀移面(110)则,(2),不全位错,在实际晶体中，存在的柏氏矢量,小于,最短平移矢量,(,即最近邻的两个原子间距,),的位错叫,部分位错,。柏氏矢量不等于最短平移矢量的整数倍的位错叫,不全位错,。,不全位错沿滑移面扫过之后，滑移面上下层原子不再占有平常的位置，产生了错排，形成了,堆垛层错,(Stacking fault),。在密排面上，将上下部分晶体作适当的相对滑移，或在正常的堆垛顺序中抽出一层或插入一层均可形成层错。,(2)不全位错 在实际晶体中，存在的柏氏矢,实际晶体中的位错-课件,实际晶体中的位错-课件,金属中出现层错的几率与层错能的大小有关。在层错能高的材料如铝中，则其中看不到层错；在层错能低的材料如奥氏体不锈钢或,黄铜中，可能形成大量的层错。见表,7-4,。,层错破坏了晶体中正常的周期性，使电子发生额外的散射，从而使能量增加，但是层错不产生点阵畸变，因此层错能比晶界能低得多。,金属中出现层错的几率与层错能的大小有关。在层,对于多层,(111),面按,ABCABC,顺序堆垛而成的,FCC,晶体，,B,层原子滑移到,C,位置时就形成了一层层错，增加了晶体的层错能。如果层错能较小，则,B,层原子会停留亚稳的,C,位置；若层错能较大，则,B,原子会连续滑移两次而回到,B,位置。,FCC,中全位错滑移时原子的滑动距径,B,层原子的滑动分两步：,BCB,对于多层(111)面按ABCABC顺,Shockley,分位错的定义：,在,FCC,晶体中位于,111,晶面上柏氏矢量为,b,=,a,/6,的位错。,晶体中的层错区与正常堆垛区的交界即是不全位错。在面心立方晶体中，存在两种不全位错，即是,肖克莱,(Shockley),不全位错,和,弗兰克,(Frank),不全位错,。,Shockley分位错的定义：晶体中的层错区,肖克莱,(Shockley),不全位错,(,刃型,),的结构,位错线左侧的正常堆垛区的原子由,B,位置沿柏氏矢量,b,2,滑移到,C,位置，即层错区扩大，不全位错向左滑移。,肖克莱不全位错可以是刃型、螺型和混合型。肖克莱不全位错可以滑移。,肖克莱(Shockley)不全位错(刃型)的结构,Shockley,分位错的特点：,(a),位于孪生面上，柏氏矢量沿孪生方向，且小于孪生方向上的原子间距,:,(b),不仅是已滑移区和未滑移区的边界，而且是有层错区和无层错区的边界。,(c),可以是刃型、螺型或混合型。,(d),只能通过局部滑移形成。即使是刃型,Shockley,不全位错也不能通过插入半原子面得到，因为插入半原子面不可能导致形成大片层错区。,(e),即使是刃型,Shockley,不全位错也只能滑移，不能攀移，因为滑移面上部（或下部）原子的扩散不会导致层错消失，因而有层错区和无层错区之间总是存在着边界线，即肖克莱不全位错线。,Shockley分位错的特点：,(f),即使是螺型肖克莱不全位错也不能交滑移，因为螺型肖克莱不全位错是沿,112,方向，而不是沿两个,111,面（主滑移面和交滑移面）的交线,110,方向，故它不可能从一个滑移面转到另一个滑移面上交滑移。,(f)即使是螺型肖克莱不全位错也不能交滑移，因为螺型,面心立方晶体中的,Frank,位错,除局部滑移外，通过抽出或插入部分,111,面也可形成局部层错。如,(a),图，从无层错区,111,面中抽出部分,111,面，堆垛次序由,ABC,ABC,ABC,变为,ABC,AB,ABC,，,从而产生了局部层错，其层错区与正常堆垛区交界就是,Frank,位错,。其柏氏矢量为,b=a/3,。类似的，插入部分,111,面后也会形成,Frank,位错。,Frank,位错,不能滑移，只能攀移。,面心立方晶体中的Frank位错 除局部滑移外，,Frank,分位错的特点：,(a),位于,111,晶面上，可以是直线、曲线和封闭环，但是无论是什么形状，它总是刃型的。因为,b,=1/3,和,111,晶面垂直。,(b),由于,b,不是,FCC,的滑移方向，所以,Frank,分位错不能滑移，只能攀移（只能通过扩散扩大或缩小）。不再是已滑移区和未滑移区的边界，而且是有层错区和无层错区的边界。,注意与,Shockley,分位错的特点进行比较。,Frank分位错的特点：,扩展位错,定义,：,将两个,Shockley,分位错、中间夹着一片层错的整个缺陷组态称为,扩展位错,。,扩展位错的柏氏矢量：,b,=,b,1,+,b,2,=1/2,扩展位错,是一个单位位错分解成的两个不全位错中间夹住的一片层错的组态。,扩展位错定义：扩展位错的柏氏矢量：扩展位错是一个单,面心立方晶体的滑移及扩展位错,面心立方晶体的滑移及扩展位错,扩展位错的特点,(3),组成扩展位错的两个肖克莱不全位错由于交互作用必然处于相互平行的位置，其间的距离,d,即,层错区的宽度,，,其值保持不变。,(1),位于,111,面上，由两条平行的,Shockley,不全位错中间夹着的一片层错区组成。,(2),柏氏矢量,b,=,b,1,+,b,2,=1/2,b,1,和,b,2,分别是肖克莱不全位错的柏氏矢量，它们的夹角为,60,。,(4),扩展位错可在滑移面内滑移，但不能攀移。,(5),扩展位错的两个,Shockley,分位错在一定条件下可以合并，形成一个螺型全位错，由此可以交滑移。,扩展位错的特点(3)组成扩展位错的两个肖克莱不全,(3),位错反应,由几个位错合成一个新位错或由一个位错分解为几个新位错的过程称为,位错反应,。,位错反应能否进行决定于两个条件,：,必须满足几何条件及柏氏矢量的守恒性，反应前后诸位错的,柏氏矢量和应相等,，即,必须满足能量条件，即,反应后,诸位错的总能量,应,小于,反应前,诸位错的总能量,，即,(3)位错反应 由几个位错合成一个新位错或由,例如：,FCC,的全位错分解为,Shockley,分位错：,b,b,1,+,b,2,判断该位错反应能否进行？,符合,计算能量条件,：,反应前：,反应后：,符合能量条件,：,所以，此位错反应可以,自发,地进行。,几何条件,:,例如：FCC的全位错分解为Shockley分位错：bb1+,FCC,晶体中位错反应的一般表示：,Thompson,汤普森四面体,四面体的,4,个顶点分别位于晶体中的,A(1/2,0,1/2),，,B(0,1/2,1/2),，,C(1/2,1/2,0),，,D(0,0,0),等，假定四面体的,4,个外表面的中心分别为,，,，,和,，,其中,是对着顶点,A,的外表面的中心。其余类推。,FCC晶体中位错反应的一般表示：四面,这样,A,、,B,、,C,、,D,、,、,、,、,等,8,个点中的每,2,个点连成的向量就表示了,FCC,晶体中所有重要位错的柏氏矢量。,这样A、B、C、D、等8个点,罗,-,罗向量,由四面体顶点,A,、,B,、,C,、,D,(,罗马字母,),连成的向量：,罗,-,罗向量,就是,FCC,中,全位错,的,柏氏矢量,罗-罗向量由四面体顶点A、B、C、D(罗马字母)连成的,不对应的罗,-,希向量,由四面体顶点,(,罗马字母,),和通过该顶点的外表面中心,(,不对应的希腊字母,),连成的向量：,这些向量可以由三角形重心性质求得，例如：,不对应的罗,-,希向量,就是,FCC,中,Shockley,分位错,的,柏氏矢量,不对应的罗-希向量 由四面体顶点(罗马,不对应的罗,-,希向量,就是,FCC,中,Shockley,分位错,的,柏氏矢量：,不对应的罗-希向量就是FCC中Shockley分位错的柏氏矢,对应的罗,-,希向量,根据矢量合成规则可以求出对应的罗希向量：,对应的罗希向量,就是,FCC,中,Frank,分位错,的,柏氏矢量。,对应的罗-希向量根据矢量合成规则可以求出对应的罗希向,希,-,希向量,所有希希向量也都可以根据向量合成规则求得：,希希向量,就是,FCC,中,压杆位错,的,柏氏矢量,。,FCC,中的位错反应，即位错的合成与分解也可以用,Thompson,四面体中的向量来表示。,希-希向量所有希希向量也都可以根据向量合成规则求得,实际晶体中的位错-课件,洛末,-,柯垂耳,(Lomer-Cottrell),位错的形成,在面心立方晶体的,(111),和,(111),面上各有一个柏氏矢量为,b,1,=a/2101,和,b,2,=a/2011,的全位错，且这两条位错线平行于两滑移面的交线,AD,。,洛末-柯垂耳(Lomer-Cottrell)位错的形成,两,全位错在各自的滑移面上发生分解，形成扩展位错,A,1,B,1,，,C,1,D,1,A,2,B,2,，,C,2,D,2,即：,在,(111),面上：,在,(111),面上：,皆为,Shockley,不全位错。,两全位错在各自的滑移面上发生分解，形成扩展位错,当两个扩展,位错的领先不全位错,C,1,D,1,和,C,2,D,2,在外力作用下，滑移至两滑移面的交线上,AD,并相遇时，可以合成一个新位错：,请分析该位错反应为什么能进行？,当两个扩展位错的领先不全位错C1D1 和C2D,该位错位于两密排面的交角处，由三个不全位错和其间的层错构成，称为,面角位错,，或,洛末,-,柯垂耳,(Lomer-Cottrell),位错,，也叫“,压杆位错,”。是一个,不动位错,。,该位错位于两密排面的交角处，由三个不全位错和其间的层错构成，,该,压杆位错,是一个不动位错。其滑移面为,(001),b=a/6110,。由于,(001),面不是,FCC,的滑移面，,b=a/6110,也不是,FCC,的滑移矢量，因此其不能运动，而且会阻碍其他位错的运动，是形成,FCC,晶体加工硬化和断裂的重要原因。,该压杆位错是一个不动位错。其滑移面为(001),