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透射电子显微技术在材料位错研究中的进展摘要：晶体中位错的透射电子显微分析是研究晶体形变微观机制的关键手段。利用透射电子显微镜可直接观察到材料结构中的位错，因而TEM在材料的位错的研究中得到了广泛的应用。本文主要综述了透射电子显微分析在研究材料位错中的必威体育精装版进展。关键词：TEM；位错；显微分析1、透射电子显微镜研究位错的基本方法材料的性能组织都是敏感的。组织本身又取决于化学成分、热处理及加工过程。因此，要了解材料的特性，并便于设计新材料或改进原有材料，需要以尽可能高的分辨能力描述材料的成分和显微组织特性。这种描述要求运用显微镜、衍射及摄谱技术等先进而精密的分析方法。正是在这一方面，电子显微镜由于具备进行物理分析及化学分析所需要的各种功能而被认为是一种极好的仪器。其中位错是晶体材料最常见的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。从几何角度看，位错属于一种线缺陷，可视为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线，其存在对材料的物理性能，尤其是力学性能，具有极大的影响。刃位错和螺位错是主要的两种位错类型。然而实际晶体中存在的位错往往是混合型位错，即兼具刃型和螺型位错的特征。利用/view/310296.htm透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）可直接观察到材料微结构中的位错。TEM观察的第一步是将金属样品加工成电子束可以穿过的薄膜。在没有位错存在的区域，电子通过等间距规则排列的各晶面时将可能发生/view/59839.htm衍射，其衍射角、晶面间距及电子波长之间满足/view/1473578.htm布拉格定律（Braggs law）。而在位错存在的区域附近，晶格发生了畸变，因此衍射强度亦将随之变化，于是位错附近区域所成的像便会与周围区域形成衬度反差，这就是用TEM观察位错的基本原理，因上述原因造成的衬度差称为衍射衬度。这种衬度对晶体结构和取向十分敏感，当试样中某处含有晶体缺陷时，意味着该处相对于周围完整晶体发生了微小的取向变化，导致了缺陷处和周围完整晶体具有不同的衍射条件，将缺陷显示出来。可见，这种衬度对缺陷也是敏感的。基于这一点，衍衬技术被广泛应用于研究晶体缺陷。 在图1中，中间稍亮区域（晶粒）里的暗线就是所观察到位错的像。由于多晶材料中不同晶粒的晶体学取向不同，因此晶粒之间亦存在衬度差别，这就是图7和图8中中间区域较周围区域更亮的原因。值得注意的是，图中位错像所具有的“蜿蜒”的形态，这是位错线在厚度方向穿过试样（薄膜）的位错在TEM下的典型形态；还需注意的是图中位错像的终结处实际上是因为位错线到达了试样表面，而非终结在了试样内部。所有位错都只能以位错环的形式终结于晶粒的内部。 图1 (111)硅片表面的位错用TEM观察位错时，放大倍数一般选在5万到30万倍之间，这远未达到TEM放大倍数的极限。部分TEM还配有对试样进行在观察中原位加热/变形的装置，可以直接对位错的运动进行实时观察。 2、研究进展2.1 透射电镜(TEM)位错像的计算机模拟技术及多束暗场模拟透射电镜衍射成像理论能够分析弹性各向同性结构金属的位错特性,而对于诸如金属间化合物等弹性各向异性的材料,由于位错应变场形式复杂,难以单凭衍衬象确定位错性质,必需配合以计算机图象模拟来分析确定。Head等[1]开发的TEM位错图象计算机模拟技术是基于双光束条件下的明场象,但由于实际观察复杂位错时,采用的弱束暗场属多束条件,故其应用受到限制。Schaublin等在Head工作的基础上开发了TEM位错象的多束暗场计算机模拟程序,弥补了原先位错分析的局限性,开拓了复杂位错的分析。计算机位错衬度模拟技术的发展,不仅能够辅助透射电镜实验得到准确的结果,而且能够通过计算衍衬方程,得出复杂位错衬度变化规律,指导TEM实验。有序金属间化合物力学性能的研究必须与其超点阵位错的性质,包括位错结构和分解方式等联系起来。实际TEM分析中最大的困难是,对于分解距离很窄的两根超偏位错难以运用通常的象消失判据,往往会造成错误的判断.有关L12基Al3Ti合金变形位错分解性质的争论便是一个典型的例子。Wu等[2]认为L12基Al3Ti合金中a011超点阵位错低于600℃时,在(111)面分解成两个13112超偏位错中间形成超点阵内禀层错(SISF);而Zhang等[3]则认为是分解成两个12011超偏位错中间形成反相畴界(APB)。产生这种争议的主要原因是由于在部分操作矢量g下观察时,位错呈一强一弱衬度,这种衬度特征可能是因为以SISF分解的两超偏位错具有不同的g·b值所致,但也可能由于以APB分解的两同类超偏位错相距太近,位错应变场交互作用所致。虽然我们曾采用Head的计算机图象模拟程序就TEM明场象进行过衬度分析,然而它有明显的局限性。因此