第3章 晶体缺陷-位错的基本类型与特征.ppt

第三章 晶体缺陷 引 言 晶体缺陷概述及类型 第一节 点缺陷 第二节 位错-线缺陷 第三节 表面及界面 第二节 位 错 2.1、位错的基本类型和特征 2.2、位错的运动与弹性性质 2.3、实际晶体中的位错 2.1、位错的基本类型和特征 一、位错与塑性变形 二、晶体中的位错模型 三、柏氏矢量 一、位错与塑性变形 人们是从研究晶体的塑性变形中才认识到晶体中存在着位错。 图 单晶试棒在拉伸应力作用下的变化（宏观） 图 外力作用下晶体滑移示意图（微观） 2、理想晶体的滑移模型 （1）理论抗剪屈服强度 滑移面上各个原子在切应力作用下，同时克服相邻滑移面上原子的作用力前进一个原子间距，完成这一过程所需的切应力就相当于晶体的理论抗剪屈服强度τm。 （2）理论抗剪屈服强度与晶体的切变模量的关系 原子的结合键能与弹性模量有很好的对应关系，因此理论抗剪屈服强度τm应与晶体的切变模量G的大小有一定的关系，根据推算两者之间大致的为： 3、位错概念的引出 （1）实际抗剪屈服强度与理论抗剪屈服强度之间存在巨大差异。 （2）实际强度与理论强度的巨大差异，使人们对理想晶体的整体滑移方式产生怀疑，认识到晶体中原子排列绝非完全规则，滑移也不是两个原子面之间集体的相对移动。 （3）晶体内部一定存在着很多缺陷，既薄弱环节，使塑性变形过程在很低的应力下就开始进行，这种内部缺陷就是位错。 （4）位错的概念及模型很早就已经提出，但直到20世纪50年代中期透射电子显微技术的发展证实了晶体中位错的存在。 二、晶体中的位错模型 晶体中位错的基本类型分为刃型位错和螺型位错。 实际上位错往往是两种类型的复合，称为混合位错。 图 刃位错示意图 形成及定义：晶体在大于屈服值的切应力?作用下，以ABCD面为滑移面发生滑移。EF是晶体已滑移部分和未滑移部分的交线，犹如砍入晶体的一把刀的刀刃，即刃位错。 分类：正刃位错， “?” ；负刃位错， “T” 。符号中水平线代表滑移面，垂直线代表半个原子面。 几何特征：位错线与原子滑移方向相垂直； 正刃位错：滑移面上部位错线周围原子受压应力作用，原子间距小于正常晶格间距；滑移面下部位错线周围原子受张应力作用，原子间距大于正常晶格间距。 图 螺位错形成示意图 形成及定义：晶体在外加切应力?作用下，沿ABCD面滑移，图中EF线为已滑移区与未滑移区的分界处。由于位错线周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，故称为螺位错。 几何特征：位错线与原子滑移方向相平行；位错线周围原子的配置是螺旋状的。 分类：有左、右旋之分，分别以符号“?”和“?”表示。其中小圆点代表与该点垂直的位错，旋转箭头表示螺旋的旋转方向。它们之间符合左手、右手螺旋定则。 位错的特征归纳： （1）可以把位错定义为晶体中以滑移区与未滑移区的边界。 （2）刃型位错不仅仅指刀刃处的一条原子，而是刀刃处这列原子及其周围区域。 （3）刃型位错中，晶体发生局部滑移的方向（或滑移矢量）是与位错线垂直的。 （4）螺型位错中，晶体发生局部滑移的方向（或滑移矢量）是与位错线平行的。 在外力?作用下，两部分之间发生相对滑移，在晶体内部已滑移和未滑移部分的交线既不垂直也不平行滑移方向，这样的位错称为混合位错。 位错线上任意一点，经矢量分解后，可分解为刃位错和螺位错分量。晶体中位错线的形状可以是任意的，但位错线上各点的伯氏矢量相同，只是各点的刃型、螺型分量不同而已。 4、位错的易动性 根据位错模型，晶体中有了位错，滑移就十分容易进行。 位错按滑移的方式发生塑变要比两个相邻原子面整体相对移动容易得多，因此晶体的实际强度比理论强度低得多。 螺型位错的情况与刃型位错一样具有易动性。 三、位错的柏氏矢量 柏氏矢量：晶体中有位错存在时，滑移面一侧质点相对于另一侧质点的相对位移或畸变。 性质：大小表征了位错的单位滑移距离，方向与滑移方向一致（滑移矢量）。 柏氏(Burgers)矢量是一个矢量，具有方向和大小；这个物理参量能把位错区原子的畸变特征表示出来，包括畸变发生在什么晶向以及畸变有多大（畸变矢量