3第三章晶体缺陷-2015.ppt

2、位错的产生 纯晶体凝固过程中产生的位错： a、凝固过程杂质原子不均匀分布=成分不同=晶块点阵常数不同=位错过渡 b、温度浓度梯度、振动=生长晶体偏转、弯曲=位相差=位错过渡(刃型位错构成的小角度晶界) c、相邻晶粒碰撞、体积变化、热应力=台阶或变形=产生位错(小平面生长—螺型位错形成) 快速凝固=过饱和空位=聚集=位错 热应力和组织应力=界面和微裂纹附近的应力集中=局部滑移=位错 除了塑性变形之外，位错的生成原因有哪些？-Important 晶体生长过程：包括液固相变和气固相变。界面。 塑性变形是产生位错、使位错增加的更重要原因！ * 《材料科学基础》CAI课件-郭开元 * 3、位错的增殖 事实上：位错密度增加，可达4-5 个数量级， 因此，必有位错增殖！ 理论上，位错滑移到表面=宏观变形 （使位错减少？） 增殖机制： 1、Frank-Read 位错源 2、双交滑移增殖 3、攀移增殖 * 《材料科学基础》CAI课件-郭开元 * 图3.34 F-R源动作过程 刃型位错AB的两端A和B被位错用结点钉扎住。 m,n两处同属纯螺型位错，但位错性质恰好相反，两者相遇时，彼此便会抵消，这使原来整根位错线断开成两部分，外面为封闭的位错环，里面为一段连接A和B的位错线，在线张力作用下变直恢复到原始状态。 在外力的继续作用下，它将重复上述过程，每重复一次就产生一个位错环，从而造成位错的增殖，并使晶体产生可观的滑移量。 F－R位错增殖机制已为实验所证实：Si，Al-Cu…晶体中观察到 主要增殖机制：Frank-Read 位错源 m n * 《材料科学基础》CAI课件-郭开元 * 螺型位错的双交滑移增殖 比Frank-Read源更有效! 图3.35 * 《材料科学基础》CAI课件-郭开元 * 3.2.6 实际晶体结构中的位错（略）考外校可能重要！ 简单立方晶体：柏氏矢量 = 点阵矢量 实际晶体：柏氏矢量 = ，, 点阵矢量 全位错（perfect dislocation：柏氏矢量 = n*点阵矢量 n=1时: 单位位错 不全位错（imperfect dislocation): 柏氏矢量 != n* 点阵矢量 n1时: 部分位错(partial dislocation) 1、实际晶体中位错的柏氏矢量 * 《材料科学基础》CAI课件-郭开元 * 3.3 表面及界面（surface and interface） 界面：包括外表面（自由表面）和内界面 表面：固体与气体或液体的分界面。对于低维纳米材料尤其很重要 内界面：晶粒边界、晶粒内的亚晶界、孪晶界、层错、相界面（不同结构，如固溶体与中间相的界面） 界面厚度为几个原子层厚，原子排 列、化学成分不同于内部——二维面缺陷 界面对性能产生重要影响。 * 《材料科学基础》CAI课件-郭开元 * 3.3.1 外表面 表面特征： 表面与晶体内部原子环境不一样。成分偏析、表面吸附等，导致表层原子结合键与晶体内部的差异，能量偏离平衡状态。 表面能： 定义为形成单位面积的新表面所需做的功 或 * 《材料科学基础》CAI课件-郭开元 * 表面能的性质： 1、晶体中的表面张力是各向异性的 2、表面能与原子排列致密程度有关，即原子密度最大的面具有最低的g值→晶体表面一般为原子密度最大的面。如图3.57, fcc的Au晶体中的(111)面。 3、表面能与曲率有关：曲率越大，原子面台阶越多，表面能越大 表面能对晶体生长、固态相变新相形成 有重要作用。 * 《材料科学基础》CAI课件-郭开元 * 3.3.2 晶界和亚晶界 晶界定义：组成晶体的多个晶粒中，属于同一固相（具有相同结构）、但位向不同的晶粒之间的界面。 亚晶界定义：每个晶粒有时由位向稍有差异的亚晶粒组成，相邻亚晶粒间的界面。 晶粒直径（ 0.015~0.25mm ），每个晶粒中还可分成若干个更为细小的亚晶粒（0.001mm），亚晶粒之间存在着小的位相差，相邻亚晶粒之间的界面成为亚晶界。亚晶粒更接近于理想的单晶体。 * 《材料科学基础》CAI课件-郭开元 * 亚晶界定义：每个晶粒有时由位向稍有差异的亚晶粒组成，相邻亚晶粒间的界面。 晶粒直径（ 0.015~0.25mm ），每个晶粒中还可分成若干个更为细小的亚晶粒（0.001mm），亚晶粒之间存在着小的位相差，相邻亚晶粒之间的界面成为亚晶界。亚晶粒更接近于理想的单晶体。 大角度晶界和小角度晶界，区别--10o为界 亚晶界的位相差一般小于2o，属于小角度晶界，具有晶界的一般特征。