第2章 晶体的缺陷.ppt

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第2章 晶体的缺陷

位错的运动 练习: 3. 孪晶界 孪晶:指相邻两晶粒或一个晶粒内部相邻两部分沿一个公共晶面(孪晶界)构成镜面对称的位向关系。 5. 晶界特性 * 第二章 晶体缺陷 实际晶体中的原子排列并不是完全理想状态,其中存在由许多类型不同的缺陷。尽管这些缺陷很少,可能在1010个原子中只有1个脱离其平衡位置,但这些缺陷极为重要。材料的缺陷可用来解释半导体的行为、金属的延展性、金属的强化、固体中的扩散等。按照几何特征,晶体中的缺陷可分为点缺陷(包括空位和间隙原子)、线缺陷(位错)和面缺陷(包括晶界和亚晶界)。学习晶体结构缺陷理论应以位错理论为核心,注意其基本特征和基本性质(热力学性质、弹性性质、运动性质及缺陷的产生与增殖等性质)。 1 点缺陷 点缺陷的形成及类型 形成:由结晶过程中高温及辐射产生 。 ?????????????????????????????????????????????? 类型:肖脱基空位--原子跑到晶体表面或晶界; 弗仑克尔空位--原子跳到晶体间隙; 置换原子也可以看成点缺陷; 特点:三维尺寸小,仅引起几个原子范围的点阵结构不完整。 点缺陷的运动及平衡浓度 热运动使原子离开原位进入空位,原位形成空位,可看作空位的运动 间隙原子与空位相遇消失-复合或湮灭 一定温度下空位的平衡浓度 ?????????????????????????????????????????? 如:Cu: 1300K, C =10-4; 室温, C =10-19 间隙平衡浓度 C′ 与上式相似,间隙原子的形成能是空位形成能的 3-4 倍,故同一温度下间隙原子的平衡 浓度低很多--一般晶体中的点缺陷是空位,产生弗仑克尔空位的几率极小:Cu: 1300K, C′ =10-15 3 点缺陷对性能的影响 点缺陷使运动电子散射--电阻增大 点缺陷 ( 空位 ) 增加--密度减小 过饱和点缺陷--提高金属的屈服强度 原子发生错排时,在某一方向是几百到上万个原子间距,另外两个方 向仅有 3-5 个间距 位错对金属强度、相变影响显著 主要讨论刃形位错、螺形位错 位错的基本概念 ???????? (1) 位错学的产生 ????????????????????????????????????????????????????????????????? 2. 线缺陷 ????????????????????????????????????????????????????????????????? ? ??????????????????????????????????????????????????????????????????? 刃型位错 (2) 位错基本类型 螺旋位错 (3)柏氏矢量 柏氏矢量的确定方法 位错线由纸面向外为正,以大拇指指示,按右手螺旋定则确定柏氏回路 :避开位错严重畸变的区域作一 回路,同样方法在完整晶体作同一步数的回路,终点到起点的矢量就是 柏氏矢量 柏氏矢量与起点无关,与路径无关--一根不分叉的任何形状的位错只有一个柏氏矢量 ????????????????????????????????????????????????????????????????????? 同向为右螺旋,反向为左螺旋 柏氏矢量的物理意义及特征 物理意义: 柏氏矢量反映柏氏回路包含的位错引起点阵畸变的总积累 柏氏矢量--位错强度 位错能量、位错的受力、应力场、位错反应都与柏氏矢量有关 柏氏矢量表示出晶体滑移的大小和方向 柏氏矢量具有守恒型 混合位错????????????????????????????????????? (3)位错密度 2.2.2 位错的运动 ???????? 趋势:从高能位置转移到低能位置 形式:滑移、攀移 1. 位错的滑移 --位错沿着滑移面的移动 特点:晶体本身体积不变,称为保守运动 切应力方向平行于柏氏矢量,位错周围原子只要移动很小的距离,就使 位错移动 刃形位错的滑移面是 b 、 t 决定的平面,滑移面一定 螺形位错移动方向与 b 垂直, b // t = 通过位错线并包含 b 的所有晶面都可以成为滑移面,螺形位错在原滑移面受阻时,可转移到与之相交的 另一滑移面--交叉滑移 2. 位错的攀移 刃型位错在垂直于滑移面上运动 正攀移--多余半原子面向上运动 负攀移--多余半原子面向下运 动 ???????????????????????????????????????????????????????? 攀移伴随物质的迁移,需要热激活,比 滑

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