材料科学基础 晶体缺陷 3.ppt

第三章 晶体中的缺陷(III) 第3节 位 错 —位错的运动 位错割阶的形成阻碍位错的进一步运动，割阶越多，阻力越大。位错的割阶理论可用于解释金属强化。 * * 第3节 位 错 4.柏矢量的表示方法 (1)柏矢量　对于柏矢量b沿晶向[uvw]的位错： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)柏矢量的模　柏矢量的模的计算就是矢量模的计算，同第一章中介绍的晶向长度计算。对于立方晶系： 　　　　　　　　　　　　　　　 　　位错的加法按照矢量加法规则进行。 第3节 位 错 (3)同一晶体中，柏氏矢量愈大，表明该位错导致点阵畸变愈严重，它所在处的能量也愈高。 (4)能量较高的位错通常倾向于分解为两个或多个能量较低的位错 b1→b2＋b3 ：并满足 b12＞b22＋b32 ，以使系统的自由能下降。 第3节 位 错 5.柏矢量的守恒性 柏矢量具有如下的守恒性： (1)一条不分岔的位错线只有一个柏矢量 因为柏矢量与柏氏回路的路径无关，只要柏氏回路不与其它位错线相交，从一条位错线的任意一点出发所作的柏氏回路总会绘出同一柏矢量。 由此可以推出：柏矢量与位错线之间具有唯一性，即一条位错只有一个柏矢量。 第3节 位 错 (2)如果数条位错线交于一节点，则流入节点的各位错线的柏矢量和等于流出节点的各位错线柏矢量之和。 即：Σbi＝0 6.位错密度 第3节 位 错 定义：单位体积中包含的位错线的总长度，用ρv表示： L为位错线的总长度，V为晶体体积。 如果把晶体中的位错线视为一些直线，而且平行地从晶体的一端逐渐伸到另一端时，位错密度又可定义为：垂直于位错线的单位面积S中位错线的露头数目n，即： 第3节 位 错—位错的运动 第3节 位 错—位错的运动 晶体宏观的塑性变形是通过位错运动来实现，并且晶体的力学性能如强度、塑韧性和断裂等均与位错的运动有关。 位错运动的基本形式有两种：滑移(slip)和攀移(climb)。 第3节 位 错—位错的运动 1、位错的滑移 位错的滑移是在外加切应力作用下，通过位错中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不断地作少量位移（小于一个原子间距）而逐步实现的。位错滑移是在切应力作用下进行的，这种原子组态的运动完全不同于原子运动，如半原子面中的原子运动。位错运动到哪里，哪里就出现多余半原子面。 第3节 位 错—位错的运动 第3节 位 错—位错的运动 (1)C处原子偏离平衡位置b/2。 (2)1R，1L处原子偏离平衡位置b/3。 (3)2R，2L处原子偏离平衡位置b/6。 (4)3R，3L处于平衡位置。 在切应力作用下，使滑移面上方位错周围的原子全部向右移动b/6 C处：b/2 - b/6 = b/3。 1L处：b/3 - b/6 = b/6。 2L处：b/6 - b/6 = 0。 1R处：b/3 + b/6 = b/2 (新的位错中心)。 2R处：b/6 + b/6 = b/3。 3R处：0 +b/6 = b/6。 第3节 位 错—位错的运动 在切应力作用下，滑移面上方每列原子只移动了b/6，位错就由原来的C处移到1R处，移动了一个原子距离b，多余半原子面也移动了一个原子距离。 在实际晶体中，可能只需要移动b/1000，就可以实现多余半原子面的移动。 在外力作用下，这个过程不断向右传递下去，直到位错滑移到晶体表面（或界面等），在晶体表面出现一个滑移台阶，这种滑移方式所需要的应力比晶体作整体运动所需的应力要小得多，这正是位错理论成功之处。 第3节 位 错—位错的运动 从滑移的情况看：对纯刃型位错而言，位错的滑移沿位错线的法线方向进行。滑移面同时包含柏矢量b和位错线。 严格地说，位错线与其柏矢量组成的面叫滑移面。位错在滑移面上的运动叫滑移。对刃型位错，柏矢量与位错线垂直，同时包含柏矢量与位错线的面只能有一个。 所以对刃型位错来说，只有惟一的滑移面。 第3节 位 错—位错的运动 对于螺型位错，柏矢量与位错线平行。 从几何学上，同时包含柏矢量与位错线的平面有无穷多个。 通过位错线的晶面也就包含了它的柏矢量，所以都可以成为它的滑移面，这种情况使得螺位错具有多个滑移面。 螺位错在滑移运动时从一个滑移面到另一个滑移面上去的过程称为交滑移。 第3节 位 错 —位错的运动 位错滑移要克服多种阻力，驱动力要达到一定大小，才能克服阻力