第3章--位错的运动与交割.pptVIP

第3章 位错的运动与交割 3.1 位错的运动 3.2 运动位错的交割 3.3 位错的增殖  3.2.3 两个柏氏矢量垂直的刃型位错与螺型位错的交割 若某一滑移面上有一段刃型位错AB，它的两端被位错网节点钉住，不能运动。现沿位错的柏氏矢量方向加切应力，使位错沿滑移面向前进行滑移运动。但由于AB两端固定，所以只能使位错线发生弯曲，见图3.19（b）所示。单位长度位错线所受的滑移力Fd=τb，它总是与位错线本身垂直，所以弯曲后的位错线每一小段继续受到Fd的作用，会沿它的法线方向向外扩展，其两端则分别绕节点A，B发生回转，见图3.19（c）所示。当两端弯出来的线段相互靠近时，见图3.19（d）所示，由于两线段平行于柏氏矢量，但位错线方向相反，分别属于左螺型位错和右螺型位错，它们互相抵消，形成一闭合的位错环和位错环内的一小段弯曲的位错线。只要外加切应力继续作用，位错环便继续向外扩张，同时环内的弯曲位错在线张力作用下又被拉直，恢复到原始状态，并重复以前的运动，络绎不绝地产生新的位错环，从而造成位错的增殖，并使晶体产生可观的滑移量(Slippage)。 小结 位错的滑移：刃型位错的滑移方向与外加切应力τ及柏氏矢量一致，正、负刃型位错方向相反；螺型位错的滑移方向与外加切应力τ及柏氏矢量垂直，左、右螺型位错方向相反；混合型位错的滑移方向与外加切应力τ及柏氏矢量成一定角度，晶体的滑移方向与外加切应力τ及柏氏矢量相一致。 刃型位错的攀移：刃型位错在垂直于滑移面方向的运动称为攀移。多余半原子面向上运动称为正攀移，向下运动称为负攀移。 螺型位错的交滑移：当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。如果交滑移后的位错再转回和原滑移面平行的滑移面上继续运动，称为双交滑移 运动位错的交割：运动的位错交割后，每根位错线上都可能产生一扭折或割阶，其大小和方向取决于另一位错的柏氏矢量，但具有原位错线的柏氏矢量。所有的割阶都是刃型位错，而扭折可以是刃型也可以是螺型的。另外，扭折与原位错线在同一滑移面上，可随主位错线一起运动，几乎不产生阻力，而且扭折在线张力作用下易于消失。但割阶则与原位错线不在同一滑移面上，故除非割阶产生攀移，否则割阶就不能随主位错线一起运动，成为位错运动的障碍。 位错的增殖机制：弗兰克-瑞德位错源，双交滑移增殖机制。双交滑移增殖机制是比弗兰克一瑞德源更有效的增殖机制。 为了使弗兰克一瑞德源开动，外加切应力需克服位错线弯曲时线张力所引起的阻力。由位错线张力一节可知，外加切应力τ与位错线弯曲时的曲率半径r之间的关系为 ，即曲率半径越小，要求与之相平衡的切应力越大。从图3.19可以看出当AB弯成半圆形时，曲率半径最小，所需的切应力最大，此时r=L/2，L为A与B之间的距离，故使弗兰克一瑞德源开动的临界切应力为 。若外加切应力＞ ，则位错环将继续向外扩张。 弗兰克一瑞德的位错增殖机制已为实验所证实，人们已在Si、Cd、Al-Cu、Al-Mg合金，不锈钢和氯化钾等晶体中直接观察到了弗兰克一瑞德源。 图3.20 螺型位错双交滑移的增殖机制 位错的增殖机制常见的还有双交滑移增殖机制，如图3.20所示。 螺型位错经双交滑移后可形成刃型割阶，由于此割阶不在原位错的滑移面上，因此它不能随原位错线一起向前运动，即对原位错产生钉扎作用，并使原位错在滑移面上滑移时成为一个弗兰克一瑞德源。由于螺型位错线发生交滑移后形成了两个刃型割阶AC和BD，因而使位错在新滑移面（111）上滑移时成为一个弗兰克一瑞德源。有时在第二个（111）面扩展出来的位错环又可以通过交滑移转移到第三个（111）面上进行增殖。从而使位错迅速增加，因此双交滑移增殖机制是比弗兰克一瑞德源更有效的增殖机制。 * 3.1 位错的运动(Dislocation Movement) 3.1.1 刃型位错的滑移(Slip)运动 图3.1 刃型位错滑移的示意图 （a）滑移时周围原子的位移； （b）滑移过程 图3.1为刃型位错的移动过程。在外加切应力τ的作用下位错中心附近的原子由“·”位置移动小于一个原子间距的距离到达“o”的位置，使位错在滑移面上向左移动了一个原子间距。如果切应力继续作用，位错将继续向左逐步移动。当位错线沿滑移面滑移通过整个晶体时，就会在晶体表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个柏氏矢量大小的台阶，即造成了晶体的塑性变形，如图3.1（b）所示。 在滑移时，刃型位错的运动方向始终垂直于位错线而平行于柏氏矢量。刃型位错的滑移面是由位错线与柏氏矢量所构成的平面，且是惟一的。