[理学]22 位错的基本概念白底.ppt

2.2 位错的基本概念 魏健宁 九江学院 一、 位错学说的产生 观点：通过晶体的滑移来实现金属的塑性变形 位错学说的产生 1926年弗兰克尔利用理想晶体的模型（假定滑移时滑移面两侧晶体象刚体一样，所有原子同步平移）并估算了理论切变强度G／2π(G为切变模量)，与实验结果相比相差3—4个数量级。 位错学说的产生 1934年泰勒(G．I．Tayor)，波朗依(M.Polanyi)和奥罗万(E．Orowan)三人几乎同时提出晶体中位错的概念 泰勒把位错与晶体塑变的滑移联系起来，认为位错在切应力作用下发生运动，依靠位错的逐步传递完成了滑移过程 位错学说的产生 位错学说的产生 位错学说的产生 1939年柏格斯(Burgers)提出用柏氏矢量来表征位错的特性，同时引入螺型位错。 1947年柯垂耳(A. H．Cottrell)利用溶质原子与位错的交互作用解释了低碳钢的屈服现象。 1950年弗兰克(Frank)与瑞德(Read)同时提出了位错增殖机制F—R位错源。 位错学说的产生 50年代后，透射电镜直接观测到了晶体中位错的存在、运动、增殖…。 位错的特点 原子发生错排的范围，在一个方向上尺寸较大，而另外两个方向上尺寸较小，是一个直径为3—5个原子间距，长几百到几万个原子间距的管状原子畸变区。 二、 位错的基本类型 刃型位错 螺型位错 二、 位错的基本类型 1、刃型位错 1、 刃型位错 图中原为一块长方形的完整晶体，其三棱边与直角坐标重合。 将晶体沿平行于xoz面的ABCD割至EF，其割开面为EFCB。 将割口上下两部分晶体沿-x方向相对滑移一个原子间距d，再将两部分晶体胶合起来，并消除外力。 EF为已滑移区EFCB与未滑移区EFDA的分界线，EF就是线缺陷——刃型位错。 1、 刃型位错 割开面ABCD就是滑移面，滑移矢量为d，其方向为-x，与EF垂直。 EF是多余半原子面和滑移面的交线，与滑移方向垂直，像一把刀刃，所以称为刃位错。 刃型位错 把多余半原子面在滑移面以上的位错称为正刃型位错，用符号“┻”表示，反之为负刃型位错，用“┳”表示。 含有多余半原子面的晶体受压，原子间距小于正常点阵常数；不含多余半原子面的晶体受张力，原子间距大于正常点阵常数。 位错在晶体中引起的畸变在位错线中心处最大，随着离位错中心距离的增大，晶体的畸变逐渐减小 。 刃型位错周围的点阵畸变关于半原子面左右对称。 2、 刃型位错结构的特点 2、 刃型位错结构的特点 1).刃型位错有一个额外的半原子面，其实正、负之分只具相对意义而无本质的区别。 2).刃型位错线不一定是直线，也可以是折线或曲线，但它必与滑移方向相垂直，也垂直于滑移矢量。 2、 刃型位错结构的特点 3).滑移面必定是同时包含有位错线和滑移矢量的平面，在其他面上不能滑移（由于在刃型位错中，位错线与滑移矢量互相垂直，因此，由它们所构成的平面只有一个）。 4).晶体中存在刃型位错之后，位错周围的点阵发生弹性畸变，既有切应变，又有正应变。 2、 刃型位错结构的特点 5).在位错线周围的过渡区（畸变区）每个原子具有较大的平均能量。但该区只有几个原子间距宽，畸变区是狭长的管道。 刃型位错图示 3、 螺型位错 将晶体沿ABCD割开至EF，将割口上下两部分晶体沿-z轴方向相对滑移一个原子间距d，再胶合好，EF就是螺型位错。 EF为已滑移区EFCB与未滑移区EFDA的分界线（螺型位错） 3、 螺型位错 螺型位错图 BC线与aa线之间上下两层相邻原子发生了错排和不对齐现象，如图 (a)。 顺时针依次连结紊乱区原子，就会画出一螺旋路径，如图(b)，该路径所包围的呈长的管状原子排列的紊乱区就是螺型位错。 螺型位错图 以大拇指代表螺旋面前进方向，其他四指代表螺旋面的旋转方向，符合右手法则的称右旋螺型位错，符合左手法则称左旅螺型位错。 图为右旋螺型位错 螺型位错图 晶体生长的择优点 如果有一条螺型位错线在晶体表面露头，在露头处的晶面上必然形成一个台阶，这个台阶不会因覆盖了一层原子而消失，它将永远存在。 螺位错露头处就是晶体生长的择优点，使之能在过饱和度不高（1%，根据理论计算应高达50%）的蒸汽压或溶液中连续不断地生长。 4、 螺型位错特征 1).螺型位错无额外半原子面，原子错排是呈轴对称的。 2).根据位错线附近呈螺旋形排列的原子的旋转方向不同，螺型位错可分为右旋和左旋螺型位错。 3).螺型位错线与滑移矢量平行，因此一定是直线，而且位错线的移动方向与晶体滑移方向互相垂直。 4).纯螺型位错的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面。但实际上，滑移通常是在那些原子密排面上进行。 4、 螺型位错特征 5).螺型位错线周围的点阵也发生了弹性