材料科学基础第二章课件.ppt

（2）抽出或插入部分{111}面形成的局部层错，层错与正常堆 垛区的交界，称为弗兰克不全位错，如图2.22。 {111}面间距为a111/3，因此弗兰克不全位错的柏氏矢量为 a111/3。弗兰克不全位错的柏氏矢量与位错线垂直，因而总是 纯刃型。由于b与t构成的晶面不是fcc晶体的密排面，弗兰克不 全位错不能滑移，只能攀移，所以弗兰克不全位错是固定位错 （或不动位错）。 2）密排六方结构的晶体，也可以通过滑移形成肖克莱不全位 错，通过抽出或插入部分原子面形成弗兰克不全位错。 3）体心立方相对密排面{110}和{100} 的堆垛顺序只能是 ABABAB…，不会产生层错。{112}面的堆垛顺序为ABCDE..， 当堆垛顺序发生错误，也可产生层错，形成不全位错。但有人 认为，无论在{112}还是 {110}，都不可能产生层错[余，142]。 3.位错反应及汤普逊四面体 位错的应变能与b2成正比，位错的能量越低，越稳定。柏氏 矢量较大的位错可以分解为柏氏矢量较小的位错，或者两个位错 也可合并为一个位错等。位错之间的互相转化称为位错反应。位 错反应能否进行决定于以下二个条件： (1)必须满足几何条件即柏氏矢量的守恒性，反应前后诸位错 的柏氏矢量和相等，即 ∑b前= ∑b后 (2)必须满足能量条件，即反应后各位错的总能量应小于反应 前各位错的总能量，即 ∑b2前∑b2后 1）面心立方晶体中所有重要位错的柏氏矢量和位错反应，可 用汤普逊[Thompson]提出的参考四面体和一套标记清晰而直观 地表示出来，如图2.23。 第二章 晶体缺陷 第一章讲述晶格及晶体结构时，将晶体看成是理想晶体（无缺陷的单晶体）。实际晶体通常是有缺陷的多晶体。晶体缺陷，是指晶体中原子（质点）排列偏离理想结构的现象，或指晶体中原子排列的不完整性。晶体缺陷基本有三种：点、线及面缺陷。 2.1 点缺陷 2.1.1点缺陷的类型及形成 点缺陷指三维方向上尺寸都很小，仅引起几个原子范围点阵结构不完整的缺陷，或称零维缺陷。结晶过程中，以及高温加热或淬火、辐照、冷变形等，晶体中均可产生点缺陷。 当某些原子获得足够高的能量时，就可克服周围原子的束缚， 离开原来的平衡位置。 1.肖脱基空位 离位原子跑到晶体表面或晶界，即可形成肖脱基空位，如图2.1(a)(b)。 2.弗伦克尔空位（Frenkel≠ Frank弗兰克） 如果离位原子跳到晶体间隙中，在产生空位的同时，还形成了数目相同的间隙原子，如图2.1(e)。这种“间隙-空位”对，称为弗仑克尔空位， 对于离子晶体，为维持相等的电荷，正离子与负离子必须同时从点阵中消失，如图2.1(b)。 置换原子也将扰乱周围原子的完整排列，故也可看成是点缺 陷。当点阵中存在空位或小的置换原子时，将产生负畸变，形成 拉应力场。当有间隙原子或大的置换原子时，将产生正畸变，形 成压应力场。 间隙原子总是产生正畸变，形成压应力场。 2.1.2 点缺陷的运动及平衡浓度 晶体中的点缺陷总是处在不断改变位置的运动状态。例如， 空位四周的原子由于热振动的能量起伏，有时可获得足够高的能 量，离开原来的平衡位置而跑入空位，于是这个原子原来的位置 就形成了空位。这一原子运动过程也可看作是空位向邻近结点的 迁移。此外在点缺陷运动过程中，若间隙原子与空位相遇，则两 者都消失，这一过程称为复合或湮灭。 应用热力学和统计力学原理，不但可以证明空位等点缺陷是 热力学稳定缺陷，而且可计算出晶体在“一定温度下空位或间隙 原子平衡浓度C与C’”[C与C′是区别于其它缺陷的重要标志] 。 式中，n为平衡空位数；N为阵点总数；△Ev为每增加一个空位 的能量变化,K为玻尔兹曼常数,A是与振动熵有关的常数(1-10)。 空位平衡浓度对温度十分敏感，铜在1300K时C=n/N≈10-4， 而室温时C=10-19。 间隙原子的平衡浓度C’，其表达式与C相似，但由于间隙原子 的形成能大约是空位形成能的3-4倍，因此同一温度下，间隙原 子的平衡浓度比空位平衡浓度低得多。铜中间隙原子的平衡浓度 C’ 在1300K时仅为10-15左右。说明一般晶体中主要的点缺陷是空 位，而产生弗仑克尔空位（ “间隙-空位”对）的几率极小。 2.1.3点缺陷对性能的影响 金属中点缺陷的存在．使晶体内部运动着的电子发生散射， 使电阻增大。点缺陷数目增加，使密度减小。此外，过饱