课件:晶体缺陷.ppt

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练习 写出下列缺陷反应式: (1) MgCl2固溶在LiCl晶体中(产生正离子空位,生成置换型SS) (2) SrO固溶在Li2O晶体中(产生正离子空位,生成置换型SS) (3) Al2O3固溶在MgO晶体中(产生正离子空位,生成置换型SS) (4) YF3固溶在CaF2晶体中(产生正离子空位,生成置换型SS) (5) CaO固溶在ZrO2晶体中(产生负离子空位,生成置换型SS) 2.1 滑移 滑移是指在外力作用下晶体沿是指在外力作用下晶体沿某些特定的晶面和晶向相对滑开的形变方式。 第二节 晶体缺陷之线缺陷 用光学显微镜观察经7% 形变的铝的表面图象 用扫描电镜观察到形变钴单晶的表面形貌 滑移的特定晶面称滑移面,特定晶向称滑移方向。滑移面和滑移方向合称为滑移要素(滑移系) 。对于一定的晶体结构,不论载荷大小或载荷的取向如何, 滑移要素的类型一般都是确定的。在一般情况下,滑移面和滑移方向是晶体的密排和较密排的面及密排方向。 典型结构金属的滑移要素(滑移系) 一个滑移面和一个滑移方向组成一个滑移系,面心立方结构有12个滑移系,体心立方结构有48个滑移系,而密排六方结构一般只有3个滑移系。在外力作用下,并不是所有的滑移系都会开动的, 只能是其中一个或几个滑移系开动,那些没有开动的滑移系称为潜在滑移系。 假设在滑移面上有部分面积已经滑移,上下侧相对滑移了b矢量矢量,在已滑移区域和没有滑移区域的交界处必然存在很大畸变, 它就是我们要寻找的缺陷,称之为线缺陷。 线缺陷:晶体中某些区域发生一列或若干列粒子有规律的错排现象称为线缺陷,又称位错。 2.2 晶体中位错的萌生 1. 液体金属凝固形成位错 液体在凝固时出现许多枝晶,两相邻的枝晶生长过程中容易发生碰撞或受液流冲击,从而出现点阵错排。 2. 过饱和空位凝聚过程形成位错 高温下晶体中都含有大量的空位,当冷却较快时,将会保留下来形成空位片,空位片崩塌后形成位错。 3. 局部应力集中形成位错 晶体内部的某些晶面,如第二相质点、孪晶界、晶界等附近往往出现应力集中,当此应力足以使该局部区域发生塑性变形就会产生位错。 问题:如果晶体的一部分区域发生了一个原子间距的滑移,另一部分不滑移,那么在滑移面上已滑移区和未滑移区边界处的原子将如何排列呢? 已滑移区和未滑移区的边界不可能是一条几何上的“线”,而是一个过渡区。在此区内,原子的相对位移从1个原子间距逐渐减至0。这样一来,在过渡区内原子排列就是不规则的,因而滑移面两边的原子就不可能“对齐”,或者说,必然会出现严重的“错配”。这个原子错配的过渡区便称为位错。 根据位错线与滑移方向二者的相对位向,位错分为: 刃型位错 螺型位错 混合位错 理想晶体原子面堆积 含有刃型位错晶体原子面堆积 含有螺型位错晶体原子面堆积 位错之刃型位错 位错线垂直于滑移方向 半原子面在上侧,称正刃位错, ,“┻”;若半原子面在下侧,称负刃位错,“┳”。 刃型位错特征: 1)刃型位错有一额外半原子面 2)位错线不一定是直线,可以是折线或曲线,但刃型位错线必与滑移矢量垂直,且滑移面是位错线和滑移矢量所构成的唯一平面。 3)位错周围的点阵发生弹性畸变,既有正应变,又有切应变。 刃型位错的滑移运动:在图示的晶体上施加一切应力,当应力足够大时,有使晶体上部向有发生移动的趋势。假如晶体中有一刃型位错,显然位错在晶体中发生移动比整个晶体移动要容易。因此,①位错的运动在外加切应力的作用下发生;②位错移动的方向和位错线垂直;③运动位错扫过的区域晶体的两部分发生了柏氏矢量大小的相对运动(滑移);④位错移出晶体表面将在晶体的表面上产生柏氏矢量大小的台阶。 位错之螺型位错 位错线平行于滑移方向 螺型位错---特征: 1)螺型位错无额外半原子面,原子错排呈轴对称 2)螺型位错与滑移矢量平行,故一定是直线 3)包含螺位错的面必然包含滑移矢量,故螺位错可以有无 穷个滑移面,但实际上滑移通常是在原子密排面上进行, 故有限 4)螺位错周围的点阵也发生了弹性畸变,但只有平行于位 错线的切应变,无正应变(在垂直于位错线的平面投影上,看不出缺陷) 5)位错线的移动方向与晶块滑移方向互相垂直 螺型位错的滑移:在图示的晶体上施加一切应力,当应力足够大时,有使晶体的左右部分发生上下移动的趋势。假如晶体中有一螺型位错,显然位错在晶体中向后发生移动,移动过的区间右边晶体向下移动一柏氏矢量。因此,①螺位错也是在外加切应力的作用下发生运动;②位错移动的方向总是和位错线垂直;③运动位错扫过的区域晶体的两部分发生了柏氏矢量大小的相对运动(滑移);④位错移过部分在表面留下部分台阶,全部移出晶体的表面上产生柏氏矢量大小的完整台阶。这四点同刃型

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