材料微观结构第四章晶体中的位错与层错2.ppt

上节课内容回顾 根据原子的滑移方向和位错线取向的几何特征不同，位错可以分为哪几种类型？都是什么样的？ 什么是柏氏矢量b？能量最稳定的b是怎样的？ 位错按照b是否为点阵周期的整数倍可以分为哪几种位错，哪一个能量上最稳定？ 什么是柏氏矢量的守恒性？ 4.3.3 全位错分解、层错、扩展位错 层错与全位错的分解密切相关 位错反应 位错具有很高的能量,因此它是不稳定的.在实际晶体中,组态不稳定的位错可以转化为组态稳定的位错,这种位错之间的相互转化称为位错反应.位错反应的结果是降低体系自由能. 位错反应的可能性 (1) 几何条件：Σb前=Σb后 反应前后分矢量之和必须相等。 (2) 能量条件： Σb2前Σb2后 位错反应后应变能必须降低，此是反应驱动力。 以a/2[-110]→a/6[-12-1]+a/6[-211]为例 (1) 几何条件 反应前：a/2[-110] 反应后：a/6[-12-1]+a/6[-211]=a/6[-330]=a/2[-110] Σb前=Σb后 (2) 能量条件 反应前： Σb2前=[a/2SQRT((-1)2+12+02)]2=a2/2 反应后： Σb2后=[a/6SQRT((-1)2+22+(-1)2)]2 + [a/6SQRT((-2)2+12+12)]2 =a2/3 Σb2前Σb2后 该位错反应能够进行 FCC中的层错与扩展位错(1)FCC层错的基本类型，如Al, Cu, Ag, Au FCC金属密排面｛111｝正常堆垛顺序是ABCABCABC… 如果不按正常顺序出现ABCABABC…或ABCABACABC…，即少了C或多了A，出现错排，就会有层错。 抽出型层错(内禀型)2.插入型层错(外禀型) 抽出型层错：上面的A层和下面的B层崩塌向中心挤压 插入型层错：从别处扩散来的许多溶质原子，并形成了一个多余的A原子片层，并塞进了正常顺序的BC之间，使得中央部分出现了BAC这样的三层错排。 　　图4－8(b)(c)均标有“⊥”，相对于其左右正常排列的ABCABC来说，显然发生了不全位错，称为Frank不全位错，b=±1/3111，为纯刃型位错。 通过密排面原子的定向切变滑移，也能改变密排面的正常排列顺序。切变滑移量b=1/6112，是为Schockly不全位错。如图4-8(d)所示，把(-111)面上任一层原子中的各C位置的原子均沿[-211]方向滑移1/6[-211]距离达到相应的A位置，此C层以上各层原子作顺序滑移：A→B→C→A，这样便得到了ABCABABCABCABC…顺序，和上述抽出C层的结果是相同的。 3. 孪晶 ABCABCBACBA… 可以看出以C为中心，左右侧的排列是镜向对称的，称为孪晶，又叫反映型层错 Q：如何从位错的角度理解层错的形成？ 若晶体以全位错b=a/2[-101]向右滑移，则C层原子应该从左C到右C，需要越过一个“脊”，能量较高。 若从左C→右下方A→右C，分两步走，也可达到同样目的。 即全位错分解为两个不全位错： a/2[-101]→a/6[-211]+a/6[-1-12] 从几何条件上看： a/6[-211]+a/6[-1-12] ＝a/6[-303]=a/2[-101] Σb前=Σb后 从能量上看， {a/2[-101]}2{a/6[-211]}2+{a/6[-1-12]}2 即a2/2a2/6+a2/6，也是可行的。 扩展位错----通常把一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错组态称为扩展位错 由图可知，a/6[-211]和a/6[-1-12]两个不全位错之间的夹角为60度，它们之间有一斥力，因相斥而分开，中间夹着一片层错，两不全位错加它们中间的层错，便是扩展位错。 两个不全位错之间的宽度d―扩展位错宽度 层错能 层错给予两个不全位错一个吸力 不全位错又存在一个斥力 层错能与扩展位错宽度的关系 　成反比： γ大，d小；γ小，d大。 　如奥氏体不锈钢γ=1.31*10-5J/cm2，d有几十~上百个原子宽度；Al的γ很高，d仅有1-2个原子间距，观察不到。 当扩展位错区遇到障碍(杂质原子、第二相粒子、位错林等)，这些区域能量升高，扩展位错在此处宽度缩小，甚至成为节点，称为束集，如图C点。此处原来分解了的两个不全位错重新合并成为全位错。 形成束集所需之能量 不全位错间距缩小 束集附近位错形成弧线增加了应变能 因为位错线增长而增加的能量 不同金属的扩展位错的平衡宽度不同，束集能也各异，夏克和西格测得铝和铜的束集能是： Al: γ刃=0.21eV γ螺=0.11eV Cu: γ刃=3.9eV γ螺=0.84eV (3) 扩展位错与交滑移 在交滑移过程中，相应于(a)图状态所需之激活能为：E=Ec