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第三章 晶体结构缺陷;理想晶体:绝对规则排列
实际晶体:某些区域不规则排列——晶体缺陷
缺陷类型:
(1)点缺陷:1个或几个原子间距——零维缺陷,空位、间隙原子、置换原子等。
(2)线缺陷:一维方向上尺寸较大——一维缺陷,位错。
(3)面缺陷:两维方向性上尺寸较大——二维缺陷,晶体表面、晶界、相界和堆垛层错等。;第一节点缺陷;第一节点缺陷;Figure 5.3;点缺陷;二、点缺陷的平衡浓度
经过推导得出:晶体在一定温度下空位的平衡浓
度为:Ce=Aexp[-Ev/KT],A=(exp△Sf/k),Ev
是空位形成能。空位形成能愈大空位平衡浓度愈
小,温度愈高,空位平衡浓度愈大。
同理可得出间隙的平衡浓度:
C`e=Aexp[-Ei/KT]
Ei>Ev,所以C`e<Ce,点缺陷主要是空位。
( △F)e=NkTln[N/(N+ne)] <0
所以点缺陷是热力学稳定的晶体缺陷。;;;三、点缺陷的运动和作用
1、运动
空位周围原子的热振动引起原空位的消失和新空位的产生。
空位消失:遇到间隙原子发生复合,或运动到位错、晶界及外表面等晶体缺陷处而消失。
点缺陷运动造成的原子迁移正是扩散现象
的基础。
2、作用:; 点缺陷能使金属的电阻增加,体积膨胀,
密度减小.同时能加速与扩散有关的相变、化学
热处理及高温下的塑性变形和断裂等.另外,过
饱和点缺陷还可以提高金属的屈服强度.
四、过饱和点缺陷(不稳定)
常温下热力学平衡点缺陷浓度很小。
过饱和点缺陷形成的方法:
(1)淬火法:加热到高温,快速冷却
(2)辐照法:形成数量相等的空位和间隙原子
(3)塑性变形:通过位错相互作用产生;五、其他晶体的点缺陷
因点缺陷是热力学稳定的晶体缺陷,所以
只要不是绝对零度,离子晶体、共价晶体和聚合
物晶体中都存在点缺陷。
离子晶体点缺陷:
1、肖脱基点缺陷:等量正离子空位和负离子空位
2、弗兰克尔点缺陷:负离子不易形成间隙原子,所以是等量正离子空位和正离子间隙原子;第三章 晶体结构缺陷;;位错——线缺陷
(1)在提出前,人们已认识了晶体塑性变形是由晶体滑移产生的。
(2)为了理论上解释滑移现象,1926年弗兰克尔从刚体模型推出理论切变强度,其值比???际的大了3~4个数量级,说明晶体变形不是通过刚性滑移实现,而是通过局部滑移逐步进行的,1934年Taylor, Orowan, Polanyi;一、类型
1、刃型位错
位错线:已滑移区和未
滑移区的交界。
位错线与滑移方向垂直。
在位错线处晶格畸变最大,
原子严重错排区域是3~4个原子间距,以位错线为中心的管道。
正刃型位错“┴”,负刃型位错“┬”。;Figure 5.7;EF ⊥ BB’;2、螺型位错
位错线与滑移方向平行,右螺旋位错(右手法则),左螺旋位错(左手法则);右手规则: 拇指----位错线方向
四指转向-----螺旋面的旋转方向(柏格斯回路转向);3.混合位错;位错的结构;混合位错线附近原子滑移透视图;位错的结构;(4)柏氏矢量确定:终点指向始点。
刃型位错在二维晶格中确定,螺型位错在
三维晶格中确定。
柏氏矢量与回路起点选择及回路大小无关。;;;位错的结构;3、柏氏矢量的意义
(1)确定位错类型:
①刃型位错:位错线与柏氏矢量垂直,可直线,也可平面曲线,用右手法则确定正、负(食指位错线方向,中指柏氏矢量方向,拇指半原子面方向,拇指向上为正,向下为负。
②螺型位错:位错线与柏氏矢量平行。只直线,位错线与柏氏矢量同向右螺,反向左螺。
③混合型位错:位错线与柏氏矢量交角在0到90°之间,可分解为刃型位错和螺型位错。;(2)柏氏矢量表示位错线
周围弹性变形量总和、总
畸变量的大小和方向。;(3)柏氏矢量具有守恒性
不因回路大小和形状而改变。
①每条位错相应只有唯一
的柏氏矢量,在运动、形
态改变过程中柏氏矢量不变。
②几根位错线交于一点,则
其中一个位错柏氏矢量等于其余位错柏氏矢量和
③位错线不能在晶体内部中断。可自成闭合位错
环或和其他位错相连或穿过晶体终于晶界或表面;三、晶体中位错组态和位错密度
1、组态复杂:位错网、小角度晶界、塞积群、位错环、位错缠结等。
2、位错密度:Lv=L/V
Lv—体位错密度,L—位错线总长度,
V—晶体的体积。L难测,实际用穿过
单位面积的位错数目ρA来表示位错
密度: ρA =n/A,充分退火后金属
位错密度106~108cm-2,强烈塑性变形1010~1012cm-2;第三章 晶体结构缺陷; 位错运动产生晶体的范性变形,运动的难
易程度关系到晶体的强度。
运动形式:滑移和攀移
一、作用在位错上的力
位错的运动方向总是垂直于位错线。
由虚功原理导出作用在位错的假想作用力。
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