《材料科学基础》教学课件合集（第3-7章）非AI生成.pptx

第三章晶体缺陷

;晶体结构完整地有规则排列只是理想情况。由于原子的热振动以及晶体的形成过程、加工过程及使用过程受到种种条件的影响，在实际的晶体结构中，原子（离子、原子团）并非完整地完全有规律排列的，它存在各种不完整性，即晶体缺陷。根据缺陷的尺寸特征，可以分为三类：

①点缺陷（PointDefect）：晶体中的空位、间隙原子、杂质原子等

是点缺陷。

②线缺陷（LineDefect）：晶体中的位错就是线缺陷。

③面缺陷（PlaneDefect）：晶体中的晶界、相界、晶体表面、堆垛

层错等是面缺陷。

尽管从整个晶体来看，原子（离子，原子团）是规则排列的，但在微观区域却存在不规则性（缺陷），这些不规则性对晶体很多物理化学过程以及性质起重要作用，它们在这些过程中常常扮演主要角色，而晶体的规则性只退居为舞台的背景。;包括空位（Vacancy）、自间隙原子（Self-interstitialAtom）或称自间隙（Interstitialcy）。

空位是晶体中一个空的点阵位置，自间隙是一个原子挤入正常点阵之间的间隙中的原子。空位、自间隙等点缺陷的存在都会破坏晶体的规则排列，它们使邻近的原子发生位移，即晶体发生畸变，从而产生点阵应变能。使晶体的内能增加。

;对于离子晶体，为了维持电性的中性，要出现空位团，空位团由正离子和负离子空位组成，其电性也是中性的，这称作肖特基（Schottky)缺陷。;点缺陷;点缺陷;;点缺陷;位错;位错的Volterra过程;位错;位错;螺型位错;;位错;位错;位错;位错;位错;2.柏氏矢量;（1）包含位错线做一封闭回路——柏氏回路

（2）将同样的回路置于完整晶体中——不能闭合

（3）补一矢量（终点指向起点）使回路闭合——柏氏矢量;（1）满足右螺旋规则时，柏氏矢量与柏氏回路路径无关

——唯一性

（2）用柏氏回路求得的柏氏矢量为回路中包围的所有位错柏氏矢量的总和（矢量和）

——可加性

（3）同一位错，柏氏矢量处处相同

——同一性;???错;3）柏氏矢量表示法;例：;4）三种位错柏氏矢量的特点;;螺位错：

有晶体图时与螺纹判断方法一致

——左手左螺，右手右螺

无晶体图时用旋转法

——b与位错线方向：顺右逆左;3.位错密度;位错;位错;刃型位错的滑移;位错;;位错;2攀移;（2）特点;3交滑移;（2）特点;2004-7-18;位错;3.2.4位错的弹性性质;正应力：σxx,σyy,σzz,切应力：τxyτyzτxz正应变：εxxεyyεzz,切应变：γxy,γyz,γxz极坐标应力：σrrσθθσzz，τrθτzθτrz

下标前一个表示力的作用面法向，后一个表示作用力的方向

极坐标的表示x=rcosθ,y=rsinθ,z=Z,r=(x2+y2)1/2,θ=arctg(y/x),z=Z;因只有Z方向的相对位移，只有两个切应变分量，无正应变分量：gθz=gzθ=b/2πr,tθZ=tZθ=GgθZ=Gb/2πr,tθr=tzr=0,

G为切变模量

其余切应力分量为0，σrr=σθθ=σzz=0,

trθ=tθr=trz=tzr=0

换成直角坐标

tyz=tzy=tzθcosθ=(Gb/2π)(x/(x2+y2))

txz=tzx=-tθzsinθ=-(Gb/2π)(y/(x2+y2))

σxx=σyy=σzz=txy=tyx=0;没有正应力分量

切应力分量只与位错中心距离r有关，距离位错中心越远，则切应力分量越小。是一个径向对称应力分量----属于平面应力状态。

r→0，则tθ→∞，这与实际不符，故要挖掉中心，r0→0.5～1nm;（b）刃位错应力场;刃型位错应力场的特点;x=±y时，两对角线处，σyy及τxy均为零，只有σxx，对角线两侧σyy及τxy应力相反

X，Y(r)→0时，应力趋