位錯的生成與增殖

1、第第7章章 晶體缺陷晶體缺陷 1、位錯來源、位錯來源v 1）凝固時在晶體長大相遇處，因位向略有差別而形成；）凝固時在晶體長大相遇處，因位向略有差別而形成；v 2）因熔體中雜質原子在凝固過程中不均勻分布使晶體的）因熔體中雜質原子在凝固過程中不均勻分布使晶體的先后凝固部分成分不同，從而點陣常數(shù)也有差異，而在過先后凝固部分成分不同，從而點陣常數(shù)也有差異，而在過渡區(qū)出現(xiàn)位錯；渡區(qū)出現(xiàn)位錯；v 3）流動液體沖擊、冷卻時局部應力集中導致位錯的萌生。）流動液體沖擊、冷卻時局部應力集中導致位錯的萌生。v 4）晶體裂紋尖端、沉淀物或夾雜物界面、表面損傷處等）晶體裂紋尖端、沉淀物或夾雜物界面、表面損傷處等都易產生

2、應力集中，這些應力也促使位錯的形成。都易產生應力集中，這些應力也促使位錯的形成。v 5）過飽和空位的聚集成片也是位錯的重要來源。）過飽和空位的聚集成片也是位錯的重要來源。7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 2、位錯的增殖、位錯的增殖v 塑性變形時，有大量位錯滑出晶體，所以變形以后晶體中的位錯數(shù)目塑性變形時，有大量位錯滑出晶體，所以變形以后晶體中的位錯數(shù)目應當減少。應當減少。v 但實際上，位錯密度隨著變形量的增加而加大，在經過劇烈變形以后但實際上，位錯密度隨著變形量的增加而加大，在經過劇烈變形以后甚至可增加個數(shù)量級。甚至可增加個數(shù)量級。v 此現(xiàn)象表明：此現(xiàn)象表明：變形過程中位錯肯定是以某種

3、方式不斷增殖，而能增值而能增值位錯的地方稱為位錯的地方稱為位錯源。v 位錯增殖機制有多種，其中最重要的是：有多種，其中最重要的是：v 弗蘭克和瑞德于于1950年提出并已為實驗所證實的位錯增殖機構稱為提出并已為實驗所證實的位錯增殖機構稱為弗蘭克-瑞德(Frank-Rend）源，簡稱F-R源。v 設想晶體中某滑移面上有一段刃型位錯設想晶體中某滑移面上有一段刃型位錯ABAB，其兩端被位錯網(wǎng)節(jié)點釘住，其兩端被位錯網(wǎng)節(jié)點釘住，如圖：如圖：7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 弗蘭克-瑞德源的結構 v 當外切應力滿足必要當外切應力滿足必要的條件時，位錯線的條件時，位錯線ABAB將受到滑移力的作用將受到

4、滑移力的作用而發(fā)生滑移運動。而發(fā)生滑移運動。v 在應力場均勻的情況在應力場均勻的情況下，沿位錯線各處的下，沿位錯線各處的滑移力滑移力t t大大小都相等，位錯線本小都相等，位錯線本應平行向前滑移，應平行向前滑移，v 但因位錯但因位錯ABAB兩端被固兩端被固定住，不能運動，勢定住，不能運動，勢必在運動的同時發(fā)生必在運動的同時發(fā)生彎曲，結果位錯變成彎曲，結果位錯變成曲線形狀，如圖（曲線形狀，如圖（b b）所示。所示。 7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 v 位錯所受力位錯所受力t t總是處總是處處與位錯本身垂直，處與位錯本身垂直，即使位錯彎曲也如此即使位錯彎曲也如此v 在應力作用下，位錯在應力

5、作用下，位錯的每一微線段都沿其的每一微線段都沿其法線方向向外運動，法線方向向外運動，經歷圖（經歷圖（c c）（）（d d）。）。v 當位錯線再向前走出當位錯線再向前走出一段距離，圖一段距離，圖(d)(d)的的p p、q q兩點就碰到一起了。兩點就碰到一起了。 7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 v 因因p p、q q兩點處一對左、兩點處一對左、右旋螺位錯，遇到時，右旋螺位錯，遇到時，便互相抵消。便互相抵消。v 則原位錯線被分成兩則原位錯線被分成兩部分，如圖（）。部分，如圖（）。v 此后，外面位錯環(huán)在此后，外面位錯環(huán)在t t作用下不斷擴大，作用下不斷擴大，直至到達晶體表面，直至到達晶體表面

6、，v 而內部另一段位錯將而內部另一段位錯將在線張力和在線張力和t t的共同的共同作用下回到原始狀態(tài)。作用下回到原始狀態(tài)。 7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 v 上述過程到此并沒結束，上述過程到此并沒結束，因應力還施加在晶體上因應力還施加在晶體上v 在產生一個位錯環(huán)后，在產生一個位錯環(huán)后，位錯位錯ABAB將在將在F F的作用下，的作用下，繼續(xù)不斷地重復上述動繼續(xù)不斷地重復上述動作。作。v 這樣就會放出大量位錯這樣就會放出大量位錯環(huán)，造成位錯的增殖。環(huán)，造成位錯的增殖。 7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 其它位錯增殖機制：v 上述上述F-R源，實質上是一段兩端被釘扎的可滑動位錯，所

7、源，實質上是一段兩端被釘扎的可滑動位錯，所以稱之為以稱之為雙邊(或雙軸) F-R源，又稱為，又稱為U型平面源。v 此外，還有此外，還有單邊F-R源、雙交滑移增殖等機制。等機制。雙交滑移位錯增殖機制 7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 v 一個螺位錯開始在（一個螺位錯開始在（111111）面滑移，因遇到障礙或局部應）面滑移，因遇到障礙或局部應力狀態(tài)變化，位錯的一段交滑移到（力狀態(tài)變化，位錯的一段交滑移到（111111）面，且在繞過）面，且在繞過障礙之后又回到與（障礙之后又回到與（111111）面相平行的另一個（）面相平行的另一個（111111）面，）面，這時留在（這時留在（111111）面

8、上的兩端位錯是刃型的，不能隨（）面上的兩端位錯是刃型的，不能隨（111111）面上的位錯一起前進，結果（面上的位錯一起前進，結果（111111）面上的位錯就會以圖）面上的位錯就會以圖7.507.50所描述的方式增殖位錯。所描述的方式增殖位錯。 圖7-50 雙交滑移位錯增殖機制7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 雙交滑移增殖機制：v 通常把螺位錯由原始滑移面轉至相交的滑移面，然后又轉通常把螺位錯由原始滑移面轉至相交的滑移面，然后又轉移到與原始滑移面平行的滑移面上的滑移運動，稱為移到與原始滑移面平行的滑移面上的滑移運動，稱為雙交滑移運動。此位錯增殖機制稱為。此位錯增殖機制稱為位錯的雙交滑移增

9、殖機制。v 若（若（111111）面上位錯環(huán)再交滑移到另一個平行的（）面上位錯環(huán)再交滑移到另一個平行的（111111）平）平面上，成為新位錯源，則位錯將迅速增殖。面上，成為新位錯源，則位錯將迅速增殖。v 由此可見，由此可見，雙交滑移是一種更有效的增殖機制。 7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 雙交滑移位錯增殖機制雙交滑移位錯增殖機制 v 單邊(或單軸) F-R源（L型平面源）：v 實質是一段一端被釘扎的可滑動位錯。實質是一段一端被釘扎的可滑動位錯。v 如圖，滑移面上位錯如圖，滑移面上位錯CD CD ，DEDE是不動位錯，是不動位錯，D D點被釘扎住。點被釘扎住。單邊F-R源動作過程 7.

10、5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 v 在切應力在切應力作用下，作用下，CDCD段開始滑移，并逐漸成為繞段開始滑移，并逐漸成為繞D D點旋點旋轉的蜷線，不斷向外擴展。轉的蜷線，不斷向外擴展。v 蜷線每轉一周就掃過滑移面一次、晶體便產生一個蜷線每轉一周就掃過滑移面一次、晶體便產生一個b b的滑的滑移量。圖中移量。圖中(a)(a)、(b)(b)、(c)(c)、(d)(d)表示轉動過程的幾個階段。表示轉動過程的幾個階段。7.5 位錯的生成與增殖位錯的生成與增殖 v(a)(a)開始階段，開始階段，DCDC是一個是一個正刃型位錯。v(b)(b)轉了轉了9090以后，柏氏矢量與位錯線方向以后，柏氏矢量與位錯線方向(DC(DC方方向向) )一致，故是一致，故是右螺位錯。v(c)(c)位錯線位錯