上海交通大學(xué)-材料科學(xué)基礎(chǔ)第三章-晶體缺陷課件

1第三章晶體缺陷

Imperfections(defects)inCrystalsppt課件2第三章晶體缺陷

Imperfections(defects)inCrystals“Itisthedefectsthatmakesmaterialssointeresting,justlikethehumanbeing.”“Defectsareattheheartofmaterialsscience.”ppt課件3實(shí)際晶體中的缺陷晶體缺陷：晶體中各種偏離理想結(jié)構(gòu)的區(qū)域根據(jù)幾何特征分為三類點(diǎn)缺陷

（pointdefect)三維空間的各個方向均很小零維缺陷(zero-dimensionaldefect)線缺陷（linedefect)在二個方向尺寸均很小面缺陷

（planedefect)在一個方向上尺寸很小一維缺陷(one-dimensionaldefect)二維缺陷(two-dimensionaldefect)ppt課件4課程安排課程安排點(diǎn)缺陷（第1周）位錯幾何（第1、2周）位錯力學(xué)（第2周）位錯運(yùn)動、實(shí)際晶體中的位錯（第3、4周）表面與界面（第4、5周）課堂討論（第5周）ppt課件5點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子、溶質(zhì)原子、和雜質(zhì)原子、

+復(fù)合體（如：空位對、空位-溶質(zhì)原子對）點(diǎn)缺陷的形成（Theproductionofpointdefects)（1）熱運(yùn)動：強(qiáng)度是溫度的函數(shù)能量起伏=〉原子脫離原來的平衡位置而遷移別處=〉空位(vacancy)Schottky

空位，-〉晶體表面Frenkel

空位，-〉晶體間隙原因：（2）冷加工（3）輻照ppt課件6平衡濃度的推導(dǎo)假設(shè)條件:（1）晶體體積保持常數(shù)，不隨溫度而變；每個缺陷的能量與溫度無關(guān)；（2）缺陷間沒有相互作用，彼此獨(dú)立無關(guān)；（3）空位及間隙原子的存在不改變點(diǎn)陣振動的本征頻率。平衡判據(jù)F：赫姆霍茨自由能U：內(nèi)能S：熵Stirling公式：ppt課件7與點(diǎn)缺陷有關(guān)的能量與頻率空位形成能：DEv

原子-〉晶體表面=電子能+畸變能空位遷移頻率：DEm

:空位遷移能

DSm:空位遷移熵平衡濃度：熱力學(xué)穩(wěn)定的缺陷：產(chǎn)生與消亡達(dá)致平衡ppt課件8點(diǎn)缺陷濃度及對性能的影響*過飽和空位：高溫淬火、冷加工、輻照1。電阻增大2。提高機(jī)械性能3。有利于原子擴(kuò)散4。體積膨脹，密度減小*點(diǎn)缺陷對性能的影響ppt課件9第二部分位錯概念與位錯幾何ppt課件10位錯舉例：刃位錯與螺位錯刃位錯螺位錯ppt課件11

緣起：單晶體理論強(qiáng)度（滑移的臨界剪切應(yīng)力）與實(shí)驗(yàn)值有巨大差距理論值：tc=10-2~10-1G

實(shí)驗(yàn)值：tc=10-8~10-4G位錯概念的提出（一）假說：1934年證實(shí)：上世紀(jì)50年代，電鏡實(shí)驗(yàn)觀察材料科學(xué)中的有關(guān)晶體的核心概念之一；《材料科學(xué)基礎(chǔ)》中最難懂的概念。ppt課件12單晶體理論強(qiáng)度的計算（一）haa/2a/2xxxx(a)(b)(d)(c)ppt課件13單晶體理論強(qiáng)度的計算（二）ppt課件14計算中的假設(shè)1。完整晶體，沒有缺陷2。整體滑動3。正弦曲線（0.01-0.1G）問題出在假設(shè)1和2上！應(yīng)是局部滑移！日常生活和大自然的啟示=〉ppt課件15有缺陷晶體的局部滑動存在著某種缺陷---位錯（dislocation）位錯的運(yùn)動（逐步傳遞）=>晶體的逐步滑移

小寶移大毯！毛毛蟲的蠕動ppt課件16位錯的高分辨圖像ppt課件17位錯的明場像原理ppt課件18典型的位錯明場像照片ppt課件19位錯特性：

滑移面上已滑動區(qū)域與未滑動區(qū)域的邊界兩個幾何參量（矢量）表征位錯的幾何特征:線缺陷（不考慮位錯核心結(jié)構(gòu)）位錯線方向矢量（切矢量）滑移矢量（柏氏矢量）晶體局部滑動的推進(jìn)=位錯運(yùn)動運(yùn)動前方：未滑動區(qū)域運(yùn)動后方：已滑動區(qū)域邊界：位錯所在位置，位錯線ppt課件201。首先選定位錯的正向；

2。然后繞位錯線周圍作右旋（RH）閉合回路-------柏氏回路；在不含有位錯的完整晶體中作同樣步數(shù)的路徑，3。由終點(diǎn)向始點(diǎn)引一矢量，即為此位錯線的柏氏矢量，記為柏氏矢量的確定BurgersVectorFS/RH規(guī)則柏氏回路將位錯正方向與滑移矢量（柏氏矢量）的正向關(guān)聯(lián)起來！ppt課件21刃型位錯edgedislocation其形狀類似于在晶體中插入一把刀刃而得名。特征：***

1）有一額外原子面，額外半原子面刃口處的原子列稱為位錯***

2）位錯線垂直于滑移矢量，位錯線與滑移矢量構(gòu)成的面是滑移面，刃位錯的滑移面是唯一的。

3）半原子面在上,正刃型位錯┻；在下,負(fù)刃型位錯┳***4）刃位錯的位錯線不一定是直線，可以是折線，也可以是曲線，但位錯線必與滑移矢量垂直。

5）刃型位錯周圍的晶體產(chǎn)生畸變，上壓，下拉，半原子面是對稱的，位錯線附近畸變大，遠(yuǎn)處畸變小。

6）位錯周圍的畸變區(qū)一般只有幾個原子寬（一般點(diǎn)陣畸變程度大于其正常原子間距的1/4的區(qū)域?qū)挾?，定義為位錯寬度，約2~5個原子間距。）*畸變區(qū)是狹長的管道，故位錯可看成是線缺陷。ppt課件22螺型位錯的圖像ppt課件23螺型位錯的特征特征：

1）無額外半原子面，原子錯排是軸對稱的

2）位錯線與柏氏矢量平行，且為直線

3）凡是以螺型位錯線為晶帶軸的晶帶由所有晶面都可以為滑移面。

4）螺型位錯線的運(yùn)動方向與柏氏矢量相垂直

5)分左螺旋位錯left-handedscrew符合左手法則右right-handedscrew右

6）螺型位錯也是包含幾個原子寬度的線缺陷ppt課件24混合位錯混合位錯：滑移矢量既不平行業(yè)不垂直于位錯線，而是與位錯線相交成任意角度。

一般混合位錯為曲線形式，故每一點(diǎn)的滑移矢量式相同的，但其與位錯線的交角卻不同。ppt課件25各種位錯的柏氏矢量ppt課件261。反映位錯周圍點(diǎn)陣畸變的總積累（包括強(qiáng)度和取向）2。該矢量的方向表示位錯運(yùn)動導(dǎo)致晶體滑移的方向，而該矢量的模表示畸變的程度稱為位錯的強(qiáng)度。（strengthofdislocation）柏氏矢量的物理意義ppt課件27柏氏矢量的守恒性柏氏矢量的守恒性：與柏氏回路起點(diǎn)的選擇無關(guān)，也與回路的具體途徑無關(guān)1。一根位錯線具有唯一的柏氏矢量，其各處的柏氏矢量都相同，且當(dāng)位錯運(yùn)動時，其柏氏矢量也不變。2。位錯的連續(xù)性：位錯線只能終止在晶體表面或界面上，而不能中止于晶體內(nèi)部；在晶體內(nèi)部它只能形成封閉的環(huán)線或與其他位錯相交于結(jié)點(diǎn)上。ppt課件28柏氏矢量的大小和方向可用它在晶軸上的分量-------點(diǎn)陣矢量，來表示在立方晶體中，可用于相同的晶向指數(shù)來表示：

柏氏矢量的表示法位錯強(qiáng)度位錯合并ppt課件29第三部分位錯力學(xué)ppt課件30位錯的應(yīng)力場：應(yīng)力張量應(yīng)力張量：二階張量orScientificEngineering平衡狀態(tài)：

or

應(yīng)力二階張量的意義

矢量二階張量矢量力ppt課件31失量與張量的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換11’232’3’P(P’)夾角余弦矩陣1

2

31’L11L12L132’L21L22L233’L31L32L33矢量：Pi’=SLij*Pj，j=1，2，3張量：sIJ’=SSLIi*LJj*sij；i，j=1，2，3ppt課件32線彈性理論概要ppt課件33螺型位錯的應(yīng)力場連續(xù)介質(zhì)模型：中空圓柱（不考慮位錯中心區(qū)）圓柱坐標(biāo)：方便（利用其軸對稱特性?。┪灰疲簎z，其余分量為零應(yīng)變：gyz=b/2pr=gyz,其余分量為零應(yīng)力：tyz

=tyz

=Ggyz

=Gb/2pr，虎克定律；其余分量為零直角坐標(biāo)ppt課件34螺型位錯的應(yīng)力場的特點(diǎn)只有切應(yīng)力分量，無體積變化應(yīng)變、應(yīng)力場為軸對稱1/r規(guī)律；r->0,應(yīng)力無窮大，不合實(shí)際情況，不適合中心嚴(yán)重畸變區(qū)。此規(guī)律適用于所有位錯！ppt課件35刃型位錯的應(yīng)力場連續(xù)介質(zhì)模型：1。切開，插入半原子面大小的彈性介質(zhì)2。中空圓柱，徑向平移b插入切開12直角坐標(biāo)圓柱坐標(biāo)nnppt課件36同時存正、切應(yīng)力分量，正比于Gb各應(yīng)變、應(yīng)力只是（x,y)的函數(shù)，平面應(yīng)變多余半原子面所在平面為對稱平面滑移面上無正應(yīng)力、切應(yīng)力達(dá)最大值上壓下拉Anywhere

特征分界線x=+-y,

txy,tyy

在其兩側(cè)變號，其上則為零刃型位錯應(yīng)力場的特點(diǎn)注意：前述為無限長直位錯在無限大均勻各向同性介質(zhì)中的應(yīng)力場nppt課件37位錯=>點(diǎn)陣畸變=>能量的增高，此增量稱為位錯的應(yīng)變能(E=Ec+Es≈Es)

Ec：位錯中心應(yīng)變能(占總的10%)

Es：位錯應(yīng)力場引起的彈性應(yīng)變能位錯的應(yīng)變能=制造單位位錯所作的功位錯的應(yīng)變能StrainEnergy根據(jù)位錯切移模型和彈性理論可求得混合位錯角度因素：螺K=1刃K=1-nzzxxppt課件38位錯應(yīng)變能的特點(diǎn)1）應(yīng)變能與b2

成正比，故具有最小b的位錯最穩(wěn)定b，大的位錯有可能分解為b小的位錯，以降低系統(tǒng)能量。2)應(yīng)變能隨R↑而↑，故在位錯具有長程應(yīng)力場，其中的長程應(yīng)變能起主導(dǎo)作用，位錯中心區(qū)能量較小，可忽略不計。3）Es螺/Es刃=1-n常用金屬材料n約為1/3，故Es螺/Es刃=2/34）位錯的能量還與位錯線的形狀及長度有關(guān)，兩點(diǎn)之間以直線為最短，位錯總有被拉直的趨勢，產(chǎn)生一線張力。5）位錯的存在→體系內(nèi)能↑，晶體的熵值↑可忽略因此位錯的存在使晶體處于高能的不穩(wěn)定狀態(tài)，可見位錯是熱力學(xué)不穩(wěn)定的晶體缺陷。ppt課件39位錯的線張力線張力:為了降低能量，位錯自發(fā)變直，縮短長度的趨勢

T=dE/dlT=aGb2（a=0.5~1.0）*組態(tài)力趨向于能量較低的狀態(tài)，沒有施力者*線張力的意義：a.使位錯線縮短變直

b.晶體中位錯呈三維網(wǎng)狀分布端點(diǎn)固定的位錯在剪應(yīng)力作用下的平衡形態(tài)或ppt課件40位錯運(yùn)動方向⊥位錯線=〉假想力作用于位錯上

虛功原理：=〉滑移力：Fd=tb

t：作用在滑移面上、指向柏氏矢量b的剪應(yīng)力

*永遠(yuǎn)⊥位錯線

攀移力：Fy=-sxxb

⊥位錯線，也⊥b（刃位錯或刃型分量）作用在位錯上的力矢量與張量表示的力矢量ppt課件41位錯間的作用力通過彼此的應(yīng)力場實(shí)現(xiàn)：

F1->2=t1->2b2兩平行螺位錯間的作用力：

Fr=Gb1b2/r

圓周對稱應(yīng)力場-〉圓周對稱作用力

同號相斥，異號相吸兩平行刃位錯間的作用力：

矢量與張量表示的力矢量滑移力攀移力ppt課件42兩刃位錯間作用力的討論（一）同號位錯異號位錯排斥吸引排斥吸引排斥排斥吸引吸引介穩(wěn)穩(wěn)定介穩(wěn)介穩(wěn)介穩(wěn)介穩(wěn)介穩(wěn)穩(wěn)定滑移力攀移力同號相斥，異號相吸ppt課件43兩刃位錯間作用力的討論（二）兩同號位錯間作用力與兩異號位錯間作用力：大小相等，方向相反（適用于所有位錯）ppt課件44兩任意平行位錯間作用力在各向同性介質(zhì)中：兩相互平行的螺位錯與刃位錯間：無作用力！原因：各自的應(yīng)力場在對方的滑移面及滑移方向上無剪應(yīng)力！相互作用力

=刃型分量間的作用力+螺型分量間的作用力可用能量法定性判斷：b1

矢量與b2矢量間夾角<p/2:b2>b12+b22:排斥b1

矢量與b2矢量間夾角>p/2:b2<b12+b22:吸引ppt課件45第四部分位錯運(yùn)動與實(shí)際晶體中的位錯ppt課件46位錯的運(yùn)動（一）人們?yōu)槭裁磳ξ诲e感興趣？

大量位錯在晶體中的運(yùn)動

=〉晶體宏觀塑性變形位錯運(yùn)動的兩種基本形式：滑移和攀移滑移面：位錯線與柏氏矢量所在平面刃位錯的滑移面：？螺位錯的滑移面：？滑移2DMove1:4-12滑移2DMove2:4-13刃位錯的滑移晶體的滑移總是與b矢量在同一直線上，同向或反向，取決于剪應(yīng)力方向ppt課件47位錯的運(yùn)動（二）位錯有一定寬度，位錯滑移一個b時，位錯中原子各移動一小距離。寬位錯易移！ppt課件48位錯的運(yùn)動（三）攀移：刃位錯⊥滑移面〈=多余半原子面的擴(kuò)大或縮小〈=原子或空位的擴(kuò)散螺位錯的交滑移特點(diǎn):(1)擴(kuò)散需要熱激活，比滑移需要更大的能量

(2)純剪應(yīng)力不能引起體積變化，對攀移不起作用

(3)過飽和空位的存在有利于攀移進(jìn)行。

涉及多個滑移面的滑移ppt課件49位錯的交割（一）交割：位錯與穿過其滑移面的位錯彼此切割意義：有利于晶體強(qiáng)化及空位和間隙原子的產(chǎn)生。幾種典型的位錯交割1。兩個互相垂直的刃位錯的交割2。刃位錯和螺位錯的交割3。兩個互相垂直的螺位錯的交割ppt課件50螺位錯運(yùn)動過后晶體兩部分的

相對運(yùn)動方向假設(shè)滑移面左側(cè)晶體不動，請判斷正負(fù)螺位錯在不同的方向運(yùn)動后，右側(cè)晶體的運(yùn)動方向。vc:晶體右側(cè)運(yùn)動方向；vd：位錯運(yùn)動方向螺旋起點(diǎn)、終點(diǎn)在已滑過區(qū)域有利于判斷。vdvdvdvdx,bx,bxbxbvcvcvcvc右螺旋右螺旋左螺旋左螺旋ppt課件51刃型位錯的運(yùn)動引起的原子列的變化移動部分：移動部分的移動方向：刃型位錯位錯運(yùn)動隊原子列構(gòu)型的影響（一）ppt課件52螺型位錯螺型位錯的運(yùn)動引起的原子列的變化移動部分：移動部分的移動方向：位錯運(yùn)動隊原子列構(gòu)型的影響（二）位錯運(yùn)動隊原子列構(gòu)型的影響（一）ppt課件53對于刃型位錯和螺型位錯都有：（原子列）移動部分：（原子列）移動部分的移動方向：其中，我的規(guī)則位錯運(yùn)動隊原子列構(gòu)型的影響（三）“香港”規(guī)則對于刃型位錯和螺型位錯都有：（原子列）移動部分：（左手規(guī)則）（原子列）移動部分的移動方向：簡化規(guī)則ppt課件54位錯的交割（一）交割：位錯與穿過其滑移面的位錯彼此切割意義：有利于晶體強(qiáng)化及空位和間隙原子的產(chǎn)生。幾種典型的位錯交割1。兩個互相垂直的刃位錯的交割ppt課件55位錯的交割（二）2。刃位錯和螺位錯的交割：割階+扭折刃位錯螺位錯割階扭折ppt課件56位錯的交割（三）3。兩個互相垂直的螺位錯的交割產(chǎn)生兩個刃型割階，大小和方向各等于對方b矢量ppt課件57割階與紐折（JogandKink）所有的割階都是刃型位錯，紐折可以是刃位錯也可以是螺位錯割階：攀移，硬化割階的三種情況：1。高度1-2b，拖著走，一排點(diǎn)缺陷2。幾個b-20nm，形成位錯偶。3?！?0nm，各自旋轉(zhuǎn)ppt課件58位錯密度位錯密度：單位體積中的位錯線的總長度。

r=L/V（1/cm2）（1）r=nl/lA=n/A

（2）（面積A中所見的位錯線數(shù)目）（2）<（1）金屬晶體中的位錯密度：充分退火的金屬多晶體：106~108/cm2

超純金屬單晶體：>=103/cm2

劇烈冷變形的金屬：

1010~1012/cm2ppt課件59宏觀應(yīng)變率

與位錯運(yùn)動速率及密度的關(guān)系一個位錯滑過整個滑移面后對正應(yīng)變的貢獻(xiàn)一個位錯滑過部分滑移面后對正應(yīng)變的貢獻(xiàn)全部位錯在Dt時間內(nèi)的滑移對正應(yīng)變的貢獻(xiàn)剪應(yīng)變方法相同考慮正應(yīng)變的情形，分為三步：ppt課件60位錯的生成晶體緩慢生長過程中產(chǎn)生的位錯：

1。成分不同=〉晶塊點(diǎn)陣常數(shù)不同=〉位錯過渡

2。晶塊偏轉(zhuǎn)、彎曲=〉位相差=〉位錯過渡

3。晶體表面受到影響=〉臺階或變形=〉產(chǎn)生位錯快速凝固=〉過飽和空位=〉聚集=〉位錯熱應(yīng)力=〉界面和微裂紋處應(yīng)力集中=〉局部滑移=〉位錯ppt課件61位錯的增殖事實(shí)上：密度增加，可達(dá)4-5個數(shù)量級位錯必有增殖！主要增殖機(jī)制：Frank-Read位錯源已為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)：Si，Al-Cu…晶體中觀察到位錯滑移到表面=>宏觀變形（減少？）

ppt課件62螺位錯雙交滑移增殖比Frank-Read源更有效!ppt課件63實(shí)際晶體中的位錯簡單立方晶體：柏氏矢量=點(diǎn)陣矢量實(shí)際晶體：柏氏矢量=，>,<點(diǎn)陣矢量全位錯（perfectdislocation：柏氏矢量=n*點(diǎn)陣矢量

n=1:單位位錯

不全位錯（imperfectdislocation):

柏氏矢量!=n*點(diǎn)陣矢量

n<1:部分位錯(partialdislocation)實(shí)際晶體中的位錯須滿足兩大條件：

結(jié)構(gòu)條件：連接一個平衡位置與另一個平衡位置

能量條件：b越小越穩(wěn)定ppt課件64典型晶體結(jié)構(gòu)中的單位位錯

的柏氏矢量滑移面:密排面、b矢量：密排方向ppt課件65實(shí)際晶體中的堆垛順序不全位錯：與堆垛層錯有關(guān)堆垛層錯:實(shí)際晶體中的密排面的正常堆垛順序遭到破壞實(shí)際晶體中的堆垛順序：密排原子面按一定順序堆垛而成。面心立方：ABCABCABC…;DDDDD....

密排六方：ABABABAB…；D▽D▽…ppt課件66堆垛層錯（一）堆垛層錯:實(shí)際晶體中的密排面的正常堆垛順序遭到破壞面心立方晶體中存在的層錯

抽出型：插入型:特點(diǎn):一個插入型層錯相當(dāng)于兩個抽出型層錯面心立方晶體中存在抽出型層錯時相當(dāng)于在其間形成了一薄層的hcp晶體結(jié)構(gòu)

ppt課件67堆垛層錯（二）密排六方晶體中的層錯抽出型層錯插入型層錯ppt課件68層錯能形成層錯幾乎不產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變，但會破毀晶體的正常周期完整性=>晶體能量升高增加的能量稱為“堆垛層錯能”或“層錯能”（J/m2)層錯能越低，層錯出現(xiàn)的幾率越大，越易觀察到，例如奧氏體不銹鋼中。ppt課件69不全位錯不全位錯：堆垛層錯與完整晶體的分界線（b矢量不等于點(diǎn)陣矢量）肖克萊（Schckley)不全位錯:(a/6)*[1,-2,1](在(111)面上）特點(diǎn)：1）b矢量永遠(yuǎn)平行于層錯面

2）層錯為一平面=>其邊界在一平面內(nèi)

3）可以為刃型、螺形、混和位錯

4）滑移的結(jié)果是層錯面的擴(kuò)大或縮小。但不能攀移，因它必須和層錯始終相連Fcc晶體中兩種重要的不全位錯ppt課件70面心立方晶體中的肖克萊不全位錯：再看仔細(xì)點(diǎn)！兩個多余的半原子面！(1,-2,1)(111)目視方向ppt課件71弗蘭克（Frank)不全位錯弗蘭克（Frank)不全位錯：插入或抽出半原子面所形成的層錯與完整晶體的邊界,（a/3)*<111>。抽出：負(fù)弗蘭克（Frank)不全位錯

插入：正弗蘭克（Frank)不全位錯特點(diǎn)：a)(a/3)*<111>，純?nèi)行臀诲e

b）不能在滑移面上滑移，只能攀移

c）屬不動位錯（sessiledislocation)ppt課件72面心立方晶體中的位錯湯普森（Thompson）四面體

FCC中所有重要的位錯和位錯反應(yīng)均可用Thompson四面體表示。(1)四個面即為4個可能的滑移面(111),(-1,1,1),(1,-1,1),(1,1,-1)(2)6條棱邊代表12個晶向，即FCC中所有可能的12個全位錯的b矢量ppt課件73湯普森四面體的展開**每個頂點(diǎn)與其中心的連線共代表24個(a/6)<112>肖克萊不全位錯的b矢量**4個頂點(diǎn)到它所對的三角形中點(diǎn)連線代表8個(a/3)<111>弗蘭克不全位錯的b矢量**4個面中心相連即為(a/6)<110>壓桿位錯ppt課件74FCC中的位錯反應(yīng)位錯反應(yīng)：位錯之間的合并與分界

1）幾何條件：b矢量總和不變

2）能量條件：反應(yīng)降低位錯總能量ppt課件75擴(kuò)展位錯的寬度吸引力：層錯能，

g排斥力：兩位錯間的斥力可見：d與g成反比，與G成正比擴(kuò)展位錯：一種特殊的位錯組態(tài)，系由兩個不全位錯以及在兩個不全位錯之間的一片層錯所構(gòu)成。一般由全位錯分解而成ppt課件76擴(kuò)展位錯的束集束集：在外切應(yīng)力作用下，層錯寬度減小至零，局部收縮成原來的全位錯：位錯擴(kuò)展的反過程ppt課件77擴(kuò)展位錯的交滑移擴(kuò)展位錯=>束集=>交滑移=>重新擴(kuò)展（在新滑移面上）擴(kuò)展位錯的交滑移比全位錯困難，層錯能越低，擴(kuò)展位錯越寬，交滑移越困難ppt課件78位錯網(wǎng)絡(luò)實(shí)際晶體中的不同b矢量的位錯可組成二維或三圍的位錯網(wǎng)絡(luò)b1:一組位錯b2

一個螺型位錯b1

與b2

成120o夾角，相互吸引ppt課件79面角位錯（Lomer-Cottrell位錯）（111）面上（1,1,-1）面上（1,1,-1）[-1,1,0]滑移面:（001）ppt課件80體心立方晶體中的位錯單位位錯：(a/2)<111>,滑移方向<111>,通?？赡艿幕泼嬗衶110}，{112}，{123}，隨成分、溫度及變形速度而異。交滑移=>滑移線呈波紋形<=層錯能高，不易出現(xiàn)擴(kuò)展位錯滑移切應(yīng)力的不對稱性<111>螺位錯的核心具有獨(dú)特的性質(zhì)ppt課件81密排六方晶體中的位錯最短的點(diǎn)陣矢量沿<1,1,-2,0>,次短的點(diǎn)陣矢量<0001>單位位錯：(a/3)<1,1,-2,0>,c<0001>,(1/3)<1,1,-2,3>滑移面:

(0001)（當(dāng)c/a>=1.633時）

{1,0,-1,0},{1,0,-1,1}（當(dāng)c/a<1.633時）擴(kuò)展位錯：

(1/3)[1,1,-2,0]->(1/3)[1,0,-1,0]+(1/3)[0,1,-1,0]

全位錯->肖克萊不全位錯ppt課件82第五部分表面與界面ppt課件83表面及界面界面包括：外表面（自由表面）和內(nèi)界面表面：固體與氣體或液體的分界面界面：幾個原子層厚，原子排列于成分不同于內(nèi)部表面能：定義為形成單位面積的新表面所需做的功**晶體中的表面張力是各向異性的**原子密度最大的面具有最低的g值→晶體表面一般為原子密度最大的面**表面能與曲率有關(guān)：曲率越大，表面能越大ppt課件84晶界晶界：取向不同的晶粒之間的界面（內(nèi)界面）晶界具有5個自由度：兩晶粒的位相差（3），界面的取向（2）ppt課件85扭轉(zhuǎn)晶界***一般小角度晶界都可看成兩部分晶體繞某一軸旋轉(zhuǎn)一角度而形成，不過該轉(zhuǎn)軸即不平行也不垂直晶界，故可看成一系列刃位錯，螺位錯或混合位錯的網(wǎng)絡(luò)組成。ppt課件86大角度晶界

High-anglegrainboundary*相鄰晶粒在交界處的形狀不是光滑的曲面，而是由不規(guī)則臺階組成的，A,B,C,D特征區(qū)域

重合位置點(diǎn)陣模型

**晶界能較低

**特殊位向

*晶界可看成是好區(qū)與壞區(qū)交替相間組合而成的。

*一般大角度晶界的寬度一般不超過三個原子間距。壓縮區(qū)擴(kuò)張區(qū)雙屬區(qū)零屬區(qū)ppt課件87晶界能晶界能：形成單位面積晶面時，系統(tǒng)Helmholtz自由能的變化，即dg/dA。它等于接口區(qū)單位面積的能量減去無界面時該區(qū)單位面積的能量。也可看成由于晶界上點(diǎn)陣畸變增加的那部分額外自由能。在純金屬中在合金中晶介面積A改變而引起的晶粒內(nèi)i組元原子數(shù)的改變假定晶介面積A改變不引起的晶粒內(nèi)i組元原子數(shù)的改變ppt課件88小角度晶界的界面能單位長度刃型位錯的能量：

而令則

，A=故小角度晶界g是相鄰兩晶粒之間位相差q的函數(shù)ppt課件89晶界的界面能的測量晶界能可通過測定界面交角求出其相對值：三個晶粒相遇，在達(dá)到平衡時，在o點(diǎn)處接口張力必須達(dá)到力學(xué)平衡

故測得在平衡狀態(tài)下，三叉晶界的各面角均趨于最穩(wěn)定的120°。ppt課件90晶界偏聚——內(nèi)吸附（熱力學(xué)平衡的偏聚）特點(diǎn)：1）溶質(zhì)濃度不變時，一定的T對應(yīng)一定平衡晶界偏聚量2）T↑偏聚量↓，

DE：溶質(zhì)原子在晶界上的能量差,C：晶界濃度

C0：晶內(nèi)濃度3）晶界平衡偏聚量可以很顯著

4）晶界偏聚區(qū)的范圍約為4-幾百埃5）在某種情況下可產(chǎn)生晶界上溶質(zhì)原子的貧化—負(fù)吸附6）產(chǎn)生晶界偏聚的原因，有一種解釋：固溶體中溶質(zhì)原子和溶劑原子的尺寸不同，晶界偏聚可使系統(tǒng)能量降低晶界的平衡偏聚ppt課件91晶界特性1）晶界處點(diǎn)陣畸變大，存在晶界能，故晶粒長大和晶界平直化是一個自發(fā)過程

2）晶界處原子排列不規(guī)則→阻礙塑性變形→Hb，sb↑（細(xì)晶強(qiáng)化）

3）晶界處存在較多缺陷（位錯、空位等）→有利原子擴(kuò)散

4）晶界能量高→固態(tài)相變先發(fā)生，d↓形核率↑

5）晶界能高→晶界腐蝕速度↑ppt課件92亞晶界（Sub-grainboundary）

事實(shí)上每個晶粒中還可分成若干個更為細(xì)小的亞晶粒（0.001mm），亞晶粒之間存在著小的位相差，相鄰亞晶粒之間的界面成為亞晶界。亞晶粒更接近于理想的單晶體。位相差一般小于2o，屬于小角度晶界，具有晶界的一般特征。ppt課件93孿晶界Twinboundary

孿晶——指兩個晶體（或一個晶體的兩部分）沿一個公共晶面構(gòu)成對稱的位相關(guān)系，這兩個晶體就稱為孿晶，這個公共的晶面即成為孿晶面

共格孿晶界：即孿晶面，其上的原子同時位于兩側(cè)晶體點(diǎn)陣的節(jié)點(diǎn)上，為兩者共有。無畸變的完全共格界面，界面能（約為普通晶界能1/10）很低很穩(wěn)定

非共格孿晶界：孿晶界相對于孿晶面旋轉(zhuǎn)一角度，其上的原子只有部分為兩者共有，原子錯排校嚴(yán)重，孿晶能量相對較高，約為普通晶界的1/2孿晶界ppt課件94孿晶的形成孿晶的形成與堆垛層錯密度相關(guān)，如fcc的{111}面發(fā)生堆垛層錯時為ABCACBACBA△△△△△△△→△△△▽▽▽▽▽

CAC處為堆垛層錯

一般層錯能高的晶體不易產(chǎn)生孿晶

形變孿晶：連續(xù)的(1/6)<112>類型的滑移生長孿晶退火孿晶孿晶的形成ppt課件95錯配度：位錯間距：

相界PhaseBoundary相界——具有不同結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面稱為相界

共格界面：界面上的原子同時