材料科学基础位错反应和扩展位错市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx
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1、第第 三三 章章 晶晶 体体 缺缺 陷陷(六)(六)实际晶体结构中位错实际晶体结构中位错烟台大学烟台大学 秦连杰秦连杰E-mail:第1页面心立方晶体中经典位错面心立方晶体中经典位错柏氏矢量柏氏矢量位错类型位错类型刃、螺、混刃、螺、混刃、螺、混刃、螺、混纯刃纯刃位错线形状位错线形状空间曲线空间曲线111面面上任意曲线上任意曲线111面面上任意曲线上任意曲线可能运动方式可能运动方式滑移、攀移滑移、攀移只滑不攀只滑不攀只攀不滑只攀不滑位错名称位错名称全位错全位错肖克莱位错肖克莱位错弗兰克位错弗兰克位错第2页 4.位位错错反反应应(dislocation reaction):4.位错反应位错反应v实
2、际实际晶体中,晶体中,组态组态不不稳稳定位定位错错能能够转够转化化为组态稳为组态稳定位定位错错;v含有不一含有不一样样b位位错线错线能能够够合并合并为为一条位一条位错线错线;反之,;反之,一条位一条位错线错线也能也能够够分解分解为为两条或多条含有不一两条或多条含有不一样样b位位错线错线。v位位错错反反应应位错之间相互转换位错之间相互转换(即柏氏矢量合成与分解即柏氏矢量合成与分解)。第3页4.位错反应位错反应位错反应能否进行取决于两个条件:位错反应能否进行取决于两个条件:几何条件:反应前柏氏矢量和等于反应后柏氏矢量和。几何条件:反应前柏氏矢量和等于反应后柏氏矢量和。能量条件:反应后诸位错总能量小
3、于反应前诸位错总能量,能量条件:反应后诸位错总能量小于反应前诸位错总能量,这是热力学定律所要求。这是热力学定律所要求。b1b2b3注意:注意:b方向与要求方向与要求正向相关。所以位正向相关。所以位错错反反应应中,普通要求中,普通要求反反应应前位前位错线错线指向指向节节点,反点,反应应后离开后离开节节点。点。第4页一个位错分解成两个或多个含有柏氏矢量位错,面心立方晶体中一个一个位错分解成两个或多个含有柏氏矢量位错,面心立方晶体中一个全位错分解成两个肖克莱不全位错。全位错分解成两个肖克莱不全位错。两个或多个含有不一样柏氏矢量不全位错合并成一个全位错,一个肖两个或多个含有不一样柏氏矢量不全位错合并成
4、一个全位错,一个肖克莱不全位错和一个弗兰克不全位错合并成一个全位错。克莱不全位错和一个弗兰克不全位错合并成一个全位错。两个全位错合并成另一全位错。两个全位错合并成另一全位错。两个位错合并重新组合成另两个位错,如体心立方中:两个位错合并重新组合成另两个位错,如体心立方中:4.位错反应位错反应第5页上例中:上例中:结构条件:结构条件:满足满足能量条件:能量条件:满足满足 反应能进行反应能进行4.位错反应位错反应第6页例:例:fcc中,柏氏矢量为中,柏氏矢量为 位错能否分解成单位位错?位错能否分解成单位位错?结构条件:结构条件:满足满足能量条件:能量条件:满足满足4.位错反应位错反应第7页 5.面心
5、立方晶体中位错面心立方晶体中位错ThompsonThompson四面体:四面体:能够帮助能够帮助确定确定fcc结构中位错反应。结构中位错反应。1)汤普森四面体汤普森四面体 第8页1)汤普森四面体汤普森四面体 (b)四面体外表面中心位置四面体外表面中心位置第9页c)汤汤普森四面体展开普森四面体展开1)汤普森四面体汤普森四面体 第10页用于表示用于表示fcc晶体中位错反应晶体中位错反应 Thompson四面体在四面体在fcc晶胞中位置:晶胞中位置:D点在坐标原点,其余顶点在坐标原点,其余顶点坐标分别为,点坐标分别为,A(1/2,0,1/2),B(0,1/2,1/2),C(1/2,1/2,0)。四面
6、体。四面体4个外表面(等边三角形)中心分别用个外表面(等边三角形)中心分别用、表示,并分别对表示,并分别对应应A、B、C、D四个顶点所正确面。这么四个顶点所正确面。这么A、B、C、D、等等8个点中每个点中每2个点连成向量就表示了个点连成向量就表示了fcc晶体中全部主要位错柏氏晶体中全部主要位错柏氏矢量。矢量。1)汤普森四面体汤普森四面体 第11页ABCD1)汤普森四面体汤普森四面体 第12页BADDDC(a)(c)(b)(d)由四面体顶点由四面体顶点A、B、C、D(罗马字母)连成向量:(罗马字母)连成向量:罗罗-罗向量就是罗向量就是fcc中全位错中全位错12个可能柏氏矢量个可能柏氏矢量1)汤普
7、森四面体汤普森四面体 1、罗、罗-罗向量罗向量 第13页B ADDDC(a)(c)(b)(d)由四面体顶点(罗马字母)和经过该顶点外表面中心(不对由四面体顶点(罗马字母)和经过该顶点外表面中心(不对应希腊字母)连成向量:应希腊字母)连成向量:这些向量能够由三角形重心性质求得这些向量能够由三角形重心性质求得不对应罗不对应罗-希向量是希向量是fcc中中24个个Shockley不全位错柏氏矢量不全位错柏氏矢量2、不对应罗、不对应罗-希向量希向量 第14页B ADDDC(a)(c)(b)(d)4个顶点到它所正确三角形中点连线代表个顶点到它所正确三角形中点连线代表8个个1/3111型滑移矢量。依据矢量合
8、成规则能够求出对应罗希向量:型滑移矢量。依据矢量合成规则能够求出对应罗希向量:对应罗希向量就是对应罗希向量就是fcc中中8个个Frank不全错柏氏矢量。不全错柏氏矢量。3、对应罗、对应罗-希向量希向量 第15页全部希希向量也都能够依据向量合成规则求得:全部希希向量也都能够依据向量合成规则求得:同理可得:同理可得:希希向量就是希希向量就是fcc中中压杆位错压杆位错柏氏矢量。柏氏矢量。B ADDDC(a)(c)(b)(d)4、希、希-希向量希向量 第16页2)扩展位错扩展位错 第17页面心立方中面心立方中扩扩展位展位错错深入解深入解释释:正常堆正常堆垛垛ABCABC.B位置到位置到C位置:位置:A
9、BCACB.,层错层错第18页2)扩扩展位展位错错 由一个全位由一个全位错错分解分解为为两个不全位两个不全位错错,中,中间夹间夹着一个堆着一个堆垛层错垛层错整个位整个位错组态错组态。面心立方晶体中,能量最低全位面心立方晶体中,能量最低全位错错是是处处于于(111)面上柏氏矢量面上柏氏矢量为为 单单位位位位错错。现现考考虑虑它沿它沿(111)面滑移情况。面滑移情况。如如图图(111)面上面上圆圆球位置球位置为为A层层位置,位置,B层层和和C层层原子分原子分别处别处于三个于三个A层层原子位置低谷位置。原子位置低谷位置。a)全位全位错错滑移滑移 若若单单位位位位错错 在切在切应应力作用下沿力作用下沿
10、着着(111)在在A层层原子面上滑移原子面上滑移时时,则则B层层原子从原子从B1位置滑位置滑动动到相到相邻邻 B2位置,点位置,点阵阵排列没有改排列没有改变变,不存在,不存在层错现层错现象。但需要越象。但需要越过过A层层原子原子“高峰高峰”,这这需要提供需要提供较较高能量。高能量。面心立方晶体中,能量最低全位面心立方晶体中,能量最低全位错错是是处处于于(111)面上柏氏矢量面上柏氏矢量为为 单单位位位位错错。现现考考虑虑它沿它沿(111)面滑移情况。面滑移情况。第19页 但假如滑移分两步完成,即先从但假如滑移分两步完成,即先从 B1位置沿位置沿A原子间原子间“低谷低谷”滑移到邻近滑移到邻近C位
11、置,即位置,即 ;然后再由;然后再由C滑移到滑移到另一个另一个 B2位置,即位置,即 ,这种滑,这种滑移比较轻易。移比较轻易。b)及及 分位错滑移及其间层错分位错滑移及其间层错 第一步当第一步当B层原子移到层原子移到C位置时,将位置时,将在在(111)面上造成堆垛次序改变,即由面上造成堆垛次序改变,即由原来原来ABCABC.正常堆垛次序变为正常堆垛次序变为ABCA CABC.。这种原子堆垛次序遭这种原子堆垛次序遭到破坏现象称为到破坏现象称为堆垛层错堆垛层错。而第二步从而第二步从C位置再移到位置再移到B位置时,则位置时,则又恢复正常堆垛次序。又恢复正常堆垛次序。第20页 每一步滑移造成了层错,所
12、以,每一步滑移造成了层错,所以,层错层错区与正常区之间必定会形成两个不全位错。区与正常区之间必定会形成两个不全位错。故故 和和 为肖克莱不全位错。也就是说,为肖克莱不全位错。也就是说,一个全位错一个全位错 分解为两个肖克莱不全位错分解为两个肖克莱不全位错 和和 ,全位错运动由两个不全位错运动来,全位错运动由两个不全位错运动来完成,即完成,即 这个位错反应从几何条件和能量条件判断均是可行,因为这个位错反应从几何条件和能量条件判断均是可行,因为几何条件:几何条件:能量条件:能量条件:第21页2)扩扩展位展位错错 v分解后分解后这这两个不全位两个不全位错错位于同一滑移位于同一滑移面上,其柏氏矢量面上
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