32晶体缺陷.pptx
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1、第第三三章章晶晶体体缺缺陷陷(二)(二)柏氏矢量、位错的运动柏氏矢量、位错的运动 二、柏氏矢量二、柏氏矢量1.柏氏矢量(柏氏矢量(Burgers vector)的确定:的确定:(1)(1)选选选选定定定定位位位位错错错错线线线线的的的的正正正正方方方方向向向向()()一一一一般般般般选选选选定定定定出出出出纸纸纸纸面面面面的的的的方方方方向向向向为为为为位位位位错错错错线线线线的正向。的正向。的正向。的正向。(2)(2)在实际晶体中作在实际晶体中作在实际晶体中作在实际晶体中作柏氏回路(柏氏回路(柏氏回路(柏氏回路(Burgers circuitBurgers circuit)(3)(3)在在在
2、在完完完完整整整整晶晶晶晶体体体体中中中中按按按按(2)(2)中中中中相相相相同同同同方方方方向向向向和和和和步步步步数数数数作作作作回回回回路路路路。回回回回路路路路不不不不封封封封闭,由终点向起点作矢量,即为柏氏矢量。闭,由终点向起点作矢量,即为柏氏矢量。闭,由终点向起点作矢量,即为柏氏矢量。闭,由终点向起点作矢量,即为柏氏矢量。刃型位错的柏氏回路示意图刃型位错的柏氏回路示意图刃型位错完整的柏氏回路刃型位错完整的柏氏回路刃位错的柏氏回路刃位错的柏氏回路先确定位错的方向(一般规定位错线垂直纸面时,先确定位错的方向(一般规定位错线垂直纸面时,先确定位错的方向(一般规定位错线垂直纸面时,先确定位
3、错的方向(一般规定位错线垂直纸面时,由纸面向外为正),按由纸面向外为正),按由纸面向外为正),按由纸面向外为正),按右手法则右手法则右手法则右手法则做柏氏回路,右做柏氏回路,右做柏氏回路,右做柏氏回路,右手大拇指指位错正方向,回路方向按右手螺旋方手大拇指指位错正方向,回路方向按右手螺旋方手大拇指指位错正方向,回路方向按右手螺旋方手大拇指指位错正方向,回路方向按右手螺旋方向确定。向确定。向确定。向确定。柏氏矢量与起点的选择无关,也与路径无关。柏氏矢量与起点的选择无关,也与路径无关。柏氏矢量与起点的选择无关,也与路径无关。柏氏矢量与起点的选择无关,也与路径无关。螺型位错的柏氏回路示意图螺型位错的柏
4、氏回路示意图螺型位错完整的柏氏回路螺型位错完整的柏氏回路2.用柏氏矢量判断位错类型用柏氏矢量判断位错类型用柏氏矢量判断位错类型用柏氏矢量判断位错类型用柏氏矢量判断位错类型用柏氏矢量判断位错类型:(1)(1)刃型位错刃型位错刃型位错刃型位错 eebebe 右右右右手手手手法法法法则则则则:食食食食指指指指指指指指向向向向位位位位错错错错线线线线方方方方向向向向,中中中中指指指指指指指指向向向向柏柏柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量方方方方向向向向,拇拇拇拇指指指指指指指指向向向向代代代代表表表表多多多多余余余余半半半半面面面面子子子子面面面面位位位位向向向向,向向向向上上上上为正,向下为负。为正,向下
5、为负。为正,向下为负。为正,向下为负。(2)(2)螺型位错螺型位错螺型位错螺型位错 ssbsbs 正正正正向向向向(方方方方向向向向相相相相同同同同)为为为为右右右右螺螺螺螺旋旋旋旋位位位位错错错错,负负负负向向向向(方方方方向向向向相相相相反)为左螺旋位错。反)为左螺旋位错。反)为左螺旋位错。反)为左螺旋位错。(3)(3)混合位错混合位错混合位错混合位错 柏氏矢量与位错线方向成夹角柏氏矢量与位错线方向成夹角柏氏矢量与位错线方向成夹角柏氏矢量与位错线方向成夹角 刃型分量刃型分量刃型分量刃型分量bebe螺型分量螺型分量螺型分量螺型分量bsbs 用用用用矢量图解法表示位错矢量图解法表示位错矢量图解
6、法表示位错矢量图解法表示位错:数量积、向量积等数量积、向量积等数量积、向量积等数量积、向量积等3.柏氏矢量的特性柏氏矢量的特性柏柏柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量的的的的物物物物理理理理意意意意义义义义:是是是是一一一一个个个个反反反反映映映映位位位位错错错错性性性性质质质质以以以以及及及及由由由由位位位位错错错错引引引引起起起起的晶格畸变大小的物理量的晶格畸变大小的物理量的晶格畸变大小的物理量的晶格畸变大小的物理量。柏氏矢量特性柏氏矢量特性柏氏矢量特性柏氏矢量特性:(1)(1)用用用用柏柏柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量可可可可以以以以表表表表示示示示位位位位错错错错区区区区域域域域晶晶晶晶格格格格
7、畸畸畸畸变变变变总总总总量量量量的的的的大大大大小小小小。柏柏柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量可可可可表表表表示示示示位位位位错错错错性性性性质质质质和和和和取取取取向向向向,即即即即晶晶晶晶体体体体滑滑滑滑移移移移方方方方向向向向。柏柏柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量越越越越大,位错周围晶体畸变越严重。大,位错周围晶体畸变越严重。大,位错周围晶体畸变越严重。大,位错周围晶体畸变越严重。(2)(2)柏氏矢量具有柏氏矢量具有柏氏矢量具有柏氏矢量具有守恒性守恒性守恒性守恒性。即一条位错线的柏氏矢量恒定不变。即一条位错线的柏氏矢量恒定不变。即一条位错线的柏氏矢量恒定不变。即一条位错线的柏氏矢量恒定不变。(3
8、)(3)柏氏矢量的柏氏矢量的柏氏矢量的柏氏矢量的唯一性唯一性唯一性唯一性。即一根位错线具有唯一的柏氏矢量。即一根位错线具有唯一的柏氏矢量。即一根位错线具有唯一的柏氏矢量。即一根位错线具有唯一的柏氏矢量。b1b3b2(4)(4)柏氏矢量守恒定律。柏氏矢量守恒定律。柏氏矢量守恒定律。柏氏矢量守恒定律。位错分解位错分解位错分解位错分解 位错交于一点位错交于一点位错交于一点位错交于一点(5)(5)位错的位错的位错的位错的连续性连续性连续性连续性:可以形成位错环、连接于其他位错、终可以形成位错环、连接于其他位错、终可以形成位错环、连接于其他位错、终可以形成位错环、连接于其他位错、终止于晶界或露头于表面止
9、于晶界或露头于表面止于晶界或露头于表面止于晶界或露头于表面,但不能中断于晶体内但不能中断于晶体内但不能中断于晶体内但不能中断于晶体内.4.柏氏矢量表示法柏氏矢量表示法:立方晶系立方晶系立方晶系立方晶系中中中中 b=b=(a/na/n)uvwuvw,其大小成为位错强度,其大小成为位错强度,其大小成为位错强度,其大小成为位错强度,用用用用 模表示模表示模表示模表示,模的大小表示该晶向上原子间的距,模的大小表示该晶向上原子间的距,模的大小表示该晶向上原子间的距,模的大小表示该晶向上原子间的距离。离。离。离。/b/=a u2+v2+w21/2/n六方晶系中六方晶系中六方晶系中六方晶系中:b=b=(a/
10、na/n)uvtwuvtw 三、位错的运动三、位错的运动基本形式基本形式基本形式基本形式:滑移和攀移滑移和攀移滑移和攀移滑移和攀移 滑滑滑滑移移移移(slipslip):在在在在一一一一定定定定的的的的切切切切应应应应力力力力的的的的作作作作用用用用下下下下,位位位位错错错错在在在在滑滑滑滑移移移移面面面面上上上上受受受受到到到到垂垂垂垂至至至至于于于于位位位位错错错错线线线线的的的的作作作作用用用用力力力力。当当当当此此此此力力力力足足足足够够够够大大大大,足足足足以以以以克克克克服服服服位位位位错错错错运运运运动动动动时时时时受受受受到到到到的的的的阻阻阻阻力力力力时时时时,位位位位错错错
11、错便便便便可可可可以以以以沿沿沿沿着着着着滑滑滑滑移移移移面面面面移移移移动动动动,这种沿着滑移面移动的位错运动称为这种沿着滑移面移动的位错运动称为这种沿着滑移面移动的位错运动称为这种沿着滑移面移动的位错运动称为滑移滑移。攀移(攀移(攀移(攀移(climbclimb):):):):刃型位错刃型位错刃型位错刃型位错的位错线还可以沿着垂直于滑的位错线还可以沿着垂直于滑的位错线还可以沿着垂直于滑的位错线还可以沿着垂直于滑移面的方向移动,移面的方向移动,移面的方向移动,移面的方向移动,除滑移和攀移还有除滑移和攀移还有除滑移和攀移还有除滑移和攀移还有交割(交割(交割(交割(cross/interacti
12、oncross/interaction)和和和和扭折扭折扭折扭折(kinkkink)原因:位错运动是因它沿受力方向改变位置会使系原因:位错运动是因它沿受力方向改变位置会使系统自由能减少,位错实现运动要求它所受的力足以统自由能减少,位错实现运动要求它所受的力足以克服运动阻力。克服运动阻力。类型:两种类型:两种-保守运动和非保守运动。保守运动和非保守运动。保守运动是位错在滑移面上的滑动或滑移,滑动和保守运动是位错在滑移面上的滑动或滑移,滑动和滑移通常是同义的。但严格地说,滑移通常是同义的。但严格地说,“滑动滑动”指单个指单个位错的行为而位错的行为而“滑移滑移”指多个位错的行为。指多个位错的行为。非
13、保守运动是离开滑移面的运动,最本质的非保守非保守运动是离开滑移面的运动,最本质的非保守运动是位错的攀移,只有刃位错才有攀移运动,并运动是位错的攀移,只有刃位错才有攀移运动,并引起位错的半原子面扩大和缩小,因此攀移总是伴引起位错的半原子面扩大和缩小,因此攀移总是伴随着点缺陷的输运。随着点缺陷的输运。1)问题:位错扫过的面两侧会相对滑)问题:位错扫过的面两侧会相对滑移移b,究竟哪一侧滑动了,究竟哪一侧滑动了b?判别方法:右手定则:判别方法:右手定则:1、位错的滑移、位错的滑移 位错的滑移位错的滑移位错的滑移位错的滑移(slipping of disloctionslipping of disloc
14、tion):):任何类型的位错均可进行滑移任何类型的位错均可进行滑移任何类型的位错均可进行滑移任何类型的位错均可进行滑移.(1)(1)刃刃刃刃位位位位错错错错的的的的滑滑滑滑移移移移过过过过程程程程:b b、b b 、滑滑滑滑移移移移方方方方向向向向 、滑移方向滑移方向滑移方向滑移方向b b,单一滑移面。,单一滑移面。,单一滑移面。,单一滑移面。位错滑移的比喻位错滑移的比喻 directs to the part of the crystal which moves along .crystal movement滑移面滑移台阶刃型位错的滑移运动:在图示的晶体上施加一切应力,当刃型位错的滑移运动
15、:在图示的晶体上施加一切应力,当应力足够大时,有使晶体上部向有发生移动的趋势。假如应力足够大时,有使晶体上部向有发生移动的趋势。假如晶体中有一刃型位错,显然位错在晶体中发生移动比整个晶体中有一刃型位错,显然位错在晶体中发生移动比整个晶体移动要容易。因此,晶体移动要容易。因此,位错的运动在外加切应力的作用下发生;位错的运动在外加切应力的作用下发生;位错移动的方向和位错线垂直;位错移动的方向和位错线垂直;运动位错扫过的区域晶体的两部分发生了柏氏矢量大小的相运动位错扫过的区域晶体的两部分发生了柏氏矢量大小的相对运动对运动(滑移滑移);位错移出晶体表面将在晶体的表面上产生柏氏矢量大小的台位错移出晶体表
16、面将在晶体的表面上产生柏氏矢量大小的台阶。阶。(2)(2)螺螺螺螺型型型型位位位位错错错错的的的的滑滑滑滑移移移移过过过过程程程程:b b、bb 、滑滑滑滑移移移移方方方方向向向向 、滑移方向、滑移方向、滑移方向、滑移方向bb,非单一滑移面。可发生交滑移。,非单一滑移面。可发生交滑移。,非单一滑移面。可发生交滑移。,非单一滑移面。可发生交滑移。螺型位错的滑移螺型位错的滑移螺型位错的滑移螺型位错的滑移(a)(a)原始位置原始位置原始位置原始位置(b)(b)位错向左移动一个原子间位错向左移动一个原子间位错向左移动一个原子间位错向左移动一个原子间距距距距(c)(c)滑移过程滑移过程滑移过程滑移过程螺
17、型位错的滑移:螺型位错的滑移:螺位错也是在外加切应力的作用下发生运动;螺位错也是在外加切应力的作用下发生运动;位错移动的方向总是和位错线垂直;位错移动的方向总是和位错线垂直;运运动动位位错错扫扫过过的的区区域域晶晶体体的的两两部部分分发发生生了了柏柏氏氏矢矢量量大大小小的相对运动的相对运动(滑移滑移);位位错错移移过过部部分分在在表表面面留留下下部部分分台台阶阶,全全部部移移出出晶晶体体的的表表面上产生柏氏矢量大小的完整台阶。这四点同刃型位错。面上产生柏氏矢量大小的完整台阶。这四点同刃型位错。螺型位错的滑移:具有多个滑移面。螺型位错的滑移:具有多个滑移面。切应力方向与位错线平行;切应力方向与位
18、错线平行;晶体滑移方向与位错运动方向垂直。晶体滑移方向与位错运动方向垂直。螺型位错的移动方向与螺型位错的移动方向与螺型位错的移动方向与螺型位错的移动方向与b b垂直。此外因螺型位错垂直。此外因螺型位错垂直。此外因螺型位错垂直。此外因螺型位错b b 与与与与t t平行,故通过位错线并包含平行,故通过位错线并包含平行,故通过位错线并包含平行,故通过位错线并包含b b的随所有晶面都的随所有晶面都的随所有晶面都的随所有晶面都可能成为它的滑移面。当螺型位错在原滑移面运可能成为它的滑移面。当螺型位错在原滑移面运可能成为它的滑移面。当螺型位错在原滑移面运可能成为它的滑移面。当螺型位错在原滑移面运动受阻时,可
19、转移到与之相交的另一个滑移面上动受阻时,可转移到与之相交的另一个滑移面上动受阻时,可转移到与之相交的另一个滑移面上动受阻时,可转移到与之相交的另一个滑移面上去,这样的过程叫交叉滑移,简称去,这样的过程叫交叉滑移,简称去,这样的过程叫交叉滑移,简称去,这样的过程叫交叉滑移,简称交滑移交滑移交滑移交滑移。螺型位错的交滑穆螺型位错的交滑穆螺型位错的交滑穆螺型位错的交滑穆立方晶系的交滑移立方晶系的交滑移立方晶系的交滑移立方晶系的交滑移刃、螺型位错滑移的比较:刃、螺型位错滑移的比较:因为位错线和柏氏矢量平行,所以螺型位错可以有因为位错线和柏氏矢量平行,所以螺型位错可以有多个滑移面,螺型位错无论在那个方向
20、移动都是滑移。多个滑移面,螺型位错无论在那个方向移动都是滑移。晶体两部分的相对移动量决定于柏氏矢量的大小和晶体两部分的相对移动量决定于柏氏矢量的大小和方向,与位错线的移动方向无关。方向,与位错线的移动方向无关。(3)(3)混混混混合合合合位位位位错错错错的的的的滑滑滑滑移移移移过过过过程程程程:沿沿沿沿位位位位错错错错线线线线各各各各点点点点的的的的法法法法线线线线方方方方向向向向在在在在滑滑滑滑移移移移面面面面上上上上扩扩扩扩展展展展,滑滑滑滑动动动动方方方方向向向向垂垂垂垂直直直直于于于于位位位位错错错错线线线线方方方方向向向向。但但但但滑滑滑滑动动动动方方方方向向向向与与与与柏氏矢量有夹
21、角。柏氏矢量有夹角。柏氏矢量有夹角。柏氏矢量有夹角。分析一位错环的运动分析一位错环的运动小技巧:判断位错运动方向小技巧:判断位错运动方向判断位错运动后,它扫过的两侧的位移方向:根判断位错运动后,它扫过的两侧的位移方向:根判断位错运动后,它扫过的两侧的位移方向:根判断位错运动后,它扫过的两侧的位移方向:根据位错线的正向和柏氏矢量以及位错运动方向来据位错线的正向和柏氏矢量以及位错运动方向来据位错线的正向和柏氏矢量以及位错运动方向来据位错线的正向和柏氏矢量以及位错运动方向来确定位错扫过的两侧滑动的方向。可用确定位错扫过的两侧滑动的方向。可用确定位错扫过的两侧滑动的方向。可用确定位错扫过的两侧滑动的方
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