华南师范大学材料科学与工程教程第四章晶体缺陷(二).ppt

* * 3）晶粒内部的第二相，为了减少界面能，将尽量成球状(点状)；在有条件时，这些质点可能聚集长大粗化。 * * 小结 名词概念 单晶体与多晶体 晶粒与晶界 点缺陷 线缺陷 面缺陷 空位 位错 柏氏矢量 刃型位错和螺型位错 滑移与攀移 内容要求 定性说明晶体平衡时为什么存在一定的空位浓度。 简单立方晶系中刃型位错和螺型位错原子模型，及其对应的柏氏矢量。 位错滑移运动的条件及其结果。 晶体中的界面形式、界面能及其对晶粒形貌的影响。 * * 第四章 晶体缺陷（二） * * 一、位错的运动 二、位错密度 三、位错观察 四、位错的能量及交互作用 位错 * * 1、位错的易动性 一、位错的运动 位错处原子能量高 不稳定 易移位 解释晶体的实际强度比理论强度低很多！ 切应力作用下位错移出晶体，在表面产生宏观可见的台阶 按位错方式发生塑变比两个相邻原子面整体相对移动容易得多 * * 2、位错的运动 滑移 攀移 1）位错的滑移 刃型位错的滑移运动：在图示的晶体上施加一切应力，当应力足够大时，有使晶体上部向右发生移动的趋势。 注意：①位错的运动在外加切应力的作用下发生；②位错移动的方向和位错线垂直；③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(滑移)；④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阶。 * * 螺型位错的滑移：在图示的晶体上施加一切应力，当应力足够大时，有使晶体的左右部分发生上下移动的趋势。假如晶体中有一螺型位错，显然位错在晶体中向后发生移动，移动过的区间右边晶体向下移动一柏氏矢量。 注意：①螺位错也是在外加切应力的作用下发生运动；②位错移动的方向总是和位错线垂直；③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(滑移)；④位错移过部分在表面留下部分台阶，全部移出晶体的表面上产生柏氏矢量大小的完整台阶。这四点同刃型位错。 螺旋位错滑移 * * 刃、螺型位错滑移的比较： ①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移动都是滑移。 ②切应力方向与位错线关系不同，刃型垂直、螺型平行。 ③滑移方向与位错运动方向关系不同，刃型相同、螺型垂直 但无论如何： 位错切应力方向与柏氏矢量b一致； 滑移大小与b一致 * * 分析一位错环的运动 位错环的柏矢量正好处于滑移面上：圆形区域内沿着柏矢方向局部滑移，位错环就是滑移区与未滑移区的分界线！ 尽管各段位错线运动方向不同，但最终它们造成的晶体滑移还是由柏矢量b决定。 原则：切应力方向与b一致；相对位移也与b一致； * * 柏氏矢量垂直于滑移面（空位在该面上形成了空位片） 韧性位错的滑移特性：位错线与柏氏矢量组成的平面，即通过位错环的圆柱面。（可能吗？） 固定位错不能滑移 但可攀移 * * 2) 位错的攀移 本质：韧性位错的半原子面向上或向下移动！ 位错线:跟随半原子面上下移动；运动方向与柏氏矢量垂直！ 正攀移：半原子面向上移动； 机制： 正攀移：原子从半原子面下端离开；空位反向扩散至位错的半原子面边缘 负攀移：原子扩散至位错附近，并加入到半原子面上。 * * 注意：1）攀移时位错线上带有很多台阶（割阶）！ 2）位错攀移是一个热激活过程，通常只有在高温下才比较明显，常温下并不显著！ 3）外加应力对位错攀移有促进作用，但只有正应力才有效！ 压应力有利于发生正攀移；拉应力有利于发生负攀移！ 垂直于额外半原子面 * * 3）作用在位错上的力 根据切应力所做功与作用在位错上的力所做的功相等，可得： 位错滑移时： （Fd为作用于单位长度位错线上的力，指向位错运动的方向） 位错攀移时： Fd=σb 正应力σ 滑移消耗功：W1=（τLdS）b 假设作用在位错上的力为F，其做功为：W2=FdS * * 二、位错密度 位错密度概念： 单位体积晶体中所包含的位错线总长度！ V为晶体的体积；S为该晶体中位错线的总长度；密度单位为m/m3 位错的引入： 金属加工工艺中自然引入。 超纯金属：103 ~104 m/cm3 位错线的存在使得实际晶体的强度远比理想晶体低！ * * 增进晶体强度的措施： 增加位错密度； 制备不含位错或含位错极少的晶体（晶须，10m/cm3) 陶瓷？ 键力强，局部滑移困难，位错密度很低，强度大！ * * 三、位错的观察 位错在晶体表面的露头 抛光后的试样在侵蚀时，由于易侵蚀而出现侵蚀坑，其特点是坑为规则的多边形且排列有一定规律。只能在晶粒较大，位错较少时才有明显效果。 薄膜透射电镜观察 将试样减薄到几十到数百个原子层(500nm以下)，利用透射电镜进行观察，可见到位错线。 * * * * 五、晶体中的界面 面缺陷：在三维空间的两个方向上的