上交材料科学基础-3第三章 晶体缺陷_PPT课件.ppt

典型晶体结构中的单位位错的柏氏矢量 滑移面: 密排面、 b 矢量：密排方向 实际晶体中的堆垛顺序 不全位错：与堆垛层错有关 堆垛层错: 实际晶体中的密排面的正常堆垛顺序遭到破坏 实际晶体中的堆垛顺序：密排原子面按一定顺序堆垛而成。 面心立方：ABCABCABC…; DDDDD.... 密排六方：ABABABAB…；D▽ D▽… 堆垛层错（一） 堆垛层错: 实际晶体中的密排面的正常堆垛顺序遭到破坏 面心立方晶体中存在的层错 抽出型： 插入型: 特点: 一个插入型层错相当于两个抽出型层错 面心立方晶体中存在抽出型层错时相当于在其间形成了一薄层的hcp晶体结构 堆垛层错（二） 密排六方晶体中的层错 抽出型层错 插入型层错 层错能 形成层错几乎不产生点阵畸变，但会破毁晶体的正常周期完整性= 晶体能量升高 增加的能量称为“堆垛层错能”或“层错能”（J/m2) 层错能越低，层错出现的几率越大，越易观察到，例如奥氏体不锈钢中。 不全位错 不全位错：堆垛层错与完整晶体的分界线（b矢量不等于点阵矢量） 肖克莱（Schckley)不全位错: (a/6)*[1,-2,1] (在(111)面上） 特点：1）b矢量永远平行于层错面 2）层错为一平面=其边界在一平面内 3）可以为刃型、螺形、混和位错 4）滑移的结果是层错面的扩大或缩小。但不能攀移，因它必须和层错始终相连 Fcc晶体中两种重要的不全位错 面心立方晶体中的肖克莱不全位错：再看仔细点！ 两个多余的半原子面！ (1,-2,1) (111) 目视方向 弗兰克（Frank) 不全位错 弗兰克（Frank) 不全位错：插入或抽出半原子面所形成的层错与完整晶体的边界, （a/3)*111。 抽出：负弗兰克（Frank) 不全位错 插入：正弗兰克（Frank) 不全位错 特点：a) (a/3)*111，纯刃型位错 b）不能在滑移面上滑移，只能攀移 c）属不动位错（sessile dislocation) 面心立方晶体中的位错 汤普森（Thompson）四面体 FCC 中所有重要的位错和位错反应均可用Thompson四面体表示。 (1) 四个面即为4个可能的滑移面(111), (-1,1,1), (1,-1,1), (1,1,-1) (2) 6条棱边代表12个晶向，即FCC中所有可能的12个全位错的b矢量 汤普森四面体的展开 **每个顶点与其中心的连线共代表24个(a/6)112 肖克莱不全位错的b矢量 **4个顶点到它所对的三角形中点连线代表8个(a/3)111弗兰克不全位错的b矢量 **4个面中心相连即为(a/6)110 压杆位错 FCC中的位错反应 位错反应：位错之间的合并与分界 1）几何条件：b矢量总和不变 2）能量条件：反应降低位错总能量 线弹性理论概要 螺型位错的应力场 连续介质模型： 中空圆柱（不考虑位错中心区） 圆柱坐标：方便（利用其轴对称特性！） 位移：uz， 其余分量为零 应变：gyz=b/2pr=gyz, 其余分量为零 应力：tyz = tyz = Ggyz = Gb/2pr， 虎克定律；其余分量为零 直角坐标 螺型位错的应力场的特点 只有切应力分量，无体积变化 应变、应力场为轴对称 1/r 规律；r-0, 应力无穷大，不合实际情况，不适合中心严重畸变区。此规律适用于所有位错！ 刃型位错的应力场 连续介质模型： 1。切开，插入半原子面大小的弹性介质 2。中空圆柱，径向平移 b 插入 切开 1 2 直角坐标 圆柱坐标 n n 同时存正、切应力分量， 正比于Gb 各应变、应力只是（x, y)的函数，平面应变 多余半原子面所在平面为对称平面 滑移面上无正应力、切应力达最大值 上压下拉 Anywhere 特征分界线 x = +-y, txy, tyy 在其两侧变号， 其上则为零 刃型位错应力场的特点 注意：前述为无限长直位错在无限大均匀各向同性介质中的应力场 n 位错= 点阵畸变 = 能量的增高， 此增量称为位错的应变能 (E= Ec + Es ≈ Es) Ec：位错中心应变能(占总的10%) Es：位错应力场引起的弹性应变能 位错的应变能 = 制造单位位错所作的功 位错的应变能 Strain Energy 根据位错切移模型和弹性理论可求得 混合位错角度因素： 螺 K=1 刃 K=1- n z z x x 位错应变能的特点 1）应变能与b2 成正比， 故具有最小b的位错最稳定b， 大的位错有可能分解为b小的位错， 以降低系统能量。 2)应变