材料科学基础3-1点缺陷3-2复习课程.pptVIP

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概 述; 前边讨论的大都是理想的晶体结构,在理想的晶体结构中,所有的原子都处于规则的晶体学位置上,也就是平衡位置上。但人们很早就发现在实际晶体中,并不是那麽完整无缺的,原子的排列不可能绝对规则和完整,总是存在着偏离完整性的区域,对此称为晶体缺陷。根据晶体缺陷的几何形态特征,一般将它分为三类:点缺陷、线缺陷和面缺陷。 ;(1)点缺陷 它在三维空间各方向上尺寸都很小,亦称为零维缺陷,如空位间隙原子和异类原子等。 (2)线缺陷 亦称一维缺陷,在两个??向上尺寸很小,主要是位错。 (3)面缺陷 在空间一个方向上尺寸很小,另外两个方向上尺寸较大的缺陷,如晶界、相界等。;点缺陷的类型;其中Ce为某一种类型点缺陷的平衡浓度,N为晶体的原子总数,A为材料常数,T-热力学温度,k-玻尔兹蔓常数,u-该类型缺陷的形成能。 熵值的增加随缺陷数量的变化是非线性的,(如图4-3)所示少量点缺陷的存在使熵增快速增加,继续增加点缺陷使熵增变化逐渐变缓。ΔU和ΔS这两项相反作用的结果使自由能变化ΔA;的走向如图4-3的中间曲线所示,先随晶体中缺陷数目的增多,自由能逐渐降低,然后又逐渐增高,这样体系中在一定温度下存在着一个平衡的点缺陷浓度,在该浓度下体系的自由能最低。也就是说由热振动产生的点缺陷属于热力学平衡缺陷,晶体中存在这些缺陷使自由能是降低的;相反,如果没有这些却陷,自由能反而升高。;返回; Cu晶体的空位形成能uv=0.9ev/atom或 1.44*10-19J/atom材料常数A取作1,k=1.38*10-23. 计算: 1)在500℃下,每立方米中的空位数目; 2)500 ℃下的平衡空位浓度 。;1)将N代入,计算空位数目ne;2)计算空位浓度;2、过饱和点缺陷的产生 有时晶体中点缺陷的数目会明显超过平衡值,这些点缺陷称为过饱和点缺陷。产生过饱和点缺陷的原因有高温淬火、辐照、冷加工等。 三、点缺陷及材料行为 空位和间隙原子的运动是晶体内原子扩散的内部原因,原子(或分子)的扩散就是靠点缺陷的运动而实现的。材料加工工艺中不少过程都是以扩散作为基础的,如改变表面 ;下页;时破坏了原子排列的规律性,使电子在传导时的散射增加,从而增加了电阻。 ②空位的存在使晶体的密度下降,体积膨胀。 ③空位的存在及其运动是晶体高温下发生蠕变的重要原因之一。 ④高温快速冷却时保留的空位,或经辐照处理后空位,这些过量空位往往沿一些晶面聚集,形成空位片,或它们与其他晶体缺陷发生交互作用,因而使材料强度有所提高,但同时也引起显著的脆性。;第二节 位错的基本概念;★1947年 Cottrell发表了溶质原子与位错间交互作用 的研究报告 。;二.位错类型 ;螺型位错与刃型位错的区别; (4)螺位错与刃位错的滑移运动有一个重要的差别,即刃位错有确定的滑移面(1)它们都是线缺陷; (2)它们都可以在外力的作用下发生滑移运动,而且运动的结果都是在位错线滑移过的区域之中,造成了上下两半晶; 据位错模型不难看出,晶体中有了位错,滑移就十分容易进行。由于位错处原子能量高,不太稳定,因此在切应力作用下原子很容易位移,把位错推进一个原子距离。(图4-12);下页;;三.柏氏矢量 ;柏氏矢量的物理意义;(1)一条位错线可以是弯曲的任意形状,因为位错线的各个部分可以是不同性质的位错,但是它们的柏氏矢量缺顶只有一个,处处相同。 (2)如果有几条位错线相交于一点,如果把所有位错线的方向都设定为指向交点(或相反),则每条位错线的b矢量之和为零。;●柏氏矢量表示方法;大拇指;四.位错的运动 ;1、位错的滑移 位错的滑移是在切应力下进行的,只有当滑移面上的切应力分量达到一定值后位错才能滑移。刃、螺位错滑移特征的不同之处在于: (1)开动位错运动的切应力方向不同,使刃型位错运动的切应力方向必须与位错线垂直;而使螺型位错运动的切应力方向却是与螺型位错平行的。 (2)位错运动方向与晶体滑移方向之间的关系不同,不论是刃型;或螺型,它们的运动方向总是与位错线垂直的,而位错通过后,晶体所产生的滑移方向就不同了,对于刃位错,晶体的滑移方向与位错运动方向是一致的,而螺位错引起的晶体滑移方向与位错运动方向垂直。 位错环的滑移特征,如图4-20,位错在滑移面上自行封闭形成位错环,位错环的柏氏矢量正好处于滑移面上,所以可以理解为;滑移面上圆形区域内沿着柏氏矢量方向局部滑移,位错环就是滑移区与未滑移区的边界。;2、位错的攀移 只有刃位错才能发生攀移运动,螺型位错是不会攀移的。攀移的本质是刃型位错的半原子面向上或向下移动,于是位错线也就跟着向上或向下运动,因此攀移时位错线的运动方向正好与

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