位错反应与层错理论优秀课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/1/7,#,位错反应和层错机理,1,面心立方晶体中的典型位错,柏氏矢量,位错类型,刃、螺、混,刃、螺、混,纯刃,位错线形状,空间曲线,111面上任意曲线,111面上任意曲线,可能运动方式,滑移、攀移,只滑不攀,只攀不滑,位错名称,全位错,肖克莱位错,弗兰克位错,2,4.,位错反应,(dislocation reaction),：,实际晶体中，组态不稳定的位错可以转化为组态稳定的位错;,具有不同,b,的位错线可以合并为一条位错线；反之，一条位错线也可以分解为两条或多条具有不同,b,的位错线。,位错反应,位错之间相互转换,(,即柏氏矢量的合成与分解,),。,一、位错反应,3,位错反应能否进行取决于两个条件：,几何条件：反应前的柏氏矢量和等于反应后的柏氏矢量和。,能量条件：反应后诸位错的总能量小于反应前诸位错的总能量，这是热力学定律所要求的。,b,1,b,2,b,3,注意：,b,的方向与规定的,的正向有关。所以位错反应中，一般规定,反应前位错线指向节点，反应后离开节点。,位错反应判据,4,一个位错分解成两个或多个具有不同柏氏矢量的位错，面心立方晶体中一个全位错分解成两个肖克莱不全位错。,两个或多个具有不同柏氏矢量的不全位错合并成一个全位错，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。,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：,位错反应类型,5,FCC,中，以全位错分解成两个肖克莱位错为例。,结构条件：,满足,能量条件：,满足,位错反应判据详解,6,Thompson,四面体：,可以帮助确定,fcc,结构中的位错反应。沿,(111),面，定义每个面的中点坐标为：,汤普森四面体,7,(,b),四面体外表面中心位置,定义：,为,ABC,面中点,为,BCD,面中点,为,ABD,面中点,为,ACD,面中点,汤普森四面体,8,实例计算,9,汤普森四面体的展开,10,用于表示,fcc,晶体中的位错反应,Thompson,四面体在,fcc,晶胞中的位置：,D,点在坐标原点，其余顶点的坐标分别为，,A,(1/2,0,1/2),，,B,(0,1/2,1/2),，,C,(1/2,1/2,0),。四面体,4,个外表面（等边三角形）的中心分别用,、,、,、,表示，并分别对应,A,、,B,、,C,、,D,四个顶点所对的面。这样,A,、,B,、,C,、,D,、,、,、,、,等,8,个点中的每,2,个点连成的向量就表示了,fcc,晶体中所有重要位错的柏氏矢量。,汤普森四面体位点解释,11,A,B,C,D,汤普森四面体位点坐标,12,B,A,D,D,D,C,(a),(c),(b),(d),由四面体顶点,A,、,B,、,C,、,D,（罗马字母）连成的向量：,罗,-,罗向量就是,fcc,中全位错的,12,个可能的柏氏矢量,1,、罗,-,罗向量,13,B,A,D,D,D,C,(a),(c),(b),(d),由四面体顶点（罗马字母）和通过该顶点的外表面中心（不对应的希腊字母）连成的向量：,这些向量可以由三角形重心性质求得,不对应的罗,-,希向量是,fcc,中,24,个,Shockley,不全位错的柏氏矢量,2,、不对应的罗,-,希向量,14,B,A,D,D,D,C,(a),(c),(b),(d),4,个顶点到它所对的三角形中点的连线代表,8,个,1/3,111,型的滑移矢量。根据矢量合成规则可以求出对应的罗希向量：,对应的罗希向量就是,fcc,中,8,个,Frank,不全错的柏氏矢量。,3,、对应的罗,-,希向量,15,所有希希向量也都可以根据向量合成规则求得：,同理可得：,希希向量就是,fcc,中,压杆位错,的柏氏矢量。,B,A,D,D,D,C,(a),(c),(b),(d),4,、希,-,希向量,16,2)扩展位错,17,面心立方中扩展位错的进一步解释,：,正常堆垛,ABCABC.,B,位置到,C,位置：,ABCACB.,，层错,18,2)扩展位错,由一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错组态。,面心立方晶体中，能量最低的全位错是处在,(111),面上的柏氏矢量为 的单位位错。现考虑它沿,(111),面的滑移情况。,如图,(111),面上的圆球位置为,A,层位置，,B,层和,C,层的原子分别处于三个,A,层原子位置的低谷位置。,a),全位错的滑移,若单位位错 在切应力作用下沿着,(111),在,A,层原子面上滑移时，则,B,层原子从,B,1,位置滑动到相邻的,B,2,位置，点阵排列没有变化，不存在层错现象。但需要越过,A,层原子的“高峰”，这需要提供较高的能量。,面心立方晶体中，能量最低的全位错是处在,(111),面上的柏氏矢量为 的单位位错。现考虑它沿,(111),面的滑移情况。,19,但如果滑移分两步完成，即先从,B,1,位置沿,A,原子间的“低谷”滑移到邻近的,C,位置，即 ；然后再由,C,滑移到另一个,B,2,位置，即 ，这种滑移比较容易。,b),及 分位错的滑移及其间的层错,第一步当,B,层原子移到,C,位置时，将在,(111),面上导致堆垛顺序变化，即由原来的,ABCABC.,正常堆垛顺序变为,ABCA CABC.,。,这种原子堆垛次序遭到破坏现象称为,堆垛层错,。,而第二步从,C,位置再移到,B,位置时，则又恢复正常堆垛顺序。,20,每一步滑移造成了层错，因此，,层错区与正常区之间必然会形成两个不全位错。,故 和 为肖克莱不全位错。也就是说，一个全位错 分解为两个肖克莱不全位错 和 ，全位错的运动由两个不全位错的运动来完成，即,这个位错反应从几何条件和能量条件判断均是可行的，因为,几何条件：,能量条件：,21,2)扩展位错,分解后的这两个不全位错位于同一滑移面上，其柏氏矢量夹角是,60,，它们是互相排斥的，有分开的趋势，在两个不全位错之间夹了一片层错区。,通常我们将这种两个不全位错夹一个层错区的组态称之为,扩展位错,。,22,B,B,B,B,B,B,C,C,A,C,C,A,b,1,b,2,b,3,b,1,b,2,b,3,C,b,1,=,b,2,+,b,3,+SF,2)扩展位错,23,（1）扩展位错的宽度,为了降低两个不全位错间的层错能，力求把两个不全位错的间距缩小，则相当于给予两个不全位错一个吸力，数值等于层错的表面张力,（即单位面积层错能）。,两个不全位错间的斥力则力图增加宽度，,当斥力与吸力相平衡时,，不全位错之间的距离一定，这个,平衡距离便是扩展位错的宽度,d,。,面心立方晶体中的扩展位错,24,当,f,与层错能,相等时，处于平衡,扩展位错的宽度,:,层错能,，扩展宽度,d,，相反则,。,d,b,Co,Ag,Cu,Au,Al,Ni,0.02,0.02,0.04,0.06,0.20,0.25,J/m,2,两个平行不全位错之间的斥力,（1）扩展位错的宽度,25,纯螺位错在,面上分解,运动过程中，若前方受阻，两个偏位错束集成全位错。,当杂质原子或其它因素使层错面上某些地区的能量提高时，该地区的扩展位错就会变窄，甚至收缩成一个结点，,又变成原来的全位错，这个现象称为,位错的束集,。,束集可以看作,位错扩展的反过程。,（,2,）扩展位错的束集,26,在外力作用下，扩展位错收缩成原来的全位错的过程称为束集。,（,2,）扩展位错的束集,27,由于扩展位错只能在其所在的滑移面上运动，若要进行交滑移，扩展位错必须首先,束集成全螺位错,，,然后交滑移到 面上，重新分解成新的扩展位错，继续运动。,总结：,在实际晶体中，由于扩展位错的形成，螺位错的交滑移,比全位错的交滑移要,困难得多,，必须经束集后才能进行。晶体层错能越低，扩展位错的宽度越大，束集越困难，不易交滑移，因此晶体的变形抗力越大。,（3）扩展位错的交滑移,28,扩展位错的交滑移过程,29,（3）位错,网络,Dislocation network,实际晶体中存在几个,b,位错时会组成二维或三维的位错网络,30,设：,面上有扩展位错：,面上有扩展位错：,在相交滑移面上两个扩展位错的领先位错相遇而成,即（,a,）,BDC,面上：,即（,d,）,ABC,面上：,4,.,面角位错(,L-C,位错、压杆位错),31,反应过程,滑移面：,Lomer-Cottrell,位错，面角位错,4,.,面角位错(,L-C,位错、压杆位错),32,该扩展位错在各自的滑移面上相向移动，当扩展位错中的一个不全位错到达交线,BC,时，发生位错反应：,B,+,B,新位错,1/6110,的柏氏矢量在（,001,）面上，滑移面是（,001,），因此是固定的纯刃型位错。,另外，它还带着两片分别位于（,111,）和 面上的层错以及两个不全位错，在两个（,111,）面的面角上，这种由于三个不全位错和两片层错构成的位错组态,称为,Lomer,Cottrell,位错,33,面心立方结构中，在 和 面上有两个全位错,b,1,和,b,2,：,4,.,面角位错(,L-C,位错、压杆位错),34,两个全位错,b,1,和,b,2,发生分解，形成扩展位错：,4,.,面角位错(,L-C,位错、压杆位错),35,在外力作用下，两个扩展位错向两个滑移面的交线处滑移。两个领先不全位错,b,12,和,b,21,在交线110处相遇，发生合成反应：,面角位错,反应生成两面一夹角组态的面角位错。,4,.,面角位错(,L-C,位错、压杆位错),36,