线缺陷+面缺陷.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,*,3.3,线缺陷,位错,晶体中某处,一列或若干列,原子有规律的,错排,。,用于解释晶体的塑性变形。,位错的提出：,m,=,10,4,10,5,MPa,实际,金属单晶：,切变强度值间的巨大差异，使人们认识到,:,一般金属,理论,切变强度：,110,MPa,晶体的滑移也并非刚性同步,实际晶体结构并非理想完整,1934,年,Taylor,、,Polanyi,、,Orowan,三人几乎同时,提出,晶体中,位错,的,模型,。,2.,相比于刚性滑移，小距离的弹性偏移,容易实现。,实测临界切应力低的原因？,位错附近的原子因错排而能量较高，容易运动；,透射电镜下观察到的位错线,1956,年,，晶体错位被实验观察所证实，,位错理论得到广泛接受。,3.3.2,位错的类型及性质,根据,原子的滑移方向,和,位错线取向,的几何特征，位错可分为：,刃位错,螺位错,混合位错,一、位错的类型,刃型位错,（,edge dislocation,）,滑移面：,ABCD,半原子面：,EFGH,位错线：,EF,EF,线犹如砍入晶体的一把刀的刀刃,EF,晶体已滑移部分和未滑移部分的交线,位错线,:,刃位错,:,（,1,）正刃型位错,:,分类,：,半原子面在滑移面上方,.,用“”,表示,半个原子面在滑移面下方,.,（,2,）负刃型位错,:,用“”表示。,2.,螺型位错,A,B,C,D,BC,线,以右为已滑移区，以左为未滑移区。,螺形位错,示意图,BC,线两侧的上下两层原子都偏离了平衡位置，围绕着,BC,连成了一个,螺旋线,.,分类,：,拇指,:,螺旋面前进方向,其余,:,螺旋面旋转方向,左旋,:,右旋,:,被,BC,线所贯穿的平行晶面变成以,BC,线为轴的,螺旋面,。,右手法则,左手法则,二、位错的性质,2.,位错不能中断于晶体内部。,位错及畸变区是 一条半径为,3,4,个原子间距的管道；,在表面露头；终止于晶界和相界；与其他位错相交；自行封闭成环。,1.,形状：,不一定是直线,3.3.3,位错的表征,-,柏氏矢量,1.,柏氏矢量的物理意义,柏氏矢量，,b,，,反映由位错引起的点阵,畸变大小,的物理量。,（,b,越大，位错周围的点阵畸变越严重）,2.,柏氏矢量的确定方法,按,右手法则,做柏氏回路。,（,1,）先确定位错的方向，,（一般规定位错线垂直纸面,时，由纸面向外为正）,M,N,O,P,Q,（,2,）在,实际晶体中,，避开位错附近的严重畸,变区,作一闭合回路,，回路每一步连结相,邻原子。,刃型位错柏氏矢量的确定,(a),有位错的晶体,M,N,O,P,Q,M,N,O,P,Q,刃型位错柏氏矢量的确定,(a),有位错的晶体,(b),完整晶体,（,3,）按同样方法在,完整晶体中做回路,。,M,N,O,P,Q,M,N,O,P,Q,刃型位错柏氏矢量的确定,(a),有位错的晶体,(b),完整晶体,（,4,）这时终点,和起点不重合，由,终点到,起点,引一,矢量,QM,，,即柏氏矢量,b,。,柏氏矢量,螺型位错柏氏矢量的确定,(a),有位错的晶体,(b),完整晶体,柏氏矢量,螺型位错,3.,柏氏矢量,b,的特征,b,与起点的选择无关,;,与路径也无关。,(,一根不可分叉的任何形状的位错,只有一个,b),b,具有守恒性。,利用,b,与位错线,t,的关系,可判定位错类型。,b,t,b,t,刃型位错,3.3.4,位错的运动,一、位错的易动性,位错为什么易动？,毛毛虫爬行,二、位错运动的方式,1.,滑移：,位错沿滑移面的移动。,位错运动到晶体表面时，整个上半部晶体相对下半部,刃型位错的滑移,移动了一个柏氏矢量。,2.,晶体滑移方向与位错运动方向一致。,特征：,刃型位错的滑移,1.,刃型位错滑移面唯一；,（螺位错可有多个滑移面）,一,.,位错运动与晶体结构的关系？,位错沿原子密排面及密排方向的运动最容易。原子排列最紧密地平面被认为是滑移面，最密排方向被认为是滑移方向。,2.,攀移：,刃型,位错在垂直于滑移面方向上的运动。,分类,：,正攀移,原子面上移，空位加入,空位运动引起的攀移（正攀移）,间隙原子运动引起的攀移（负）,负攀移,原子面下移，原子加入,多余半原子面通过空位（原子）,扩散,而缩短,(,或伸长,),。,2.,所需能量不同，,位错攀移的实质：,滑移与攀移的区别：,3.,螺型位错没有攀移运动。,1.,运动方向不同；,（平行,/,垂直 于滑移面）,攀移需要更大的能量；,？,3.4,面缺陷,特定表面上晶体的平移对称性终止或间断。,材料的表面,晶界,相界,3.4.1,晶体的表面,表面原子,的,另一侧无固体中原子的键合，,配位数少,有空悬的化学键。,表面悬空键：,石墨烯片层示意图,体相原子,表面原子,悬空键,悬空键的存在，导致,表面原子,偏离正常位置，并影响邻近的几层原子，造成点阵畸变，使其,能量高于,晶体,内部,。,表面悬空键对晶体的影响：,晶体表面,单位面积能量的增加,。,（比）表面能：,表面能具有各向异性吗？原因？,体相原子,表面原子,悬空键,表面具有易吸附性,体相原子,表面原子,悬空键,纳米材料,催化,团聚,?,3.4.2,晶界,晶体结构,相同,空间取向,不同,晶界两侧晶粒关系,:,一,.,晶界的结构,根据,相邻晶粒的位向差,，分为,小角度晶界,大角度晶界,共格界面,(,特殊,),小角度晶界基本上由一系列刃位错组成。,1.,小角度晶界,小角度晶界示意图,相邻晶粒位向差,很小，一般,小于,10,。,结构：,晶界中位错排列越密，则位向差愈大。,特点：,相邻晶粒位向差较大，,一般,大于,10,。,2.,大角度晶界,大角度晶界示意图,不能用位错模型，关于大角度晶界的结构说法不一。,结构及特点：,晶界可视为,2,3(5),个原子的过渡层。,晶界部分的原子排列尽管有其规律，但排列复杂，暂以,相对无序,来理解。,共格界面,有轻微错配的共格界面,MgO,中,(310),挛生面形成的取向差为,36.8,的共格晶界,共格孪晶界与非共格孪晶界,界面上,两侧,晶体的某,晶面具有相同的原子排列,，例如同一,族,的不同晶面。,晶界上的原子,同时位于两个晶体点阵的结点上，为两部分所,共有,，这种形式的界面称为,共格界面,。,共格孪晶界与非共格孪晶界,铜合金中的孪晶,与正常晶体内部相比，晶界处的原子,排列紊乱，使能量增高，产生晶界能。,界面能与结构的关系：,二,.,晶界能,