《原子排列》PPT课件.ppt

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1、1,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,3 柏氏矢量 Burgers vector(1)确定方法(避开严重畸变区)a 在位错周围沿着点阵结点形成封闭回路。b 在理想晶体中按同样顺序作同样大小的回路。c 在理想晶体中从终点到起点的矢量即为。,2,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,3 柏氏矢量（1）确定方法(避开严重畸变区),3,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,3 柏氏矢量（1）确定方法(避开严重畸变区),4,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,（2）柏氏矢量的表示方法 a 表示:b=a uvw/n（可以用矢量加

2、法进行运算）。b 求模：/b/=a u2+v2+w21/2/n。,5,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,(3)柏氏矢量的物理意义与应用 a 代表位错，并表示其特征（强度、畸变量）。b 判断位错的类型,确定滑移面。b正刃型位错 负刃型位错 右螺型位错 左螺型位错c 表示晶体滑移的方向和大小。如右图所示，确定位错线分别为刃型位错和螺型位错时扫过晶体导致的表面圆形标记的变化情况。,6,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,（3）柏氏矢量的物理意义 d 柏氏矢量的守恒性（唯一性）：一条位错线具有唯一 的柏氏矢量。e 若b分支为b1,b2.bn,在b=bi.,7,

3、第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,4 位错密度（1）表示方法：K/V n/A（2）晶体强度与位错密度的关系（-图）,8,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,4 位错密度（3）位错观察：浸蚀法、电境法。,(c)2003 Brooks/Cole Publishing/Thomson Learning,(c)2003 Brooks/Cole Publishing/Thomson Learning,9,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,4 位错密度（3）位错观察：浸蚀法、电境法。,10,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排

4、列,5 位错的运动（1）位错的易动性 原子的微小移动导致晶体产生一个原子间距的位移。多个位错的运动导致晶体的宏观变形。比喻：地毯的挪动、蛇的爬行等。,11,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,5 位错的运动（1）位错的易动性,位错滑移模型1,位错滑移模型2,地毯式移动,12,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,（2）位错运动的方式 a 滑移：位错沿着滑移面的移动。刃型位错的滑移：具有唯一的滑移面 切应力方向与位错线垂直；晶体滑移方向与位错运动方向一致。,13,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,（2）位错运动的方式 a 滑移：位错沿着

5、滑移面的移动。,14,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,（2）位错运动的方式 a 滑移：位错沿着滑移面的移动。螺型位错的滑移：具有多个滑移面。切应力方向与位错线平行；晶体滑移方向与位错运动方向垂直。从柏氏矢量角度，对任何位错：切应力方向与柏氏矢量一致；晶体滑移与柏氏矢量一致。,15,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,（2）位错运动的方式 a 滑移：位错沿着滑移面的移动。位错环的滑移：注重柏氏矢量的应用,10h,16,习题讨论课-晶体结构部分,第一章,第三节原子不规则排列,1 计算1cm3铜中的原子数，已知室温下acu=0.361nm.2 已知Al2O

6、3的密度为3.8g/cm3,求：（1）1mm3 Al2O3中存在多少原子？(2)1g Al2O3中存在多少原子？3 说明一个面心正方结构等于一个体心正方结构.4 证明密排六方结构的c/a=1.633.5 在(111)晶面上绘出属于 的晶向.6 You are given an unknown material and are asked to identify it to the best of your ability.What are some of the tests that you can perform to help identify the material?,12h,17,第

7、三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,（2）位错运动的方式 b 攀移：刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动。机制：原子面下端原子的扩散位错随半原子面的上下移 动而上下运动。分类：正攀移（原子面上移、空位加入）/负攀移（原子面 下移、原子加入）。应力的作用：（半原子面侧）压应力有利于正攀移，拉应 力有利于负攀移。,18,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,（2）位错运动的方式 b 攀移：刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动。,19,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,（3）作用在位错上的力（单位距离上）(虚功原理-组态力）滑移：f=b；垂直于位

8、错线，指向位错运动方向（未滑移区）攀移：f=b。,20,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,6 位错的应力场及其与其它缺陷的作用（1）应力场 完全弹性体 各向同性 连续介质（位错中心区外）螺位错：z=b/2r z G b/2r。特点：只有切应力分量；应力场对称分布;不适用于位错中心区。,21,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,6 位错的应力场及其与其它缺陷的作用（1）应力场刃位错：表达式(1-9)；同时存在正应力分量与切应力分量；各应力分量都是x，y的函数，而与z无关；刃型位错的应力场对称于多余半原子面（y-z面）；Y=0时，xx=yy=zz=0，说明

9、在滑移面上，没有正应力，只有切应力，而且切应力xy达到极大值。y0时，xx0；而y0时，xx0。这说明正刃型位错的位错滑移面上侧为压应力，滑移面下侧为张应力。在应力场的任意位置处，|xx|yy|。,22,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,6 位错的应力场及其与其它缺陷的作用（2）位错的应变能与线张力 A 单位长度位错的应变能：w=Gb2(推导略）。（0.51.0,螺位错取下限，刃位错取上限。）B 位错的线张力：T=Gb2。C 位错是不稳定的缺陷。（熵增不能抵消应变能的增加。）单根位错趋于直线状；结点处张力平衡；两端固定且受力时弯曲。,23,第三节 原子的不规则排列,第一章

10、,第三节原子不规则排列,6 位错的应力场及其与其它缺陷的作用（2）位错的应变能与线张力 D 保持位错弯曲所需的切应力：Gb/2r,24,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,6 位错的应力场及其与其它缺陷的作用（3）位错与位错的交互作用 f=b，f=b（刃位错）。同号相互排斥，异号相互吸引。(达到能量最低状态。),25,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,6 位错的应力场及其与其它缺陷的作用（4）位错与溶质原子的相互作用 间隙原子聚集于位错中心，使体系处于低能态。柯氏气团：溶质原子在位错线附近偏聚的现象。（5）位错与空位的交互作用 导致位错攀。,26,第三

11、节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,7 位错的增殖、塞积与交割（1）位错的增殖：F-R源。位错两端被钉扎，在切应力作用 下发生弯曲；位错运动时发生卷曲；异号位错相遇一位错环+一位 错线；上述过程重复进行。(p38),27,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,7 位错的增殖、塞积与交割（2）位错的塞积 分布：逐步分散。错受力：切应力作用在位错上的力、位错间的排斥力、障碍物的阻力（短程）。,障碍物,源,O,28,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,7 位错的增殖、塞积与交割（3）位错的交割位错交割后结果：按照对方位错柏氏矢量（变化方向和大小）

12、。割阶：位错交割后的台阶不位于它原来的 滑移面上。扭折：位于。刃位错:割阶为刃型,扭折为螺型;螺位错:割阶和扭折均为刃型.对性能影响：增加位错长度,产生固定割阶。(p40),14h,29,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,8 位错反应（1）位错反应：位错的分解与合并。（2）反应条件 几何条件：b前=b后；反应前后位错的柏氏矢量之和相等。能量条件：b2前b2后;反应后位错的总能量小于反应前位错的 总能量。,30,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,9 实际晶体中的位错 位错的柏氏矢量一般是最短的点阵矢量。结构条件：柏氏矢量连接两个原子平衡位置。能量条件：

13、体系能量越低，位错越稳定。（1）全位错：通常把柏氏矢量等于点阵矢量的位错称为全位错或单位位错。（2）不全位错：柏氏矢量小于点阵矢量的位错。,31,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,9 实际晶体中的位错（3）肖克莱和弗兰克不全位错。肖克莱不全位错的形成：原子运动导致局部错排，错排区与完整晶格区的边界线即为肖克莱不全位错。（结合位错反应理解。可为刃型、螺型或混合型位错。）（能滑移，不能攀移。）,32,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,9 实际晶体中的位错 弗兰克不全位错的形成：在完整晶体中局部抽出或插入一层原子所形成。（只能攀移，不能滑移。）,33,第三

14、节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,9 实际晶体中的位错（4）堆垛层错与扩展位错堆垛层错：晶体中原子堆垛次 序中出现的层状错排。扩展位错：一对不全位错及中 间夹的层错称之。,34,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,三 面缺陷 面缺陷主要包括晶界、相界和表面，它们对材料的力学和物理化学性能具有重要影响。,35,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,三 面缺陷1 晶界（1）晶界：两个空间位向不同的相邻晶粒之间的界面。,36,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,三 面缺陷1 晶界（2）分类大角度晶界：晶粒位向差大于10度的晶

15、界。其结构为几个原子范围内的原子的混乱排列，可视为一个过渡区。,37,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,三 面缺陷1 晶界（2）分类小角度晶界：晶粒位向差小于10度的晶界。其结构为位错列，又分为对称倾侧晶界和扭转晶界。,38,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,三 面缺陷1 晶界（2）分类(扭转晶界),39,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,三 面缺陷1 晶界（2）分类亚晶界：位向差小于1度的亚晶 粒之间的边界。为位错结构。孪晶界：两块相邻孪晶 的共晶面。分为共格孪晶界和非共格孪晶界。,40,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三

16、节原子不规则排列,三 面缺陷2 相界（1）相界：相邻两个相之 间的界面。分类：共格、半共格 和非共格相界。,41,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,三 面缺陷3 表面（1）表面吸附：外来原子或气体分子在表面上富集的现象。（2）分类 物理吸附：由分子键力引起，无选择性，吸附热小，结合力小。化学吸附：由化学键力引起，有选择性，吸附热大，结合力大。,42,第三节 原子的不规则排列,第一章,第三节原子不规则排列,三 面缺陷4 界面特性（1）界面能会引起界面吸附。（2）界面上原子扩散速度较快。（3）对位错运动有阻碍作用。（4）易被氧化和腐蚀。（5）原子的混乱排列利于固态相变的形核。

17、,16h,43,第一章,第三节原子不规则排列,本章小结与习题讨论课-晶体缺陷部分,1 已知位错环ABCD的柏氏矢量为b,外应力为和，求：（1）位错环的各边分别是什么位错？（2）设想在晶体中怎样才能得到这个位错？（3）在足够大的切应力作用下，位错环将如何运动？（4）在足够大的拉应力作用下，位错环将如何运动？,44,第一章,第三节原子不规则排列,本章小结与习题讨论课-晶体缺陷部分,2 如图所示，若在切压力的作用下，位错环发生收缩。要使该位错环在 晶体中稳定不动，其最小半径应该是多大？3 有两个被钉扎的刃型位错A-B,C-D,它们的长度相等，b矢量相同，可看作两个F-R源。试分析增殖过程中两位错的交互作用情况。若形成一个大的位错源，使其开动的切应力C多大，若两位错柏氏矢量相反，情况如何？,45,第一章,第三节原子不规则排列,本章小结与习题讨论课-晶体缺陷部分,4 设面心立方晶体中的（111）为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为 a110/2,.(1)在晶胞中画出b的方向并计算其大小。(2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，并 写出此二位错线的晶向指数。,