《位错的运动与交割》PPT课件

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1、第3章位错的运动与交割3.1位错的运动3.2运动位错的交割3.3位错的增殖3.1位错的运动(DislocationMovement)3.1.1刃型位错的滑移(Slip)运动图3.1刃型位错滑移的示意图（a）滑移时周围原子的位移；（b）滑移过程图3.1为刃型位错的移动过程。在外加切应力τ的作用下位错中心附近的原子由“·”位置移动小于一个原子间距的距离到达“º”的位置，使位错在滑移面上向左移动了一个原子间距。如果切应力继续作用，位错将继续向左逐步移动。当位错线沿滑移面滑移通过整个晶体时，就会在晶体表面沿柏氏矢量方向产生

2、宽度为一个柏氏矢量大小的台阶，即造成了晶体的塑性变形，如图3.1（b）所示。在滑移时，刃型位错的运动方向始终垂直于位错线而平行于柏氏矢量。刃型位错的滑移面是由位错线与柏氏矢量所构成的平面，且是惟一的。在相同外加切应力的作用下，正、负刃型位错的运动方向相反，但产生的变形却完全相同。图3.3螺型位错滑移的示意图（a）原始位置；（b）位错向左移动了一个原子间距；（c）滑移过程3.1.2螺型位错及混合型位错的滑移运动图3.3（a）表示螺型位错运动时，位错线周围原子的移动情况，当位错线沿滑移面滑过整个晶体时，同样会在晶体表面

3、沿柏氏矢量方向产生宽度为一个柏氏矢量的台阶，见图3.3（b）所示。在滑移时，螺型位错的移动方向与位错线垂直，也与柏氏矢量垂直，其滑移过程见图3.3（c）所示。混合型位错的移动运动如图3.4所示。根据确定位错线运动方向的右手法则，即以拇指代表沿着柏氏矢量b移动的那部分晶体，食指代表位错线方向，则中指就表示位错线移动方向，该混合位错在外加切应力τ作用下，将沿其各点的法线方向在滑移面上向外扩展，最终使上下两块晶体沿柏氏矢量方向移动一个b大小的距离。图3.4混合型位错的滑移过程通过上述分析可知，不同类型位错的滑移方向与外加

4、切应力和柏氏矢量的方向不同，如图3.5所示。刃型位错的滑移方向与外加切应力τ及柏氏矢量一致，正、负刃型位错方向相反；螺型位错的滑移方向与外加切应力τ及柏氏矢量垂直，左、右螺型位错方向相反；混合型位错的滑移方向与外加切应力τ及柏氏矢量成一定角度，晶体的滑移方向与外加切应力τ及柏氏矢量相一致。图3.5位错的滑移方向与外加切应力τ及柏氏矢量的关系（a）刃型位错；（b）螺型位错；（c）混合型位错刃型位错在垂直于滑移面方向的运动称为攀移。通常把多余半原子面向上运动称为正攀移，向下运动称为负攀移，如图3.6所示。刃型位错的攀移

5、相当于多余半原子面的伸长或缩短，可通过物质迁移即原子或空位的扩散来实现。螺型位错没有多余的半原子面，因此不会发生攀移运动。3.1.3刃型位错的攀移(Climb)运动图3.6刃型位错的攀移运动示意图（a）未攀移的位错；（b）空位引起的正攀移；（c）间隙原子引起的负攀移位错攀移需要热激活，较滑移所需的能量更大，所以对大多数材料，在室温下很难进行位错的攀移，而在较高温度下，攀移较易实现。如图3.7所示，设刃型位错向上攀移dl距离，位错线方向垂直板面向外。攀移时产生的体积变化为：图3.7刃型位错的攀移A位错攀移的阻力(Re

6、sistanceForce)其值为正表示材料增加，为负表示材料减少。对于单位长度位错线的体积变化为：令一个原子或一个空位的体积为，则产生体积变化需要的空位数为：假设形成一个空位所需能量为u1，则刃型位错向上攀移dl距离，形成dN个空位所需的能量为：故位错攀移的阻力为：因u1很高，表明攀移是很困难的。B位错攀移的驱动力(DrivingForce)攀移运动虽然困难，但还是能够进行的。那么驱动力是什么呢？这必须了解攀移运动的特点。攀移运动要通过原子的迁移，要引起体积变化，而体积变化可由外加正应力和空位或间隙原子的聚集产生

7、。因此攀移的驱动力可分为弹性攀移力和渗透力。（1）弹性攀移力(ClimbingForce)如图3.8所示，由（2-38）式得：式中Fy—沿y方向垂直滑移面的作用力；b—位错强度；σxx—与b平行的正应力分量；负号表示如果σxx为拉应力，则体积增加，向下攀移，Fy指向下；如果σxx为压应力，则向上攀移，Fy指向上。图3.8位错所受的弹性攀移力晶体中的过饱和空位或间隙原子，它们将向位错线附近渗透，而聚集在位错线上，使位错线向上或向下攀移，这种力称为渗透力，它与空位或间隙原子的过饱和度(DegreeOfSupersatu

8、ration)有关。假设在某一温度下，晶体中空位的平衡浓度为C0，而实际浓度为C（晶体中空位数n与原子总数N的比值），且C大于C0，这就相当于空位形成能在位错附近由u1降为u1′，也就是攀移的阻力由降为，这个降低的阻力就是驱动力，并称为渗透力，用Fs表示。（2）渗透力(Penetrability)已知：（n为肖特基缺陷浓度），则平衡浓度同理可得：两式取对数相