材料科学基础第三章-晶体缺陷

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1、绪论第一章原子结构与键合第二章固体结构第三章晶体缺陷第四章固体中原子及分子的运动第五章材料的形变与再结晶第六章单组元相图及纯晶体的凝固第七章二元相图及其合金的凝固材料科学基础10/5/20211《材料科学基础》CAI课件-李克第三章晶体缺陷Imperfections(defects)inCrystalsItisthedefectsthatmakesmaterialssointeresting,justlikethehumanbeing.Defectsareattheheartofmaterialsscienc

2、e.材料中的缺陷宏观缺陷：孔洞，裂纹，氧化，微观缺陷：晶体缺陷非晶体缺陷腐蚀，杂质…10/5/20212《材料科学基础》CAI课件-李克实际晶体中的缺陷晶体缺陷：晶体中各种偏离理想结构的区域根据几何特征分为三类点缺陷（pointdefect)三维空间的各个方向均很小零维缺陷(zero-dimensionaldefect)线缺陷（linedefect)在二个方向尺寸均很小面缺陷（planedefect)在一个方向上尺寸很小一维缺陷(one-dimensionaldefect)二维缺陷(two-dimensionaldef

3、ect)10/5/20213《材料科学基础》CAI课件-李克3.1点缺陷点缺陷：空位、间隙原子、溶质原子、和杂质原子、+复合体（如：空位对、空位-溶质原子对）1、点缺陷的形成（productionofpointdefects)原因：热运动：热振动强度是温度的函数能量起伏=〉原子脱离原来的平衡位置而迁移别处=〉空位(vacancy)Schottky空位，-〉晶体表面Frenkel空位，-〉晶体间隙空位消失或移位10/5/20214《材料科学基础》CAI课件-李克肖脱基缺陷——原子迁移到表面——仅在晶体内部形成空位弗兰克缺

4、陷——原子迁移到间隙中——形成空位-间隙对杂质或溶质原子——间隙式（小原子）或置换式（大原子）*点缺陷分类：10/5/20215《材料科学基础》CAI课件-李克3.2位错–线缺陷实验观察：位错的“线索”或“影子”晶体中的生长螺旋二维球泡阵列中的位错变形晶体表面的滑移位错概念的提出（一）10/5/20218《材料科学基础》CAI课件-李克单晶体强度：理论与实验之间的巨大误差理论值：根据刚性相对滑动模型得到tc=103~104MPa实验值：tc=1~10MPa，相差甚远位错概念的提出（二）1934年，Taylor等提出位错

5、的概念，认为存在着某种缺陷--位错，模型：位错的运动（逐步传递）=>晶体的逐步滑移，计算证实理论屈服强度接近实验值。后来实验观察到实际位错。10/5/20219《材料科学基础》CAI课件-李克3.2.1位错的基本类型和特征a.刃型位错edgedislocationb.螺型位错screwdislocation根据几何结构特征：10/5/202110《材料科学基础》CAI课件-李克特征：1）有一额外原子面，刃口处的原子列称为位错线。半原子面在上,正刃型位错┻；下为负刃型位错┳2）刃位错的位错线不一定是直线，可以是折线，也可

6、以是曲线，但位错线必与滑移矢量垂直。3）位错线垂直于滑移矢量，位错线与滑移矢量构成的面是滑移面，刃位错的滑移面是唯一的。4）刃型位错周围的晶体产生畸变，上压，下拉，半原子面是对称的，位错线附近畸变大，远处畸变小。5）位错周围的畸变区一般只有几个原子宽（一般点阵畸变程度大于其正常原子间距的1/4的区域宽度，定义为位错宽度，约2~5个原子间距。）*畸变区是狭长的管道，故位错可看成是线缺陷。a.刃型位错edgedislocation10/5/202111《材料科学基础》CAI课件-李克b.螺型位错screwdislocati

7、on1）无额外半原子面，原子错排是轴对称的2）分左螺旋位错，符合左手法则；右螺旋位错，符合右手法则3）位错线与滑移矢量平行，且为直线，位错线的运动方向与滑移矢量垂直4）凡是以螺型位错线为晶带轴的晶带所有晶面都可以为滑移面。5)点阵畸变引起平行于位错线的切应变，无正应变。6）螺型位错是包含几个原子宽度的线缺陷。位错线bb’：已滑移区和未滑移区的边界线特征：10/5/202112《材料科学基础》CAI课件-李克混合位错滑移矢量既不平行也不垂直于位错线，而是与位错线相交成任意角度，一般混合位错为曲线形式，故每一点的滑移矢量与

8、位错线的交角不同。位错线不能终止于晶体内部，只能露头于晶体表面10/5/202113《材料科学基础》CAI课件-李克1。首先选定位错的正向；(出纸面的方向)2。然后绕位错线周围作右旋闭合回路-------柏氏回路；在不含有位错的完整晶体中作同样步数和方向的路径，3。由终点向始点引一矢量，即为此位错线的柏氏矢量，记为3.2.2柏氏矢