材料物理学(2-3)ppt课件.ppt

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1、第2章位错基本知识主要内容位错的应力场位错的应变能和线张力位错间的作用力位错的攀移割阶及其运动弯结及其运动第一节直线位错的应力场直线位错的应力场⑴螺型位错柱面坐标表示：直角坐标表示：式中，G为切变模量，b为柏氏矢量，r为距位错中心的距离螺型位错应力场的特点：(1)只有切应力分量，正应力分量全为零，这表明螺型位错不引起晶体的膨胀和收缩。(2)螺型位错所产生的切应力分量只与r有关（成反比），且螺型位错的应力场是轴对称的，并随着与位错距离的增大，应力值减小。(3)这里当r→0时，τθz→∞，显然与实际情况不符，这说明上述结果不适用位错中心的严重畸变区(r=b)。⑴刃型位

2、错柱面坐标表示：直角坐标表示：式中，　　　　；G为切变模量；ν为泊松比；为b柏氏矢量。刃型位错应力场的特点：(1)同时存在正应力分量与切应力分量，而且各应力分量的大小与G和b成正比，与r成反比，即随着与位错距离的增大，应力的绝对值减小。(2)各应力分量都是ｘ，ｙ的函数，而与ｚ无关。这表明在平行于位错的直线上，任一点的应力均相同。(3)刃型位错的应力场对称于多余半原子面（y-z面），即对称于y轴。(4)在滑移面（y＝0）上，没有正应力，只有切应力，而且切应力τxy达到极大值。(5)y>0时，σxx<0；而y<0时，σxx>0。这说明正刃型位错的位错滑移面上侧为压应力，

3、滑移面下侧为拉应力。(6)x＝±y时，σyy，τxy均为零，说明在直角坐标的两条对角线处，只有σxx，而且在每条对角线的两侧，τxy(τyx)及σyy的符号相反。(7)产生体积应变（体积膨胀率）θ。在滑移面以上θ＜0，在滑移面以下θ＞0。(8)同螺型位错一样，上述公式不能用于刃型位错的中心区。位错的应变能－位错周围点阵畸变引起弹性应力场导致晶体能量增加，这部分能量称为位错的应变能。位错的能量可分为两部分：位错中心畸变能和位错应力场引起的弹性应变能。①螺型位错的应变能（单位长度）：②刃型位错的应变能（单位长度）：③混合位错的应变能（单位长度）：④单位长度位错的总应变能

4、可简化为：第二节位错的应变能与线张力总结：①位错的能量包括两部分：位错中心畸变能和位错应力场引起的弹性应变能。位错中心区的能量一般小于总能量1／10，可忽略。②位错的应变能与b2成正比。因此，从能量的观点来看，晶体中具有最小b的位错应该是最稳定的，而b大的位错有可能分解为b小的位错，以降低系统的能量。由此也可理解为滑移方向总是沿着原子的密排方向的。③螺位错的弹性应变能约为刃位错的2/3。④位错的能量是以单位长度的能量来定义的，故位错的能量还与位错线的形状有关。由于两点间以直线为最短，所以直线位错的应变能小于弯曲位错的，即更稳定，因此，位错线有尽量变直和缩短其长度的

5、趋势。⑤位错的存在均会使体系的内能升高，虽然位错的存在也会引起晶体中熵值的增加，但相对来说，熵值增加有限。可以忽略不计。因此，位错的存在使晶体处于高能的不稳定状态，可见位错是热力学上不稳定的晶体缺陷。位错的线张力Ｔ—位错线每增加单位长度所增加的能量上式是假定刃型、螺型和混合位错的单位长度能量都相等得到的。由于刃型位错的能量比螺型位错的大，所以线张力也大。因此可知：①直的刃型位错弯曲后，增加了螺型位错分量，虽然位错线的长度增加了，但单位位错线的能量却减少。②直的螺型位错弯曲后，增加了刃型位错分量，单位位错线的能量要增加，所以螺型位错比刃型位错难弯曲。上述结论对分析位错

6、的绕过机制非常重要。实际晶体中往往有许多位错同时存在。任一位错在其相邻位错应力场作用下都会受到作用力，此交互作用力随位错类型、柏氏矢量大小、位错线相对位向的变化而变化。Peach-Koehler公式在外应力作用下，单位长度位错线上所受的力（方向恒与位错线垂直）：平行螺位错间的作用力因此，两平行螺型位错间的作用力，其大小与两位错强度的乘积成正比，而与两位错间距成反比，其方向则沿径向r垂直于所作用的位错线，当bl与b2同向时，Fr＞0，即两同号平行螺型位错相互排斥；而当bl与b2反向时，Fr＜0，即两异号平行螺型位错相互吸引。第三节位错间的作用力平行刃位错间的作用力平行

7、刃位错间相互作用稳定位置两个肖克莱(Shockley)位错间的作用力⑴肖克莱(Shockley)位错——柏氏矢量平行于滑移面的半位错，例如面心立方晶体中的柏氏矢量为　　　　　的半位错．⑵两个肖克莱(Shockley)位错间的作用力两个肖克莱位错间的作用力为斥力，使两个肖克莱位错分开，分开的距离r与层错能（ＳＦＥ）的表面张力有关，达到平衡时：第四节位错的攀移攀移—位错垂直于滑移面的运动。①刃位错才能攀移；②攀移引起晶体的体积变化。攀移力ＦＣ——单位长度位错攀移时所需要的力产生攀移的力：①外加正应力；②过饱和空位产生的力——渗透力(化学力)Ｆ0。渗透力Ｆ0——在位错