《晶体缺陷》PPT课件

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1、空位与位错1、点缺陷2、线缺陷2.1柏氏矢量2.2位错的运动2.3位错的应力场2.4位错的应变能2.5位错的受力2.6位错与晶体缺陷的相互作用2.7位错的萌生与增值2.8实际晶体中的位错组态2.9位错的观测1晶体缺陷--点缺陷26．1空位空位和间隙原子经常是同时出现和同时存在的两类点缺陷，如图3晶体中空位4原子作热振动，一定温度下原子热振动能量一定，呈统计分布，在瞬间一些能量大的原子克服周围原子对它的束缚，迁移至别处，形成空位。空位形成引起点阵畸变，亦会割断键力，故空位形成需能量，空位形成能（ΔEV）为形成一个空位所需能量。56．1．1空位

2、的热力学分析点缺陷是热力学稳定的缺陷：点缺陷与线、面缺陷的区别之一是后者为热力学不稳定的缺陷。在一定温度下，晶体中有一定平衡数量的空位和间隙原子，其数量可近似算出。设自由能F=U－TSU为内能，S为系统熵（包括振动熵SV和排列熵SC）空位的引入，一方面由于弹性畸变使晶体内能增加；另一方面又使晶体中混乱度增加，使熵增加。而熵的变化包括两部分：①空位改变它周围原子的振动引起振动熵，SV②空位在晶体点阵中的排列可有许多不同的几何组态，使排列熵SC增加。6设在温度T时，含有N个结点的晶体中形成n个空位，与无空位晶体相比ΔF=n·ΔEV-T·ΔSΔS

3、=ΔSC+n·ΔSVn个空位引入，可能的原子排列方式利用玻尔兹曼关系，SC=k·lnWC化简可得：ΔF∝f(n)令：式中A=exp(ΔSV/k)，由振动熵决定，约为1~107若已知ΔEV和ΔSV，则可由上式计算出任一温度T下的浓度C.由上式可得：1）晶体中空位在热力学上是稳定的，一定温度T对应一平衡浓度C2）C与T呈指数关系，温度升高，空位浓度增大3）空位形成能ΔEV大，空位浓度小例如：已知铜中ΔEV=1.7×10-19J，A取为1，则T100K300K500K700K900K1000Kn/N10-5710-1910-1110-8.110-

4、6.310-5.786．1．2过饱和空位给定温度下，晶体中存在一平衡的空位浓度，下述几种条件下，产生过饱和空位。1）高温淬火把空位保留到室温2）塑性变形3）高能粒子辐射4）形成金属间化合物96．1．3空位的迁移空位在晶体中的分布是一个动态平衡，其不断地与周围原子交换位置，使空位移动所必需的能量，叫空位移动能Em。图6-3所示为空位移动表6-2为一些金属空位迁移能空位移动所造成的原子迁移，即金属晶体中的自扩散。（以后会学到）自扩散激活能相当于空位形成能与移动能的总和。106．1．4空位对金属性能的影响1．对电阻的影响空位引起点阵畸变，使传导电

5、子受到散射，产生附加电阻2．对力学性能的影响3．对高温蠕变的影响116．1．5空位小结1、空位是热力学稳定的缺陷2、不同金属空位形成能不同。3、空位浓度与空位形成能、温度密切相关4、空位对金属的物理及力学性能有明显影响5、空位对材料的高温蠕变、沉淀、回复、表面氧化、烧结有重要影响126．2位错的基本类型及特征位错理论及其发展刃型位错螺型位错，混合位错136．2．1刃型位错---刃位错结构示意图14位错线：晶体中已滑移区与未滑移区的边界正、负刃位错弹性畸变位错宽度，2~5个原子间距位错是一管道额外（多余）半原子面滑移矢量滑移面刃位错不一定是直

6、线，可为纯刃型位错环基本点如下：15刃型位错特征：1）刃型位错有一额外半原子面2）位错线不一定是直线，可以是折线或曲线，但刃型位错线必与滑移矢量垂直，且滑移面是位错线和滑移矢量所构成的唯一平面。3）位错周围的点阵发生弹性畸变，既有正应变，又有切应变位错是一管道166．2．2螺型位错图为螺型位错形成模型17螺型位错---特征：1）螺型位错无额外半原子面，原子错排呈轴对称2）螺型位错与滑移矢量平行，故一定是直线3）包含螺位错的面必然包含滑移矢量，故螺位错可以有无穷个滑移面，但实际上滑移通常是在原子密排面上进行，故有限4）螺位错周围的点阵也发生了

7、弹性畸变，但只有平行于位错线的切应变，无正应变（在垂直于位错线的平面投影上，看不出缺陷）5）位错线的移动方向与晶块滑移方向互相垂直186．2．3混合位错位错线上任一点的滑移矢量相同，但两者方向夹角呈任意角度，图为混合位错的产生196．3柏氏矢量柏氏矢量是描述位错性质的一个重要物理量，1939年Burgers提出，故称该矢量为“柏格斯矢量”或“柏氏矢量”，用b表示1．柏氏矢量的确定（方法与步骤）1）人为假定位错线方向，一般是从纸背向纸面或由上向下为位错线正向2）用右手螺旋法则来确定柏格斯回路的旋转方向，使位错线的正向与右螺旋的正向一致3）将含

8、有位错的实际晶体和理想的完整晶体相比较在实际晶体中作一柏氏回路，在完整晶体中按其相同的路线和步伐作回路，自路线终点向起点的矢量，即“柏氏矢量”。20如右图为刃型位错的柏氏回路与柏