位错理论与应用试题

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1、位错理论与应用试题学院：材料科学与工程学院学生：老师：日期：2011年5月20位错理论与应用试题：1、解释：层错、扩展位错、位错束集、汤姆森四面体(20分)(1)、层错是一种晶体缺陷。如已知FCC结构的晶体，密排面｛111｝堆堆垛顺序为ABCABC以表示AB、BC、CA......次序，用“▽”表示相反次序，即BA、CB、AC,则FCC的正常堆垛顺序为△△△,HCP密排面｛0001｝按照…ABAB…顺序堆垛，则表示为：……若在FCC中抽走一层C,贝UABCABJABCABCAAAAVAAAAA；插入一层A,则ABCABABCAAAAVVAaa,即在处堆垛顺序发生局部错乱，出现堆垛层错，前者

2、为抽出型层错，后者为插入型层错，可见FCC晶体屮的层错可看成是嵌入了薄层密排六方结构。(1)、一个全位错分解为两个或多个不全位错，其间以层错带相联，这个过程称为位错的扩展，形成的缺陷体系称为扩展位错。(2)、扩展位错有时在某些地点由于某种原因会发生局部的收缩，合并为原来的非扩展状态，这种过程称为扩展位错的束集。(3)、1953年汤普森(N.Thompson)引入参考四面体和一套标记来描述FCC金属中位错反应，如下图。将四面体以AABC为底展开，各个线段的点阵矢量，即为汤普森记号，它把FCC金属中重要滑移面、滑移方向、柏氏矢量简单而清晰地表示出来。2、位错的起源、增值机制及位错的分类？（15

3、分）（1）、位错的起源主要有两个：第一个是位错本来就存在于籽晶或者其它导致晶体生长的壁面中，这些位错有一部分在晶体赖以生长的表面露头，就扩展到成长着的新晶体中；另一个是新晶体成长时的偶然性所造成的位错生核，其中包括：杂质颗粒等引起的内应力所产生的不均匀生核，成长中的不同部分的表面（如枝晶表面）之间的碰撞产生新的位错，空位片崩塌所造成的位错环。（2）、位错的增值机制是被广泛引用的弗兰克-里德（Frank-Read,简称为F・R）源机制，如下图：这种理论认为新位错的产生是原有位错增殖的结果。设想晶体中有一段位错AB,它的两端被位错网的结点钉住。沿着图（a）屮b的方向对AB施加应力，AB由于两端

4、被固定不能移动，只可能发生弯曲，结果如图（b）所示。由于位错所受的力恒与位错垂直，所以弯曲后的位错每一微段将继续受到力的作用，并沿着它的法线方向持续向外运动，发展情况如图（c）和（d）所示。当弯曲部分的位错互相靠近，如图（c）所示的那样，并最终相遇时，根据柏氏矢量可判知，在接触点的两根位错方向相反（分别是左旋和右旋），故它们相遇时会互相抵消，整根位错在该点处断开，大致形成一个位错环和一根新的位错，如图⑴所示。最后，在切应力的继续作用下，成为一个圆滑的椭圆环和一根直线，如图（g）所示。继续施加切应力时，上述的过程可以反复进行下去，源源不断地产生新的位错环。当位错环和晶而垂直时，便会产生台阶。

5、上述F・R机理已被实验所证实。在电子显微镜下，可观察到晶体产生F-R机制的源和围绕此源台阶式分布的一圈圈位错环。(3)、位错的分类刃型位错：设有一简单立方结构的晶体，在切应力的作用下发生局部滑移,发生局部滑移后晶体内在垂直方向出现了一个多余的半原子面，显然在晶格内产生了缺陷，这就是位错，这种位错在晶体中有一个刀刃状的多余半原子面，所以称为刃型位错。位错线的上部邻近范围受到压应力，而下部邻近范围受到拉应力,离位错线较远处原子排列正常。通常称晶体上半部多出原子面的位错为正刃型位错，用符号“丄"表示，反之为负刃型位错，用表示。当然这种规定都是相对的。螺型位错：晶体在外加切应力的作用下，沿ABCD

6、面滑移，图中BC线为己滑移区与未滑移区的分界处。在BC与AD线之间上下两层原子发生了错排现象，连接紊乱区原子，会画岀一螺旋路径，该路径所包围的管状原子畸变区就是螺型位错。混合位错：在外力T作用下，两部分之间发生相对滑移，在晶体内部已滑移和未滑移部分的交线既不垂直也不平行滑移方向（柏氏矢量b）,这样的位错称为混合位错。3、位错的表征及观察方法有哪些？（15分）（1）、侵蚀坑法:当以适当的化学浸蚀法、电解浸蚀法进行浸蚀，以及在真空或其他气氛中进行加热时，位错线在晶体表面的露头处会由于位错应力场而发生腐蚀，或由于晶体表面张力与位错线张力趋于平衡状态的作用而使金属被扩散掉，在位错的位置形成蚀坑，借

7、助一般金相显微镜或扫描电镜观察蚀坑便能判断位错的存在。为了证明蚀坑与位错的一致对应关系，可将晶体制成薄片，若在两个相对的表面上形成几乎一致的蚀坑，便说明蚀坑即位错。此外，在台阶、夹杂物等缺陷处形成的是平底蚀坑，很容易地区别于位错露头处的尖底蚀坑。其原理如下图：（2）、透射电镜法：由于位错附近点阵平面发生局部弯曲，那么射入位错附近的电子光束就会发生一定角度的衍射，相应使透射的电子光束减弱，从而使位错线变为黑色线条,即可通过