第3章+晶体缺陷-位错的运动与弹性性质ppt课件.ppt

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1、第三章晶体缺陷引言晶体缺陷概述及类型第一节点缺陷第二节位错-线缺陷第三节表面及界面第二节位错2.1、位错的基本类型和特征2.2、位错的运动与弹性性质2.3、实际晶体中的位错2.2、位错的运动与弹性性质一、位错运动的方式二、位错运动的交割三、位错的弹性性质四、位错与其他缺陷的交互作用位错在晶体中运动有两种方式：滑移和攀移，其中滑移最为重要。一、位错运动的方式攀移滑移图刃型位错与螺型位错的滑移1、位错的滑移图螺型位错滑移导致晶体塑性变形的过程图刃型位错滑移导致晶体塑性变形的过程位错的滑移是在切应力作用下进行的，只有当滑移面上的

2、切应力分量达到一定值后位错才能滑移。螺位错的交滑移由于混合位错可以分解为刃型和螺型两部分，因此，混合位错在切应力作用下，也是沿其各线段的法线方向滑移，并同样可使晶体产生与其柏氏矢量相等的滑移量。（a）位错环（b）位错环运动后产生的滑移图位错环的滑移2、位错的攀移（1）攀移的概念与本质攀移的本质是刃型位错的半原子面向上或向下移动，于是位错线就跟着向上或是向下运动，因此攀移时位错线的运动方向正好与柏氏矢量垂直。只有刃型位错才能发生攀移运动，螺型位错是不会攀移的。（2）攀移的分类及割阶概念通常把半原子面向上移动称为正攀移，半原子

3、面向下运动称为负攀移。割阶指攀移时位错线上的台阶。图刃位错攀移示意图（a）正攀移（半原子面缩短）(b)未攀移（c）负攀移（半原子面伸长）（3）影响位错攀移的因素①温度攀移是通过原子的扩散而实现的（而滑移不涉及原子的扩散）；由于空位的数量及其运动速率对温度十分敏感，因此位错攀移是一个热激活过程。②应力外加应力对位错有促进作用，但切应力是无效的，只有正应力才会协助位错实现攀移；压应力有助于正攀移，拉应力有助于负攀移。二、位错运动的交割1、位错交割的含义对于在滑移面上运动的位错来说，穿过此滑移面的其它位错称为林位错。林位错会阻碍

4、位错的运动，但是若应力足够大，滑动的位错将切过林位错继续前进。位错互相切割的过程称为位错交割或位错交截。2、割阶与扭折两个位错交割时，每个位错上都要产生一个新的小段位错。当交割产生的小段位错不在所属位错的滑移面上时，则成为位错割阶；如果小段位错位于所属位错的滑移面上，则成为位错扭折。刃型位错的割阶部分仍为刃型位错，扭折部分为螺型位错。螺型位错的割阶与扭折均为刃型位错。扭折与原位错线在同一滑移面上，可随主位错线一道运动，几乎不产生阻力；扭折在线张力作用下易消失。割阶与原位错线不在同一滑移面上，除攀移外不能随主位错线一道运动，

5、成为位错运动的障碍，称割阶硬化。两根互相垂直的刃型位错的交割（柏氏矢量互相垂直）3、几种典型的位错交割(1)两个柏氏矢量互相垂直的刃型位错交割图两个柏氏矢量互相垂直刃型位错交割位错割阶刃型位错(2)两个柏氏矢量互相平行的刃型位错交割图两个柏氏矢量互相平行刃型位错交割位错扭折螺型位错位错扭折螺型位错(3)刃型位错与螺型位错的交割图刃型位错与螺型位错的交割位错割阶刃型位错位错扭折刃型位错(4)螺型位错与螺型位错的交割图螺型位错与螺型位错的交割位错割阶刃型位错位错扭折刃型位错三、位错的弹性性质1、位错的应力场位错的弹性性质是位错

6、理论的核心与基础，它探讨的是位错在晶体中引起的畸变的分布及其能量变化。位错在晶体中的存在使其周围原子偏离平衡位置而导致点阵畸变和弹性应力场的产生。在讨论位错的弹性应力场的基础上，可推算出位错所具有的能量、位错的作用力、位错与晶体其它缺陷间交互作用等问题。图位错的连续介质模型（a）螺位错（b）刃位错（1）螺位错的应力场螺型位错周围只有一个切应变：γθz＝b/2πr相应的各应力分量分别为用直角坐标表示螺位错的应力场的特点：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。螺型位错所产生的切应力分量只与r有

7、关（成反比），而与θ，z无关。只要r一定，τθz就为常数。因此，螺型位错的应场是轴对称的，即与位错等距离的各处，其切应力值相等，并随着与位错距离的增大，应力值减小。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。（2）刃位错的应力场图刃位错周围的应力场刃位错的应力场的特点：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。各应力分量都是ｘ，ｙ的函数，而与ｚ无关。这表明在平行与位错的直线上，任一点的应力均相同。在滑移面上，没有正应力，只有切应力，而且切应力τx

8、y达到极大值。正刃型位错的位错滑移面上侧为压应力，滑移面下侧为拉应力。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。2、位错的应变能（1）位错能的概念位错线周围的原子偏离了平衡位置，处于较高的能量状态，高出的能量称为位错的应变能，简称位错能。（2）位错是不平衡的缺陷，且具有