04-2-2 FH4-2-3.4节 晶体缺陷-位错运动与应力场.pptx

第1页：晶体缺陷

第4章晶体缺陷Chapter 4 Crystal Defect4.1点缺陷（Point defect）4.1.1点缺陷的类型4.1.2点缺陷的浓度4.1.3点缺陷对材料性能的影响4.2线缺陷（Line defects）4.2.1位错的类型4.2.2柏氏矢量4.2.3位错的运动4.2.4位错的应力场4.2.5位错与晶体缺陷间的交互作用4.2.6位错的增殖与塞积4.2.7实际晶体中的位错4.3面缺陷(Surfacedefects)4.3.1晶体表面4.3.2晶界结构与能量4.3.3单相多晶体中的晶粒形貌4.3.4晶界偏析与晶界迁移4.3.5相界

第2页：晶体缺陷

刃、螺型位错滑移的比较

第3页：晶体缺陷·①晶体两部分的相

①晶体两部分的相对移动量决定于柏氏矢量b的大小和方向，与位错线的移动方向无关。1.刃、螺型位错滑移的比较②螺位错：位错线∥b，可以有多个滑移面，无论在哪个方向移动都是滑移。螺位错的滑移面不唯一。

第4页：①晶体两部分的相·滑移系滑移面

2.滑移系滑移面（哪些面？）和此面上的一个滑移方向（哪些方向？）。补充密排面;密排方向

第5页：滑移系滑移面·不同结构中的滑移系

不同结构中的滑移系：滑移面和此面上的一个滑移方向fcc晶格:密排面为{111} 4个密排方向为<110> 3个滑移系：4X3＝12bcc：密排面为{110} 6个，密排方向<111> 2个补充

第6页：不同结构中的滑移系

63.螺位错的交滑移cross slip of screw dislocations（动画1）

第7页：交滑移

交滑移：螺位错在某一滑移面的滑移受阻时，位错可离开原滑移面到与其相交的其他滑移面继续滑移。3.螺位错的交滑移cross slip of screw dislocations螺位错的滑移面不唯一，是包含该位错线的一组晶体学晶面。（111）（4个）（动画2）

第8页：交滑移·位错运动

位错运动

第9页：位错运动·位错绕过粒子

位错绕过粒子

第10页：位错绕过粒子·10Si单晶中的

10Si单晶中的F-R源

第11页：10Si单晶中的·位错环的运动

4.位错环的运动Motionof dislocation loop（1）A,B为异号刃位错，后部的半原子面在上方向后移动；前部的半原子面在下方，向前运动。（2）C,D为异号螺位错，左边向左，右边向右运动；（3）其他为混合位错，均向外运动。

第12页：位错环的运动·所有运动→

所有运动→ →上部晶体向后移动了一个原子间距。所有位错→ →移出晶体，整个晶体上部移动了一个原子间距。无论哪种位错，最后的效果是一样的。总结：位错的运动都将使扫过的区间两边的原子层发生b的相对滑动。

第13页：所有运动→

问题的提出

（1）晶体的塑性变形是通过位错的滑移进行的，那么，位错还有其它的运动方式吗？

（2）位错的类型（如

刃位错、螺位错或混合位错）对位错的运动有影响吗？

（3）位错的形态（如

直线或弧线等）对位错的运动有影响吗？4.2.3位错的运动Motion of dislocations

第14页：正攀移

正攀移：原子面缩短，有原子多余，大部分是空位运动到位错线上，空位消失；5.攀移--刃位错Climbing of edge dislocations刃位错在垂直于滑移面方向上的运动。相当于半原子面的伸长或缩短。

第15页：正攀移·负攀移负攀移

负攀移负攀移：原子面伸长，需要外来原子，或在晶体中产生新的空位。

第16页：刃位错攀移：一般发生在温度较高时

(1)刃位错攀移：一般发生在温度较高时。（2）切应力对攀移无效；正应力有助于攀移。(压应力有助正攀移，拉应力有助负攀移)，但应力对攀移的总体作用甚小。(3)螺位错无攀移(无多余半原子面)。(4)位错滑移，晶体的体积不变（守恒运动）；攀移后，晶体的体积会有变化（非守恒运动）。攀移的特点：

第17页：晶体缺陷

第4章晶体缺陷Chapter 4 Crystal Defect4.1点缺陷（Point defect）4.1.1点缺陷的类型4.1.2点缺陷的浓度4.1.3点缺陷对材料性能的影响4.2线缺陷（Line defects）4.2.1位错的类型4.2.2柏氏矢量4.2.3位错的运动4.2.4位错的应力场4.2.5位错与晶体缺陷间的交互作用4.2.6位错的增殖与塞4.2.7实际晶体中的位错4.3面缺陷(Surfacedefects)4.3.1晶体表面4.3.2晶界结构与能量4.3.3单相多晶体中的晶粒形貌4.3.4晶界偏析与晶界迁移4.3.5相界

第18页：晶体缺陷·位错附近晶格畸变

位错附近晶格畸变,→→→应力场和应变能。4.2.4位错的应力场stress field of dislocations刃位错：位错上部原子→压应力，下部原子→张应力，位错周围产生应力场。螺位错：圆柱体区域应力场存在。

第19页：线张力

线张力。

• 位错与其他缺陷(点缺陷,其他位错,晶界等)的交互作用是通过应力场实现的。位错的应力场
• 弹性应变能
• 线张力(位错缩短的倾向)研究位错应力场的分布和能量，是研究晶体力学性能的基础。位错总能量与位错长度成正比，位错线尽可能短

第20页：线张力·线弹性理论

位错附近的2个区域

远离位错中心处：畸变较小，（Ee）一、位错的应力场模型简化为：各向同性连续弹性介质，

线弹性理论。位错中心附近

畸变严重，直接考虑晶体结构和原子之间的相互作用。（E0）假定晶体是一个连续的各向同性的弹性体，忽略位错中心点阵结构的影响。

E0占1/10～1/15，

第21页：线弹性理论·螺位错的应力场模型位

螺位错的应力场模型位错的应力场模型刃位错的应力场模型

第22页：螺位错的应力场模型位

螺位错的应力场：正应力分量:无;切应力分量:有.应变及应力与半径成反比。1.螺位错的应力场

第23页：螺位错的应力场模型位

• D=Gb/2
• )2.刃位错的应力场

第24页：

第25页：螺位错的应力场模型位

一对平行刃位错和螺位错的应力场：无相同的应力分量

第26页：螺位错的应力场模型位

E0

位错中心，畸变严重，E0占1/10～1/15，计算复杂，可忽略。

Ee

位错应变能主要是弹性应变能Ee。E=E0+Ee二、位错的应变能

位错周围原子偏离平衡位置，处于较高能量状态；

高出的能量称为位错的应变能，或简称位错能。

第27页：螺位错的应力场模型位

单位体积弹性能=（应力×应变）/2单位长度的圆柱弹性能：螺位错弹性应变能:R是晶体的外径，r0是位错核心的半径。则：Ee=αGb2

第28页：螺位错

螺位错?刃位错?的弹性应变能哪个大？刃位错：Ee=αGb2/(1

α----常数？螺位错

取0.5；

刃位错

取1.0；Ee=αGb2螺位错弹性应变能：

)Ee

单位长度位错的弹性应变能，和b2成正比。

G----材料的剪切模量。

刃位错的弹性应变能比螺位错大。

b最小的地方/Ee最小，位错越稳定/最易形成位错。

滑移最易在密排方向上发生，此方向上b比较小。

第29页：为减小应变能，位错

（1）为减小应变能，位错b尽量小。（2）为减小弹性应变能，位错趋向缩短，弯曲的位错线有变直的趋向，好像沿位错线两端作用了一个线张力T。三、位错的线张力（3）位错环会收缩，甚至消失。

第30页：为减小应变能，位错

（4）线张力和位错能在数量上是等价的。T=

• b
• R =E=αGb2R是位错线曲率半径，曲线的张力是T使位错弯曲的
• ：(弯曲位错线，α＝0.5)则
• = Gb/2R.

第31页：为减小应变能，位错

（4）线张力和位错能在数量上是等价的。T=E=αGb2R是位错线曲率半径，曲线的张力是T：使位错弯曲的

• ：2Tsin(d
• /2)=dF.dS=
• b
• Rd
• T=
• b
• R根据T=E=αGb2(弯曲位错线，α＝0.5)则
• = Gb/2R.

第32页：刃型位错的滑移

(1)刃型位错的滑移（2）螺型位错的滑移晶体两部分的相对移动量决定于b的大小和方向，与位错线的移动方向无关。螺型位错的交滑移刃位错的攀移运动小结：第3节位错的运动

第33页：刃型位错的滑移

一、位错的应力场螺位错应力场：没有正应力分量，只有切应力分量。刃位错应力场：小结：第4节位错的应力场

第34页：刃型位错的滑移·一对平行刃位错

一对平行刃位错和螺位错的应力场：无相同的应力分量

第35页：一对平行刃位错·螺位错刃位错平行

螺位错刃位错平行。螺位错线一定是直线。垂直。刃位错线不一定是直线，可以是折/曲线位错线和柏氏矢量的关系不同点螺位错的滑移面不是唯一的。有（位错线和柏氏矢量平行，滑移可以从一个滑移面到另一个滑移面，滑移面可以改变）。刃位错的滑移面只有一个。无（位错线和柏氏矢量垂直所以其构成的平面，不能改变）。有无交滑移螺位错只有切应力而无正应力。刃位错周围的应力场既有切应力，又有正应力；应力场无（无多余半原子面）有（有多余半原子面）攀移都是线缺陷。相同点位错的运动使扫过区间两边的原子层发生b的相对滑动，晶体两部分的相对移动量只决定于b的大小和方向。刃型位错与螺型位错有什么异同点?

第36页：结束页

谢谢！