[课件]材料科学基础 第三章晶体缺陷PPT
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特征：
1）有一额外原子面， 刃口处的原子列称为位错线。半原 子面在上,正刃型位错 ┻ ； 下为负刃型位错 ┳ 2）刃位错的位错线不一定是直线， 可以是折线， 也可以 是曲线， 但位错线必与滑移矢量垂直。 3）位错线垂直于滑移矢量，位错线与滑移矢量构成的面是 滑移面， 刃位错的滑移面是唯一的。 4）刃型位错周围的晶体产生畸变，上压， 下拉， 半原子 面是对称的， 位错线附近畸变大， 远处畸变小。 5）位错周围的畸变区一般只有几个原子宽（一般点阵畸变 程度大于其正常原子间距的1/4的区域宽度， 定义为位错 宽度， 约2~5个原子间距。） * 畸变区是狭长的管道， 故位错可看成是线缺陷。
2018/12/13 《材料科学基础》CAI课件-李克 9
3.2.1 位错的基本类型和特征
根据几何结构特征： a. 刃型位错 edge dislocation
b. 螺型位错 screw dislocation
2018/12/13
《材料科学基础》CAI课件-李克
10
a. 刃型位错 edge dislocation
2018/12/13
《材料科学基础》CAI课件-李克
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b. 螺型位错 screw dislocation
位错线bb’：已滑移区和未滑移区的边界线
特征：
1）无额外半原子面， 原子错排是轴对称的 2）分左螺旋位错，符合左手法则；右螺旋位错 ，符合右手法则 3）位错线与滑移矢量平行，且为直线，位错线的运动方向与滑移矢量垂直 4）凡是以螺型位错线为晶带轴的晶带 所有晶面都可以为滑移面。 5) 点阵畸变引起平行于位错线的切应变，无正应变。 6）螺型位错是包含几个原子宽度的线缺陷。
2018/12/13 《材料科学基础》CAI课件-李克 14
各种位错的柏氏矢量
2018/12/13
《材料科学基础》CAI课件-李克
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2、柏氏矢量的物理意义
1、反映位错周围点阵畸变的总积累（包括强度和方向）
2、该矢量的方向表示位错运动导致晶体滑移的方向， 而该矢量的模表示畸变的程度称为位错的强度。 （strength of dislocation）
13
3.2.2 柏氏矢量（Burgers Vector ）
1、柏氏矢量的确定
刃型位错
1。首先选定位错的正向 ； (出纸面的方向)
2。然后绕位错线周围作右旋闭合回路-------柏氏回路；在 不含有位错的完整晶体中作同样步数和方向的路径， 3。由终点向始点引一矢量， 即为此位错线的柏氏矢量， 记为 b
2018/12/13 《材料科学基础》CAI课件-李克 12
混合位错
滑移矢量既不平行也 不垂直于位错线， 而 是与位错线相交成任 意角度，一般混合位 错为曲线形式， 故每 一点的滑移矢量与位 错线的交角不同。 位错线不能终止于晶体内 部，只能露头于晶体表面
《材料科学基础》CAI课件-李克
2018/12/13
根据热力学，对空位平衡浓度进行推导-课外自学
2018/12/13
《材料科学基础》CAI课件-李克
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*点缺陷对性能产生的影响：
1。电阻增大 2。提高机械性能，如屈服强度 3。有利于原子扩散 4。体积膨胀，密度减小
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3.2 位错 –线缺陷
位错概念的提出（一） • 实验观察：位错的“线索”或“影子”
4
*点缺陷分类：
肖脱基缺陷——原子迁移到表面——仅在晶体内部形成空位 弗兰克缺陷——原子迁移到间隙中——形成空位-间隙对 杂质或溶质原子——间隙式（小原子）或置换式（大原子）
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《材料科学基础》CAI课件-李克
5
*点缺陷的形成原因： 1. 由于热起伏，形成热力学稳定的缺陷： 2. 产生与消亡达致平衡 2. 过饱和空位： 高温淬火、冷变形加工、高能粒子辐照
宏观缺陷：孔洞，裂纹，氧化，
材料中 的缺陷
腐蚀，杂质… 微观缺陷：
晶体缺陷
非晶体缺陷
2 《材料科学基础》CAI课件-李克
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实际晶体中的缺陷
• 晶体缺陷：晶体中各种偏离理想结构的区域
根 据 几 何 特 征 分 为 三 类
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点缺陷 （point defect) 三维空间的各个方向均很小 零维缺陷 (zero-dimensional defect)
变形晶体表面的滑移
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二维球泡阵列中的位错
《材料科学基础》CAI课件-李克
晶体中的生长螺旋
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位错概念的提出（二）
• 单晶体强度：理论与实验之间的巨大误差 • 理论值：根据刚性相对滑动模型得到tc=103~104MPa • 实验值：tc=1~10 MPa，相差甚远
1934年，Taylor等提出位错的概念，认为 存在着某种缺陷--位错，模型：位错的运动 （逐步传递）=>晶体的逐步滑移，计算证 实理论屈服强度接近实验值。后来实验观 察到实际位错。
材料科学基础 第三章_晶体缺 陷
第三章 晶体缺陷
Imperfections (defects) in Crystals
It is the defects that makes materials so interesting, just like the human being.
Defects are at the heart of materials science.
线缺陷 （line defect) 在二个方向尺寸均很小
一维缺陷 (one-dimensional defect) 面缺陷 （plane defect) 在一个方向上尺寸很小 二维缺陷 (two-dimensional defect)
《材料科学基础》CAI课件-李克 3
3.1 点缺陷
• 点缺陷：空位、间隙原子、溶质原子、和杂质原子、 +复合体（如：空位对、空位-溶质原子对）
1、点缺陷的形成 （production of point defects)
原因：热运动：热振动强度是温度的函Βιβλιοθήκη Baidu 能量起伏=〉原子脱离原来的平衡位置而迁移别处 Schottky 空位，-〉晶体表面 =〉空位(vacancy)
Frenkel 空位，-〉晶体间隙
空位消失或移位
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1）有一额外原子面， 刃口处的原子列称为位错线。半原 子面在上,正刃型位错 ┻ ； 下为负刃型位错 ┳ 2）刃位错的位错线不一定是直线， 可以是折线， 也可以 是曲线， 但位错线必与滑移矢量垂直。 3）位错线垂直于滑移矢量，位错线与滑移矢量构成的面是 滑移面， 刃位错的滑移面是唯一的。 4）刃型位错周围的晶体产生畸变，上压， 下拉， 半原子 面是对称的， 位错线附近畸变大， 远处畸变小。 5）位错周围的畸变区一般只有几个原子宽（一般点阵畸变 程度大于其正常原子间距的1/4的区域宽度， 定义为位错 宽度， 约2~5个原子间距。） * 畸变区是狭长的管道， 故位错可看成是线缺陷。
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3.2.1 位错的基本类型和特征
根据几何结构特征： a. 刃型位错 edge dislocation
b. 螺型位错 screw dislocation
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a. 刃型位错 edge dislocation
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b. 螺型位错 screw dislocation
位错线bb’：已滑移区和未滑移区的边界线
特征：
1）无额外半原子面， 原子错排是轴对称的 2）分左螺旋位错，符合左手法则；右螺旋位错 ，符合右手法则 3）位错线与滑移矢量平行，且为直线，位错线的运动方向与滑移矢量垂直 4）凡是以螺型位错线为晶带轴的晶带 所有晶面都可以为滑移面。 5) 点阵畸变引起平行于位错线的切应变，无正应变。 6）螺型位错是包含几个原子宽度的线缺陷。
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各种位错的柏氏矢量
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2、柏氏矢量的物理意义
1、反映位错周围点阵畸变的总积累（包括强度和方向）
2、该矢量的方向表示位错运动导致晶体滑移的方向， 而该矢量的模表示畸变的程度称为位错的强度。 （strength of dislocation）
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3.2.2 柏氏矢量（Burgers Vector ）
1、柏氏矢量的确定
刃型位错
1。首先选定位错的正向 ； (出纸面的方向)
2。然后绕位错线周围作右旋闭合回路-------柏氏回路；在 不含有位错的完整晶体中作同样步数和方向的路径， 3。由终点向始点引一矢量， 即为此位错线的柏氏矢量， 记为 b
2018/12/13 《材料科学基础》CAI课件-李克 12
混合位错
滑移矢量既不平行也 不垂直于位错线， 而 是与位错线相交成任 意角度，一般混合位 错为曲线形式， 故每 一点的滑移矢量与位 错线的交角不同。 位错线不能终止于晶体内 部，只能露头于晶体表面
《材料科学基础》CAI课件-李克
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根据热力学，对空位平衡浓度进行推导-课外自学
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*点缺陷对性能产生的影响：
1。电阻增大 2。提高机械性能，如屈服强度 3。有利于原子扩散 4。体积膨胀，密度减小
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3.2 位错 –线缺陷
位错概念的提出（一） • 实验观察：位错的“线索”或“影子”
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*点缺陷分类：
肖脱基缺陷——原子迁移到表面——仅在晶体内部形成空位 弗兰克缺陷——原子迁移到间隙中——形成空位-间隙对 杂质或溶质原子——间隙式（小原子）或置换式（大原子）
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*点缺陷的形成原因： 1. 由于热起伏，形成热力学稳定的缺陷： 2. 产生与消亡达致平衡 2. 过饱和空位： 高温淬火、冷变形加工、高能粒子辐照
宏观缺陷：孔洞，裂纹，氧化，
材料中 的缺陷
腐蚀，杂质… 微观缺陷：
晶体缺陷
非晶体缺陷
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实际晶体中的缺陷
• 晶体缺陷：晶体中各种偏离理想结构的区域
根 据 几 何 特 征 分 为 三 类
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点缺陷 （point defect) 三维空间的各个方向均很小 零维缺陷 (zero-dimensional defect)
变形晶体表面的滑移
2018/12/13
二维球泡阵列中的位错
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晶体中的生长螺旋
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位错概念的提出（二）
• 单晶体强度：理论与实验之间的巨大误差 • 理论值：根据刚性相对滑动模型得到tc=103~104MPa • 实验值：tc=1~10 MPa，相差甚远
1934年，Taylor等提出位错的概念，认为 存在着某种缺陷--位错，模型：位错的运动 （逐步传递）=>晶体的逐步滑移，计算证 实理论屈服强度接近实验值。后来实验观 察到实际位错。
材料科学基础 第三章_晶体缺 陷
第三章 晶体缺陷
Imperfections (defects) in Crystals
It is the defects that makes materials so interesting, just like the human being.
Defects are at the heart of materials science.
线缺陷 （line defect) 在二个方向尺寸均很小
一维缺陷 (one-dimensional defect) 面缺陷 （plane defect) 在一个方向上尺寸很小 二维缺陷 (two-dimensional defect)
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3.1 点缺陷
• 点缺陷：空位、间隙原子、溶质原子、和杂质原子、 +复合体（如：空位对、空位-溶质原子对）
1、点缺陷的形成 （production of point defects)
原因：热运动：热振动强度是温度的函Βιβλιοθήκη Baidu 能量起伏=〉原子脱离原来的平衡位置而迁移别处 Schottky 空位，-〉晶体表面 =〉空位(vacancy)
Frenkel 空位，-〉晶体间隙
空位消失或移位
2018/12/13
《材料科学基础》CAI课件-李克