位错理论5-位错的形成与增殖

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双交滑移
螺位错交滑移时形成
交滑移：螺位错因滑移面的不唯一性， 决定其滑移时可以从一个滑移面转移到 另一个滑移面上进行。
螺位错在(111)面上滑移，至某处时被阻止， 当外部条件使其可以在（1-11）上滑移时， 位错线的一部分AB段便在（1-11）上滑移。
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双交滑移
位错在（1-11）上滑移至CD时，又可以转到 另一个（111）面上滑移——双交滑移。 位错线AB滑移至CD的过程中，产生了AC、 BD两段位错，显然它们是刃型位错，这相当 于两个不可动割阶。 C、D两点成为位错CD的两个钉扎点，构成 F-R源，位错不断增殖。
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钉扎点
位错相遇形成网络 两端连着固定位错或 不可动割阶的位错或 被外来杂质钉扎
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Si晶体中的F-R源
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目录
位错的形成 位错的增殖 Frank-Read源增殖机制 平面L源增殖机制 双交滑移机制
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平面L源增殖机制
单边F-R源＝平面L源
位错线ABC的AB和BC两段不在一个滑 移面上，AB是滑移面上的可动位错， 柏氏矢量为b；BC为不可动位错——B 点被钉扎 作用在滑移面上的切应力t，AB段上的 作用力为tb，该力达到临界值时开始 滑移；
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平面L源增殖机制
由于B点被固定，位错线运动的结果使其成 为绕B点的旋转线，不断向外扩展； 向外旋转的螺旋线每扫过一次，晶体发生一 个b的滑移。
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平面L源增殖机制 带大割阶的螺位错的运动
实质上是两个平面L源
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目录
位错的形成 位错的增殖 Frank-Read源增殖机制 平面L源增殖机制 双交滑移机制 位错源的开动
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Frank-Read Source
m、n两点的位错性质正好 为异号位错相互吸引 位错反应 相互抵消； 位错断开成两部分 位错环 ＋位错线段AB；
线段AB在线张力作用下拉直 而恢复原状
所以：位错AB在外加切应 力作用下形成了一个位错环； 上述过程不断重复位错增 殖机制——F－R位错源（U 型平面位错源）
枝晶生长相遇后发生碰撞
液体流动时对晶体的冲击
浓度起伏造成点阵常数的偏差 结晶前沿的障碍物造成不同部分的位向 差
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Formation of Dislocation
晶体在形成过程中产生位错的途经： 晶体在冷却时形成的局部内应力 造成
夹杂物和基体膨胀系数失配应力 集中位错环
Punching机制
位错理论V
——位错的形成与增殖
朱旻昊 材料先进技术教育部重点实验室
2006年4月
目录
位错的形成 位错的增殖 Frank-Read源增殖机制 平面L源增殖机制 双交滑移机制 位错源的开动
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Formation of Dislocation
晶体在形成过程中产生位错的途经：
凝固过程中：
Frank-Read Source
因为位错线弯曲过程中各点 柏氏矢量不变，所以各点所 受的力相同，作用力的方向 始终和位错线垂直，所以各 点线速度相同，而A、B两 点附近的角速度必然增大 卷曲
进一步卷曲，各点的位错线 性质収生改变；
红色：刃位错 蓝色：右螺位错 绿色：左螺位错
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Frank-Read Source
AB为正刃型位错，柏氏矢量 为b ，A、B两点被钉扎在滑 移面上； 滑移面上切应力t作用下， 位错线上的力为：F＝tb 作用力使位错线弯曲； 当外力使位错线弯曲成半圆 后， A、B两点周围的位错 线将向外収生旋转，位错线 分别绕A、B两点卷曲。
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T Gb Gb rb 2r L
通常
L＝1mm，b＝0.1nm
10 G
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位错源的开动
?
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位错源的开动
Gb 3x
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双交滑移
双交滑移更容易进行，所以是比F-R源
更有效的位错增殖机制。
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目录
位错的形成 位错的增殖 Frank-Read源增殖机制 平面L源增殖机制 双交滑移机制 位错源的开动
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位错源的开动
F-R源：
设位错线AB长度为L，使其弯曲的最小曲率 半径为r＝1/2 L 使位错线弯曲的临界应力为：
位错产生的途经： 晶界：“坎”发射位错
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Formation of Dislocation
位错产生的途经： 位错塞积：位错在晶界塞积，应力集 中使开动邻近晶粒中的位错源。
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目录
位错的形成 位错的增殖 Frank-Read源增殖机制 平面L源增殖机制 双交滑移机制 位错源的开动
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Formation of Dislocation
晶体在形成过程中产生位错的途经： 由空位聚积而成：
高温时空位浓度高，有聚积成片以 降低组态能的趋势； 当空位片足够大时，两边晶体坍塌 下来，形成位错环。 Fcc晶体{111}晶面聚积成片坍塌 纯刃型位错
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Formation of Dislocation