文档介绍：第6次课位错理论的提出
当作用在完整晶体某晶面、某晶向的外切应力τ达到某临界分切应力时,晶体滑移面上/下的两层原子面便开始滑动。假设下层原子面不动,上层原子面沿着切应力方向平移。这个平移通过1、2、3、4…各列原子,依次滑移一个平衡位置完成的(经过2-1b到2-1c状态)。图2-1b是滑移过程中的一个状态。这时,1、2两列原子已经完成滑移,3、4、5各列原子虽开始滑移,但还未达到平衡位置,6、7、8各列尚未滑移。这样,滑移面便分为已滑移区和未滑移区。已滑移区和未滑移区的界限(3、4、5列原子),即定义为位错。
位错是晶体中的一维缺陷。就是说,缺陷区是细长的管状区域,管内的原子排列是混乱的,破坏了点阵的周期性。
位错的概念是1934年(泰勒Taylor,奥罗万Orowan和波浪依Polanyi三人在同年提出)提出的。当时只是一种设想,直到50年代从实验中观察到位错。
诱发原因:由于有许多试验现象很难用完整晶体的模型来解释。其中最大一个矛盾就是晶体的实际强度远远低于其理论强度。
局部滑移
概念:如果晶体的一部分区域发生了一个原子间距的滑移,另一部分区域不滑移,已经滑移区和未滑移区的边界不可能是一条几何上的“线”,而是一个过渡区。在此区域内,原子的相对位移从1个原子间距逐渐减至0。这样,在过渡区内原子排列就不规则(非周期性排列),因而滑移面两边的就不可能“对齐”,必然出现严重的
“错配”。这个原子错配的过渡区便称为位错。
特点:过渡区只有几个或十几个原子间距的宽度,而长度却达到晶体的宏观尺寸。
分类
(1)刃型位错—位错线垂直于滑移方向。
示意图:
特点:存在一个对称的半原子面。也可以看成是通过在完整晶体中插入半个原子面而形成的。
正刃型位错—附加原子面位于滑移面上方;
负刃型位错—附加原子面位于滑移面下方。
(2)螺型位错—位错线平行于滑移方向
示意图
左旋螺位错:符合左手螺旋规则
右旋螺位错:符合右手螺旋规则
无论将晶体如何放置也不可能使左旋变成右旋。
(3)混合位错—位错线和滑移方向成任意角度α。
当位错线即不平行、又不垂直于滑移方向时,可以将晶体的滑移(滑移面两边的相对位移α)分解为平行于边界的位移分量acosα和垂直于边界线的分量asinα,也就是将位错看成由螺型位错和刃型位错混合而成的,故称为混合位错。
纯刃型和螺型位错中位错线是直线形状,混合位错却可能是直线、曲线和封闭曲线。
位错的起源:材料在凝固、固态冷却、外延生长等都可能形成位错
凝固过程形成位错的原因:(1)“仔晶”或其他外来晶核表面(包括容器壁)上的位错或其他缺陷直接“长入”正在凝固的晶体中(2)在不同部位成核和长大的晶体(如树枝晶)由于位向不同在相遇时界面原子必然“错配”形成位错
急冷过程中形成位错的原因:(1)当固体从接近熔点的温度急冷时得到大量(过饱和)的空位,这些空位可以通过扩散聚集成大的空位团,空位团又进一步坍塌成空位片——位错环。(2)由于温度梯度、杂质等以因素引起内应力,导致各部分晶体收缩不均匀而形成位错。(3)由于冷却过程中发生再结晶或固态相变,使晶界或相界上原子错排而形成界面位错。(4) 在非常高的外加应力作用下无缺陷的均匀晶体也可能形成位错。
第6次课位错的普遍定义与柏格斯矢量
1 柏格斯回路
定义—Burgers circuit是在有缺陷的晶体中围绕缺陷区将原子逐个连接而成的封闭回路。(图)
2滑移矢量:晶体在滑移时过程中,在滑移面的滑移方向上,任一原子从一个位置移向另一位置所引起的矢量。
3 1939年,柏格斯提出用晶体的滑移矢量表示位错引起的晶体畸变的方法,把形成一个位错滑移矢量定义为这个位错的矢量,叫柏格斯矢量。
图14 博格斯回路和博格斯矢量(a 包含位错的柏氏回路,b完整晶体中柏氏回路,不封闭段为MQ,柏氏矢量为b=QM。
4为了判断柏格斯回路中包含的缺陷是点缺陷还是位错,只需要在无缺陷的完整晶体中按同样的顺序将原子逐个连接。如果能得到一个封闭的回路,那么原来的柏氏回路中包含的缺陷是点缺陷。如果在完整晶体中的对应回路不封闭(即起点和终点不重合),则原柏氏回路中包含的缺陷是位错。这时为了使回路封闭还需要增加一个向量b,如图所示,b便称为位错的柏格斯矢量或简称柏氏矢量。(终点到起点方向)
5柏氏矢量的表示方法:
一定的柏氏矢量或滑移矢量,可用一个固定的符号b=ka[uvw]表示。如对于面心立方晶体而言,从晶胞原点[000]向(001)晶面的鲸胞面心[1/2,1/2,0]所引出的矢量,在X,Y,Z三轴上的分量依次为a/2、a/2/、0,由它所表示的柏氏矢量的符号为:
B=[a/2、a/2/、0]=a/2[110] 其中[uvw]表示滑移方向,模的大小