位错反应

第二章晶体缺陷2第二章晶体缺陷2.1点缺陷2.1.1点缺陷的类型及形式2.1.2点缺陷对性能的影响2.2线缺陷2.2.1线缺陷的基本概念2.2.2位错的运动2.2.3实际晶体中的位错2.3面缺陷2.3.1外表面2.3.2晶界与亚晶界6课时33.外力场中位错所受到的力晶体中位错将发生运动，且位错移动的方向总是与位错线方向垂直。设想位错线上作用了一个与其垂直的力，使其发生移动，利用虚功原理来求该力的大小。Fd与外加切应力τ和柏氏矢量的模|b|成正比，方向处处垂直于位错线，并指向未滑移区44.位错线张力由于位错线具有应变能，所以位错线有缩短的趋势来减小应变能，这便产生了线张力T。线张力数值上等于单位长度位错的应变能。T=a•Gb2(J/m)a:与几何因素有关的系数，a≈1是直线位错，a≈1/2是弯曲位错，单位为J/m;G:切变弹性模量b:柏氏矢量5弯曲位错一定受到外力的作用，并且外力与线张力平衡2sin2dTbdsrGbraGb2曲率半径r与作用力τ成反比4.位错线张力62.2.4实际晶体中的位错实际晶体结构中，位错的柏氏矢量不能是任意的，它要符合晶体的结构条件和能量条件结构条件能量条件必须连接一个平衡位置到另一个平衡位置位错能量（T）正比于b2,故b越小，T越小，位错越稳定位错的柏氏矢量仅限于少数最短的平移矢量，把具备这种柏氏矢量的位错，又称为单位位错1.单位位错7如何确定最短的平移矢量？1.单位位错晶体中最密排方向的原子间距是最短的原子间距，因此单位位错的柏氏矢量一定要平行于晶体的最密排方向晶体结构原子密排面原子密排方向体心立方（110）[111]面心立方（111）[110]密排六方（0001）[1120]-8结构类型柏氏矢量方向|b|面心立方110110体心立方111111密排六方11201120aa222aa233a典型金属实际晶体结构中的单位位错2a][uvwnab222wvunab1.单位位错--9当位错线t从右侧到左侧滑动一个原子间距时，滑移面上下原子排列方式和堆垛方式均未发生改变，因此单位位错又称全位错1.单位位错102.不全位错当柏氏矢量不等于最短平移矢量的整数倍的位错叫不全位错，其中小于最短的平移矢量的位错称为部分位错。若柏氏矢量不是晶体的平移矢量，当这种位错扫过后，位错扫过的面两侧必出现错误的堆垛，称堆垛层错。层错区与正常堆垛区的交界便形成了不全位错面心立方金属存在两种不全位错：肖克莱不全位错，弗兰克不全位错11肖克莱不全位错典型金属的堆垛结构12正常堆垛区（AB）层错区（AC）面心立方金属肖克莱不全位错的柏氏矢量为a/6[121]，并且当位错线向左滑移时，层错区会扩大局部滑移导致堆垛顺序的扰乱--肖克莱不全位错位错线滑过，层错区被扩大13（1）不仅是已滑移区和未滑移区的边界，而且是有层错区和无层错区的边界。（2）因为层错区与正常堆垛区交界线可以是各种形状的，除了刃型外，肖克莱不全位错还可以有螺型和混合型。（3）肖克莱不全位错与柏氏矢量所决定的平面是{111}面，因此，肖克莱位错可以滑移，不能攀移肖克莱不全位错肖克莱不全位错的特点14除了局部滑移外，抽出或插入部分{111}面也可导致堆垛顺序的扰乱ABCBC..ABCBABC..这样的层错与正常堆垛原子间的交界成为弗兰克不全位错面心立方金属的弗兰克位错的柏氏矢量是a/3111弗兰克不全位错ABCABC..15弗兰克不全位错的特点（1）位于{111}面上，可以是任何形状，包括直线、曲线和封闭环（弗兰克位错环）。但无论是什么形状，它总是刃型的，因为b和{111}面垂直（2）由于b不是fcc晶体的滑移方向，因此弗兰克不全位错不能滑移，只能攀移。这种不可能滑移的位错便称为固定位错。肖克莱不全位错则是可滑位错。16必须满足几何条件即柏氏矢量的守恒性：位错的能量越低越稳定，柏氏矢量较大的位错往往可以分解为柏氏矢量较小的位错，或者两个位错也可以合并为一个位错等。这种位错间的相互转化称为位错反应。位错反应必须满足两个条件：必须满足能量条件，反应后诸位错的总能量小于反应前诸位错的总能量：＞3.位错反应17肖克莱不全位错和弗兰克不全位错相合，反应变成单位位错，其位错反应方程式为：Aa+aC=AC弗兰克不全位错Aa=a/3[111]；肖克莱不全位错aC=a/6[121]；单位位错AC=a/2[101]=0=1/2当该两个位错相遇时，有可能生成单位位错3.位错反应----柏氏矢量184.扩展位错ABCB面心立方金属的堆垛顺序ABC。B原子水平移动单位位错的距离，需要克服A原子的“高峰”，选择先滑移到C位置再到B位置，将更节省能量。因此B原子的单位位错的柏氏矢量BB就可以分解为BC加CB(两个肖克莱位错)b1=a/2[110]BBC-19一个单位位错可以分解为两个肖克莱不全位错a/2[110]a/6[121]+a/6[211]一个单位位错可以分解为两个不全位错，中间夹住一片层错的组态称为扩展位错4.扩展位错----20b2与b3的夹角为60°，小于90°，它们是同号分量，相互排斥，排斥力F=G（b2b3）/2πd；d=G(b2.b3)/2πγⅠⅡⅢb2+b3=b1不全位错全位错215.位错增殖实验表明退火后的金属位错密度ρ=106cm-2左右，而经剧烈塑性变形过后，位错密度ρ=1011~1012cm-2，说明位错发生了增殖。位错线AB在外力τ作用下受到的力为τbτ随外力的继续增大，位错线发生弯曲，并产生线张力T=Gb/2r当位错线弯成半圆时，曲率半径r最小（LAB/2），而T最大，为Gb/L。此时的线张力为位错增殖的临界切应力22由于位错AB两段是固定住，要想保持位错线上的线速度一样，必须弯曲而增大角速度。因为AB两段是异号的螺位错，相遇后必然相互抵消，使得AB又变成了位错线。新的位错环在切应力作用下继续扩张，而AB位错线又重新受到力的作用。23