ch2位错-2.4位错与晶体缺陷作用

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晶体缺陷-位错的基本类型与特征

晶体缺陷-位错的基本类型与特征

混合位错
总结词
混合位错是一种同时具有刃型和螺旋型 特征的晶体缺陷,其特征是晶体中某处 的原子既发生了平移又发生了螺旋式的 位移。
VS
详细描述
混合位错是刃型位错和螺旋位错的组合体 ,其原子位移同时包含了平移和螺旋式的 位移。混合位错通常出现在晶体的复杂区 域,如晶界、相界等。由于混合位错同时 具有刃型和螺旋型位错的特征,其对晶体 的性能影响也较为复杂,需要进行深入研 究。
滑移与攀移
在切应力作用下,位错能够沿滑移面整列移动,称为滑移; 而垂直于滑移面方向的移动称为攀移。这两种运动方式是 位错在塑性变形中的重要表现。
应变梯度与几何必须位错
当材料的局部区域发生不均匀变形时,会产生应变梯度, 进而促使位错的形成和运动,以协调这种不均匀变形。
位错与材料疲劳断裂
01
疲劳裂纹的萌生与扩展
强化机制
加工硬化
在塑性变形过程中,位错的运动和交 互作用导致材料逐渐变硬,即加工硬 化。这是金属材料常用的强化手段。
通过引入位错,可以增加材料的内应 力,从而提高其屈服强度。这种强化 机制称为位错强化。
位错与材料塑性变形
塑性变形机制
位错在受力时能够运动,从而改变材料的形状。这种运动 机制是金属等材料发生塑性变形的内在原因。
在循环载荷作用下,位错容易在材料的应力集中区域(如晶界、相界或
表面)聚集,形成位错塞积群,进而导致疲劳裂纹的萌生。裂纹的扩展
通常沿特定晶体学平面进行。
02
影响疲劳性能的因素
位错的运动和交互作用对疲劳裂纹的萌生和扩展具有重要影响,进而影
响材料的疲劳性能。例如,材料的抗疲劳性能可以通过引入阻碍位错运
动的合金元素来改善。
晶体缺陷的分类

晶体材料位错缺陷的形成原因

晶体材料位错缺陷的形成原因

晶体材料位错缺陷的形成原因
晶体材料是由原子或分子组成的有序排列的固体材料,而位错缺陷是晶体材料中常见的缺陷形式之一。

位错缺陷的形成原因可以有多种,包括外力作用、晶体生长过程中的不均匀性以及热力学和动力学因素等。

外力作用是引起晶体材料位错缺陷形成的重要原因之一。

当晶体受到外力作用时,晶体内部的原子或分子会发生位移,导致晶体结构的变形和变化。

例如,在金属材料中,当外力作用超过材料的屈服强度时,晶体内部会出现塑性变形,即晶体中原子或分子的位移和滑动,从而形成位错缺陷。

晶体生长过程中的不均匀性也是晶体材料位错缺陷形成的原因之一。

晶体的生长过程是一个动态的过程,其中包括原子或分子的扩散和结晶等过程。

然而,在晶体生长过程中,由于温度、浓度、压力等条件的变化,晶体内部的生长速率可能会有差异,导致晶体内部出现结构不均匀性。

这种结构不均匀性会导致晶体内部的位错形成,从而形成位错缺陷。

热力学和动力学因素也是晶体材料位错缺陷形成的重要原因。

在晶体材料中,原子或分子之间存在着各种相互作用力,包括范德华力、离子键、共价键等。

当晶体材料受到外界条件的改变时,这些相互作用力可能发生变化,导致晶体结构的不稳定性。

在这种情况下,
晶体内部的原子或分子会重新排列,从而形成位错缺陷。

晶体材料位错缺陷的形成原因是多方面的,包括外力作用、晶体生长过程中的不均匀性以及热力学和动力学因素等。

这些原因相互作用,共同影响着晶体材料的结构和性能。

因此,在研究晶体材料位错缺陷时,我们需要综合考虑这些因素,以便更好地理解晶体材料的性质和行为。

晶体缺陷理论-位错间相互作用

晶体缺陷理论-位错间相互作用
0
B
bB X
另一个位错上的外场;
Z
2)利用Peach-Koehler公式计算作用力。
(2)计算 位错A A´对位错BB´的作用 A A´的应力场:
A A xx xy A A A yx yy A A zx zy A xz A yz A zz
z B A zy
将不同位向关系位错的应力场、柏氏矢量、位错线方向 等带入(7)式,即可得出位错之间的相互作用情况(大小、 方向)。
3.平行螺位错之间的相互作用力
(位错A A´对位错BB´的作用) (1)A A´位错的应力场:
0 0 A 0 0 A A zx zy
Y
位错之间作用力
作用在位错上力的一般公式
1.Peach-Koehler公式
dF (b ) dl (1)
b 是位错线元的柏氏矢量,σ是应力张量。显然,

式中, dF 是位错线元 dl 上所受的作用力,
dF 位错线所受的力始终与位错线相垂直,即Peach-Koehler
f
GbB bA h 2 h 2 y 2
Y=0,f=max;y越大,f越小。作用力随位错线的位置变化而变 化,且位错各处受力是不均匀的。 写出位错ξB 对位错ξA作用时的应力场、柏氏矢量和作用力。
Y ζB bB
0 h
X
Z ζA bA
A A xy xz A A yy yz k dlz A A zy zz
(6)
dF x A (bB xx dlz
b
y B
A yx
x A b ) ( j ) (bB xy

第4章 晶体缺陷

第4章 晶体缺陷

刃位错的滑移
螺位错的滑移
刃、螺型位错的滑移特点
特征差异:
切应力方向不同 刃型:F⊥l;螺型:F∥l
位错运动方向与晶体滑移方向关系 刃型:运动方向与滑移 方向一致;螺型:运动方向与滑移方向垂直。 统一之处: 两者的滑移情况均与各自的b一致。
b) 位错环(混合型位错)的滑移
A、B处为刃型位错,C、D处为螺型位错,其余各处为 混合型位错。 位错环可以沿法线方向向外扩张而离开晶体;也可以反 向缩小而消失。
透射电镜下观察到的位错线
第三节 位错的能量及交互作用
位错线周围的原子偏离平衡位置,处于较高的能量状 态,高出的这部分能量称为位错的应变能(位错能)
一、位错的应变能
位错的应变能可分为:位错中心畸变能Ec和位错应 力场引起的弹性应变能Ee。 Ec:位错中心点阵畸变较大,需借助点阵模型直接考虑晶体
结构和原子间的相互作用,其能量约为总应变能的1/10~ 1/15,常予以忽略。
和间隙原子的“间隙-空位”对。
Frenkel defect
化合物离子晶体中的两种点缺陷 金属晶体:弗兰克尔缺陷比肖脱基缺陷少得多 离子晶体:结构配位数低-弗兰克尔缺陷较常见
结构配位数高-肖脱基缺陷较重要
间隙原子
定义:晶体中的原子进入晶格的间隙位置而形成 的缺陷。
Interstitial defect

b 2 r
Gb 2 r
b 2 r dr L L Gb
位错线
半原子面
刃型位错的特点
滑移面
a、属于线型位错,但在晶体中为狭长的管道畸变区;
b、是晶体中滑移区与未滑移区的分界线,不一定是 直线,也可以是折线或曲线; c、不能中断于晶体内部

晶体缺陷-位错作用增殖与实际位错

晶体缺陷-位错作用增殖与实际位错
晶体缺陷-位错作用增殖与实际位错
第五节 位错与晶体缺陷间的交互作用
Interactions between dislocations and crystal defects
一、位错间的交互作用 1.一对平行刃位错的交互作用
2.一对平行螺位错的交互作用
3.一对平行刃位错和螺位错的交互作用
4.混合位错间的交互作用 5.非平行位错间的交互作用
1.3 ×10-6
层错能-----产生单位面积的层错所需能量. 层错是一种晶体缺陷,破坏了晶体排列的周
期性,引起能量升高。 层错能(高/低)-----(难/易)产生层错?
57
F:堆垛层错
不锈钢中的扩展位错
变形Cu-Al合金
58
扩展位错的平衡宽度:
d=Gb1b2/2
扩展位错的平衡宽度与层错能成反比: 层错能低(不锈钢,-黄铜):宽的扩展位错
m、n处为异号位 错相消,产生一 位错环, 内部DD′段还存 在。动画
Si单晶中的F-R源
位错绕过动画 动画-位错切过
(二)双交滑移增殖机制 (动画)
交滑移:螺位错在某一滑移面的滑移受阻时,位错离开 原滑移面到与其相交的其他滑移面继续滑移。
双交滑移:已交滑移的螺位错再一次交滑移到 与原滑移面平行的滑移面继续滑移。
fcc中:2个全位错合并为1个全位错。
(3) 位错重组:bcc中:
第六节 位错的增殖、塞积与交割 一、位错的增殖
Frank-Read源增殖机制 双交滑移增殖机制
小结
二、位错的塞积
三、位错的交割
2. 割阶和扭折使位错线长度增加,能量增加, 成为位错运动的阻碍。
1. 两位错交割,会产生台阶,自身柏氏矢量b不变, 2. 台阶大小取决于另一位错的b值。

晶体中的位错

晶体中的位错

晶体中的位错晶体是由大量的原子或离子按照一定的规律排列形成的,具有高度的有序性和周期性。

然而,在晶体中,由于制备、加工等原因,有时候不同的晶体原子并不完全对齐,形成了一些错位,这些错位就称作位错。

位错是晶格缺陷的一种,是晶体中最常见的缺陷之一。

本文将重点介绍晶体中的位错。

一、位错的定义和分类位错是晶体中的缺陷,是一种原子排列顺序的失误或对晶体构造发生的不规则的紊乱。

从形式上来看,位错其实是一条线,称为位错线。

位错线是一个平面的分界线,分别将位错的正侧和负侧分开,两侧的原子堆积方式互不相同。

按照线向和方向,位错可分为长位错和短位错;按照线型,位错可分为直线位错和环状位错;按照纵向位置,位错可分为面内位错和面间位错;按照能量点的数量,位错可分为单位错、双位错、三位错等等。

二、位错的形成原因晶体中的位错是由于应力和温度的变化等原因,导致原子在晶体内部的位置和晶格结构发生变化而形成的。

晶体中的一些应力和原子偏移最终会形成位错,进而影响构造和性能。

常见的位错形成原因有以下几种:1.加工过程中导致的位错:金属加工可能会引起位错的发生,因为加工会施加一定的应力,从而导致晶格变形。

例如,扭曲或拉伸材料时,原子可能会脱离原来的顺序,最终形成位错。

2.晶体生长过程中导致的位错:晶体在生长过程中,由于固态、液相界面的移动推进,产生压力分布变化,从而造成位错的形成。

在原子或离子加入了其他元素或化合物的情况下,位错也会在晶体中发生。

3.晶体性能的变化导致的位错:晶体的性质随着应力和温度的变化而变化。

温度和离子浓度等的变化可能会改变晶体的构造,导致位错。

三、位错的作用位错是晶体中的缺陷,但它并不总是会对晶体的性质产生不良影响。

实际上,位错可以对晶体的某些性质产生正向、负向改变,主要包括以下几种:1.塑性变形:位错的存在使晶体产生了柔韧性,容易受到力的作用产生塑性变形。

2.材料的硬度:如果位错数量越大,晶体的硬度就会变差,同时晶体的脆性就会增加。

晶体缺陷点缺陷和位错

晶体缺陷点缺陷和位错
第3章 晶体缺陷
《材料科学与工程基础》
本章主要内容
3.1 点缺陷 3.2 位错 3.3 表面及界面
第3章 晶体缺陷
❖引 言
1、晶体缺陷(Defects in crystals)
定义:实际晶体都是非完整晶体,晶体中原子排 列的不完整性称为晶体缺陷。
2、缺陷产生的原因
(1)晶体生长过程中受到外界环境中各种复杂因 素的不同程度的影响;
作业
Cu晶体的空位形成能1.44x10-19J/atom,A=1, 玻尔兹曼常数k=1.38x10-23J/k。已知Cu的摩尔
质量为MCu=63.54g/mol, 计算: 1)在500℃以下,每立方米Cu中的空位数? 2) 500℃下的平衡空位浓度?
18
❖ 解:首先确定1m3体积内Cu原子的总数(已 知Cu的摩尔质量为MCu=63.54g/mol, 500℃ 下Cu的密度ρCu=8.96 ×106 g/m3
Ag
3980
0.372 25000 9.3×10-5 1.5×10-5
Cu
6480
0.490 40700 7.6×10-5 1.2×10-5
α-Fe
11000
2.75
68950 2.5×10-4 1.5×10-5
Mg
2630
0.393 16400 1.5×10-4 2.4×10-5
问题:计算结果和实验值相差甚远
3)位错线可以是任何形状的曲线。 4)点阵发生畸变,产生压缩和膨胀,形成应力场,
随着远离中心而减弱。
7.2 位错的基本知识
考虑一下,还 可以采用什么 方式构造出一 个刃型位错?
2、螺型位错
(1)螺型位错的形成
螺型位错的 原子组态:

材料科学基础第三章 晶体缺陷

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贵州师范大学
化学与材料科学学院
SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY
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二、点缺陷的产生 1. 平衡点缺陷及其浓度 虽然点缺陷的存在使晶体的内能增高,但 同时也使熵增加,从而使晶体的能量下降。因 此,点缺陷是晶体中热力学平衡的缺陷。 等温等容条件下,点缺陷使晶体的亥姆霍 A U T S 兹自由能变化为:
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三、点缺陷与材料行为 1. 点缺陷的运动 1)空位的运动
2)间隙原子的运动 3)空位片的形成
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第三章 晶体缺陷
CRYSTAL DEFECTS
点缺陷 位错的基本概念 位错的弹性性质 作用在位错线上的力 实际晶体结构中的位错 晶体中的界面
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一、点缺陷的类型
点缺陷的类型: (a) Schottky 空位; (b) Frenkel 缺陷; (c) 异类间隙原子; (d) 小置换原子; (e) 大置换原子
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strain field is lower ttion, they will
attract each other.
7
➢ This leads to some simple cases: 1. Arbitrarily curved dislocations with identical b on the same glide plane will always repel each other.
Ch2 位错
2.1 位错理论的产生 2.2 位错的几何性质 2.3 位错的弹性性质 2.4 位错与晶体缺陷的相互作用 2.5 位错的动力学性质 2.6 实际晶体中的位错
1
2.1 位错理论的产生
一、晶体的塑性变形方式 二、单晶体的塑性变形 三、多晶体的塑性变形 四、晶体的理论切变强度 五、位错理论的产生 六、位错的基本知识
If we start with screw dislocations, we have to distinguish the following cases:
6
➢ In analogy, we next must consider the interaction of edge
dislocations, of edge and screw dislocations and finally of mixed
get everything from there.
➢ But for just obtaining some basic rules, we can do better than
that. We can classify some basic cases without calculating
anything by just examining one obvious rule:
more generally a 1/r dependence of the force on the
distance r between the dislocations.
For y < 0 or y > 0 we find zones of repulsion and
attraction. At some specific positions the force is zero -
dislocations.
The case of mixed dislocations - the general case - will again be
obtained by considering the interaction of the screw- and edge
parts separately and then adding the results.
2
2.2 位错的几何性质
一、位错的几何模型 二、柏格斯矢量 三、位错的运动 四、位错环及其运动 五、位错与晶体的塑性变形 六、割阶
3
2.3 位错的弹性性质
一、弹性连续介质、应力和应变 二、刃型位错的应力场 三、螺型位错的应力场 四、位错的应变能 五、位错的受力 六、向错 七、位错的半点阵模型
4
2.4 位错与晶体缺陷的相互作用
9
➢ The general formula for the forces between edge
dislocations in the geometry shown above is
➢ Fx = [Gb2 / 2p(1 –n)] ·[x ·(x2 – y2) /(x2 + y2)2 ] ➢ Fy = [Gb2 / 2p(1 –n)] ·[ y ·(3x2 + y2) /(x2 + y2)2 ] For y = 0, i.e. the same glide plane, we have a 1/x or,
8
➢ 2. Arbitrary dislocations with opposite b vectors on the same glide plane will attract and annihilate each other
➢ Edge dislocations with identical or opposite Burgers vector b on neighboring glide planes may attract or repulse each other, depending on the precise geometry. The blue double arrows in the picture below thus may signify repulsion or attraction.
If the superposition of the strain fields of dislocations add up to
values of the compressive or tensile strain larger than those of a
single dislocations, they will repulse each other. If the combined
一、位错间的相互作用力 二、位错与界面的交互作用 三、位错与点缺陷的交互作用
5
Interactions Between Dislocations
➢ We will first investigate the interaction between two straight and parallel dislocations of the same kind.
➢ With the formulas for the stress and strain fields of edge and
screw dislocations one can calculate the resolved shear stress
caused by one dislocation on the glide plane of the other one and
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