位错形貌
氧化铝陶瓷位错形貌的TEM观测
氧化铝陶瓷位错形貌的TEM观测
孟范成;傅正义;王为民;张金咏;王皓;王玉成
【期刊名称】《武汉理工大学学报》
【年(卷),期】2007(29)1
【摘要】利用TEM对经过短时间高温1 800℃、高压100 MPa处理后的氧化铝陶瓷位错形貌进行了观察分析。
观察到了丰富的位错组态,包括位错阵列线、位错网和位错缠结。
采用衍射对比技术,得出位错阵列的柏氏矢量b=1/3<1100>,滑移体系为棱柱滑移,{1120}<1100>。
对位错网络形成进行了分析,位错网络为基面滑移1/3<1120>。
通过分析,得出该过程中氧化铝基面和棱柱滑移在塑性变形过程中起主要作用。
【总页数】3页(P12-14)
【关键词】TEM;氧化铝;位错;高温
【作者】孟范成;傅正义;王为民;张金咏;王皓;王玉成
【作者单位】武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174.75
【相关文献】
1.Al2O3/(纳米)Fe3Al复合材料位错形貌的TEM观测 [J], 尹衍升;龚红宇;谭训彦;甄玉花;张银燕;陈云
2.位错发射与纳米裂纹形核的TEM实验观察 [J], 丘波;钱才富;李惠芳;高克玮
3.12Cr1MoV耐热钢高温加热过程中位错组态的TEM研究 [J], 杨瑞成;余世杰;赵丽美
4.纳米孔阵列阳极氧化铝膜的制备与形貌观测 [J], 杨文彬;朱世富;赵北君;倪经;叶军;甄万宝;陈兴明
5.in-situ TEM技术实现观察镁合金样品中的锥面位错滑移 [J],
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不同腐蚀工艺对单晶Ge位错密度与微观形貌的影响
电子显微学报Journal of Chinese Electron Microscopy Society第 40 卷 第 1 期2021 年 2 月Vol. 40,No. 12021-02文章编号：1000-6281（2021）01-0045-05不同腐蚀工艺对单晶Ge 位错密度与微观形貌的影响李金乐，李珊**,杨晓京，马一鸣，张逸飞收稿日期：2019-11-13；修订日期：2020-01-17基金项目：国家自然科学基金资助项目（No.51765027）.作者简介：李金乐（1992-）,男（汉族），河南人,硕士. E-mail ： *******************通讯作者：李珊（1965-）,女（汉族），云南人，副教授.E-mail ： ****************（昆明理工大学机电工程学院，云南昆明650500）摘 要 为提高单晶Ge 位错腐蚀工艺的准确度，采用金相腐蚀观察法计算了单晶Ge 的位错密度，分析了腐蚀 时间、抛光条件、腐蚀温度对位错微观形貌的影响。
结果表明：腐蚀时间过长或过短,位错腐蚀坑形貌无法正常观测，腐蚀时间10 min 时，位错腐蚀坑形貌观测效果最佳；机械抛光会产生划痕和污渍，化学抛光可以得到更光洁的材料表面，腐蚀后更易观测位错腐蚀坑形貌;相同腐蚀时间和抛光条件下，温度越高腐蚀速率越快，通过增加腐蚀温度可以有效提高腐蚀效率。
关键词 单晶Ge ；位错密度;金相腐蚀观察法;微观形貌中图分类号：O772；TN304. 053；TQ134. 2 文献标识码：B doi ： 10. 3969/j.issn.l000-6281. 2021. 01. 009单晶Ge 作为一种重要的红外光学材料，近年来受到许多研究者的关注⑴。
位错是单晶Ge 常见缺陷，位错的存在对材料的电学性质和器件的参数有很大影响［2-3］。
位错使晶格畸变，改变能带的位置，影响载流子的复合过程⑷。
不均匀的位错甚至会改变器件的参数，最严重的可导致器件局部击 穿。
马氏体的形态及成因
马氏体的形态及成因马氏体的形态及成因：一、三维形貌及结构：1.板条位错型。
一般呈束（排）分布，内部存在高密度位错。
2.片状孪晶型。
一般呈交叉针状分布，其中含碳量≥1.4%即惯态面为{259}r者有中脊，呈“之”字状，即有爆发性发展的特征。
3.钢中含碳量对马氏体三维形貌及亚结构的影响：马氏体含碳量≤0.6%为板条位错型，马氏体含碳量≥1.4%为片状孪晶型，两者之间为混合型。
这是理论上的马氏体形态，与实际的情况有区别。
二、二维形貌及结构：1.板条马氏体在光学显微镜下成一排，具有黑白差。
所以在光学显微镜有时呈现黑白交替排列的现象。
⑴成束分布的现象十分明显，长度几乎可惯穿母相晶粒，且排的宽度宽（包含的板条多）。
⑵板条一小束平行相连，形成以束为单位的平行相连的黑白差（3%的硝酸酒精溶液正确浸蚀下）。
⑶黑白差相对较大。
深色的马氏体是先形成的马氏体，是受到严重的自回火的马氏体，所以呈深色。
在金相上评定淬火马氏体的级别以最深的马氏体为准。
由于含碳量低，切变造成惯态面破坏情况轻微，所以马氏体连在一起成为平行相连。
2.中碳马氏体的特征：⑴成束分布的现象在正常淬火后不十分明显，高温淬火后才几乎可贯穿母相晶粒，且排的宽度窄（即包含的板条少）。
⑵板条一小束平行相间，形成以束为单位的平行相间的黑白差。
⑶黑白差相对较小。
3.高碳马氏体的特征（高碳钢中的马氏体不等于高碳马氏体）：⑴马氏体呈明显的针叶状。
⑵次生马氏体从先生成马氏体针叶间开始生长，并与之呈60°的夹角。
⑶后生成的马氏体小于先生成的马氏体，且不能穿越奥氏体晶界。
⑷马氏体针叶上有微观裂纹，若金相磨面正好剖过马氏体针叶，精细观察可见裂纹。
四、马氏体黑白差的原因：1.由于成份来不及扩散均匀所形成的区域性黑白差。
原铁素体区域碳浓度低，得到较多的板条马氏体（黑色）；原珠光体区域碳浓度高，得到片状马氏体（白色）。
2.由于在Ms以下等温分级淬火所致。
3.由于高碳合金钢中球、粒状碳化物分布不均匀所致。
位错
3.2.1 位错类型及特征
问题1：实际晶体的强度比 理论强度低3~4数量级？ 问题2：金属材料为何出现 屈服和加工硬化现象？ 问题3：为何钢热轧时一般 选择在奥氏体相区？ 问题4：为何出现铝塑性变 形后形貌？
经7%形变的铝的 形变的铝的 表面图象
位错的基本概念
理论切变强度的估算
Gb G τ≈ ≈ 2πa 2π
位错理论发展简史
• 早期模型建立（1930年前） 早期模型建立（ 年前） 年前 • 1939年Burgers提出描述位错的一个重要 年 提出描述位错的一个重要 特征量-柏氏矢量 同时引入了螺位错。 柏氏矢量， 特征量 柏氏矢量，同时引入了螺位错。 • 位错理论的丰富及应用。（四、五十年代） 位错理论的丰富及应用。（ 。（四 五十年代） • 位错的电镜观测及证实。（ 位错的电镜观测及证实。（ 。（1956年） 年 • 计算机的模拟。（近代） 计算机的模拟。（近代） 。（近代
3.2.3 位错的弹性性质
位错在晶体中的存在，使其周围原子偏离平 衡位置而导致点阵畸变和弹性应力场的产生。 1．位错的应力场 采用弹性连续介质模型来进行计算： (1)该模型首先假设晶体是完全弹性体，服从虎 (1) 克定律； (2)其次，把晶体看成是各向同性的； (3)第三，近似地认为晶体内部由连续介质组成， 晶体中没有空隙，因此晶体中的应力、应变、 位移等量是连续的，可用连续函数表示。
柏氏矢量表示法: 柏氏矢量表示法
立方晶系中 立方晶系中 b=（a/n）[uvw] ，其大小成为位 错强度， 错强度，用模表示 ，模的大小表示该晶向上 原子间的距离。 原子间的距离。 六方晶系中: 六方晶系中: b=（a/n）[uvtw] 晶体中，柏氏矢量愈大， 晶体中，柏氏矢量愈大，表明该位错导致点阵 畸变愈严重，它所在处的能量也愈高。 畸变愈严重，它所在处的能量也愈高。能量 较高的位错通常倾向于分解为两个或多个能 量较低的位错：b1→b2＋b3，以使系统的自 量较低的位错： ＋ ， 由能下降。 由能下降。
第六章 位错
位错本身性质、应力场/能量； 和其它缺陷的交互作用； 位错的运动； 位错的产生； 实际晶体中的位错；
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strength of commercial matals strength after hardening strength of normal pure metals
[15] 1991. 22A. No.8. 16931708. L.M.Brown, R.F.Mehl Medalist. Toward a sound understanding of dislocation plasticity
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density of crystal defects
6.1单晶体滑移
滑移是指在外力作用下晶体沿 某些特定的晶面和晶向相对滑 开的形变方式。
用光学显微镜观察经7% 形变的铝的表面图象
用扫描电镜观察到形 变钴单晶的表面形貌
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滑移的特定晶面称滑移面，特定晶向称滑移方向。滑移面和 滑移方向合称为滑移要素（滑移系）。对于一定的晶体结构，不 论载荷大小或载荷的取向如何，滑移要素的类型一般都是确定 的。在一般情况下，滑移面和滑移方向是晶体的密排和较密排的 面及密排方向。
典型结构金属的滑移要素（滑移系）
晶体结构
FCC BCC
金属
产生刃位错的Volterra过程
半原子面在上侧，称正刃位错，“┻”；若半原子面在下侧，称负刃 位错，“┳”。
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位错表面滑移痕迹特征
位错表面滑移痕迹特征位错表面滑移痕迹特征是材料科学中的一个重要研究方向，它可以帮助我们理解材料的力学性能和失效机制。
本文将介绍位错表面滑移痕迹特征的定义、形成机制和对材料性能的影响。
一、位错表面滑移痕迹的定义位错是晶体中的一种缺陷，是晶体中原子排列的偏差。
位错表面滑移痕迹是位错在材料中滑移过程中留下的痕迹，它可以是原子位移、晶格畸变、应变集中等形式。
位错表面滑移痕迹可以通过电子显微镜等技术进行观察和分析。
二、位错表面滑移痕迹的形成机制位错表面滑移痕迹的形成是由于材料受到外力作用，位错在晶格中滑动引起的。
位错滑移是材料塑性变形的一种机制，它可以使材料更容易发生塑性变形，提高材料的可塑性。
位错表面滑移痕迹的形成过程中，位错会遇到其他位错或晶界，产生应力集中，导致材料的局部塑性变形。
三、位错表面滑移痕迹的影响位错表面滑移痕迹对材料的性能有着重要的影响。
首先，位错表面滑移痕迹可以增加材料的强度和韧性。
位错滑移痕迹可以使材料中的应力得到释放，从而减少应力集中，提高材料的强度和韧性。
其次，位错表面滑移痕迹可以改变材料的晶粒结构和晶界特征。
位错滑移痕迹可以引起晶粒的取向改变和晶界的移动，从而影响材料的晶粒大小、晶界能量和晶粒取向分布。
最后，位错表面滑移痕迹还可以影响材料的电子结构和导电性能。
位错滑移痕迹可以引起晶格畸变和电子局域化，从而影响材料的电子结构和导电性能。
四、位错表面滑移痕迹的研究方法位错表面滑移痕迹的研究可以采用多种方法。
一种常用的方法是电子显微镜观察和分析。
电子显微镜可以提供高分辨率的图像，可以观察到位错表面滑移痕迹的形貌和分布。
另一种方法是X射线衍射和散射技术。
X射线衍射和散射技术可以分析位错表面滑移痕迹的晶体结构和应变分布。
此外，还可以使用计算模拟方法对位错表面滑移痕迹进行模拟和分析，例如分子动力学模拟和有限元分析等。
总结起来，位错表面滑移痕迹是材料科学中的重要研究内容，它可以帮助我们理解材料的力学性能和失效机制。
位错的名词解释
位错的名词解释位错，是指晶体中原子排列发生偏移或者交换，形成错位的现象。
它是晶体结构中常见的缺陷之一，对材料的机械性能和导电性能等起到重要影响。
细致观察位错的性质及其影响，对于材料科学和工程领域具有重要意义。
一、位错的形成和分类1. 形成位错的原因位错的形成通常是由晶体生长过程中的应力、温度变化以及机械变形等因素所引起。
例如，在晶体生长过程中，由于生长速度的不均匀或晶体材料的不完美，就会出现位错。
同样地，在材料的机械变形过程中，如弯曲、拉伸或压缩等，也会导致晶体中位错的产生。
2. 位错的分类根据原子重新排列的方式和排列结构的不同，位错可以分为线性位错、平面位错和体位错。
线性位错是指位错线与晶体的某一晶面交线的直线排列，具有一维特征。
最常见的线性位错有位错线、螺旋位错和阶梯位错等。
平面位错是指位错线与晶体的某一晶面交线上有无限个交点，呈现出平面性的特点。
常见的平面位错有位错环、晶界以及孪晶等。
体位错是指位错线在晶体内没有终点，具有三维特征。
体位错通常有位错蠕变和位错多晶等。
二、位错的性质与作用1. 位错的性质位错对晶体的特性和行为有着重要影响。
它能够改变晶体的原子排列方式，导致晶体局部微结构的变化。
位错可以促进晶体的固溶体形成以及离子扩散等过程。
此外，位错还会影响晶体的力学性能，如硬度、韧性和弹性等。
因此，位错常常被用来研究晶体的性质和行为。
2. 位错的作用位错在材料科学和工程领域具有广泛的应用价值。
首先，位错可以增加晶体的强度和韧性，提高材料的抗变形能力。
这在制备金属材料和合金中起到重要作用。
此外，位错也可以影响材料的导电性能，例如半导体中的位错可以改变电子迁移的路径和速率，从而影响整个电子器件的性能。
除此之外，位错还可以用于晶体的生长和材料的表面改性等过程。
三、位错的观察和表征方法1. 传统观察方法传统的位错观察方法包括透射电镜、扫描电镜和X射线衍射等技术。
透射电镜可以通过对物质的薄片进行观察，获得高分辨率的位错图像。
位错习题答案
位错习题答案位错习题答案位错是晶体中晶格的缺陷，它对材料的力学性能和物理性能有着重要的影响。
位错习题是学习材料科学与工程中位错概念和位错运动的重要方式。
下面将给出一些位错习题的答案，帮助读者更好地理解位错的性质和行为。
1. 位错的定义是什么？答：位错是晶体中晶格的缺陷，是晶体中原子排列的一种异常。
它是由于晶体中原子的错位或错配而引起的，可以看作是晶体中的一条线或面。
位错的存在会导致晶体中的原子排列出现错位，从而影响材料的力学性能和物理性能。
2. 位错的分类有哪些？答：位错可以分为线状位错和面状位错两种类型。
线状位错是指晶体中原子排列出现线状缺陷，常见的有边错和螺旋错。
面状位错是指晶体中原子排列出现面状缺陷，常见的有晶格错和堆垛错。
3. 位错的运动方式有哪些？答：位错的运动方式可以分为刃位错的滑移和螺位错的螺旋运动。
刃位错的滑移是指位错沿晶体中某个晶面方向滑动，从而改变晶体中原子的排列。
螺位错的螺旋运动是指位错沿晶体中某个晶面形成螺旋线运动，从而改变晶体中原子的排列。
4. 位错对材料的性能有什么影响？答：位错对材料的性能有着重要的影响。
位错的存在会导致材料的塑性变形，使材料具有较好的可塑性和可加工性。
位错也会影响材料的力学性能，如强度、韧性和硬度等。
此外，位错还会影响材料的电学、热学和磁学性能。
5. 如何通过位错来改变材料的性能？答：通过控制位错的类型和密度，可以改变材料的性能。
增加位错密度可以提高材料的塑性和可加工性，但会降低材料的强度。
减小位错密度可以提高材料的强度和硬度，但会降低材料的可塑性。
此外，通过引入位错可以改变材料的晶体结构，从而影响材料的电学、热学和磁学性能。
6. 位错的观测方法有哪些？答：位错的观测方法主要有透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射等。
透射电子显微镜可以观察到位错的形貌和分布情况，扫描电子显微镜可以观察到位错的表面形貌。
X射线衍射可以通过位错对X射线的散射来确定位错的类型和密度。
TEM位错
透射电子显微技术在材料位错研究中的进展摘要：晶体中位错的透射电子显微分析是研究晶体形变微观机制的关键手段。
利用透射电子显微镜可直接观察到材料结构中的位错，因而TEM在材料的位错的研究中得到了广泛的应用。
本文主要综述了透射电子显微分析在研究材料位错中的最新进展。
关键词：TEM；位错；显微分析1、透射电子显微镜研究位错的基本方法材料的性能组织都是敏感的。
组织本身又取决于化学成分、热处理及加工过程。
因此，要了解材料的特性，并便于设计新材料或改进原有材料，需要以尽可能高的分辨能力描述材料的成分和显微组织特性。
这种描述要求运用显微镜、衍射及摄谱技术等先进而精密的分析方法。
正是在这一方面，电子显微镜由于具备进行物理分析及化学分析所需要的各种功能而被认为是一种极好的仪器。
其中位错是晶体材料最常见的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。
从几何角度看，位错属于一种线缺陷，可视为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线，其存在对材料的物理性能，尤其是力学性能，具有极大的影响。
刃位错和螺位错是主要的两种位错类型。
然而实际晶体中存在的位错往往是混合型位错，即兼具刃型和螺型位错的特征。
利用透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）可直接观察到材料微结构中的位错。
TEM观察的第一步是将金属样品加工成电子束可以穿过的薄膜。
在没有位错存在的区域，电子通过等间距规则排列的各晶面时将可能发生衍射，其衍射角、晶面间距及电子波长之间满足布拉格定律（Bragg's law）。
而在位错存在的区域附近，晶格发生了畸变，因此衍射强度亦将随之变化，于是位错附近区域所成的像便会与周围区域形成衬度反差，这就是用TEM观察位错的基本原理，因上述原因造成的衬度差称为衍射衬度。
这种衬度对晶体结构和取向十分敏感，当试样中某处含有晶体缺陷时，意味着该处相对于周围完整晶体发生了微小的取向变化，导致了缺陷处和周围完整晶体具有不同的衍射条件，将缺陷显示出来。
1-位错的定义及柏氏矢量
两岸的相对位移D 一般能分解为一个平移分量b 两岸的相对位移D(r)一般能分解为一个平移分量b和一个转动 分量ω=w×r，r是原点在割面上的矢径。如果D(r)只有平移分量， 是原点在割面上的矢径。如果D 则形成的位错称平移位错（Dislocation）；如果D 则形成的位错称平移位错（Dislocation）；如果D(r)只有旋转分量， 则形成的位错称旋转位错，简称为向错（Dislination）。 则形成的位错称旋转位错，简称为向错（Dislination）。 实在晶体并不是真正的连续介质，它存在各向异性及结构的 不连续，所以在Volterra过程中的D 不连续，所以在Volterra过程中的D(r)不是任意的，只能根据晶体 的特点取有限的值。不论平移分量或旋转分量都必须符合晶体点 阵的对称性质。例如平移只能是晶体的点阵平移矢量，旋转角必 须是晶体的基转角。在以后我们会知道，由于能量的原因，真正 位错线的平移矢量也不可能是任意的点阵平移矢量，而是其中较 短的几个矢量。 对于向错，晶体的旋转对称性最多为六次对称，也就是说， 对于向错，晶体的旋转对称性最多为六次对称，也就是说， 在晶体中产生向错最小的旋转角也要60°，它会引起很大的畸变， 60° 随着离开中心的距离加大畸变加大，所以旋错的能量很高，所以 随着离开中心的距离加大畸变加大，所以旋错的能量很高，所以 在晶体中除了个别特殊情况，一般是不会出现向错。而在液晶中 向错却是常见的线缺陷。
这个线缺陷的弹性性质显然取决于位错环C的位置以及产生位错 时割面两侧的相对位移D(r)。但是，无论割面两侧位移多大，周界 的应力是无限大的。为了避免周界这样的应力发散，一般沿周界 挖一个空心管道，这个非常小的空心管道区域就是介质中的线缺 陷。 线缺陷是晶体（有序介质）中原子（或分子）出现的严重错排 仅集中在线附近的小区域内，远离这条线只有弹性畸变，并且这 些畸变随着离开这条线的距离而急剧减小。可以把严重错排区域 用类似一个“管道”来描述，这个管道的直径通常仅有几个原子 间距，并贯穿于有序介质之中。在管道内，原子间的坐标与在完 整有序介质中很不同，而在管道之外的原子的坐标接近于完整有 序介质。这里的所谓管道“内部”和管道“外部”之间并无明确 界线，它们之间是逐渐过渡的，并且管道的截面也不一定是圆形。 管道“内部”这个定义不很精确的区域是线缺陷的核心 还要注意的是，“产生”线缺陷的沃特拉过程只是用以描述线 缺陷的奇异性本质，以及描述线缺陷的结构，而实际的线缺陷并 不是用沃特拉过程的方式产生的。
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常见位错图像的特征
图1无规则位错
位错的滑移与攀移交互作用形成三维无规则的位错网络；
位错线被膜面截断形成箭头A，异号位错相吸引，形成平行位错线部分（位错偶）B、位错环C。
图2位错割阶
滑移面上的位错被试样膜面截成整齐位错线段列。
“T”字形相交的滑移面。
近水平的一次滑移系，近垂直的为二次滑移系。
异面位错不断交割，导致大割阶。
影交角增大；异号柏氏矢量的位错相互吸引，并由一段平行线，形成位错偶。
双交滑移的螺位错水平滑移，形成位错偶。
部分位错偶形成位错环。
棱柱位错
双向平行的系列位错线，在棱柱面上滑移。
限定于{1010）面，膜面近于（0001）。
六角网络位错网，相当于同一滑移面的柏氏矢量反应。
胞状组织
位错呈网形分布的组织，称胞状组织。
层错能高的材料在受到障碍时易于交滑移，在三维结网加工硬化率相对较低。
位错塞积列
滑移面的可动位错遇到障碍塞积，呈前密后疏的分布。
上图中的障碍为晶界。
下图晶界显示平行条纹衬度。
层错能高的材料（b ）不一塞积，而进行交滑移；层错能低的材料(a)设想有一定宽度的层错，路遇障碍进行交滑移时因为要收缩束集，故易于产生塞记。
钉扎位错
位错上Fe16N2就地形核，（100）惯析。
第二相钉扎位错线，阻碍位错运动，第
二相也在小角界的位错上形核。
错配位错
等距及平行位错线段呈块状或区域分布。
基体育第二相错配度很小，构成半共格
界面，用错配位错来你不晶格常数的差距。
点缺陷聚集形成的六角形弗兰克位错环。
其中六角边垂直基面的密堆方向。
小角倾斜晶界
晶界上近于平行等距离分布的刃位错。
滑移位错可以通过小角晶界。
过界位错线
带有大割阶的台阶。
与扭转界根本不同是存在直线段的位错网络，直线侧有分叉位错。
巴丁----赫休源
由于热膨胀系数不同在方形夹杂物附近应力诱发位错。
位错环沿锥面攀移，每个
环具有同一个柏氏矢量。