第三章 晶体缺陷-表面与界面(课堂版三).

• An interstitial defect is formed when an extra atom is inserted into the crystal structure at a normally unoccupied position. • Interstitial atoms, although much smaller than the atoms located at the lattice points, are still larger than the interstitial sites that they occupy, consequently, the surrounding crystal region is compressed and distorted.
பைடு நூலகம்
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离开平衡位置的原子有三个去处: 离开平衡位置的原子有三个去处: (1)形成Schottky空位（vacancy） (1)形成 形成Schottky空位 vacancy） 空位（ (2)形成Frankely缺陷 (2)形成 形成Frankely缺陷 (3)跑到其它空位上使空位消失或移位。 (3)跑到其它空位上使空位消失或移位 跑到其它空位上使空位消失或移位。 点缺陷的类型： 点缺陷的类型： （1）空位 间隙原子（异类）（ ）（interstital （2）间隙原子（异类）（interstital atom) 自间隙原子(同类) self（3）自间隙原子(同类) （self- interstital atom ） 外来杂质原子： （4）外来杂质原子： 置换原子( atom) （5）置换原子(substitutional atom) ：
Crystal Defects

ppt课件 23
混合位错
混合位错：滑移矢量既不平行业不垂直于位错线， 而是与位 错线相交成任意角度。 一般混合位错为曲线形式， 故每一点的滑移矢量 式相同的， 但其与位错线的交角却不同。 ppt课件
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各种位错的柏氏矢量
ppt课件
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柏氏矢量的物理意义
1。反映位错周围点阵畸变的总积累（包括强度 和取向） 2。 该矢量的方向表示位错运动导致晶体滑移 的方向， 而该矢量的模表示畸变的程度称为位 错的强度。 （strength of dislocation）
ppt课件
G tm 0.1G 2
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t m 0.01 0.1G
计算中的假设
• 1。完整晶体，没有缺陷 • 2。整体滑动 • 3。正弦曲线（0.01-0.1G）
问题出在假设1和2上！应是局部滑移！
日常生活和大自然的启示=〉
ppt课件 14
有缺陷晶体的局部滑动
小宝移大毯！
毛毛虫的蠕动
面缺陷 （plane defect) 在一个方向上尺寸很小
ppt课件 二维缺陷 (two-dimensional defect) 3
课程安排
点缺陷 课 程 安 排 （第1周）
位错几何 （第1、2周）
位错力学
（第2周）
位错运动、实际晶体中的位错（第3、4周） 表面与界面 （第4、5周） 课堂讨论 （第5周）
Ee e W
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x z dr t dx
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Gx Gb 2 R zdr x dx ln 2 1 4 1 r0
Gb R ln 4 r0
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第三节 位错的基本概念
三、位错的运动
刃位错的攀移运动：刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动。 刃位错发生攀移运动时相当于半原子面的伸长或缩短，通常把 半原子面缩短称为正攀移，反之为负攀移。 滑移时不涉及单个原子迁移，即扩散。刃型位错发生正攀 移将有原子多余，大部分是由于晶体中空位运动到位错线上的 结果，从而会造成空位的消失；而负攀移则需要外来原子，无 外来原子将在晶体中产生新的空位。空位的迁移速度随温度的 升高而加快，因此刃型位错的攀移一般发生在温度较高时；另 外，温度的变化将引起晶体的平衡空位浓度的变化，这种空位 的变化往往和刃位错的攀移相关。切应力对刃位错的攀移是无 效的，正应力的存在有助于攀移(压应力有助正攀移，拉应力 有助负攀移)，但对攀移的总体作用甚小。
第一节 材料的实际晶体结构
二、晶体中的缺陷概论
晶体缺陷按范围分类：
1. 点缺陷 在三维空间各方向上尺寸都很小，在原 子尺寸大小的晶体缺陷。
2. 线缺陷 在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶 粒数量级)，另外两个方向上的尺寸很小(原子尺 寸大小)的晶体缺陷。其具体形式就是晶体中的 位错Dislocation 。
说明：这是一个并不十分准确的定义方法。柏氏矢量的方向与位错线方向的定义有关，应该首 先定义位错线的方向，再依据位错线的方向来定柏氏回路的方向，再确定柏氏矢量的方 向。在专门的位错理论中还会纠正。
第三节 位错的基本概念
二、柏氏矢量
柏氏矢量与位错类型的关系：
刃型位错 柏氏矢量与位错线相互垂直。(依方向关系可 分正刃和负刃型位错) 螺型位错 柏氏矢量与位错线相互平行。(依方向关系可 分左螺和右螺型位错) 混合位错 柏氏矢量与位错线的夹角非0或90度。
过饱和空位 晶体中含点缺陷的数目明显超过平衡 值。如高温下停留平衡时晶体中存在一平衡空位， 快速冷却到一较低的温度，晶体中的空位来不及移 出晶体，就会造成晶体中的空位浓度超过这时的平 衡值。过饱和空位的存在是一非平衡状态，有恢复 到平衡态的热力学趋势，在动力学上要到达平衡态 还要一时间过程。

3).晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，
并且晶界处存在较多的缺陷如空穴、杂质原子 和位错等，故晶界处原子的扩散速度比在晶内 快得多。 4).在固态相变过程中，由于晶界能量较高且原 子活动能力较大，所以新相易于在晶界处优先 形核。显然，原始晶粒愈细，晶界愈多，则新 相形核率也相应愈高。 5).由于成分偏析和内吸附现象，特别是晶界富 集杂质原子情况下，往往晶界熔点较低，故在 加热过程中，因温度过高将引起晶界熔化和氧 化，导致"过热"现象产生。
五．相界
具有不同结构的两相之间的分界 面称为“相界”。按结构特点，相 界面可分为共格相界(理想的与 存在弹性畸变的)、半共格相界 和非共格相界三种类型。
1．共格相界 所谓"共格"是指界面上的原子同时位于两 相晶格的结点上，即两相的晶格是彼此 衔接的，界பைடு நூலகம்上的原子为两者共有。但 是理想的完全共格界面，只有在孪晶界， 且孪晶界即为孪晶面时才可能存在。
相界能: 从理论上来讲，相界能包括两部分，即弹 性畸变能和化学交互作用能。弹性畸变 能大小取决于错配度 的大小；而化学交 互作用能取决于界面上原子与周围原子 的化学键结合状况。相界面结构不同， 这两部分能量所占的比例不同。
如对共格相界，由于界面上原子保持着匹 配关系，故界面上原子结合键数目不变， 因此这里应变能是主要的；而对于非共 格相界，由于界面上原子的化学键数目 和强度与晶内相比发生了很大变化，故 其界面能以化学能为主，而且总的界面 能较高。从相界能的角度来看，从共格 至半共格到非共格依次递增。
晶粒的长大和晶界的平直化都能减少晶界面积， 从而降低晶界的总能量，这是一个自发过程。 然而晶粒的长大和晶界的平直化均需通过原子 的扩散来实现，因此，随着温度升高和保温时 间的增长，均有利于这两过程的进行。 2).晶界处原子排列不规则，因此在常温下晶界 的存在会对位错的运动起阻碍作用，致使塑性 变形抗力提高，宏观表现为晶界较晶内具有较 高的强度和硬度。晶粒愈细，材料的强度愈高， 这就是细晶强化；而高温下则相反，因高温下 晶界存在一定的粘滞性，易使相邻晶粒产生相 对滑动。