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【干货】位错的生成和增殖及实际晶体中的位错 18

考研情报中心 材子考研 2022-06-09

01


位错密度


单位体积内位错线的总长度ρ=L/V

式中L为晶体长度,n为位错线数目,S晶体截面积。一般退火金属晶体中为106-108cm-2数量级,经剧烈冷加工的金属晶体中,为1010-1012cm-2精心处理和制备的超纯金属单晶体,可低于103cm-2(请注意单位,也可以为m-2

02


位错的生成


(1)晶体生长过程中产生位错

①杂质冷凝过程分布不均

②温度、浓度梯度、机械振动影响晶体生长使相邻晶块间有偏转或弯曲形成位相差,形成位错

③晶体生长过程中相邻晶粒发生碰撞、冷却时体积变化形成热应力,使晶体表面形成台阶或受力变形形成位错。


(2)自高温快凝固及冷却时,形成过饱和空位,空位聚集形成位错。


(3)在晶体内部的某些界面及微裂纹处,由于热应力和组织应力作用,出现应力集中,产生位错。

03


增殖


1.弗兰克-里德位错源(FR)

位错的增殖机制还有很多,例如:双交滑移增殖、攀移增殖等。


2. 双交滑移增殖模型

3. 塑性形变

04


实际晶体结构中的位错


1. 实际晶体中位错的柏氏矢量

(1)全位错:通常把柏氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错称为全位错。

(2)不全位错:柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错。

(3)部分位错:柏氏矢量小于点阵矢量的称为部分位错。


2. 堆垛层错

堆垛层错:实际晶体结构中,密排面的正常堆垛顺序有可能遭到破坏和错排,称为堆垛层错。

实际晶体结构中,密排面的正常堆垛顺序有可能遭到破坏和错排,如面心立方密排面{111}由“…ABCABCABC…”堆垛变为“…ABCABABC…”,称为堆垛层错,简称层错,分为抽出型层错(如下图)和插入型层错。通常层错能低的金属容易发生层错,如Mg,Zn等。

形成层错时几乎不产生点阵畸变,但是它破坏了晶体的完整性和正常的周期性,使电子发生反常的衍射效应,故使晶体的能量有所增加,这部分增加的能量称为堆垛层错能。晶体中出现层错的几率与层错能有关,层错能越高则几率越小。


3. 不全位错

面心立方结构中,有两种重要的不全位错:肖克利和弗兰克不全位错。

肖克利不全位错的形成:原子运动导致局部错排,错排区域完整晶格区的边界线即为肖克莱不全位错。(结合位错反应理解。可为刃型、螺型或混合型位错。)

弗兰克不全位错的形成:在完整晶体中局部抽出或插入一层原子所形成。(只能攀移,不能滑移。)


4.位错反应

由于位错间相互作用力的存在,使得位错之间有可能发生相互转化或相互作用,此即位错反应。位错能否发生反应,取决于两个条件:

其一,几何条件:必须满足伯氏矢量的守恒性,即

其二,能量条件:位错反应必须是一个伴随着能量降低的过程,即


5. 面心立方晶体中的位错(了解)

(1)扩展位错:通常把一个全位错分解为两个不全位错,中间夹着一个堆垛层错的整个位错组态称为扩展为错

(2)扩展位错宽度

(3)扩展位错的束集

(4)扩展位错交滑移


6. 其他晶体中的位错(不重要)

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