材料科学基础-§3-3-位错的运动

§3-3位错的运动一.作用在位错上的力FFττττ晶体在切应力的作用下，会发生滑移，也就是位错的运动，所以，可以假设在位错线垂直方向上作用一个力。bFd二.位错的运动位错的运动滑移刃型位错的运动螺型位错的运动攀移滑移交滑移位错在滑移面上受到垂至于位错线的作用力，当此力足够大，足以克服运动阻力时，位错便可以沿着作用力方向移动，这种沿着滑移面移动的位错运动称为滑移。刃型位错的位错线还可以沿着垂直于滑移面的方向移动，刃型位错的这种运动称为攀移。刃位错的滑移1.刃型位错的滑移滑移面滑移台阶ττ刃位错的滑移刃型位错的滑移运动：位错的运动在外加切应力的作用下发生；位错移动的方向和位错线垂直；运动位错扫过的区域晶体的两部分发生了柏氏矢量大小的相对运动(滑移)；位错移出晶体表面将在晶体的表面上产生柏氏矢量大小的台阶。螺位错的运动2.螺型位错的滑移螺型位错的滑移：螺位错也是在外加切应力的作用下发生运动；位错移动的方向总是和位错线垂直；运动位错扫过的区域晶体的两部分发生了柏氏矢量大小的相对运动(滑移)；位错移过部分在表面留下部分台阶，全部移出晶体的表面上产生柏氏矢量大小的完整台阶。这四点同刃型位错。刃、螺型位错滑移的比较：因为位错线和柏氏矢量平行，所以螺型位错可以有多个滑移面，螺型位错无论在那个方向移动都是滑移，称为交滑移。晶体两部分的相对移动量决定于柏氏矢量的大小和方向，与位错线的移动方向无关。混合位错的运动3.混合位错的滑移刃位错的攀移（a）正攀移（半原子面缩短）(b)未攀移（c）负攀移（半原子面伸长）4.刃型位错的攀移§3-4位错的应力场一.位错的应力场晶体中存在位错时，位错线附近的原子偏离了正常位置，引起点阵畸变，从而产生应力场。在位错的中心部，原子排列特别紊乱，超出弹性变形范围，虎克定律已不适用。中心区外，位错形成的弹性应力场可用各向同性连续介质的弹性理论来处理。分析位错应力场时，常设想把半径约为0.5～1nm的中心区挖去，而在中心区以外的区域采用弹性连续介质模型导出应力场公式。zxyzxyzzyyxx、、、、、zxyzxyzzyyxx、、、、、zzrzzrr、、、、、zzrzzrr、、、、、二.螺型位错的应力场如图，在圆柱体中心挖去r0圆柱形中心区后，然后沿XOZ面切开，并沿Z轴滑移一个柏氏矢量b，再把两个面粘结。rbZZ2rGbGZZZ2应力为：应变为：0rzrzzrr螺型位错应力场是径向对称的，即同一半径上的切应力相等。且不存在正应力分量。直角坐标表示特征：1）只有切应力，无正应力。2）τ的大小与r呈反比，与G、b呈正比。3）τ与θ无关，所以切应力是轴对称的。0222222yxxyzzyyxxzyyzzxxzyxxGbyxyGb三.刃型位错的应力场如图，在圆柱体中心挖去r0圆柱形中心区后，然后沿XOZ面切开，并沿X轴滑移一个柏氏矢量b，再把两个面粘结。22222)()3(yxyxyDxx22222)()(yxyxyDyy)(yyxxzzv0zyyzzxxz22222)()(yxyxxDyxxy)(/12GbD其中：2）有正、切应力，同一地点|σxx||σyy|，σyy较复杂，不作重点考虑。3）y0,σxx0，为压应力y0,σxx0，为拉应力y=0,σxx=σyy=0，只有切应力。y=±x，只有σxx、σzz。刃位错周围应力场的特点：1）应力的大小与r呈反比，与G、b呈正比。四.位错的弹性应变能位错的存在引起点阵畸变，导致能量增高，此增量称为位错的应变能，包括位错核心能与弹性应变能。其中弹性应变能约占总能量90%。由弹性理论可知：弹性体变形时，单位体积内的应变能等于应力乘以其相应的应变的二分之一。☺对于螺型位错，单位长度螺旋位错的弹性应变能为：☺对于刃型位错，单位长度的弹性应变能为：024rRGbWSln0214rRGbWEln)(上述分析表明单位长度位错的位错的应变能可以表示为其中是α与几何因素有关的系数，约为0.5～1.0。此式表明由于应变能与柏氏矢量的平方成正比，故柏氏矢量越小，位错能量越低。)/(/mJGbLW2五.位错的线张力为了降低能量，位错有由曲变直，由长变短的倾向。线张力T表示增加单位长度位错线所需能量，在数值上等于位错应变能。)~.(1502KGbKT研究两端固定的位错发生弯曲所需要的力，如图所示。22dTdsbsin22ddRddssinRGbRTb22RGb2使两端固定的位错发生弯曲所需要的外加切应力和位错的曲率半径成反比。§3-5位错与晶体缺陷间的交互作用一.位错间的交互作用每条位错线周围存在应力场，对附近的其他位错有力的作用和影响，这个影响较复杂。1.两平行螺型位错间的交互作用xyOθrM(r,θ)rbGbbFzr2作用力是沿r方向的，如果两位错是同号，取正号，是斥力：如果是异号，取负号，是引力。2.两平行刃型位错间的交互作用xyO(x,y)2222212)()()(yxyxxbGbbFyxx22222312)()()(yxyxybGbbFxxy滑移力Fx变化规律为：x2y2,Fx指向外，即排斥x2y2,Fx指向内，吸引x=0,Fx=0，II处于稳定的平衡位置x=±y,Fx=0，II处于介稳平衡位置二.位错与点缺陷的交互作用xyOθrR(r,θ)每条位错线周围存在应力场，每个点缺陷都有应力场，它们之间存在相互作用。rGbyxyGbzzyyxxmsin1131133122rRGbrVGbVUmsinsin301134113间隙溶质原子在刃型位错附近聚集形成偏聚——柯垂尔（Cottrell,A.H.)气团，螺型位错——史氏(Snoeck,J.)气团。Thanks