位错理论V——位位错错的形成与增殖的形成与增殖朱旻昊朱旻昊材料先材料先进进技技术术教育部重点教育部重点实验实验室室20062006年年4 4月月1 目目录录Ø位位错错的形成的形成Ø位位错错的增殖的增殖lFrank-Read源增殖机制源增殖机制l平面平面L源增殖机制源增殖机制l双交滑移机制双交滑移机制Ø位位错错源的开源的开动动2 Formation of DislocationØ晶体在形成晶体在形成过过程中程中产产生位生位错错的途的途经经：：l凝固过程中：ü枝晶生长相遇后发生碰撞ü液体流动时对晶体的冲击ü浓度起伏造成点阵常数的偏差ü结晶前沿的障碍物造成不同部分的位向差3 Formation of DislocationØ晶体在形成晶体在形成过过程中程中产产生位生位错错的途的途经经：：l晶体在冷却时形成的局部内应力造成ü夹杂物和基体膨胀系数失配应力集中位错环uPunching机制4 Formation of DislocationØ晶体在形成晶体在形成过过程中程中产产生位生位错错的途的途经经：：l由空位聚积而成：ü高温时空位浓度高，有聚积成片以降低组态能的趋势；ü当空位片足够大时，两边晶体坍塌下来，形成位错环。
Fcc晶体{111}晶面聚积成片坍塌纯刃型位错5 Formation of DislocationØ位位错产错产生的途生的途经经：：l晶界：“坎”发射位错6 Formation of DislocationØ位位错产错产生的途生的途经经：：l位错塞积：位错在晶界塞积，应力集中使开动邻近晶粒中的位错源7 目目录录Ø位位错错的形成的形成Ø位位错错的增殖的增殖lFrank-Read源增殖机制源增殖机制l平面平面L源增殖机制源增殖机制l双交滑移机制双交滑移机制Ø位位错错源的开源的开动动8 Frank-Read SourceØAB为正刃型位错，柏氏矢量为b b ，A、B两点被钉扎在滑移面上；Ø滑移面上切应力t作用下，位错线上的力为：F＝tbØ作用力使位错线弯曲；Ø当外力使位错线弯曲成半圆后， A、B两点周围的位错线将向外发生旋转，位错线分别绕A、B两点卷曲9 Frank-Read SourceØ因为位错线弯曲过程中各点柏氏矢量不变，所以各点所受的力相同，作用力的方向始终和位错线垂直，所以各点线速度相同，而A、B两点附近的角速度必然增大卷曲卷曲卷曲卷曲Ø进一步卷曲，各点的位错线性质发生改变；l红色：刃位错l蓝色：右螺位错l绿色：左螺位错10 Frank-Read SourceØm、n两点的位错性质正好为异号位异号位异号位异号位错错错错相互吸引位错反应 相互抵消相互抵消；Ø位错断开成两部分 位位错环错环＋位＋位错线错线段段AB；l线段AB张力作用下拉直而恢复原状Ø所以：位错AB在外加切应力作用下形成了一个位错环；Ø上述过程不断重复位位位位错错错错增增增增殖机制殖机制殖机制殖机制——F——F－－－－R R位位位位错错错错源源源源（（（（U U型平面位型平面位型平面位型平面位错错错错源源源源））））11 钉钉扎点扎点Ø位错相遇形成网络Ø两端连着固定位错或不可动割阶的位错或被外来杂质钉扎12 ØSi晶体中的F-R源13 目目录录Ø位位错错的形成的形成Ø位位错错的增殖的增殖lFrank-Read源增殖机制源增殖机制l平面平面L源增殖机制源增殖机制l双交滑移机制双交滑移机制14 平面平面L源增殖机制源增殖机制Ø单边F-R源＝平面L源l位错线ABC的AB和BC两段不在一个滑移面上，AB是滑移面上的可动位错，柏氏矢量为b；BC为不可动位错——B点被钉扎l作用在滑移面上的切应力t，AB段上的作用力为tb，该力达到临界值时开始滑移；15 平面平面L源增殖机制源增殖机制l由于B点被固定，位错线运动的结果使其成为绕B点的旋转线，不断向外扩展；l向外旋转的螺旋线每扫过一次，晶体发生一个b的滑移。
16 平面平面L源增殖机制源增殖机制Ø带大割阶的螺位错的运动l实质上是两个平面L源17 目目录录Ø位位错错的形成的形成Ø位位错错的增殖的增殖lFrank-Read源增殖机制源增殖机制l平面平面L源增殖机制源增殖机制l双交滑移机制双交滑移机制Ø位位错错源的开源的开动动18 双交滑移双交滑移Ø螺位错交滑移时形成Ø交滑移：螺位错因滑移面的不唯一性，决定其滑移时可以从一个滑移面转移到另一个滑移面上进行Ø螺位错在(111)面上滑移，至某处时被阻止，当外部条件使其可以在（1-11）上滑移时，位错线的一部分AB段便在（1-11）上滑移19 双交滑移双交滑移Ø位错在（1-11）上滑移至CD时，又可以转到另一个（111）面上滑移——双交滑移Ø位错线AB滑移至CD的过程中，产生了AC、BD两段位错，显然它们是刃型位错，这相当于两个不可动割阶ØC、D两点成为位错CD的两个钉扎点，构成F-R源，位错不断增殖20 双交滑移双交滑移Ø双交滑移更容易进行，所以是比F-R源更有效的位错增殖机制21 目目录录Ø位位错错的形成的形成Ø位位错错的增殖的增殖lFrank-Read源增殖机制源增殖机制l平面平面L源增殖机制源增殖机制l双交滑移机制双交滑移机制Ø位位错错源的开源的开动动22 位位错错源的开源的开动动ØF-R源：l设位错线AB长度为L，使其弯曲的最小曲率半径为r＝1/2 Ll使位错线弯曲的临界应力为：l通常üL＝1mm，b＝0.1nm23 位位错错源的开源的开动动24 位位错错源的开源的开动动25 26 。