位錯攀移

位錯攀移

位錯攀移是指在熱缺陷或者外力作用下,位錯線在垂直其滑移面方向上的運動,結果導致晶體中空位或間隙質點的增殖或減少。攀移的實質是多餘半原子面的伸長或者縮短。由於螺位錯沒有多餘的半原子面,故無攀移運動。

位錯攀移

定義

位錯攀移是指在熱缺陷或者外力作用下,位錯線在垂直其滑移面方向上的運動,結果導致晶體中空位間隙

位錯攀移位錯攀移
質點的增殖或減少。攀移的實質是多餘半原子面的伸長或者縮短。由於螺位錯沒有多餘的半原子面,故無攀移運動。

攀移和滑移都是位錯運動的兩種形式,在產生機理和運動過程中存在著一定的差異。

機理 位錯的攀移是靠原子空位的轉移來實現的。當原子從多餘半原子面下端轉移到別處去,或空位從別處轉移到半原子面的下端時,位錯線便向上攀移,即正攀移;反之,當原子從別處轉移到原子面下端時,或空位從這裡轉移到別處去時,位錯線就向下攀移,即負攀移。攀移矢量大小等於滑移面的面間距。
位錯攀移刃位錯的攀移

由於位錯攀移需要物質的擴散,因此,不可能整條位錯線同時攀移,只能一段一段(或者一個、幾個原子)地逐段進行。這樣,位錯線在攀移過程中就會變成折線,出現割階。隨著攀移的進行,這些割階將沿著運動方向行進,直到它移過整個位錯線才完成一個矢量的攀移。

位錯攀移位錯攀移

位錯的攀移力

位錯的攀移力,就是使位錯發生攀移運動的力。它一般包括兩部分:(1)化學攀移力Fs,是指不平衡空位濃度施加給位錯攀移的驅動力。(2)彈性攀移力Fc,是指作用於半原子面上的正應力分量作用下,刃位錯所受的力。其中壓應力能促進正攀移,拉應力則可促進負攀移。

位錯攀移的激活能

位錯攀移的激活能Uc由割階形成的激活能Uj及空位擴散激活能Ud兩部分所組成。若晶體經過塑性形變,因位錯交割已經形成大量割階,則Uc=Ud。一般Uj=1eV,而Ud較大,如對Fe,Ud=2.5eV,室溫時kT=0.026eV,由此可見,在常溫下位錯靠熱激活來攀移是很困難的。但是,在許多高溫過程,如蠕變、回復、單晶拉制中,攀

位錯攀移位錯攀移
移起著重要的作用。例如,經塑性變形的晶體,位錯無規則的分布在滑移面上,但若加熱到一定溫度,這些位錯會通過攀移離開原來的滑移面,在位錯之間的相互作用下沿縱向排列起來,從而消除大部分的內應力。所以位錯攀移在低溫下是難以進行的,只有在高溫下才能發生。

套用與實驗觀察

在單晶生長中常利用位錯攀移來消除空位。例如拉制單晶矽時,首先高速拉制,是單晶中的空位過飽和,然後使生長的單晶逐漸變細,則多餘半原子面與空位不斷交換而逐漸退出晶體。

位錯攀移運動已通過實驗得到驗證。例如,通過薄膜透射電鏡觀察淬火金屬的熱回復過程時發現,原來淬火時由空位聚集成片並形成位錯環逐步縮小,最終消失。這種位錯環由刃位錯所組成,其伯氏矢量垂直於位錯環所在平面,只能在垂直於位錯環的柱面上滑移,稱為稜柱位錯環。這種位錯環在環所在的平面上只能攀移。因此環半徑的收縮可以肯定是位錯的攀移過程。

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