1.1.2 镁中的层错与层错能
I堆垛层错
堆垛层错(stacking fault)是广义的层状结构晶格中常见的一种面缺陷。它是晶体结构层正常的周期性重复堆垛顺序在某二层间出现了错误,从而导致的沿该层间平面(称为层错面)两侧附近原子的错误排布。面心立方与密集优尔角是两种密堆结构。面心立方中的{111}和密集优尔堆中的(0001)面都是密堆结构。在密堆面的近邻层上原子只能排成两个互相之间相同但是并不上下重合的密排的结构(平移变换)。 如果我们用A来表示密堆面,那么其紧邻的堆垛可能是B或C,这样,面心立方的堆垛顺序为ABCABC...,而密集优尔角的堆垛顺序为ABAB...
弗兰克采用另一种符号来表示堆垛顺序:用△来表示顺ABC次序的堆垛顺序,▽来表示逆次序的堆垛顺序。因此,ABC的堆垛次序为△△,ABA的堆垛次序为△▽,面心立方的堆垛次序为△△△△...密集优尔角的堆垛次序为△▽△▽...
具有层错的晶体有特殊的衍射效应:使得X射线粉末照相中的一部分的衍射线显著变宽或者产生位移,使单晶衍射图样中某些斑点伸长。1942年Edward等人利用X射线在钴中通过面心立方⇌密集优尔方结构相变首次观察到堆垛层错.堆垛层错的出现使得晶体中正常堆垛顺序遭到了破坏,在局部区域形成了反常顺序的堆垛。密堆积结构中堆垛层错有两种基本类型: (a)抽出型层错,相当于正常层序中抽去一层; (b)插入型层错,相当于在正常层序中插进一层。晶体中形成堆垛层错有多种原因。 晶体生长中偶然事故引起的堆垛顺序的错误,晶体形变时原子面间非点阵平移矢量的滑移,空位在密排面聚集成盘而后崩塌和自填隙原子聚集成盘.全位错在密排面内分解而后扩张,都能形成堆垛层错。
产生层错的方式有:(1)滑移,如任一层(111)晶面滑移1/6〈112〉,移至其相邻(111)晶面相应的位置上。(2) 密排面上空位盘塌陷或间隙原子在密排面间聚集成盘此时层错上下两侧原来的密排面相对位移1/3〈111〉,在层错周界形成柏格斯矢量为1/3〈111〉的位错环。位错环可进一步吸收(或放出)空位(或间隙原子)而发生攀移,使层错面积和位错环尺寸都发生变化。
II层错能及广义层错能
层错是一种晶格缺陷,它破坏了晶体的周期完整性并引起能量的升高。产生单位面积层错所需能量称为层错能γ(J/m2)。层错能有使领先的b1和拖后的b2不全位错之间的距离ds减少的趋势。经典电动力学的分析表明,能量的差异主要来源于电子密度显著变化的区域,从电子差分图中我们可以发现,电子云只在层错附近发生了显著的变化,而在远离缺陷的区域,电子云是几乎不变的,这为粗略估算提供了可能性。变分原理表明电子密度分布就可以完全决定了系统的能量了,而且事实上,能量的差异主要来源于周期性势场的破坏(因为哈能量变化很小,事实上我们可以采用微扰论的方法来计算,至少一阶结果是直指势场变化的)。
1.1.3 hcp-fcc结构相变
a) 密排优尔角中的位错
密排优尔角的密排面是(0001),这也是最常见的滑移面。在密排面上可能出现层错。例如在AB序列中抽出一层B以后,将出现AA相遇的高能量组态,如果将其作1/3[-1 1 0 0]华裔,即
A B A B A;A B A B A
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C A C A C
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