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    位錯

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    材料科學中,位錯或泰勒位錯是晶體結構中的線性晶體缺陷或不規則性,其中包含原子排列的突然變化。 位錯的運動允許原子在低應力水平下相互滑動,稱為滑移或滑移。 晶序在滑移位錯的任一側恢復,但一側的原子移動了一個位置。 部分錯位不會完全恢復晶序。 位錯定義了材料的滑移和未滑移區域之間的邊界,因此,它必須形成一個完整的環,與其他位錯或缺陷相交,或者延伸到晶體的邊緣。 位錯的特征在于它對原子造成的運動距離和方向,由柏氏矢量定義。 材料的塑性變形是由于許多位錯的產生和移動而發生的。 位錯的數量和排列會影響材料的許多特性。

    兩種主要類型的位錯是不動的固著位錯和可移動的滑位錯。 固著位錯的例子是階梯桿位錯和 Lomer-Cottrell 交界處。 可動位錯的兩種主要類型是刃型位錯和螺型位錯。

    刃位錯可以看作是由晶體中間的原子平面終止引起的。 在這種情況下,周圍的平面不是直的,而是圍繞終止平面的邊緣彎曲,因此晶體結構在任一側都是完美有序的。 這種現象類似于將一張紙的一半插入一疊紙中,其中紙疊中的缺陷僅在半張紙的邊緣處可見。

    描述缺陷彈性場的理論最初由 Vito Volterra 于 1907 年提出。1934 年,Egon Orowan、Michael Polanyi 和 G. I. Taylor 提出,與當時的理論預測相比,觀察到的產生塑性變形的低應力可以解釋 在位錯理論方面。

    歷史

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    描述缺陷彈性場的理論最初由 Vito Volterra 于 1907 年提出。術語“位錯”是指原子尺度上的缺陷,由 G. I. Taylor 于 1934 年創造。

    在 1930 年代之前,材料科學的持久挑戰之一是用微觀術語解釋可塑性。 計算完美晶體中相鄰原子平面相互滑動時的剪切應力的簡單嘗試表明,對于具有剪切模量 G {displaystyle G} 的材料,剪切強度 τ m {displaystyle tau _ {m}} 大約由下式給出:

    τ m = G 2 π 。 {displaystyle tau _{m}={frac {G}{2pi }}。}

    金屬的剪切模量通常在 20 000 至 150 000 MPa 范圍內,表明預測的剪切應力為 3 000 至 24 000 MPa。 這很難與 0.5 至 10 MPa 范圍內的測得剪切應力相協調。

    1934年,Egon Orowan、Michael Polanyi和G. I. Taylor獨立提出塑性變形可以用位錯理論來解釋。 如果來自周圍平面之一的原子打破它們的鍵并與終止邊緣的原子重新鍵合,位錯可以移動。 實際上,通過一次一個(或幾個)鍵的斷裂和重組,原子的半平面響應剪切應力而移動。 打破一排鍵所需的能量遠小于一次打破整個原子平面上的所有鍵所需的能量。 即使是這個移動位錯所需力的簡單模型也表明,在比完美晶體低得多的應力下,塑性是可能的。 在許多材料中,特別是韌性材料中,位錯是塑性變形的載體,移動它們所需的能量小于使材料斷裂所需的能量。

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    機制

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    位錯是晶體結構中的線性晶體缺陷或不規則性,其中包含原子排列的突然變化。 晶序在位錯的任一側恢復,但一側的原子已經移動或滑動。 位置錯誤定義了材料的滑移和未滑移區域之間的邊界,并且不能在晶格內結束并且必須延伸到自由邊緣或在晶體內形成環路。 位錯的特征在于它對晶格中的原子造成的運動距離和方向,稱為柏格斯矢量。 即使位錯的形狀可能發生變化,位錯的柏格斯矢量仍然保持不變。

    存在多種位錯類型,移動位錯稱為滑動位錯,固定位錯稱為固著位錯。 移動位錯的運動允許原子在低應力水平下相互滑動,稱為滑移或滑移。

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