文章說明

最近收到老師同學們的許多問題，其中大家最想要了解的問題是“如何在透射電鏡下判斷位錯類型(螺位錯、刃位錯、混合位錯)”。在此，為了能快速理解并分析，我整理了三個問題，希望能幫助到大家，以下見解如有錯誤，請大家批評指正。

TEM中判斷位錯類型的三個問題

1.TEM判定位錯類型原理是什么？

2.如何選擇合適的g矢量？

3.怎么結合TEM數據來判斷？

問題一：TEM判定位錯類型原理是什么？

眾所周知，由于不完整性晶體的存在，會使得晶體某一區域的原子偏離原來正常位置而產生晶格畸變。

晶格畸變使缺陷處晶面與電子束相對方向發生了變化，于是有缺陷區域和無缺陷區域滿足布拉格條件的程度不一樣，就會造成衍射強度有所差異，從而產生襯度。根據這種襯度效應，可以判斷晶體內存在什么缺陷。

圖1 缺陷附近晶體柱的畸變

R是晶格位移（畸變）矢量，一般R是位置的函數，即位錯附近不同位置對完整晶體點陣的影響不同。

據電子衍射運動學理論，

其中，完整晶體對襯度的貢獻為：

缺陷對襯度的貢獻為：

又有R與任意位錯b的關系為：

be—b的刃型分量

u—位錯在晶體的位向

ro—為位錯核心附近嚴重畸變區的半徑，約為0.1nm

β—晶體中畸變區內某點的極坐標角度

v—材料的泊松比

g—透射電鏡下可操作矢量

刃位錯：b⊥u

螺位錯：b∥u

由此可知，當g·b=0或g·R=0時位錯不可見，進而g·b=0可作為位錯像襯度消失的判定依據。

那么就可以先通過g矢量下的消光規律來確定b，然后進一步確定位錯類型。

問題二：如何選擇合適的g矢量？

圖2 典型晶體結構中單位位錯的伯氏矢量

由圖2可知，面心立方單位位錯的伯氏矢量為a/2<110>，共有12個伯氏矢量。

上面有說到，可根據g矢量下的消光規律來確定b，首先我們需要制作一個消光表。

表1 面心立方g·b消光表

下面是面心立方[001]的標準電子衍射花樣：

圖3 FCC[001]標準電子衍射花樣

如果您的材料是面心立方，那么就可以根據我上面制作的消光表在[001]帶軸下拍攝四個g矢量，如圖3紅色箭頭所示，這樣就可以確定位錯類型。

問題三：怎么結合TEM數據來判斷？

下面我舉一個具體例子。

圖4 鋁合金[001]帶軸下的不同g矢量明場像

分析過程

01

選擇目標位錯

選擇幾根“直線型”位錯：

如圖中位錯-1、位錯-2、位錯-3

02

確定伯氏矢量

根據消光表來確定每根位錯的伯氏矢量：

如圖4 位錯-1在g=220下不可見，但在其他三個矢量下是可見的，

查表可知，位錯-1的伯氏矢量為±1/2[-110]

同樣的方法，我們可以接著確定位錯-2、位錯-3的伯氏矢量，那么它們的伯氏矢量是多少呢？請在下方選擇您的答案~

問

位錯-2、位錯-3的伯氏矢量為 ±1/2 ( )

A.[110]、[101]

C.[011]、[101]

B.[110]、[110]

D.[011]、[-101]

答案

點擊下方空白處獲得答案

B

03

判斷位錯類型

正如原理中所說的那樣：

刃位錯：b⊥u

螺位錯：b∥u

在第二步我們已經確認好了每根位錯的伯氏矢量，現在只需要知道u就可以判斷出位錯類型。

那么u是如何確定的呢？

由上圖可知，位錯-1的位錯線是平行于SAED中-220方向，而位錯-1的伯氏矢量又是±1/2[-110]，g / /u ，所以位錯-1是螺位錯。

同樣的方法，我們可以確定位錯-2、位錯-3的類型，那么你的答案是下面哪個呢？

問

位錯-2、位錯-3的位錯類型為 ( )

A.螺位錯、刃位錯

B.刃位錯、螺位錯

C.螺位錯，混合位錯

D.混合位錯、混合位錯

答案

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D