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如何在透射电镜下判断位错类型

中材新材料研究院 来源:中材新材料研究院 2023-11-13 14:37 次阅读

文章说明

最近收到老师同学们的许多问题,其中大家最想要了解的问题是“如何在透射电镜下判断位错类型(螺位错、刃位错、混合位错)”。在此,为了能快速理解并分析,我整理了三个问题,希望能帮助到大家,以下见解如有错误,请大家批评指正。

TEM中判断位错类型的三个问题

1.TEM判定位错类型原理是什么?

2.如何选择合适的g矢量?

3.怎么结合TEM数据来判断?

问题一:TEM判定位错类型原理是什么?

众所周知,由于不完整性晶体的存在,会使得晶体某一区域的原子偏离原来正常位置而产生晶格畸变。

晶格畸变使缺陷处晶面与电子束相对方向发生了变化,于是有缺陷区域和无缺陷区域满足布拉格条件的程度不一样,就会造成衍射强度有所差异,从而产生衬度。根据这种衬度效应,可以判断晶体内存在什么缺陷。

995f5a68-7fc5-11ee-939d-92fbcf53809c.png

图1 缺陷附近晶体柱的畸变

R是晶格位移(畸变)矢量,一般R是位置的函数,即位错附近不同位置对完整晶体点阵的影响不同。

据电子衍射运动学理论,

997f0458-7fc5-11ee-939d-92fbcf53809c.png

其中,完整晶体对衬度的贡献为:

9996ca8e-7fc5-11ee-939d-92fbcf53809c.png

缺陷对衬度的贡献为:

99a5d786-7fc5-11ee-939d-92fbcf53809c.png

又有R与任意位错b的关系为:

99be130a-7fc5-11ee-939d-92fbcf53809c.png

be—b的刃型分量

u—位错在晶体的位向

ro—为位错核心附近严重畸变区的半径,约为0.1nm

β—晶体中畸变区内某点的极坐标角度

v—材料的泊松比

g—透射电镜下可操作矢量

刃位错:b⊥u

螺位错:b∥u

由此可知,当g·b=0或g·R=0时位错不可见,进而g·b=0可作为位错像衬度消失的判定依据。

那么就可以先通过g矢量下的消光规律来确定b,然后进一步确定位错类型。

问题二:如何选择合适的g矢量?

99e46208-7fc5-11ee-939d-92fbcf53809c.png

图2 典型晶体结构中单位位错的伯氏矢量

由图2可知,面心立方单位位错的伯氏矢量为a/2<110>,共有12个伯氏矢量。

上面有说到,可根据g矢量下的消光规律来确定b,首先我们需要制作一个消光表。

99ff97c6-7fc5-11ee-939d-92fbcf53809c.png

表1 面心立方g·b消光表

下面是面心立方[001]的标准电子衍射花样:

9a1e7f56-7fc5-11ee-939d-92fbcf53809c.png

图3 FCC[001]标准电子衍射花样

如果您的材料是面心立方,那么就可以根据我上面制作的消光表在[001]带轴下拍摄四个g矢量,如图3红色箭头所示,这样就可以确定位错类型。

问题三:怎么结合TEM数据来判断?

下面我举一个具体例子。

9a3e6078-7fc5-11ee-939d-92fbcf53809c.png

图4 铝合金[001]带轴下的不同g矢量明场像

分析过程

01

选择目标位错

选择几根“直线型”位错:

如图中位错-1、位错-2、位错-3

02

确定伯氏矢量

根据消光表来确定每根位错的伯氏矢量:

如图4 位错-1在g=220下不可见,但在其他三个矢量下是可见的,

9a6f345a-7fc5-11ee-939d-92fbcf53809c.png

查表可知,位错-1的伯氏矢量为±1/2[-110]

同样的方法,我们可以接着确定位错-2、位错-3的伯氏矢量,那么它们的伯氏矢量是多少呢?请在下方选择您的答案~

位错-2、位错-3的伯氏矢量为 ±1/2 ( )

A.[110]、[101]

C.[011]、[101]

B.[110]、[110]

D.[011]、[-101]

答案

点击下方空白处获得答案

B

03

判断位错类型

正如原理中所说的那样:

刃位错:b⊥u

螺位错:b∥u

在第二步我们已经确认好了每根位错的伯氏矢量,现在只需要知道u就可以判断出位错类型。

那么u是如何确定的呢?

9a8b40a0-7fc5-11ee-939d-92fbcf53809c.png

由上图可知,位错-1的位错线是平行于SAED中-220方向,而位错-1的伯氏矢量又是±1/2[-110],g / /u ,所以位错-1是螺位错。

同样的方法,我们可以确定位错-2、位错-3的类型,那么你的答案是下面哪个呢?

位错-2、位错-3的位错类型为 ( )

A.螺位错、刃位错

B.刃位错、螺位错

C.螺位错,混合位错

D.混合位错、混合位错

答案

点击下方空白处获得答案

D

审核编辑:汤梓红
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原文标题:必备知识||如何通过透射电镜确定位错类型?

文章出处:【微信号:中材新材料研究院,微信公众号:中材新材料研究院】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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