文章說明

最近收到老師同學(xué)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(cuò)類型(螺位錯(cuò)、刃位錯(cuò)、混合位錯(cuò))”。在此，為了能快速理解并分析，我整理了三個(gè)問題，希望能幫助到大家，以下見解如有錯(cuò)誤，請(qǐng)大家批評(píng)指正。

TEM中判斷位錯(cuò)類型的三個(gè)問題

1.TEM判定位錯(cuò)類型原理是什么？

2.如何選擇合適的g矢量？

3.怎么結(jié)合TEM數(shù)據(jù)來判斷？

問題一：TEM判定位錯(cuò)類型原理是什么？

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

晶格畸變使缺陷處晶面與電子束相對(duì)方向發(fā)生了變化，于是有缺陷區(qū)域和無缺陷區(qū)域滿足布拉格條件的程度不一樣，就會(huì)造成衍射強(qiáng)度有所差異，從而產(chǎn)生襯度。根據(jù)這種襯度效應(yīng)，可以判斷晶體內(nèi)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(shù)，即位錯(cuò)附近不同位置對(duì)完整晶體點(diǎn)陣的影響不同。

據(jù)電子衍射運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，

其中，完整晶體對(duì)襯度的貢獻(xiàn)為：

缺陷對(duì)襯度的貢獻(xiàn)為：

又有R與任意位錯(cuò)b的關(guān)系為：

be—b的刃型分量

u—位錯(cuò)在晶體的位向

ro—為位錯(cuò)核心附近嚴(yán)重畸變區(qū)的半徑，約為0.1nm

β—晶體中畸變區(qū)內(nèi)某點(diǎn)的極坐標(biāo)角度

v—材料的泊松比

g—透射電鏡下可操作矢量

刃位錯(cuò)：b⊥u

螺位錯(cuò)：b∥u

由此可知，當(dāng)g·b=0或g·R=0時(shí)位錯(cuò)不可見，進(jìn)而g·b=0可作為位錯(cuò)像襯度消失的判定依據(jù)。

那么就可以先通過g矢量下的消光規(guī)律來確定b，然后進(jìn)一步確定位錯(cuò)類型。

問題二：如何選擇合適的g矢量？

圖2 典型晶體結(jié)構(gòu)中單位位錯(cuò)的伯氏矢量

由圖2可知，面心立方單位位錯(cuò)的伯氏矢量為a/2<110>，共有12個(gè)伯氏矢量。

上面有說到，可根據(jù)g矢量下的消光規(guī)律來確定b，首先我們需要制作一個(gè)消光表。

表1 面心立方g·b消光表

下面是面心立方[001]的標(biāo)準(zhǔn)電子衍射花樣：

圖3 FCC[001]標(biāo)準(zhǔn)電子衍射花樣

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

問題三：怎么結(jié)合TEM數(shù)據(jù)來判斷？

下面我舉一個(gè)具體例子。

圖4 鋁合金[001]帶軸下的不同g矢量明場(chǎng)像

分析過程

01

選擇目標(biāo)位錯(cuò)

選擇幾根“直線型”位錯(cuò)：

如圖中位錯(cuò)-1、位錯(cuò)-2、位錯(cuò)-3

02

確定伯氏矢量

根據(jù)消光表來確定每根位錯(cuò)的伯氏矢量：

如圖4 位錯(cuò)-1在g=220下不可見，但在其他三個(gè)矢量下是可見的，

查表可知，位錯(cuò)-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(cuò)-2、位錯(cuò)-3的伯氏矢量，那么它們的伯氏矢量是多少呢？請(qǐng)?jiān)谙路竭x擇您的答案~

問

位錯(cuò)-2、位錯(cuò)-3的伯氏矢量為 ±1/2 ( )

A.[110]、[101]

C.[011]、[101]

B.[110]、[110]

D.[011]、[-101]

答案

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B

03

判斷位錯(cuò)類型

正如原理中所說的那樣：

刃位錯(cuò)：b⊥u

螺位錯(cuò)：b∥u

在第二步我們已經(jīng)確認(rèn)好了每根位錯(cuò)的伯氏矢量，現(xiàn)在只需要知道u就可以判斷出位錯(cuò)類型。

那么u是如何確定的呢？

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

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

問

位錯(cuò)-2、位錯(cuò)-3的位錯(cuò)類型為 ( )

A.螺位錯(cuò)、刃位錯(cuò)

B.刃位錯(cuò)、螺位錯(cuò)

C.螺位錯(cuò)，混合位錯(cuò)

D.混合位錯(cuò)、混合位錯(cuò)

答案

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D