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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 材料区 » 金属 » 基础研究 » 层错的物理本质
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mcgrapeng

金虫 (正式写手)

[交流] 层错的物理本质

同样是面心立方的晶体，Al中不容易产生层错，而Ag中容易产生层错，材科基的解释是因为Ag层错能低。
那层错能的本质是什么，不同的元素是如何影响层错能的？
希望有大神可以交流下~
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1楼 2019-09-25 20:39:55
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LL0608

金虫 (正式写手)
我觉得首先要理解层错的形成。
在FCC晶体中，一个全位错分解为两个不全位错，两个不全位错之间的区域为层错区，之所以称为层错，是因为从堆垛方式来看，本来{111}面正常的堆垛方式为ABCABC，也就是每三层就重复原来的位置，现在在此区域则为ABABC，从密排面堆垛方式的角度看就像“错”了一层。
现在，一方面是两个分解后的位错有互相排斥力，因此二者之间的宽度有增加的趋势；另一方面由于层错形成也是需要消耗能量的，因此层错区整体处于高能态，为了尽量降低能量，层错区域有缩小的趋势，因此存在张力使两个不全位错相互吸引靠近以减小二者之间宽度（想象一下液体的表面张力，为什么液体会趋向于形成球形）。斥力和引力平衡时达到所谓平衡态扩展宽度，此时层错区域的张力在数值上就等于单位面积层错能。从这个角度来看，层错能（张力）与表面能（张力）的概念还是相当接近的，都是为了降低自身总能量而存在的。至于不同的元素如何影响层错能，层错能由何决定，这涉及到原子的电子层结构和能态等更深入的问题，就好像为什么Al按FCC晶格堆砌，不按BCC堆？笼统说，是因为此时整体上原子的电子能量处于最低状态。需要对固体物理和量子力学都有了解才能系统地解答这个问题
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12楼2019-09-27 11:05:54
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394163597

铁杆木虫 (著名写手)
★
mcgrapeng(金币+1): 谢谢参与
原子的性质本身就是这样，有的原子就是错排后能量低，能维持层错这种原子排布组态，有的原子层错之后能量就是高，就是维持不了。

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3楼2019-09-25 20:56:10
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LL0608

金虫 (正式写手)
★
mcgrapeng(金币+1): 谢谢参与
我觉得首先要理解层错的形成。
在FCC晶体中，一个全位错分解为两个不全位错，两个不全位错之间的区域为层错区，之所以称为层错，是因为从堆垛方式来看，本来{111}面正常的堆垛方式为ABCABC，也就是每三层就重复原来的位置，现在在此区域则为ABABC，从密排面堆垛方式的角度看就像“错”了一层。
现在，一方面是两个分解后的位错有互相排斥力，因此二者之间的宽度有增加的趋势；另一方面由于层错形成也是需要消耗能量的，因此层错区整体处于高能态，为了尽量降低能量，层错区域有缩小的趋势，因此存在张力使两个不全位错相互吸引靠近以减小二者之间宽度（想象一下液体的表面张力，为什么液体会趋向于形成球形）。斥力和引力平衡时达到所谓平衡态扩展宽度，此时层错区域的张力在数值上就等于单位面积层错能。从这个角度来看，层错能（张力）与表面能（张力）的概念还是相当接近的，都是为了降低自身总能量而存在的。至于不同的元素如何影响层错能，层错能由何决定，这涉及到原子的电子层结构和能态等更深入的问题，就好像为什么Al按FCC晶格堆砌，不按BCC堆？笼统说，是因为此时整体上原子的电子能量处于最低状态。需要对固体物理和量子力学都有了解才能系统地解答这个问题
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11楼2019-09-27 11:05:47
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普通回帖

孟飞888

新虫 (著名写手)
★
mcgrapeng(金币+1): 谢谢参与
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2楼2019-09-25 20:54:21
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mcgrapeng

金虫 (正式写手)
引用回帖:
3楼: Originally posted by 394163597 at 2019-09-25 20:56:10
原子的性质本身就是这样，有的原子就是错排后能量低，能维持层错这种原子排布组态，有的原子层错之后能量就是高，就是维持不了。

那什么样的原子能够维持住这种错排？或者说什么样原子的会导致能量高，这个与原子本身，以及原子之间的相互作用有关系，但是具体是什么关系呢？
如果有相关的文献，可否分享下？
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5楼2019-09-26 08:26:56
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394163597

铁杆木虫 (著名写手)
引用回帖:
5楼: Originally posted by mcgrapeng at 2019-09-26 08:26:56
那什么样的原子能够维持住这种错排？或者说什么样原子的会导致能量高，这个与原子本身，以及原子之间的相互作用有关系，但是具体是什么关系呢？
如果有相关的文献，可否分享下？...

第一性原理计算

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6楼2019-09-26 08:38:50
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mcgrapeng

金虫 (正式写手)
引用回帖:
6楼: Originally posted by 394163597 at 2019-09-26 08:38:50
第一性原理计算
...

第一性原理计算也只能说某种元素加进去会导致层错能升高或者降低，但是不能说明为什么升高或者降低啊！
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7楼2019-09-26 09:32:08
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wwyykzhang

新虫 (正式写手)
★
mcgrapeng(金币+1): 谢谢参与
跟电子结构有关吧

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13楼2019-09-27 17:11:07
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mcgrapeng

金虫 (正式写手)
引用回帖:
11楼: Originally posted by LL0608 at 2019-09-27 11:05:47
我觉得首先要理解层错的形成。
在FCC晶体中，一个全位错分解为两个不全位错，两个不全位错之间的区域为层错区，之所以称为层错，是因为从堆垛方式来看，本来{111}面正常的堆垛方式为ABCABC，也就是每三层就重复原来 ...

恩恩，您讲的很好，我想这个问题也想到了为什么Al是abc堆垛而不是abab堆垛。其本质确实是电子结构，能带，键能之间的作用。由于自己物理理论知识不足，固体物理这方面确实想不明白。

[ 发自手机版 http://muchong.com/3g ]
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15楼2019-09-28 19:13:35
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LL0608

金虫 (正式写手)
引用回帖:
15楼: Originally posted by mcgrapeng at 2019-09-28 19:13:35
恩恩，您讲的很好，我想这个问题也想到了为什么Al是abc堆垛而不是abab堆垛。其本质确实是电子结构，能带，键能之间的作用。由于自己物理理论知识不足，固体物理这方面确实想不明白。
...

我也是学金属材料的，对固体物理和量子力学这些都不懂，我看研究这些的论文著作也多数是发表在偏物理的杂志上，金属类的期刊对待层错和层错能的多数就是当作现成的工具在使用。
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16楼2019-09-29 12:35:03
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hikingman4楼
2019-09-25 21:13   回复  
mcgrapeng(金币+1): 谢谢参与
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miaojiabing8楼
2019-09-26 15:39   回复  
mcgrapeng(金币+1): 谢谢参与
psylhh9楼
2019-09-26 19:23   回复  
mcgrapeng(金币+1): 谢谢参与
dld12310楼
2019-09-27 08:06   回复  
mcgrapeng(金币+1): 谢谢参与
1
nono200914楼
2019-09-28 11:46   回复  
mcgrapeng(金币+1): 谢谢参与
·
Genifer17楼
2019-09-29 17:47   回复  
mcgrapeng(金币+1): 谢谢参与
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