如何在透射电镜下判断位错类型

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。

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，

其中，完整晶体对衬度的贡献为：

缺陷对衬度的贡献为：

又有R与任意位错b的关系为：

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？

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。

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：

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。

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，

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~

问

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？

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？

问

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