第三章晶体缺陷.ppt

* * 多晶材料中晶粒间的晶界通常为大角度晶界 大角度晶界比较复杂，原子排列紊乱，不能用位错模型描述 2 大角度晶界的结构 大角度晶界模型 共有 压缩区 扩张区 不属于任一晶粒 纯金属中大角度晶界的宽度不超过3个原子间距（原子层） * * 重合位置点阵模型 Coincidence site lattice model 当两个相邻晶粒的位相差为某一值时，若设想两晶粒的点阵彼此通过晶界向对方延伸，则其中一些原子将出现有规律的相互重合。由这些原子重合位置所组成的比原来晶体点阵大的新点阵，称为重合位置点阵。 1/5重合位置点阵 晶界上重合位置越多，即晶界上越多的原子为两个晶粒所共有，则原子排列的畸变程度就越小，晶界能也相应越低。 * * 3 晶界能量 grain boundary energy 晶界上原子畸变引起的系统自由能的升高，它等于界面区单位面积的能量减去无界面时该区单位面积的能量，单位：J/m2 小角度晶界能量主要来自位错能量，与位相差θ有关： = ?0θ(A-lnθ) 0=Gb/4p(1-u) 大角度晶界能量基本为定值，与晶粒之间位相差θ无关 ： 0.25-1.0J/m2 * * 4 晶界特性 晶界能量高，原子处于不稳定状态 杂质原子易于在晶界富集，导致晶界熔点低于晶内，加热时晶界先熔化，? 过热 易于原子扩散，故新相易于在晶界处形核 晶界原子扩散速度高于晶内，且晶内腐蚀比晶内也快 2） 晶界原子排列不规则，且存在较多的缺陷，如空位和位错等 对位错运动起阻碍作用，从而提高强度和硬度 3） 晶界的长大和晶界的平直化会减少晶界面积和晶界能量。 ? 需要在高温下原子扩散才能实现 6th * * * 晶粒间应力腐蚀裂纹 From W. D. Callister 2003 Intergranular SCC in a copper alloy /mode_corrosion/stress_corrosion_cracking.htm Also in Ni-alloy nuclear fuel containment, steam generator tubes http://www.ami.ac.uk/courses/topics/0124_seom/index.html Intergranular fracture surface Interface as crack paths * * 3.3.3 孪晶界 twin grain boundary 孪晶 Twins 两个晶体(或一个晶体的两部分)沿一个公共晶面构成镜面对称的位相关系，这两个晶体称为孪晶； 这一公共晶面称为孪晶面(孪晶界) Twin plane (boundary)。 共格孪晶界 Coherent twin boundary 非共格孪晶界 Non-coherent twin boundary 界面上的原子为两个晶体共有，是无畸变的完全匹配，能量低，稳定，常见，表现为一条直线 界面上只有部分原子为两个晶体共有，原子错排严重，能量高， 共格孪晶界就是孪晶面 * * * 黄孝瑛 2000 ?=3 (1 1 1) twin in copper along a 1 1 0HOWE. Interface in Materials, 1997 Coherent twin boundaries * * 例如 FCC晶格中(111)面的堆垛顺序为A B C A B C A B C… △△△△△△… 当某一层开始出现颠倒时，变成 A B C A C B A C B A… △△△ 堆垛层错 孪晶的形成与堆垛层错密切相关 根据孪晶形成原因，有形变孪晶、生长孪晶和退火孪晶 堆垛层错能低的金属易于产生孪晶 对称关系 △△△ △△△ * * 316L不锈钢中的退火孪晶 * * 3.3.4 相界 phase boundary 具有不同结构的两相之间的分界面称为“相界” 弹性畸变 完美共格 1 共格相界(coherent phase boundary)： 共格指界面上的原子同时位于两相晶格的结点上；理想完全共格界面畸变小，界面能低；具有弹性畸变的共格相界更具有普遍性 * * 2 半共格界面(semi-coherent interface)： 界面上的两相原子部分地保持匹配，这存在于两相邻晶体在界面处的晶面间距相差较大的情况，界面上将产生一些位错来降低界面的弹性应变能 3 非共格界面(incoherent interface)： 当两相邻晶体在界面处的晶面间距相差很大时，这种相界与大角度晶界相似，可看成是由原子不规则排列的