晶体结构缺陷.ppt

* * 晶界的类型 据晶界处两晶粒取向间夹角（晶界角）大小 晶界角θ， θ＝θ1＋θ2 ， ??10?称为小角度晶界 ??10?称为大角度晶界 多晶体中，大角度晶界为主，质点排列接近无序 晶粒1 晶粒2 ?1 ?2 GB in Si * * 小角度晶界位错模型：相当于一系列刃位错 对称倾斜晶界： θ1＝θ2 ； 一系列平行等距刃位错 同号位错间距：D； 晶界角： θ； 柏氏：b； b D θ * * 陶瓷生产中，常利用晶界处杂质富集现象，人为掺杂，使其分布于晶界上，以改善陶瓷材料性能 总之，晶界对材料性能影响显著，可以利用晶界效应设计材料、改进材料达到人类目的 * * 三 相界 相指物理、化学性质均一的体系 相界为相体系之间的分界面 晶粒细化、晶界变小有利于提高材料强度；类似的，相界面减小也有利于提高材料物理力学性能 如：生物材料： 金属＋陶瓷复合假肢 陶瓷＋聚合物复合材料 * * Functionally graded HA/Ti-6Al-4V coating * * 相界面两侧由于各相化学组成、结构差异比单相多晶体间差异大许多，故相界面上，界面应力显著 复合材料通过不同基体材料相互复合，可以达到性能彼此互补，性能优于单一组元材料性能 复合材料设计即需避免产生过大界面应力 (功能梯度复合材料） * * 功能梯度多相复合材料 Functional-Gradient Materials Reinforced by Nanoparticles Hard alloyed pressforms and shock-resistant ceramic segments on the basis of titan carbide and diboride A functional gradient; 100% steel at the outside to 30% steel-70% copper at the centre. * * 二、刃型位错 柏格斯矢量与位错线垂直的位错称为刃型位错，用符号⊥表示 刃位错形成示意图 刃位错运动导致晶体滑移、变形 * * 刃型位错可以看作在晶体的上半部（或下半部）插入半个额外的原子平面而引起的 额外半个原子面→ 上半部原子更紧；位错线之上，晶格受挤压 下半部原子更远；位错线之下：晶格受伸张→位错周围存在一个弹性应力场，引起晶格弹性畸变（高度应变状态） * * 刃位错：滑移方向（b）与位错线垂直 正刃位错“⊥”、负刃位错“┬” ⊥ ┬ * * 当⊥与┬在同一滑移面相遇时，它们将相互抵销： ⊥ ＋ ┬ ＝ MM (抵销) 当⊥与┬滑移面相距为两个原子间距，相遇时将形成一个空位： ⊥ ＋ ┬ ＝ VM (空位) * * ⊥ ┬ ⊥ ＋ ┬ ＝ MM (抵销) 同一滑移面相遇 ⊥ ┬ * * ⊥ ＋ ┬ ＝ VM (空位) 相距两个原子间距相遇 ⊥ ┬ ⊥ ┬ * * 晶体在剪切力作用下，刃位错的运动导致晶体变形（塑性形变） * * 三、螺位错 符号⊙ 位错线与滑移方向（ b）相互平行； b 位错线 b 位错线 箭头方向：螺旋方向 两种位错的归纳： 1.位错是晶体中原子/离子排列的线缺陷，但不是几何意义上的线，严格地说是具有一定尺度的管道 2.位错线附近存在很大应力集中，原子能量比其他晶格位置高，容易运动 * * * * 四、混合位错 实际晶体中，存在 刃型位错和螺位错。 在刃型位错与螺位 错处，柏格斯矢量分别 垂直/平行于位错线；而在刃型位错与螺位错之间，柏格斯矢量与位错线既不平行也不垂直，这种位错称为混合位错 * * 五、柏氏矢量 由柏氏回路决定，与回路形状和位置无关，与晶格间距（倍数）相等 * * 在位错线附近，晶格是不完整的，晶格活化，晶格畸变，质点易移动 位错线上的原子价不饱和，因此有吸引杂质原子的倾向 杂质离子半径与晶体基质不同，进入晶格引起应力 实际晶体沿位错线上应力集中，结合杂质离子有利于晶体内能降低 六、位错线附近杂质富集 * * 对正刃型位错而言： A、在位错线之上，原子受挤压，倾向于吸引原子半径小的杂质 B、在位错线之下，原子受扩张，倾向于吸引原子半径大的杂质 C、位错处是杂质富集 的地方.故位错的存在影 响杂质在晶格中的扩散 * * 位错的存在并非静止，位错－介稳状态，较小应力即可使位错运动 (1)、滑移 位错使晶体容易沿滑移系统滑移, 滑移系统－滑移面＋滑移方向 低指数晶面（大面