第四章晶体缺陷素材.ppt

平衡时： σs/V= σs/L+ σL/V cosθ 若σs/V＞σs/L，则cosθ ＞0，这时θ＜90o； 若σs/V＜σs/L，则cosθ ＜0，这时θ＞90o； 2、润湿性对材料显微组织的影响 γα / α = 2γα / β cos(θ / 2) 第二相β处于三个α 晶粒交汇点时晶界能与相界能的平衡 不同接触角下第二相在晶界上的形状 3、润湿行为在其它方面的应用举例 （1）炼钢 钢液／炉衬：润湿不好，炉衬易受蚀 钢液／炉渣：润湿不好，不易排渣 钢液／铸模：润湿适中 （2）钎焊 焊料与母材：必须润湿 （3）粉末液相烧结 液相与粉末：必须润湿 （4）铸造孕育处理 形核剂与金属液：必须润湿 五、界面能与显微组织形貌的变化 1、三岔晶界的平衡 铸态金属晶粒（a）与退火态晶粒形状（b、c） 均为大角度晶界，γ近似为常数 ∴θ1≈θ2≈θ3≈ 120o 三晶粒交会点上界面能的平衡关系 2、晶粒的稳定形状——六边形 边数小于6的二维晶粒逐渐收缩甚至消失；大于6边形的晶粒逐渐长大。 晶界边数与晶粒形状（二维） 3、相界能与第二相形状及大小的自发变化 条状→粒状 细粒状→粗粒状 以减小总界面能 表面能驱动下的组织变化 本章作业 P134-137：第1，6，7，18题 晶体表面对其内侧附近的位错具有作用力, 可以看成是其表面外侧的 “映像位错”对它的作用力, 故称其为映像力。 1、 自由表面对位错的吸引力 位错具有弹性应变能Ｅ，其大小与位错应力场作用半径Ｒ有关．当位错与晶体自由表面的距离λ小于Ｒ时，Ｅ随λ减小而减小 F = ??E 式中“－” 表示作用力指向能量下降的方向，故自由表面对位错产生吸引力。 六、晶体表面对位错的作用力—映像力 2、 映像位错及其吸引力 由于晶体自由表面处无应力，故设置在表面外侧的映像位错与真实位错的应力场的叠加在自由表面必须处处为零．映像位错对真实位错的吸引力就是自由表面对真实位错的吸引力。 第五节 实际晶体结构中的位错 全位错 堆垛层错 不全位错 位错反应 一、全位错 二、堆垛层错 堆垛层错-晶体中正常堆垛次序发生错误的一 种原子组态，属于面缺陷。 1、面心立方晶体中的几种堆垛层错 2、层错能 形成层错时几乎不产生晶格畸变，但它 破坏了晶体的正常周期性，使电子发生反常的衍射效应，故使能量有所升高．堆垛层错使晶体能量升高的部分称为堆垛层错能，简称层错能。单位面积的层错能称为比层错能。 三、不全位错 不全位错— 柏氏矢量不等于晶体点阵矢量整数倍的位错称为不全位错，或分位错。 1、面心立方晶体中常见的不全位错 2、不全位错与层错的联系 四、位错反应 位错反应：一根位错分解为两根以上，或由两根以上位错合并为一根位错。反应的结果是降低体系的自由能。 1、位错反应的条件 （1）几何条件 ∑b前=∑b后 反应前后位错在三维方向的分矢量之和必须相等 （2）能量条件 ∑b2前∑b2后 位错反应应变能必须降低（反应进行的驱动力） 课堂练习：下述位错反应能否自发进行？ 2、位错反应举例 （1）面心立方晶体中的扩展位错 面心立方晶体中位于 ｛111｝ 面内的单 位位错可分解为两个肖克莱不全位错及它们之间的层错区，称其为扩展位错。 S. F为堆垛层错 （stacking fault） --通常称这 对不全位错及中间夹的层 错为扩展位错。 （2）扩展位错平衡宽度 扩展位错中两个分位错间的平衡距离称为扩展位错平衡宽度 d0 . 两分位错间的互作用合力为斥力，使两分位错相互远离；两分位错间的层错对两个分位错施加吸引力，阻止两分位错相互远离. 当作用在两分位错上的斥力与引力相平衡时, 扩展位错达到平衡宽度. （3）层错能对扩展位错平衡宽度的影响 层错能越低，层错对扩展位错中两个分位错的吸引力越弱，则扩展位错的平衡宽度越大。 例题： 见黑板 第六节 晶体中的界面 晶界的结构与晶界能 表面及表面能 表面吸附与晶界内吸附 润湿行为 界面能与显微组织形貌的变化 晶界 相界 表面 一、晶界的结构与晶界能 晶界：空间取向（或位向）不同的相邻晶粒之间的界面 小角度晶界：晶界两侧取向差（θ）＜10o 大角度晶界：晶界两侧取向差（θ） ＞ 10o 界面，属于面缺陷 每一个晶粒内原子排列的取向也不完全一致，晶粒内又可 分为位向差几分到几度的若干小晶块，称为亚晶粒 亚晶界 1、小角度晶界的结构 典型的结构是对称倾斜 结构，由多个柏氏矢量 b相同的刃位错排列成 的位错墙. 位错间距Ｄ为： 对称倾斜小角度晶界的结构 晶体中的小角度晶界与位错蚀坑 (1500×) 2、 大角度晶界 大角度晶界构造极其复杂，有各种不同的结构模型。位错模型不适合大角度晶界。 大角度晶界结构示意图 3、晶界能 ——