第一章金属的晶体结构3讲述.ppt

§1-3 实际金属的晶体结构 一、点缺陷 空位分类 肖脱基空位—原子迁移到表面—仅形成空位 弗兰克尔空位—原子迁移到间隙中—形成空位-间隙对 迁移到其它空位处（空位运动） 晶格畸变：弹性畸变区（脱离平衡位置，形成畸变能） 空位属于热平衡缺陷：空位的平衡浓度与温度有关。 空位的位置不固定：运动、消失、形成的不断变化中 间隙原子和置换原子（interstitial atom/ substitional atom） 二、线缺陷 dislocation 线缺陷的发现 二、线缺陷 定义：在晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。 分类 刃型位错（edge dislocation） 螺型位错（screw dislocation） 形成原因：多种 如：塑性变形形成已滑移区和未滑移区的交界线 二、线缺陷 （一）刃型位错edge dislocation 二、线缺陷 刃型位错的重要特征 刃位错有一额外的半原子面 位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中既有正应变，又有切应变。 对于正刃位错，滑移面之上晶格受到压应力，滑移面之下为拉应力。负刃型位错则相反 位错线与晶体滑移的方向垂直，位错线运动的方向垂直于位错线 二、线缺陷 （二）螺型位错screw dislocation 二、线缺陷 分类 左螺型位错 右螺型位错 螺型位错的重要特征 螺型位错没有额外的半原子面 螺型位错是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中既只有切应变，而无正应变。 位错线与晶体滑移的方向平行，位错线运动的方向垂直于位错线 用柏氏矢量可以判断位错的类型 位错密度 （一）晶体表面 晶体表面指金属与真空或气体等外部介质相接触的界面 外部和内部原子的作用力不同导致晶格畸变。 表面晶格畸变→能量升高→表面能 单位面积升高的能量称表面能 晶体的各向异性 晶粒：组成晶体的结晶颗粒。 单晶体：由一个晶粒构成。显示出各向异性。 （由于在不同方向上的原子排列的紧密程度不同） a √2 扭转晶界形成 1. 小角度晶界 扭转晶界 1. 小角度晶界 ——10°以上，一般在30°～40° 2. 大角度晶界 （三）亚晶界（subgrain boundary）-位相差极小 三、面缺陷 图 Al-Ni 合金的亚晶粒 (四) 相界 三、面缺陷 分类 相界点阵完全重合 —共格 相界点阵基本重合——部分共格+位错 ——半共格 相界点阵完全不重合 ——非共格 相邻两相之间的界面 晶界特点： 1） 晶界——畸变——晶界能——向低能量状态转化——晶粒长大、晶界变直——晶界面积减小 2） 阻碍位错运动—— σb↑ ——细晶强化 3） 位错、空位等缺陷多——晶界扩散速度高 4） 晶界能量高、结构复杂——容易满足固态相变的条件——固态相变首先发生地 5） 化学稳定性差——晶界容易受腐蚀 6） 微量元素、杂质富集 三、面缺陷 如钢中的氢氮碳硼等，尽管原子半径很小但是仍比晶格中的间隙大得多，所以造成晶格畸变远较空位严重 位错的提出：1926年，弗兰克尔发现理论晶体模型刚性切变强度与与实测临界切应力的巨大差异（2～4个数量级）。 一般金属：τm=104~105MPa 实际金属单晶：1~10MPa Geoffrey Taylor爵士1934年提出位错的概念.1934年，泰勒、波朗依、奥罗万几乎同时提出位错的概念。 1939年，柏格斯提出用柏氏矢量表征位错。 1947年，柯垂耳提出溶质原子与位错的交互作用。 1950年，弗兰克和瑞德同时提出位错增殖机制。 之后，用TEM直接观察到了晶体中的位错。 意义：（对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性的作用，对材料的扩散、相变过程有较大影响。） * MSE2006 原子排列偏离规则排列的不完整性区域。 点缺陷（point defect）——在三个方向上尺寸都很小 线缺陷（line defect）——在两个方向上尺寸很小 面缺陷（interfacial defect）——在一个方向上尺寸很小 根据晶体缺陷的几何形态特征分为三种： 理想晶体与实际晶体之间的不同点？ 晶体缺陷（crystal imperfection）—— 完美与否 理想晶体——实际晶体的理想化 三维空间无限延续，无边界 严格按周期性规则排列，是完整的、无缺陷。 原子在其平衡位置静止不动 数量： 1/1000原子数 —— 包括空位、间隙原子、置换原子 局部点阵畸变 原子热振动 克服约束，迁移到新的位置 空位、间隙原子、置换原子 部分原子获得足够高的能量 形成 引起 形成 能量起伏 空位（vacancy） 极小；铜：近熔点10-5数量级 复合空位 两个以上的空位聚在一起形成的空位 处于晶格间隙中的原子。 间隙原子： 置换原子： 占据基体原