第2章 材料的晶体结构精要.ppt

* 2.1.4立方晶系中的晶向与晶面 1、实际晶体结构是什么样的？ 2、晶体缺陷对晶体有什么样的影响？（性能）为什么要研究它？ 3、有哪些晶体缺陷？ * §2.2金属晶体结构的特点 2.2.1单晶体与多晶体的概念 2.2.2晶体中的缺陷 * 2.2.1单晶体与多晶体的概念 把晶体看成有原子按一定几何规律作周期性排列而成，即晶体内部的晶格位向是完全一致的，这种晶体称为单晶体 半导体、磁性材料、高温合金材料 各向异性 * 2.2.1单晶体与多晶体的概念 晶粒、晶界 晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。显然晶界处的原子排列为适应两晶粒间不同晶格位向的过渡，总是不规则的。这种实际上由多晶粒组成的晶体结构称为多晶体 各向同性 * 2.2.2晶体中的缺陷 晶体中原子完全为规则排列时，称为理想晶体。 实际金属的晶体结构总不可避免地存在一些原子偏离规则排列的不完整区域,这就是晶体缺陷 晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三大类 * 2.2.2晶体中的缺陷 1．点缺陷 热振动 (a) 空位 * 2.2.2晶体中的缺陷 1．点缺陷 异类原子 钢中的氢、氮、碳、硼 比空位畸形严重 (b) 间隙原子 * 2.2.2晶体中的缺陷 1．点缺陷 换原子的半径与金属原子的半径相接近或较大 (c) 置换式异类原子 * 影响 造成晶格畸变，这将对金属的性能产生影响，如使屈服强度升高、硬度升高、电阻增大、体积膨胀等。 将加速金属中的扩散过程，因而凡与扩散有关的相变、化学热处理、高温下的塑性变形和断裂等都与点缺陷的存在和运动有着密切的关系。 * 2.2.2晶体中的缺陷 2．线缺陷 （a）刃型位错立体图 （b）正刃型位错和负刃型位错 * 2.2.2晶体中的缺陷 2．线缺陷 位错密度以单位体积内所包含的位错线的总长度来表示，符号为ρ， ρ=L/V 式中：L—位错线总长度；V—体积，单位是cm/cm3(或cm-2)。 * 2.2.2晶体中的缺陷 2．线缺陷 位错对金属材料的性能影响？ 图2-18 位错密度与屈服强度的关系 图2-19 透射电子显微镜观察到的晶体中位错 * 位错影响 位错的存在使晶体强度降低，但当大量位错产生后，强度反而提高，生产中可通过增加位错的办法对金属进行强化，但金属的塑性有所降低。 提高位错密度是金属强化的重要途径之一。 * 2.2.2晶体中的缺陷 3．面缺陷 图2-20 多晶体的晶粒性形貌 图2-21 晶界处原子排列示意图 （1）晶界 实际金属为多晶体，有大量外形不规则的多边形小晶粒组成。每个晶粒基本上可视为单晶体。 一般来说，金属纯度越高则晶界宽度越小，反之则越大。 * 2.2.2晶体中的缺陷 3．面缺陷 （2）亚晶界 图2-22 Au-Ni合金中的亚晶粒 图2-23 亚晶界结构示意图 多晶体里的每个晶粒内部也不是完全理想的规则排列，而是存在着很多尺寸很小(边长为10-8m～10-6m)位向差也很小(小于1o～2o)的小晶块，这些小晶块称为亚晶粒 晶界和亚晶界均可以同时提高金属的强度和塑性。晶界越多，位错越多，强度越高；晶界越多，晶粒越细小，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。 * 总结 晶体缺陷并不是静止不变的，而是随着温度及加工过程等各种条件的改变而不断变动。它们可以产生运动和交互作用，而且能合并和消失。 结构的不完整性会对晶体的性能产生重大的影响，特别是对金属的塑性变形、固态相变以及扩散等过程都起着重要的作用。 * 作业： p33，2-1、2-2、2-9、 * 谢 谢！ * * *  第2章 材料的晶体结构 §2.1晶体结构及其表达 §2.2金属晶体结构的特点 * 2.1晶体结构及其表达 2.1.1晶格结构与晶胞 2.1.2晶格常数与晶系 2.1.3金属的晶体结构 2.1.4立方晶系中的晶向与晶面 * 2.1.1晶格结构与晶胞 自然界中的固态物质千奇百怪，由原子（离子、分子）堆积 晶体结构是指晶体中原子在三维空间有规律的周期性的具体排列方式 把原子(离子、分子)看成是固定的等径刚球质点 晶体就是由这些刚球堆垛而成，即为原子堆垛模型。 原子堆垛模型 * 阵点：为了清楚的表明原子在空间排列的规律性，常将构成晶体的原子忽略，而将其抽象为几何点，所有阵点的外部环境都相同。 空间点阵：由这些阵点有规则地周期性重复排列所形成的三维空间阵列。 晶格：为了方便起见，人们人为地将阵点用直线连接起来形成空间格子。 2.1.1晶格结构与晶胞 * 由于晶体原子排列呈周期性，因此，可以从晶格中选取一个能够完全反应晶格中原子排列特征的最小的几何单元，来分析晶体中原子排列的规