2015晶体缺陷与界面1博士.ppt

具有不同结构的两相之间的分界面称为“相界”。按结构特点，相界面可分为共格、半共格和非共格相界三种类型。 图 具有完善共格关系的相界 5.相界 特征：界面两侧的保持一定的位向关系，沿界面两相具有相同或近似的原子排列，两相在界面上原子匹配的好，界面上能量高。 理想的完全共格界面只有在孪晶面（界）。 图 具有弹性畸变的共格相界 1.共格界面 特征：沿相界面每隔一定距离产生一个刃型位错，除刃型位错线上的原子外，其余原子都是共格的。所以半共格界面是由共格区和非共格区相间组成。 图 半共格界面 2. 半共格界面 特征：原子不规则排列的薄层为两相的过渡层。 图 非共格界面 3.非共格界面 有轻微错配的共格相界面 共格晶界或相界是一类特殊而常见的低能态界面，结构特征是界面上的原子同时位于其两侧晶格的结点上，即界面两侧的晶格点阵彼此衔接，界面上的原子为两者共有。 半共格界面特征：沿相界面每隔一定距离产生一个刃型位错，除刃型位错线上的原子外，其余原子都是共格的。 2.1.2 晶界的显微照片 晶界的高分辨TEM Ni0.76Al0.24:500ppm B 的小角晶界（倾斜7°） TiAl合金 Si3N4——SiC晶界的高分辨象（加速电压400kV) 物 质 的 结 构 小 结 * (1)不仅是已滑移区和未滑移区的边界，而且是有层错区和无层错区的边界。 (2)可以是刃型、螺型或混合型。 (3)即使是刃型肖克利不全位错也只能滑移，不能攀移，因为滑移面上部原子的扩散不会导致层错消失。 (4)即使是螺型肖克利不全位错也不能交滑移，因为螺型肖克利不全位错是沿〈112〉方向，而不是沿两个{111}面的交线〈110〉方向，故它不可能交滑移。 肖克利不全位错有以下的特点： 弗兰克不全位错有以下的特点 (1)弗兰克不全位错总是纯刃型位错 (2)由于b不是fcc晶体的滑移方向，故弗兰克不全位错不能滑移、只能攀移。这种不可能滑移的位错便称为固定位错，而肖克利不全位错则是可滑位错。 位错之间相互转换(即伯氏矢量的合成与分解)称为位错反应。 位错反应能否进行取决于两个条件： （1）必须满足几何条件即伯氏矢量的守恒性； （2）必须满足能量条件，反应后诸位错的总能量小于反应前诸位错的总能量。 3.位错反应 例：判断以下位错反应能否进行 几何条件：反应前 反应后 能量条件：反应前 反应后 几何条件和能量条件都满足，反应可以发生 4.面心立方晶体中的位错 a.汤普森四面体 面心立方晶体中所有重要位错的伯氏矢量和位错反 应可用汤普森提出的参考四面体和一套标记清晰而 直观地表示出来。 （1）四面体的四个面即为4个可能的滑移面。 （2）四面体的6个棱边代表12个晶向，即为面心立方晶体 单位位错12个可能的伯氏矢量。 （3）四面体的顶点与中心的连线共24个滑移矢量，相当于 肖克利不全位错的伯氏矢量。 （4）四面体的四个顶点到它所对的三角形中心的连线共8 个滑移矢量，代表弗兰克不全位错的伯氏矢量。 （5）四面体的四个面中心连线共6个，是压杆位错的伯氏矢 量。 在面心立方晶体中，能量最低的全位错是处在{111}面上的伯氏矢量为 的单位位错。 它可以分解为两个肖克利不全位错： 由于这两个不全位错位于同一滑移面上，彼此同号且其伯氏矢量的夹角θ为60o90o，故它们必然相互排斥并分开，其间夹着一片堆垛层错区，直到层错的表面张力(等于层错能)和不全位错的斥力相平衡时，不全位错的运动才停止，形成稳定的位错组态。这种两个不全位错夹一片层错的整个位错组态称为扩展位错。 b.扩展位错： 析出相周围的位错缠结 位错缠结形成的晶界 第三节 面缺陷 面缺陷的定义 面缺陷：在两个方向上尺寸很大，在一个方向上尺寸很小的缺陷。 面缺陷的类型 固体材料中常见的面缺陷有表面、晶界、亚晶界和相界。 1 固体界面的分类 界面：两相之间的接触面；如相界面、内界面、晶界等。 同相界面：相同化学成分和晶体结构的晶粒间界面，晶界、孪晶界、畴界和堆垛层错； 异相界面：不同化学成分和晶体结构的区域间界面，如同质异构体界面、异质异构体界面、同素异构体间的界面－相界(如?/?界面) 1.1 界面的分类：依据形成途径分类 （1）机械作用界面； （2）化学作用界面； （3）固体结合界面； （4）液相或气相沉积界面； （5）凝固共生界面； （6）粉末冶金界面； （7）粘结界面； （8）熔焊界面； （1）机械作用界面：受机械作用而形成的界面称为机械作用界面。常见的机械作用包括切削、研磨、抛光、喷砂、变形、磨损等。 （2）化学作用界面：由于表面反应、粘结、氧化、腐蚀等化学作用而形成的界面称为化学作用表面。 （3）固体结合界面：由两个固体相直接接触，通过真空、加热、加压、界面扩散和反应等途径所形