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晶体缺陷及固态相变.ppt

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晶体缺陷及固态相变

晶体缺陷与固态相变;导入案例;; 概述;占据结点位置的原子并不是静止不动的,而是以一定平衡位置为中心做热振动; 原子并不完全占据晶格结点位置,晶体中原子排列存在着许多的不规则性及不完整性。即为晶体缺陷。 晶体缺陷对晶体的性能,特别是对那些结构敏感的性能,如屈服强度、断裂强度、塑性、电阻率、磁导率等都有很大的影响。 另外,晶体缺陷还与扩散、相变、塑性变形、再结晶、氧化、烧结等着有密切关系。;三、晶体缺陷:;3、导致晶体缺陷产生的原因 (1)结晶时的生长条件 (2)原子在晶体内部的热振动 (3)加工过程 (4)辐射 4、虽然晶体中存在缺陷,但从总体来看,其结构仍保持着规律性;缺陷不是静止的、稳定不变的,是随外界条件而变化的。;1、由右图可得随着缺陷数目的增加,金属的强度下降。原因是缺陷破坏了原子间结合力,从宏观上看,即随缺陷数目增加,强度下降。 2、随着缺陷数目的增加,金属的强度增加。原因是位错交割缠结,使位错运动的阻力增加,强度增加。 由此可见,强化金属的方向有两个:一是制备无缺陷的理想晶体,其强度最高,但实际上很难;另一种是制备缺陷数目多的晶体,例如:纳米晶体,非晶态晶体等。 ;第一章 点缺陷;离开平衡位置的原子的三个去处: 迁移到晶体表面(或内表面)的正常结点位置; 迁移到晶格的间隙中; 迁移到其它空位处。;;空位的运动 空位的运动模型 空位的迁移率 空位的最终结果,运动会引起自扩散:使得空位消失或是聚集形成空位片。 高温淬火,辐射等都会引起空位过饱和。 ;8. 点缺陷可以由热起伏形成: 热平衡缺陷:由于热起伏促使原子脱离点阵位置而形成的点缺陷。 点缺陷还可以由其它方式形成: 过饱和的点缺陷:通过高温淬火、冷变形加工和高能粒子的辐照效应等形成。 ;二)间隙原子 原子不占据正常结点位置而是占据点阵间隙位置称为间隙原子。它是由于原子的热运动而产生的,它会引起点阵畸变。 间隙原子的运动会引起自扩散,当与空位,刃型位错相遇时会消失,运动到晶体表面也会消失。 间隙原子的浓度:;空位(点缺陷)对性能的影响 体积减小,密度减小 电阻增加 结论:1、间隙原子造成的晶格畸变远较空位严重。 2、形成肖特基缺陷所需能量比弗仑克尔缺 陷要小得多,所以一般晶体中,主要是形成肖特基 缺陷,即点缺陷主要是空位而不是间隙原子。 ;第二章 线缺陷;;二、位错的基本类型和特征 一)、刃型位错 刃型位错的模型: ;  在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷,即缺陷尺寸在一维方向较长,另外二维方向上很短。如各种位错(dislocation),如图所示。 线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。 ;2、刃型位错结构的特点 刃型位错有一个额外的半个原子面。 刃型位错线可以理解为晶体中已滑移区与未滑移区的边界线。 滑移面必定包含有位错线和滑移矢量的平面,在其他面上不能滑移。 晶体中存在刃型位错之后,位错周围的点阵发生弹性畸变,既有切应变,又有正应变。 在位错线周围的过渡区(畸变区)每个原子具有较大的平均能量。 ;;二)螺型位错 1、螺型位错的模型:;;;3、 螺型位错具有以下特征 螺型位错无额外半个原子面,原子错排是呈对称的。 根据位错线附近呈螺旋形排列的原子的旋转方向不同,螺型位错可分为右旋和左旋螺型位错。 螺型位错线与滑移矢量平行,因此一定是直线,而且位错线的移动方向与晶体滑移方向互相垂直。 纯螺型位错的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位错线的平面都可以作为他的滑移面。 螺型位错线周围的点阵也发生了弹性畸变,但是,只有平行于位错线的切应变而无正应变,则不会引起体积膨胀和收缩,且在垂直于位错线的平面投影上,看不到原子的位移,看不出缺陷。 螺型位错周围的点阵畸变随离位错线距离的增加而急剧减少,故它也是包含几个原子宽度的线缺陷。 ;三)混合位错 滑移矢量既不平行也不垂直于位错线,而与位错线相交成任意角度,这种位错称为混合位错。 混合位错附近的原子组态如图 由于位错线是已滑移区与未滑移区的边界线。因此,位错具有一个重要的性质,即一根位错线不能终止于晶体内部,而只能露头于晶体表面(包括晶界)。;三、位错的结构特征——伯氏矢量 ;在实际晶体中,从任一原子出发,围绕位错(避开位错线附近的严重畸变区)以一定的步数作一右旋闭合回路MNOPQ(称为伯氏回路)。 在完整晶体中按同样的方向和步数作相同的回路,该回路并不封闭,由终点Q向起点M引一矢量b,使该回路闭合,这个矢量b就是实际晶体中位错的伯氏矢

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