材料科学基础 第三章_晶体缺陷.ppt

《材料科学基础》CAI课件-李克 3.2.6 实际晶体结构中的位错（略） 简单立方晶体：柏氏矢量 = 点阵矢量 实际晶体：柏氏矢量 = ，, 点阵矢量 全位错（perfect dislocation：柏氏矢量 = n*点阵矢量 n=1时: 单位位错 不全位错（imperfect dislocation): 柏氏矢量 != n* 点阵矢量 n1时: 部分位错(partial dislocation) 1、实际晶体中位错的柏氏矢量 3.3 表面及界面（面缺陷） 界面包括：外表面（自由表面）和内界面 表面：固体与气体或液体的分界面。对于低维材料很重要 内界面：晶粒边界、晶粒内的亚晶界、孪晶界、层错、相界面（不同结构，如固溶体与中间相的界面） 界面厚度为几个原子层厚，原子排列于成分不同于内部—二维面缺陷 3.3.1 外表面 表面特征： **晶体中的表面张力是各向异性的 **表面能与晶体表面原子排列致密度有关，一般为原子密度最大的面 – 密排面 **表面能还与曲率有关：曲率越大，表面能越大（比如纳米粉体） 3.3.2 晶界和亚晶界 晶界定义：组成晶体的多个晶粒中，属于同一固相（具有相同结构）、但位向不同的晶粒之间的界面。 大角度晶界和小角度晶界的区别。10o为界 亚晶界定义：每个晶粒有时由位向稍有差异的亚晶粒组成，相邻亚晶粒间的界面。 事实上，每个晶粒中还可分成若干个更为细小的亚晶粒（0.001mm），亚晶粒之间存在着小的位相差，相邻亚晶粒之间的界面成为亚晶界。亚晶粒更接近于理想的单晶体。 位相差一般小于2o，属于小角度晶界，具有晶界的一般特征。 * 绪论第一章 原子结构与键合第二章 固体结构第三章 晶体缺陷第四章 固体中原子及分子的运动第五章 材料的形变与再结晶第六章 单组元相图及纯晶体的凝固第七章 二元相图及其合金的凝固 材料科学基础 第三章 晶体缺陷 Imperfections (defects) in Crystals It is the defects that makes materials so interesting, just like the human being. Defects are at the heart of materials science. 材料中的缺陷 宏观缺陷：孔洞，裂纹，氧化， 微观缺陷： 晶体缺陷 非晶体缺陷 腐蚀，杂质… 实际晶体中的缺陷 晶体缺陷：晶体中各种偏离理想结构的区域 根据几何特征分为三类 点缺陷 （point defect) 三维空间的各个方向均很小 零维缺陷 (zero-dimensional defect) 线缺陷 （line defect) 在二个方向尺寸均很小 面缺陷 （plane defect) 在一个方向上尺寸很小 一维缺陷 (one-dimensional defect) 二维缺陷 (two-dimensional defect) 3.1 点缺陷 点缺陷：空位、间隙原子、溶质原子、和杂质原子、 +复合体（如：空位对、空位-溶质原子对） 1、点缺陷的形成 （production of point defects) 原因：热运动：热振动强度是温度的函数 能量起伏=〉原子脱离原来的平衡位置而迁移别处 =〉空位(vacancy) Schottky 空位，-〉晶体表面 Frenkel 空位，-〉晶体间隙 空位消失或移位 肖脱基缺陷——原子迁移到表面——仅在晶体内部形成空位 弗兰克缺陷——原子迁移到间隙中——形成空位-间隙对 杂质或溶质原子——间隙式（小原子）或置换式（大原子） *点缺陷分类： 3.2 位错 –线缺陷 实验观察：位错的“线索”或“影子” 晶体中的生长螺旋 二维球泡阵列中的位错 变形晶体表面的滑移 位错概念的提出（一） 单晶体强度：理论与实验之间的巨大误差 理论值：根据刚性相对滑动模型得到tc=103~104MPa 实验值：tc=1~10 MPa，相差甚远 位错概念的提出（二） 1934年，Taylor等提出位错的概念，认为存在着某种缺陷--位错，模型：位错的运动（逐步传递）=晶体的逐步滑移，计算证实理论屈服强度接近实验值。后来实验观察到实际位错。 3.2.1 位错的基本类型和特征 a. 刃型位错 edge dislocation b. 螺型位错 screw dislocation 根据几何结构特征： 特征： 1）有一额外原子面， 刃口处的原子列称为位错线。半原子面在上,正刃型位错 ┻ ； 下为负刃型位错 ┳ 2）刃位错