课件：材料科学基础第三章晶体缺陷七.ppt

1、小角度晶界 小角度晶界（low angle grain boundaries ）：由一系列相隔一定距离的刃型位错所组成。 分类： (1)对称倾斜界面（tilt boundary）：晶界平面为两个相邻晶粒的对称面。是由一列平行的刃型位错所组成。相邻位错距离D与 b、θ之间关系： 对称倾侧晶界 (2)不对称倾斜界面：两晶粒不以二者晶界为对称的晶界看成两组 互相垂直的刃型位错排列而成的。两位错各自的间距为D⊥和D├，则有： (3)扭转晶界（twist boundary） ：将一块晶体沿横断面切开,并使上下部分晶体绕轴转动θ角,再与下部分不动晶体粘在一起形成。可看成是由互相交叉的螺位错所组成。 2、 大角度晶界 大角度晶界（high angle grain boundaries ）为原子呈不规则排列的一过渡层。大多数晶粒之间的晶界都属于大角度晶界。 重合位置点阵（coincidence site lattice）模型：图3.65， 该模型说明，在大角度晶界结构中将存在一定数量重合点阵原子。 晶体 结构 旋转轴 转动角度 （度） 重合位 置密度 体心 立方 [100] [110] [110] [110] [111] [111] 36.9 70.5 38.9 50.5 60.0 38.2 1/5 1/3 1/9 1/11 1/3 1/7 面心 立方 [100] [110] [111] [111] 36.9 38.9 60.0 38.2 1/5 1/9 1/7 1/7 大角度晶界 THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 3、晶界能 晶界能：形成单位面积界面时，系统的自由能变化。 单位：J/㎡。 3、晶界能 由图看出，小角晶界模型只能在10o以内符合，超出10o，计算值（虚线）与实验值(实线)不再符合。公式对扭转晶界也适用，但位错能相关的系数?0和A不同。 3、晶界能 大角度晶界能量与θ无关，基本上为一恒定值，0.25-1.0 J/㎡；在平衡状态时，三叉晶界的各面角均趋与稳定状态，此时φ1 = φ2 = φ3 = 120o。 利用三角形的正弦定理，以及诱导公式 4、晶界特征 （1）晶界处点畸变大，存在晶界能。 （2）常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍运动，使塑型变形抗力提高，使晶体（材料）的硬度和强度提高。 （3）晶界处原子具有较高的动能，且晶界处存在大量缺陷。原子在晶界处扩散比晶内快得多。 （4）固态相变时易在晶界处形成新核。 （5）晶界上富集杂质原子多，熔点低，加热时容易过烧。 （6）晶界腐蚀速度比晶内快。 （7）晶界具有不同与晶内的物理性质。 亚晶界属与小角度晶界，为各种亚结构的交界，大小和尺寸与热加工条件有关。 亚晶界 5、界面对材料性能的影响 界面是晶体中的面缺陷，对晶体材料的性质和转变过程有重要影响; 界面阻碍位错运动，引起界面强化，提高材料的强度。界面阻碍变形，使变形分布均匀、提高材料的塑性，强度、塑性的提高相应使材料韧性也得到改善。因此，界面的增加，得到细晶组织，可大大改善材料的力学性能; 界面具有高的能量，化学介质不稳定，产生晶界腐蚀，故影响材料的化学性能; 界面也影响材料的物理性能，如材料组织中晶粒增大，界面减少，可提高导磁率，降低矫顽力; 在高温下界面强度降低，成为薄弱环节; 界面影响形变过程及形变金属加热时发生的再结晶过程。界面增大变形阻力，增加变形储能，影响到再结晶时的形核，细小晶粒组织可增大再结晶的形核率，再结晶时晶核的长大和再结晶后晶粒的长大都是界面迁移过程; 结晶凝固和固态相变都是新相生核和核心长大过程，形核依附界面，长大依靠界面迁移；因此，界面的结构和特性影响凝固和相变过程; 由于界面的重要影响，受到广泛的重视，成为材料科学的重要组成内容。 3.3.3 孪晶界 孪晶（ twin ）的定义： 孪晶是指两个晶体(或一个晶体的两部分)沿一个公共晶面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为“孪晶(twin)”，此公共晶面就称孪晶面。 图 孪晶界 3.3.3 孪晶界 孪晶分类： ①共格孪晶面（coherent twin boundary）： ②非共格孪晶面(non-coherent twin boundary）： 孪晶的形成常常与晶体中的堆垛层错有密切关系，γ高不易形成孪晶。 fcc结构 孪晶面为{111} bcc结构 孪晶面为{112} 依照形成原因不同分为：变形孪晶、生长孪晶、退火孪晶 面心立方晶体是以{111}面按ABCABC…的 顺序堆垛而成的，可用△△△△…表示。 如果从某一层开始，其堆垛顺序