ch33晶体缺陷--面缺陷(表面与界面)(07级)-公开课件.pptVIP

3.3 表面与界面 面缺陷类型： 表面(crystal surface)：固体材料与气体或液体的分界面 内界面(interface)：晶界、亚晶界、孪晶界、相界、层错 晶界(grain boundaries)：位向不同的相邻晶粒之间的界面。 亚晶界(sub-boundaries)：晶粒又可分为更小的亚晶粒。一般晶粒尺寸为15~25μm。亚晶粒尺寸为1μm。亚晶粒之间的界面称为亚晶界。 孪晶界(twin boundaries) ：相邻两晶粒的原子，相对一定晶面呈镜面对称排列，这两晶粒间的界面叫孪晶界。 相界(phase boundaries) :合金的组织往往由多个相组成，不同的相具有不同的晶体结构和化学成分，两个相之间的界面。 层错(stacking faults) : 3.3.1 外表面 表面能(γ）（Surface energy ）：晶体表面单位面积自由能的增加 表示法：γ= dw/ds γ= T/L γ= [被割断的结合键数/形成单位新表面]×[能量/每个键] 3.3.2 晶界和亚晶界 晶界(grain boundary)：属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面。 亚晶界(subgrain boundary) ：每个晶粒有时又由若干个位向稍有差异的亚晶粒所组成，相邻亚晶粒间的界面。 在晶粒内部还存在许多位向差极小（1o）的亚结构，称为亚晶粒 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）：是把晶界两侧晶体互相倾斜的结果。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：D = b / [2sin(θ/2)] (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3.40式。 (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。 3. 晶界能 晶界能：形成单位面时，系统的自由能变化。它等于界面区单位面积的能量减去无界面时该区单位面积的能量。J/㎡。 小角度晶界的能量：主要来自位错能量(形成位错的能量和将位错排成有关组态所作的功)，而位密度又决定于晶粒间的位向差，所以晶界能量与θ有关： γ= γ0θ(A－lnθ) 式中γ0 = Gb/4п(1－ν) 为常数，A为积分常数，取决于位错中心的原子错排能。 小角度晶界的晶界能是随位向差增加而增大，但该公式只适用于小角度晶界，而对大角度晶界不适用。 大角度晶界能量：与θ无关，基本上为一恒定值,0.25—1.0J/㎡ 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。 4. 晶界特征 （1）晶界处点畸变大，存在晶界能。 （2）晶界处原子排列不规则，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。产生细晶强化。 （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，加热时容易过热和过烧。 （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。 3.3.3 孪晶界 孪晶(twin)：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” 孪晶分类： ①共格孪晶面（coherent twin boundary）：在孪晶面上的原子同时位于两个晶体点阵的结点上，为两个晶体所共有，属于自然地完全匹配。 ②非共格孪晶面(non-coherent twin boundary）：孪晶界上只有部分原子为两部分晶体所共有 3.3.4 相界 相界（phase boundary)：具有不同结构的两相之间的分界面。 按相界面