第二节金属的实际结构和晶体缺陷.pptVIP

?1 晶界 根据相邻晶粒位向差的大小，可把晶界分为小角晶界和大角晶界两种类型： （1）小角度晶界：晶粒位向差小于10°的晶界。其结构为位错列，又分为对称倾侧晶界和扭转晶界。 （2）大角度晶界：当两个相邻晶粒之间的位向差大于10°的晶界。 ?（1）小角度晶界 对称倾侧晶界：晶界结构由一系列间距一定的刃型位错组成。 转轴平行于晶界。 （1）小角度晶界 对称倾侧晶界 对称倾侧晶界：晶界结构由一系列间距一定的刃型位错组成。 ?（1）小角度晶界 扭转晶界 扭转晶界：晶界结构由互相交叉的 螺型位错组成，转轴垂直于晶界。 （1）小角度晶界 对称倾侧晶界和扭转晶界是小角度晶界的两种简单形式。 一般情况下，小角度晶界都可看成是两部分晶体绕某一轴旋转一角度而形成的，只不过其转轴既不平行于晶界也不垂直于晶界。对于这样的小角度晶界，可看作是由一系列刃位错、螺位错或混合位错的网络所构成。 ?（2）大角度晶界 其结构为几个原子范围内的原子的混乱排列，可视为一个过渡区。 ?（2）大角度晶界 界面不是光滑的曲面，而是由不规则的台阶组成的。分界面上既包含有同时局于两晶粒的原 于D，也包含有不属于任一晶粒的原子A；既包含有压缩区B，也包含有扩张区C。  ? 晶界是原子或离子扩散的快速通道，也是空位消除的地方，这种特殊作用对固相反应、烧结起重要作用，对陶瓷、耐火材料等多晶材料性能如蠕变、强度等力学性能影响较大。 * * * * 一、多晶体结构 第二节 金属的实际结构和晶体缺陷 晶界 各向同性 晶粒度 亚晶 实际晶体中由于晶体的生长条件、晶体中原子的热运动、材料加工过程中各种因素的影响，原子的排列不可能这样规则和完整，而是或多或少地存在偏离理想结构的区域。通常把这种偏离平衡位置而出现不完整性的区域称为晶体缺陷。 但必须指出，缺陷的存在只是晶体中局部的破坏，它只是一个很小的量，从整体上看晶体还是完整的。 二、晶格缺陷 根据晶体缺陷的几何特征，晶体缺陷可分为三类： ???（1）点缺陷 ：?在三维空间各方向上尺寸都很小的 缺陷，相当于原子数量级。如：空位、间隙原子、置换原子等。 （2）线缺陷： 在两个方向上尺寸很小，另外一个方向上的尺寸很大的缺陷，主要指位错。 （3）面缺陷： 在一个方向上的尺寸很小，另外两个方向上的尺寸很大的缺陷。如：晶界、相界、表面等。 （一） 点缺陷 点缺陷的类型 （1）空位： 肖脱基空位－离位原子进入其它空位或迁移至晶界或表面。 弗兰克尔空位－离位原子进入晶体间隙。 （2）间隙原子：位于晶体点阵间隙的原子（自间隙原子、异类间隙原子）。 （3）置换原子：位于晶体点阵位置的异类原子。 点缺陷的形成 晶体中位于晶格结点上的原子并非静止不动的，而是以其平衡位置为中心作热运动。晶体中存在能量起伏，使得某一瞬间，某个原子具有足够大的能量，克服周围原子对它的制约，跳出其所在的位置，使晶格中形成空结点，称空位。 ΔGm B A’ A 晶格中的势能分布 空位是一种热平衡缺陷。 温度越高，空位浓度越大。 点阵畸变：点缺陷的存在，使得周围原子相互之间的作用力失去平衡，为了达到新的平衡，原子需要重新调整其平衡位置，从而使点阵产生弹性畸变，即点阵畸变，又称晶格畸变。 点缺陷周围原子偏离了其平衡位置，形成弹性应力场。 形成点缺陷后，晶体的内能升高，增加的能量称为点缺陷形成能。 点缺陷的形成与运动 （1）平衡点缺陷：热振动中的能力起伏。 过饱和点缺陷：外来作用，如高温淬火、辐照、冷加工等。 （2）点缺陷的运动 （迁移、复合－浓度降低；聚集－浓度升高－塌陷） 点缺陷对晶体性能的影响 （1）结构变化：晶格畸变（如空位引起晶格收缩，间隙原子引起晶格膨胀，置换原子可引起收缩或膨胀）。 （2）性能变化：物理性能（如电阻率增大） 。 （3）力学性能（屈服强度提高）。 （4）增大扩散系数。 （二） 线缺陷 晶体中的线缺陷指各种类型的位错，是晶体中某处一列和若干列原子发生了有规律的错排现象，错排区是细长的管状畸变区域，长度可达几百至几万个原子间距，宽度仅几个原子间距。 位错主要有两种模型 ：一种为刃型位错，一种为螺型位错。 位错对材料的塑性变形、强度、断裂等力学性能起着决定性的作用。同时，位错对扩散、相变等过程也有较大的影响。 （1）刃型位错 模型：1）有一多余半原子面； 2）位错线 ┻ 晶体滑移方向。 位错类型 （1）刃型位错 （1）刃型位错 在位错线周围一个有限区域内，原子离开了其平衡位置，即产生了点阵畸变。点阵畸变区出现弹性应力场。 （1）点阵畸变在多余