ww第02章材料的结构课件.pptVIP

第二章 晶体材料的结构 引言 材料的结构与性能 晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。 非晶体是指原子呈无序排列的固体。在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。 引言 材料的结构与性能 第一节 晶体学基础知识 二、晶格与晶胞 二、晶格与晶胞 三、晶系 四、晶向与晶面指数 B、晶面与立方晶系晶面指数 B、晶面与立方晶系晶面指数 第三节 纯金属常见的晶体结构 一、体心立方 二、面心立方 三、密堆六方 三、其他晶体学概念 三、其他晶体学概念 第四节 材料的实际晶体结构 二、多晶体的组织与性能： 三、晶体中的缺陷概论 三、晶体中的缺陷概论 点缺陷 二、点缺陷对材料性能的影响 Summary 三种晶体结构参数总结 提示： 由于原子排列紧密程度不一样,当金属从面心立方晶格向体心立方晶格转变（同素异构转变）时, 体积会发生变化。这就是钢在淬火时因相变而发生体积变化的原因。（例如?-Fe??-Fe） 不同晶体结构中原子排列的方式不同, 将会使它们的形变能力不同。 2.晶面的原子密度：该晶面单位面积上的节点(原子)数。 1.晶向的原子密度：该晶向单位长度上的节点(原子)数。 晶体的各向异性：与各个晶向上的原子密度差异有关。 3.晶面间距：指相邻两个平行晶面之间的距离。 晶面间的距离越大，晶面上的原子排列越密集。 同一晶面族的原子排列方式相同，它们的晶面间的间距也相同。 不同晶面族的晶面间距也不相同。 在简单立方晶胞中 复杂立方晶胞 体心立方中原子排列 思考题：面心立方中的密排面和密排方向？ 面心立方中原子排列 一、多晶体结构 单晶体: 一块晶体材料，其内部的晶体位向完全一致时，即整个材料是一个晶体，这块晶体就称之为“单晶体”，实用材料中如半导体集成电路用的单晶硅、专门制造的晶须和其他一些供研究用的材料。 单晶硅太阳能电池 多晶体: 实际应用的工程材料中，那怕是一块尺寸很小材料，绝大多数包含着许许多多的小晶体，每个小晶体的内部，晶格位向是均匀一致的，而各个小晶体之间，彼此的位向却不相同。称这种由多个小晶体组成的晶体结构称之为“多晶体”。 材料的实际晶体结构 晶粒：多晶体材料中每个小晶体的外形多为不规则的颗粒状，通常把它们叫做“晶粒”。 晶界：晶粒与晶粒之间的分界面叫“晶粒间界”，或简称“晶界”。为了适应两晶粒间不同晶格位向的过渡，在晶界处的原子排列总是不规则的。 材料的实际晶体结构 伪各向同性：多晶体材料中，尽管每个晶粒内部象单晶体那样呈现各向异性，每个晶粒在空间取向是随机分布，大量晶粒的综合作用，整个材料宏观上不出现各向异性，这个现象称为多晶体的伪各向同性。 组织 ：（如图） 性能： 组织敏感的性能 组织不敏感的性能 材料的实际晶体结构 晶体缺陷：即使在每个晶粒的内部，也并不完全象晶体学中论述的(理想晶体)那样，原子完全呈现周期性的规则重复的排列。把实际晶体中原子排列与理想晶体的差别称为晶体缺陷。晶体中的缺陷的数量相当大，但因原子的数量很多，在晶体中占有的比例还是很少，材料总体具有晶体的相关性能特点，而缺陷的数量将给材料的性能带来巨大的影响。 材料的实际晶体结构 晶体缺陷按范围分类： 点缺陷 在三维空间各方向上尺寸都很小，在原子尺寸大小的晶体缺陷。 线缺陷 在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶粒数量级)，另外两个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。其具体形式就是晶体中的位错Dislocation 面缺陷 在三维空间的两个方向上的尺寸很大(晶粒数量级)，另外一个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。 材料的实际晶体结构 点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小，在原子尺寸大小的晶体缺陷。 一、点缺陷的类型 ： 空位 在晶格结点位置应有原子的地方空缺，这种缺陷称为“空位”。 间隙原子 在晶格非结点位置，往往是晶格的间隙，出现了多余的原子。它们可能是同类原子，也可能是异类原子。 异类(置换）原子 在一种类型的原子组成的晶格中，不同种类的原子替换原有的原子占有其应有的位置。 空位和间隙原子引起的晶格畸变 一、热缺陷 正常格点上的原子由于热振动的能量起伏，部分会离开正常位置。热缺陷是材料固有的缺陷，是本征缺陷的主要形式。可分为弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷。 二、杂质缺陷 外来杂质原子进入晶体会造成缺陷并可能会形成固溶体。固溶体是一种“固态溶液”，它可看成是杂质（溶质）在主晶体（溶剂或称为基质）中溶解的产物。 三、非化学计量缺陷 非化学计量化合物的晶格结点中带有空位，或含有处于间隙位置的填隙原（离）子，存在着缺陷，在组成和结构两方面显示出非化学计量的特征；而热缺陷并不会造成组成的改变。 四、电子缺陷和带电缺陷 实际晶体中，导带中有电子