《材料科学基础》第03章晶体缺陷.pptVIP

第三章 晶体缺陷 第一节 材料的实际晶体结构 一、多晶体结构 一、多晶体结构 二、晶体中的缺陷概论 二、晶体中的缺陷概论 第二节 点缺陷 二、点缺陷对材料性能的影响 三、空位的平衡浓度 三、空位的平衡浓度 三、空位的平衡浓度 第三节 位错的基本概念 一、位错的原子模型 一、位错的原子模型 一、位错的原子模型 一、位错的原子模型 二、柏氏矢量 二、柏氏矢量 二、柏氏矢量 三、位错的运动 三、位错的运动 三、位错的运动 三、位错的运动 三、位错的运动 三、位错的运动 三、位错的运动 四、位错的观察 四、位错的观察 第四节 位错的弹性特征 一、位错的应变能 二、位错与点缺陷的交互作用 三、位错间的交互作用 三、位错间的交互作用 四、位错的分解与合成 四、位错的分解与合成 第五节 晶体中的界面 一、表面及表面能 一、表面及表面能 二、晶界 二、晶界 二、晶界 二、晶界 三、相界面 四、晶界的平衡形貌 四、晶界的平衡形貌 四、晶界的平衡形貌 小结 第四节 位错的弹性特征 每条位错线周围存在应力场，对附近的其他位错有力的作用和影响，这个影响较复杂，下面仅对简单情况加以说明。 一对在同一滑移面上平行刃位错，当其方向相同时，表现为互相排斥，有条件时相互移动来增加其距离。当其方向相反时，表现为互相吸引，有条件时相互靠近，最后可能互相中和而消失。 第四节 位错的弹性特征 一对平行的螺位错，按几何规律，其共有面可作为其滑移面。当其方向相同时，也表现为互相排斥，有条件时相互移动来增加其距离。当其方向相反时，也表现为互相吸引，有条件时相互靠近，最后可能互相中和而消失。 处在其他情况下的位错间的相互作用较为复杂，暂时还难简单的说清楚，上例仅提供一分析的方向。 第四节 位错的弹性特征 位错具有很高的能量，因此它是不稳定的，除了发生交互作用外，还常发生自发反应，由一根位错分解成两根以上的位错，或由两根以上的位错合并为一根位错，统称为位错反应。位错反应的结果是降低体系的自由能。 1.位错反应的条件 所有自发的位错反应必须满足两个条件： （1）几何条件 ,即反应前后位错在三维方向的分矢量之和必须相等。 （2）能量条件 ，即位错反应后应变能必须降低，这是反应进行的驱动力。 例题 P119 2.实际晶体中位错的柏氏矢量 在实际晶体中，位错的柏氏矢量也是与连接点阵中最近邻两个原子的点阵矢量相等。这一规律是由体系尽可 b b 第四节 位错的弹性特征 能趋于最低能量的原理决定的，由于位错能量正比于 ，柏氏矢量越小的位错越稳定，那些柏氏矢量较大的位错往往通过位错反应分解成柏氏矢量小的位错。通常把柏氏矢量等于点阵矢量的位错称为全位错或单位位错。 全位错可分解为肖克莱（Schockley）分位错。 层错：位错之间形成层错，这归结于分位错的柏氏矢量为非点阵矢量，分位错非点阵矢量的滑移产生了层错。层错使分位错之间保持联系，位错之间的原子正常排列破坏了。它属于面缺陷。 堆垛层错：原子正常堆垛次序遭到破坏。 扩展位错：不全位错对及中间夹的层错。 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。 一、表面及表面能 1.晶体的表面：就是晶体的外表面，一般是指晶体与气体(气相或液相)的分界面。 2.晶体的表面能：同体积晶体的表面高出晶体内部的能量称为晶体的表面自由能或表面能。计量单位为J/m2。表面能就是表面张力，单位为N/m。晶体的表面能在有些意义和大家已知液体表面张力是一样的。 第五节 晶体中的界面 3.表面能的来源：材料表面的原子和内部原子所处的环境不同，内部在均匀的力场中，能量较低，而表面的原子有一个方向没有原子结合，处在与内部相比较高的能量水平。另一种设想为一完整的晶体，按某晶面为界切开成两半，形成两个表面，切开时为破坏原有的结合键单位面积所吸收的能量。由于不同的晶面原子的排列方式不同，切开破坏的化学键的量也不同，所以用不同的晶面作表面对应的表面能也不相同，一般以原子的排列面密度愈高，对应的表面能较小。 第五节 晶体中的界面 4.表面能与晶体形状之间的关系：在晶体形成的过程中，为了使系统的自由能最低，尽量降低表面的总能量，即ΣσA最小。为此一方面尽量让σ最小的晶面为表面，当然也可能是表面能略高但能明显减小表面积的晶面为表面