材料的晶体缺陷.PPTVIP

第二章 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、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 第二节 点缺陷 二、点缺陷的形成 三、点缺陷的表示 四、点缺陷的平衡浓度 五、点缺陷对材料性能的影响 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 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 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 一、位错的应变能 来源：位错应变能主要是弹性应变能。弹簧或其他弹性体的弹性位能0.5kx2。同样在单位体积内弹性位能，正应力引起的为0.5σε，而切应力引起的为0.5τγ。 在位错线的周围存在内应力，例如刃型位错，在多余半原子面区域为压应力，而缺少半原子面的区域存在着拉应力；在螺位错周围存在的是切应力。所以位错周围存在弹性应变能。可见由于位错的存在，在其周围存在一应力场，应力场的分布有机会进一步学习时再分析。 位错线周围的原子偏离了平衡位置，处于较高的能量状态，高出的能量称为位错的应变能，或简称位错能。 第三节 位错的弹性特征 位错应变能的大小，以单位长度位错线上的应变能来表示，单位为J?M-1。 在数值上U=αGb2，其中b为柏氏矢量的大小，G为材料的剪切变模量。α为常数，螺位错为0.55—0.73，常用0.5来简算；刃型位错为0.81—1.09，常用1.0来简算。 由于位错存在应变能，为减小这能量，位错线的分布一方面在可能的情况下尽量减小单位长度上的能量，由位错结果决定的，只要晶体结构条件容许，柏氏矢量尽量小。另一方面就是减小位错线的长度，两点之间只要结构容许，以直线分布。好像沿位错线两端作用了一个线张力。线张力和位错的能量在数量上是等价的。 第三节 位错的弹性特征 晶体内同时含由位错和点缺陷时(特别时溶入的异类原子)，它们会发生交互作用。 异类原子在刃位错处会聚集，如小原子到多出半原子面处，大原子到少半原子面处，而异类原子则溶在位错的间隙处。 空位会使刃位错发生攀移运动。 第三节 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。 第三节 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。 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。例如fcc结构的晶体