第一章 金屬晶體結(jié)構(gòu)

1、重點(diǎn)：重點(diǎn)： 1. 晶體與非晶體的概念晶體與非晶體的概念 2. 金屬典型晶體結(jié)構(gòu)金屬典型晶體結(jié)構(gòu) 3. 晶向指數(shù)與晶面指數(shù)晶向指數(shù)與晶面指數(shù) 4. 晶體缺陷晶體缺陷 第一章第一章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)1-1 金屬n什么是金屬？什么是金屬？傳統(tǒng)定義傳統(tǒng)定義：金屬是具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱金屬是具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和金屬光澤的物質(zhì)。性、延展性和金屬光澤的物質(zhì)。嚴(yán)格定義：金屬是具有正的電阻溫度系數(shù)的嚴(yán)格定義：金屬是具有正的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)。物質(zhì)。合金定義：一種金屬元素合金定義：一種金屬元素與另一種或幾種其與另一種或幾種其它元素，經(jīng)熔煉或其它方法結(jié)合而成的它元素，經(jīng)熔煉或其它方法結(jié)

2、合而成的具有金具有金屬特性屬特性的物質(zhì)的物質(zhì)一、金屬原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)n典型金屬原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是典型金屬原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是原子結(jié)構(gòu)中最外層電子數(shù)較少，極易失去電子而形成正離子狀態(tài)；非金屬原子則最外層電子數(shù)較多，易于取得電子而形成負(fù)離子。故金屬為正電性原子，非金屬為負(fù)電性金屬為正電性原子，非金屬為負(fù)電性原子原子。n由于金屬鍵既無(wú)飽和性又無(wú)方向性無(wú)飽和性又無(wú)方向性，因而每個(gè)原子有可能同更多的原子相結(jié)合，并趨于形成低能量的密堆結(jié)構(gòu)。二、金屬鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵有些同類原子，例如周期表有些同類原子，例如周期表IVA，VA，VIA族中大多數(shù)族中大多數(shù)元素或電負(fù)性相差不大的原元素或電負(fù)性相差不大的原子互相接近時(shí)，原子

3、之間不子互相接近時(shí)，原子之間不產(chǎn)生電子的轉(zhuǎn)移，此時(shí)借共產(chǎn)生電子的轉(zhuǎn)移，此時(shí)借共用電子對(duì)所產(chǎn)生的力結(jié)合。用電子對(duì)所產(chǎn)生的力結(jié)合。SiO2結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖離子鍵離子鍵當(dāng)兩種電負(fù)性相差大的原當(dāng)兩種電負(fù)性相差大的原子子( (如堿金屬元素與鹵族元如堿金屬元素與鹵族元素的原子素的原子) )相互靠近時(shí)，其相互靠近時(shí)，其中電負(fù)性小的原子失去電中電負(fù)性小的原子失去電子，成為正離子，電負(fù)性子，成為正離子，電負(fù)性大的原子獲得電子成為負(fù)大的原子獲得電子成為負(fù)離子，兩種離子靠靜電引離子，兩種離子靠靜電引力結(jié)合在一起形成離子鍵。力結(jié)合在一起形成離子鍵。NaCl結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖n金屬鍵 “電子共有化電子共有化” 金

4、屬鍵：金屬鍵：正離子之間、自由電子正離子之間、自由電子之間、正離子與自由電之間、正離子與自由電子之間的相互作用使金子之間的相互作用使金屬原子牢固的結(jié)合在一屬原子牢固的結(jié)合在一起，此種鍵結(jié)合成為金起，此種鍵結(jié)合成為金屬鍵。屬鍵。n良好的導(dǎo)電性：金屬在很小的外電場(chǎng)作用下，良好的導(dǎo)電性：金屬在很小的外電場(chǎng)作用下，自由電子即可沿著電場(chǎng)方向流動(dòng)，形成電流；自由電子即可沿著電場(chǎng)方向流動(dòng)，形成電流；n良好的導(dǎo)熱性：金屬正離子的振動(dòng)與自由電子良好的導(dǎo)熱性：金屬正離子的振動(dòng)與自由電子的運(yùn)動(dòng)都可以傳遞熱能；的運(yùn)動(dòng)都可以傳遞熱能；n正的電阻溫度系數(shù)：隨著溫度的升高，金屬正正的電阻溫度系數(shù)：隨著溫度的升高，金屬正離子

5、振動(dòng)的振幅增大，阻礙自由電子通過(guò)，使離子振動(dòng)的振幅增大，阻礙自由電子通過(guò)，使電阻升高；電阻升高；n不透明性：自由電子很容易吸收可見光的能不透明性：自由電子很容易吸收可見光的能量量n具有光澤：吸收了能量從被激發(fā)態(tài)回到基具有光澤：吸收了能量從被激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的幅射；態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的幅射；n良好的塑性：在固態(tài)金屬中，電子云好像良好的塑性：在固態(tài)金屬中，電子云好像是一種流動(dòng)的萬(wàn)能膠，把所有的正離子都是一種流動(dòng)的萬(wàn)能膠，把所有的正離子都結(jié)合在一起，所以金屬鍵并不挑選結(jié)合對(duì)結(jié)合在一起，所以金屬鍵并不挑選結(jié)合對(duì)象，也無(wú)方向性。當(dāng)一塊金屬的兩部分發(fā)象，也無(wú)方向性。當(dāng)一塊金屬的兩部分發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，金屬正離

6、子始終生相對(duì)位移時(shí)，金屬正離子始終“浸泡浸泡”在電子云中，因而仍保持著金屬鍵結(jié)合。在電子云中，因而仍保持著金屬鍵結(jié)合。這樣金屬便能經(jīng)受較大的變形而不斷裂。這樣金屬便能經(jīng)受較大的變形而不斷裂。三、結(jié)合力與結(jié)合能n雙原子作用模型雙原子作用模型長(zhǎng)程力原子間的吸引力。長(zhǎng)程力原子間的吸引力。短程力原子間的排斥力。短程力原子間的排斥力。 平衡位置平衡位置- d dd d0 0 的位置（即作用力為零，結(jié)合能最低）用雙原子模型很容易理解，用雙原子模型很容易理解，當(dāng)大量金屬原子結(jié)合成固體當(dāng)大量金屬原子結(jié)合成固體時(shí)，為使金屬具有最低的能時(shí)，為使金屬具有最低的能量，以保持穩(wěn)定狀態(tài)，原子量，以保持穩(wěn)定狀態(tài)，原子之間必

7、須保持一定的平衡距之間必須保持一定的平衡距離，這是固態(tài)金屬中原子趨離，這是固態(tài)金屬中原子趨于規(guī)則排列的原因。于規(guī)則排列的原因。金屬中的原子總是自發(fā)地趨金屬中的原子總是自發(fā)地趨于緊密地排列，以保持最穩(wěn)于緊密地排列，以保持最穩(wěn)定的狀態(tài)。定的狀態(tài)。1-2 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體的特性晶體的特性一一晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣二二典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)三晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶向指數(shù)和晶面指數(shù)四晶體的各向異性晶體的各向異性五多晶型性多晶型性六一、晶體的特性一、晶體的特性玻璃玻璃純鐵純鐵Tt1538 SLSL對(duì)比純鐵、玻璃發(fā)生固對(duì)比純鐵、玻璃發(fā)生固液轉(zhuǎn)變時(shí)的不同液轉(zhuǎn)變時(shí)的不同

8、玻璃玻璃純鐵純鐵比比容容溫度溫度TmSLSL晶體晶體原子（離子、分子等）在三維空間有規(guī)則地周原子（離子、分子等）在三維空間有規(guī)則地周期性重復(fù)排列的物質(zhì)期性重復(fù)排列的物質(zhì) 通常通常固態(tài)金屬與合金固態(tài)金屬與合金都是晶體都是晶體 大部分陶瓷、少數(shù)高分子材料大部分陶瓷、少數(shù)高分子材料1 晶體與非晶體的概念晶體與非晶體的概念非晶體非晶體原子（離子、分子等）在三維空間無(wú)規(guī)則排列原子（離子、分子等）在三維空間無(wú)規(guī)則排列的物質(zhì)的物質(zhì) 玻璃玻璃、多數(shù)高分子材料等、多數(shù)高分子材料等 固態(tài)物體按原子固態(tài)物體按原子(離子、分子等離子、分子等)是否規(guī)則排列分是否規(guī)則排列分為兩種：晶態(tài)、非晶態(tài)為兩種：晶態(tài)、非晶態(tài) 2 晶

9、體與非晶體的區(qū)別晶體與非晶體的區(qū)別晶體 非晶體組成物質(zhì)微粒規(guī)則排列 組成物質(zhì)微粒無(wú)無(wú)規(guī)則排列 固定熔點(diǎn) 無(wú)無(wú)固定熔點(diǎn)各向異性 各向同性二氧化硅結(jié)構(gòu)示意圖二氧化硅結(jié)構(gòu)示意圖 a 晶態(tài)晶態(tài)b 非晶態(tài)非晶態(tài)3 晶體與非晶體的相互轉(zhuǎn)化性晶體與非晶體的相互轉(zhuǎn)化性 非晶新材料的發(fā)展：光、電、磁、耐蝕性、非晶新材料的發(fā)展：光、電、磁、耐蝕性、高強(qiáng)度等方面的高性能等高強(qiáng)度等方面的高性能等 長(zhǎng)時(shí)間保溫長(zhǎng)時(shí)間保溫 玻璃玻璃 “晶態(tài)玻璃晶態(tài)玻璃” 金屬金屬極快速凝固極快速凝固 “金屬玻璃金屬玻璃” 二二 晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣（1） 假設(shè)：原子為固定不動(dòng)的假設(shè)：原子為固定不動(dòng)的剛性小球剛性小球，原，原

10、子在各個(gè)方向的排列都是很規(guī)則的，每個(gè)原子子在各個(gè)方向的排列都是很規(guī)則的，每個(gè)原子具有相同的環(huán)境具有相同的環(huán)境1 晶體結(jié)構(gòu)模型晶體結(jié)構(gòu)模型空間點(diǎn)陣：幾何點(diǎn)空間點(diǎn)陣：幾何點(diǎn)(原子原子)在空間排列的陣列在空間排列的陣列晶晶 格：幾何點(diǎn)格：幾何點(diǎn)(原子原子)排列的空間格架排列的空間格架（2）空間點(diǎn)陣、晶格）空間點(diǎn)陣、晶格空間點(diǎn)陣空間點(diǎn)陣晶格晶格為了清楚地表明原子在空間排列的規(guī)律性，將構(gòu)成晶體的為了清楚地表明原子在空間排列的規(guī)律性，將構(gòu)成晶體的原子抽象為純粹的幾何點(diǎn)，稱之為陣點(diǎn)。原子抽象為純粹的幾何點(diǎn)，稱之為陣點(diǎn)。（3）晶胞）晶胞晶胞晶胞晶胞：晶胞：晶格中體積最小，對(duì)稱性最高的平行六面晶格中體積最小，對(duì)

11、稱性最高的平行六面體，是能代表原子排列形式特征的最小幾何單元體，是能代表原子排列形式特征的最小幾何單元晶胞在三維空間的重復(fù)構(gòu)成點(diǎn)陣晶胞在三維空間的重復(fù)構(gòu)成點(diǎn)陣在晶格中選取能夠完全反映晶格特征的最小幾何單元，建在晶格中選取能夠完全反映晶格特征的最小幾何單元，建立立晶胞晶胞等概念等概念（4）晶格常數(shù)）晶格常數(shù)在晶胞中建立三維坐標(biāo)體系，在晶胞中建立三維坐標(biāo)體系，描述出晶胞的形狀與大小描述出晶胞的形狀與大小晶胞參數(shù)晶胞參數(shù)- 晶格常數(shù)晶格常數(shù):a:a、b b、c c 棱間夾角棱間夾角:、2 晶系與布拉菲點(diǎn)陣晶系與布拉菲點(diǎn)陣依據(jù)點(diǎn)陣參數(shù)依據(jù)點(diǎn)陣參數(shù) 的不同特點(diǎn)劃分為七種晶系的不同特點(diǎn)劃分為七種晶系(1)

12、 三斜晶系三斜晶系90 a b c(2) 單斜晶系單斜晶系=90 a b c復(fù)雜單胞復(fù)雜單胞底心單斜底心單斜 (3) 正交晶系正交晶系= 90 abc(4) 四方晶系四方晶系= 90a=bc(5) 立方晶系立方晶系= 90 a=b=c體心立方體心立方面心立方面心立方簡(jiǎn)單立方簡(jiǎn)單立方 (6)菱方晶系菱方晶系 a=b=c = 90 (7)六方晶系六方晶系 a1=a2=a3c=90；=120a1a2a3c空間點(diǎn)陣類型只有空間點(diǎn)陣類型只有14種，稱為布拉菲點(diǎn)種，稱為布拉菲點(diǎn)陣陣(根據(jù)法國(guó)晶體學(xué)家根據(jù)法國(guó)晶體學(xué)家Bravais 命名命名) 三、金屬中常見的晶體結(jié)構(gòu)三、金屬中常見的晶體結(jié)構(gòu)Fe(912)、

13、Cr、V、Mo、W等。等。 (一)體心立方結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu)(body-centred cube, b.c.c)演示AEFCa體心立方晶體結(jié)構(gòu)特征分析體心立方晶體結(jié)構(gòu)特征分析B A CDEFGHaaa 1、點(diǎn)陣參數(shù)、點(diǎn)陣參數(shù): a=b=c =90 2、晶胞中原子數(shù)、晶胞中原子數(shù)=1+81/8=2個(gè)個(gè) 3、原子半徑、原子半徑 ar43a3a2a3a2 致密度：致密度： 晶胞中所含原子的體積總和晶胞中所含原子的體積總和/晶胞體積晶胞體積 = nV原子原子/V晶胞晶胞=(24r3/3)/a3=0.68 描述原子排列緊密程度描述原子排列緊密程度 4 致密度致密度 5 配位數(shù)配位數(shù)描述原子排列緊密程度：致

14、密度、配位數(shù)描述原子排列緊密程度：致密度、配位數(shù) 指晶體結(jié)構(gòu)中，與任一原子最近鄰、指晶體結(jié)構(gòu)中，與任一原子最近鄰、等距離的原子數(shù)目等距離的原子數(shù)目,也可以理解為和任一也可以理解為和任一原子接觸的原子數(shù)目原子接觸的原子數(shù)目 b.c.c 中為中為 8 配位數(shù)越大，原子排列越緊密配位數(shù)越大，原子排列越緊密(二二)面心立方結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu)( face-centred cube, f.c.c)n-Fe，Al，Cu，Ni，Au等二十多種 面心立方晶體結(jié)構(gòu)特征面心立方晶體結(jié)構(gòu)特征 1 點(diǎn)陣參數(shù)：點(diǎn)陣參數(shù)：a=b=c = = 2 晶胞原子數(shù)：晶胞原子數(shù)： N=3+1=4 3 原子半徑：原子半徑： 4 配位數(shù)配

15、位數(shù)= 12 5 致密度致密度= nv/V=(43r3/4)/a3=0.74 Fe(9121394)、Cu、Ni、Al、Ag 等等 塑性較高塑性較高ar42a面心立方晶胞中原子半徑面心立方晶胞中原子半徑與晶格常數(shù)的關(guān)系與晶格常數(shù)的關(guān)系ar42 金屬：金屬：Zn、Mg、Be、-Ti、-Co等等(三三)密排六方結(jié)構(gòu)（密排六方結(jié)構(gòu)（ h.c.p） （ 了解）了解）晶體結(jié)構(gòu)特征晶體結(jié)構(gòu)特征n原子半徑 n晶胞中原子數(shù)n配位數(shù) 12 此時(shí)的軸比為1.633n致密度2/ar 74. 0622323463823334633231aaaarVnVKfcc、hcp為最緊密排列，為最緊密排列，bcc為次緊密排列為次

16、緊密排列 （四四 ） 原子堆垛方式原子堆垛方式AB C A B C A A B A B A （密排六方結(jié)構(gòu)）（密排六方結(jié)構(gòu)）（面心立方結(jié)構(gòu)）（面心立方結(jié)構(gòu)） 體心立方晶格中的間隙演示體心立方晶格中的間隙演示（五）晶格中的間隙（五）晶格中的間隙扁八面體間隙扁八面體間隙6個(gè)個(gè)0.067a四面體間隙四面體間隙12個(gè)個(gè)0.126a 面心立方晶格中的間隙演示面心立方晶格中的間隙演示正四面體間隙正四面體間隙 8個(gè)個(gè)0.06a 正八面體間隙正八面體間隙 4個(gè)個(gè)0.146a (1) 盡管體心立方中間隙總體積大于面心立方，但數(shù)盡管體心立方中間隙總體積大于面心立方，但數(shù)目多，尺寸相對(duì)平均，其最大間隙目多，尺寸相對(duì)

17、平均，其最大間隙面心立方晶體的面心立方晶體的 例：例： -Fe中溶碳量遠(yuǎn)大于中溶碳量遠(yuǎn)大于-Fe -Fe：0.77% (727) 2.11% (1148) CFe: 0.0008% (20) 0.0218% (727) C晶胞間隙比較結(jié)果與意義晶胞間隙比較結(jié)果與意義 (2)間隙可溶雜質(zhì)或溶質(zhì)原子，體心立方與面心立間隙可溶雜質(zhì)或溶質(zhì)原子，體心立方與面心立方晶體可溶間隙原子的數(shù)量不同方晶體可溶間隙原子的數(shù)量不同注：注：-Fe 中中R八面體間隙八面體間隙=0.535ARc=0.77A 須晶格畸變調(diào)整方可溶入須晶格畸變調(diào)整方可溶入 注：注： （1）三種晶體結(jié)構(gòu)均為密排方式，其中）三種晶體結(jié)構(gòu)均為密排方

18、式，其中f.c.c、 h.c.p最密排最密排 金屬晶體選擇密排原因：金屬鍵強(qiáng)且無(wú)方金屬晶體選擇密排原因：金屬鍵強(qiáng)且無(wú)方向性與飽和性向性與飽和性（2）三種晶體結(jié)構(gòu)原子排列不同，性能特點(diǎn)）三種晶體結(jié)構(gòu)原子排列不同，性能特點(diǎn)也有差別：也有差別： f.c.c：強(qiáng)度較低而塑性好：強(qiáng)度較低而塑性好 b.c.c：強(qiáng)度較大而塑性較：強(qiáng)度較大而塑性較f.c.c相對(duì)低相對(duì)低 h.c.p：強(qiáng)度、塑性均差：強(qiáng)度、塑性均差（1） Fe Fe 時(shí)發(fā)生體積膨脹時(shí)發(fā)生體積膨脹 淬火時(shí)的開裂現(xiàn)象淬火時(shí)的開裂現(xiàn)象（2）金屬中存在間隙）金屬中存在間隙 金屬中常見的三種晶體結(jié)構(gòu)特征小結(jié)金屬中常見的三種晶體結(jié)構(gòu)特征小結(jié)四、晶向指數(shù)和晶

19、面指數(shù)的標(biāo)定四、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)的標(biāo)定 晶向晶向晶體點(diǎn)陣中，由陣點(diǎn)組晶體點(diǎn)陣中，由陣點(diǎn)組成的任一直線，代表晶體空間內(nèi)的成的任一直線，代表晶體空間內(nèi)的一個(gè)方向，稱為晶向一個(gè)方向，稱為晶向 晶面晶面晶體點(diǎn)陣中，由陣點(diǎn)所晶體點(diǎn)陣中，由陣點(diǎn)所組成的任一平面，代表晶體的原子組成的任一平面，代表晶體的原子平面，稱為晶面平面，稱為晶面晶向指數(shù)晶向指數(shù)用數(shù)字符號(hào)定量地表示用數(shù)字符號(hào)定量地表示晶向，這種數(shù)字符號(hào)稱為晶向指數(shù)晶向，這種數(shù)字符號(hào)稱為晶向指數(shù)1 晶向指數(shù)的標(biāo)定晶向指數(shù)的標(biāo)定Oxyzabc以晶胞為基礎(chǔ)建立三維坐標(biāo)體系以晶胞為基礎(chǔ)建立三維坐標(biāo)體系標(biāo)標(biāo) 定定 步步 驟驟 (1) 以晶胞為基礎(chǔ)建立坐標(biāo)體系以

20、晶胞為基礎(chǔ)建立坐標(biāo)體系 (2) 找出晶向上的任意兩個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)找出晶向上的任意兩個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo) (3) 用晶向末端點(diǎn)坐標(biāo)減去起始點(diǎn)的坐標(biāo)得用晶向末端點(diǎn)坐標(biāo)減去起始點(diǎn)的坐標(biāo)得到三個(gè)坐標(biāo)值到三個(gè)坐標(biāo)值 (4) 三個(gè)坐標(biāo)值最小整數(shù)化，三個(gè)坐標(biāo)值最小整數(shù)化，u v w A方向：方向：(1) 兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)（兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)（0,0,0）和（）和（1,1,0）(2) （1,1,0）-（0,0,0）=1,1,0(3) 不需整數(shù)化不需整數(shù)化(4) 1 1 0 B方向：方向：(1) 兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)（兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)（0,0,0）和（）和（1/2,1/2,1）(2) （ 1/2,1/2,1 ）-（0,0,0）= 1/2,1/2,1(3)

21、 2 （ 1/2,1/2,1 ）=1,1,2(4) 1 1 2 C方向：方向：(1) 兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)（兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)（0,1,0）和（）和（1/2,0,1）(2) （ 1/2,0,1 ）-（0,1,0）= 1/2,-1,1(3) 2 （ 1/2,-1,1 ）=1,-2,2(4) 1 -2 2 2 晶面指數(shù)標(biāo)定方法晶面指數(shù)標(biāo)定方法 (1) 建立坐標(biāo)系建立坐標(biāo)系 (2) 求出待定晶面在各軸上的截距求出待定晶面在各軸上的截距 (3) 取各截距的倒數(shù)，最小整數(shù)化取各截距的倒數(shù)，最小整數(shù)化: ( h k l )注意：晶面不能通過(guò)原點(diǎn)注意：晶面不能通過(guò)原點(diǎn)A面：面：(1) x=1，y=1，z=1；(2) 1/x=

22、1，1/y=1，1/z=1；(3) 不需最小整數(shù)化；不需最小整數(shù)化； (4) （1 1 1）B面：面：(1) 該面與該面與z軸平行，因此軸平行，因此x=1，y=2，z=；(2) 1/x=1，1/y=1/2，1/z=0；(3) 最小整數(shù)化最小整數(shù)化1/x=2，1/y=1，1/z=0；(4) （2 1 0）C面：面：(1) 該面過(guò)原點(diǎn)，必須沿該面過(guò)原點(diǎn)，必須沿y軸進(jìn)行移動(dòng)，因此軸進(jìn)行移動(dòng)，因此x= ，y=-1，z=(2) 1/x=0，1/y=-1，1/z=0；(3) 不需最小整數(shù)化；不需最小整數(shù)化；(4) （0 1 0）晶體中原子密度相同晶體中原子密度相同(即原子列中兩個(gè)原子間距相同即原子列中兩個(gè)

23、原子間距相同)而空間位而空間位向不同的各組晶向向不同的各組晶向 晶向族晶向族 立方晶系立方晶系 晶向族：晶向族： 3、晶面族與晶向族、晶面族與晶向族（1） 晶向族晶向族立方晶系立方晶系 晶向族：晶向族：晶體中原子排列分布相同而空間位向不同的各組等同晶體中原子排列分布相同而空間位向不同的各組等同晶面晶面 晶面族晶面族 h k l （2） 晶面族晶面族立方晶系中的立方晶系中的 100晶面族晶面族 (100)，(010)，(001) (100)，(010)，(001) 以上六面兩兩平行以上六面兩兩平行 實(shí)質(zhì)只有三個(gè)面實(shí)質(zhì)只有三個(gè)面立方晶系中的立方晶系中的 111晶面族晶面族 (111), (111)

24、, (111), (111) (111), (111), (111), (111) 以上八面兩兩平行，故實(shí)質(zhì)只有四個(gè)面以上八面兩兩平行，故實(shí)質(zhì)只有四個(gè)面試寫出試寫出110晶面族中所有晶面晶面族中所有晶面晶面間距計(jì)算晶面間距計(jì)算 （5）立方晶系中晶面間距計(jì)算）立方晶系中晶面間距計(jì)算 d=a/(h2+k2+l2)1/2 面間距大的晶面，其指數(shù)較低面間距大的晶面，其指數(shù)較低 面間距小的晶面，其指數(shù)較高面間距小的晶面，其指數(shù)較高 注：注： 晶體外表面通常為低指數(shù)晶面晶體外表面通常為低指數(shù)晶面 面間距大的晶面面間距大的晶面密排面密排面 5 六方晶系晶面與晶向指數(shù)標(biāo)定六方晶系晶面與晶向指數(shù)標(biāo)定為清楚表達(dá)六

25、方晶系對(duì)稱性為清楚表達(dá)六方晶系對(duì)稱性四軸坐標(biāo)系四軸坐標(biāo)系 晶面指數(shù)標(biāo)定方法與三軸坐標(biāo)系相晶面指數(shù)標(biāo)定方法與三軸坐標(biāo)系相同，但需用同，但需用(hkil) 四個(gè)數(shù)來(lái)表示，具體四個(gè)數(shù)來(lái)表示，具體分別取晶面在四個(gè)軸上的截距，然后倒分別取晶面在四個(gè)軸上的截距，然后倒數(shù)即可數(shù)即可 其中：其中：i= - (h+k)六方晶系晶面指數(shù)的標(biāo)定方法六方晶系晶面指數(shù)的標(biāo)定方法 一般比較方便又容易掌握的方法，是先用一般比較方便又容易掌握的方法，是先用三軸坐標(biāo)系標(biāo)出晶向指數(shù)三軸坐標(biāo)系標(biāo)出晶向指數(shù)U V W，然后根據(jù)，然后根據(jù)以下關(guān)系換算成四軸坐標(biāo)系中的晶向指數(shù)以下關(guān)系換算成四軸坐標(biāo)系中的晶向指數(shù)uvtw，其中：，其中：

26、六方晶系晶向指數(shù)的標(biāo)定方法六方晶系晶向指數(shù)的標(biāo)定方法(一一)VUu3132UVv3132VUt3131Ww 如果已知四軸坐標(biāo)系中的晶向指數(shù)如果已知四軸坐標(biāo)系中的晶向指數(shù)uvtw，確定晶體中的該晶向，則可根據(jù)以下關(guān)系換確定晶體中的該晶向，則可根據(jù)以下關(guān)系換算成三軸坐標(biāo)系中的晶向指數(shù)算成三軸坐標(biāo)系中的晶向指數(shù)U V W。其。其中中 ： 六方晶系晶向指數(shù)的標(biāo)定方法六方晶系晶向指數(shù)的標(biāo)定方法(二二)tuUtvVwW 六六 晶體的各向異性晶體的各向異性1 晶面與晶向原子密度晶面與晶向原子密度 晶向原子密度晶向原子密度: 單位長(zhǎng)度上的單位長(zhǎng)度上的原子數(shù)原子數(shù) 晶面原子密度晶面原子密度: 單位面積上的單位面

27、積上的原子數(shù)原子數(shù) 體心立方體心立方晶格中各主要晶格中各主要晶面晶面原子密度原子密度 0.58/a21/63 =1/23/2a2(111)(110) 1.4/a21/44+1 =22a2(110) 1/a21/44=1 a2(100)最密最密排面排面晶面原晶面原子密度子密度 原子數(shù)原子數(shù) 面積面積 形式形式晶面晶面a a a 2a 2a 體心立方體心立方晶格中各主要晶格中各主要晶向晶向原子密度原子密度1111.16/a 1/22+1=23a111 0.7/a 1/2 2=1 2a1101/a 1/22=1a 100最密排最密排方向方向晶向原晶向原子密度子密度 原子數(shù)原子數(shù)長(zhǎng)度長(zhǎng)度形式形式 晶向

28、晶向試計(jì)算面心立方晶格中各主要晶向、晶試計(jì)算面心立方晶格中各主要晶向、晶面的原子密度，指出最密排晶面、晶向面的原子密度，指出最密排晶面、晶向 不同晶面和晶向上原子密度不同，不同晶面和晶向上原子密度不同， 原原子間距離不同，結(jié)合力不同子間距離不同，結(jié)合力不同 不同方向上的性能有所差異不同方向上的性能有所差異 稱為各向異性。稱為各向異性。 例如，例如，-Fe單晶體單晶體 111 的彈性模量的彈性模量E=2.9105MN/m2 100 的的E=1.35105MN/m2 2 晶體的各向異性晶體的各向異性 實(shí)際金屬材料一般不具有各向異性，實(shí)際金屬材料一般不具有各向異性，例：例：Fe不同方向上不同方向上E

29、均為均為2.1105MN/m2左右左右 原因：原因：實(shí)質(zhì)為單晶體才具有各向異性實(shí)質(zhì)為單晶體才具有各向異性 3 多晶體的偽無(wú)向性（偽同向性）多晶體的偽無(wú)向性（偽同向性） 單晶體單晶體：晶格位向：晶格位向(或方向或方向)一致的晶體一致的晶體 晶格位向一致是指晶體中原子按一定幾何形狀晶格位向一致是指晶體中原子按一定幾何形狀作周期性排列的規(guī)律沒有破壞作周期性排列的規(guī)律沒有破壞實(shí)際材料為多晶體，各單晶粒分布的方向?qū)嶋H材料為多晶體，各單晶粒分布的方向不同，各向異性相互抵消，而呈現(xiàn)無(wú)向性，不同，各向異性相互抵消，而呈現(xiàn)無(wú)向性，偽各向同性偽各向同性注：多晶體中各晶粒取向一致時(shí)注：多晶體中各晶粒取向一致時(shí)各向異

30、性各向異性由一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象稱之為由一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象稱之為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 隨溫度、壓力而變化隨溫度、壓力而變化例如：例如：由石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸Y(jié)構(gòu)由石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸Y(jié)構(gòu) 七、晶體的七、晶體的 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變(多晶型性轉(zhuǎn)變多晶型性轉(zhuǎn)變) 室溫室溫912， 體心立方，體心立方，- Fe 912 1394 ， 面心立方，面心立方，-Fe 1394 熔點(diǎn)熔點(diǎn)1538 ，體心立方，體心立方，-FeFe晶體的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變晶體的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 只只 Fe, Mn, Ti , Co 等少數(shù)金屬具有同等少數(shù)金屬具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變素異構(gòu)轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)變化

31、，性能隨之變化結(jié)構(gòu)變化，性能隨之變化 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)伴隨性能變化同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)伴隨性能變化 - Fe-Fe-Fe 晶體結(jié)構(gòu)缺陷晶體結(jié)構(gòu)缺陷 在實(shí)際晶體在實(shí)際晶體中、原子排列不可中、原子排列不可能那樣規(guī)則和完整，能那樣規(guī)則和完整，往往存在著偏離理往往存在著偏離理想結(jié)構(gòu)的區(qū)域想結(jié)構(gòu)的區(qū)域。 1-3 實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)n對(duì)金屬的性能起關(guān)鍵作用的是金屬中的缺陷對(duì)金屬的性能起關(guān)鍵作用的是金屬中的缺陷。n分類：分類：n 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷：其特征是在三維方向上的尺寸都很小，：其特征是在三維方向上的尺寸都很小，亦稱零維缺陷。例如空位、間隙原子、雜質(zhì)原子。亦稱零維缺陷。例如空位、間隙原子、雜質(zhì)原子

32、。n 線缺陷線缺陷：其特征是在兩個(gè)方向上尺寸很小，而：其特征是在兩個(gè)方向上尺寸很小，而另一個(gè)方向上尺寸很大，亦稱一維缺陷。例如位另一個(gè)方向上尺寸很大，亦稱一維缺陷。例如位錯(cuò)。錯(cuò)。n 面缺陷面缺陷：其特征是在一個(gè)方向上尺寸很小，而：其特征是在一個(gè)方向上尺寸很小，而另兩個(gè)方向上尺寸很大。例如晶界、亞晶界。另兩個(gè)方向上尺寸很大。例如晶界、亞晶界。一、一、點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷1. 空位空位n能量起伏能量起伏造成原子的瞬造成原子的瞬間能量超過(guò)周圍原子對(duì)間能量超過(guò)周圍原子對(duì)它的束縛能，原子脫離它的束縛能，原子脫離原位置轉(zhuǎn)移到其它位置，原位置轉(zhuǎn)移到其它位置，在原位置上出現(xiàn)空結(jié)點(diǎn)，在原位置上出現(xiàn)空結(jié)點(diǎn)，為空位為空位轉(zhuǎn)

33、移位置轉(zhuǎn)移位置：n遷移到晶體表面：肖脫遷移到晶體表面：肖脫基空位基空位n遷移到晶格間隙：弗蘭遷移到晶格間隙：弗蘭克空位克空位n遷移到其它空位處：空遷移到其它空位處：空位遷移。位遷移。 n空位為熱平衡缺陷，溫度升高，空位增多。空位為熱平衡缺陷，溫度升高，空位增多。n在一定溫度下，空位有一定的平衡濃度。在一定溫度下，空位有一定的平衡濃度。平衡濃度是一個(gè)極小值。平衡濃度是一個(gè)極小值。n晶格畸變晶格畸變n空位在固體金屬的擴(kuò)散中重要作用空位在固體金屬的擴(kuò)散中重要作用，可通，可通過(guò)高能粒子輻照、高溫淬火、冷加工使空過(guò)高能粒子輻照、高溫淬火、冷加工使空位處于過(guò)飽和狀態(tài)。位處于過(guò)飽和狀態(tài)。 空位引起的空位引起

34、的晶格畸變晶格畸變間隙原子：處于晶格間隙的原子。間隙原子：處于晶格間隙的原子。形成：弗蘭克空位形成的同時(shí)，形形成：弗蘭克空位形成的同時(shí)，形成一個(gè)間隙原子。成一個(gè)間隙原子。特點(diǎn)特點(diǎn)n晶格畸變嚴(yán)重。遠(yuǎn)大于空位。晶格畸變嚴(yán)重。遠(yuǎn)大于空位。n固溶度固溶度/溶解度：間隙原子為溶解度：間隙原子為異類原子時(shí)，異原子的平衡濃異類原子時(shí)，異原子的平衡濃度。度。n熱平衡缺陷。熱平衡缺陷。n一定溫度對(duì)應(yīng)一定平衡濃度。一定溫度對(duì)應(yīng)一定平衡濃度。 難以制造純度高于難以制造純度高于99.9999%的材料；每立方米的體積有的材料；每立方米的體積有10221023個(gè)雜質(zhì)原子。個(gè)雜質(zhì)原子。2. 間隙原子3置換原子 總結(jié)總結(jié)：三

35、種缺陷都造成晶格畸變，影響合三種缺陷都造成晶格畸變，影響合金性能，如屈服強(qiáng)度，電阻，體積。點(diǎn)缺陷金性能，如屈服強(qiáng)度，電阻，體積。點(diǎn)缺陷加速擴(kuò)散，從而影響相變，化學(xué)熱處理，塑加速擴(kuò)散，從而影響相變，化學(xué)熱處理，塑變、斷裂等。變、斷裂等。n 占據(jù)在原來(lái)基體平衡位占據(jù)在原來(lái)基體平衡位置上的異類原子稱為置換原置上的異類原子稱為置換原子。子。n 造成晶格畸變，有一定造成晶格畸變，有一定的固溶度。的固溶度。二、線缺陷二、線缺陷n位錯(cuò)：晶體中某處一列或若干列原子出現(xiàn)的有規(guī)位錯(cuò)：晶體中某處一列或若干列原子出現(xiàn)的有規(guī)律的錯(cuò)排，在一個(gè)方向上尺寸較大，而另外兩個(gè)律的錯(cuò)排，在一個(gè)方向上尺寸較大，而另外兩個(gè)方向上尺寸較

36、小。分刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。方向上尺寸較小。分刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。 n 1. 刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)晶體中，由于某種原因，晶體的晶體中，由于某種原因，晶體的一部分相對(duì)于另一部分出現(xiàn)一個(gè)一部分相對(duì)于另一部分出現(xiàn)一個(gè)多余的半原子面。這個(gè)多余的半多余的半原子面。這個(gè)多余的半原子面又如切入晶體的刀片，刀原子面又如切入晶體的刀片，刀片的刃口線即為位錯(cuò)線。這種線片的刃口線即為位錯(cuò)線。這種線缺陷稱為刃型位錯(cuò)。缺陷稱為刃型位錯(cuò)。 刃型位錯(cuò)特征刃型位錯(cuò)特征 (1) 有一額外半原子面有一額外半原子面 (2) 位錯(cuò)線是一個(gè)具有一定寬度的細(xì)長(zhǎng)位錯(cuò)線是一個(gè)具有一定寬度的細(xì)長(zhǎng)晶格畸變管道，其中既有正應(yīng)變，又有晶格畸變管道，其中既

37、有正應(yīng)變，又有切應(yīng)變。切應(yīng)變。 (3) 位錯(cuò)線與晶體滑移方向垂直。位錯(cuò)線與晶體滑移方向垂直。螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)n以大拇指代表螺旋面前進(jìn)方向，其他四指代表螺旋面的旋轉(zhuǎn)方向，符合右手法則的稱右旋螺型位錯(cuò)，符合左手法則稱左旋螺型位錯(cuò)。螺旋位錯(cuò)的特征n應(yīng)力場(chǎng)：軸對(duì)稱分布應(yīng)力場(chǎng)：軸對(duì)稱分布n重要特征：重要特征：n沒有額外半原子面；沒有額外半原子面；n位錯(cuò)線是一個(gè)具有一定寬度的細(xì)長(zhǎng)晶格畸變位錯(cuò)線是一個(gè)具有一定寬度的細(xì)長(zhǎng)晶格畸變管道，只有切應(yīng)變，無(wú)正應(yīng)變。管道，只有切應(yīng)變，無(wú)正應(yīng)變。n位錯(cuò)線與晶體滑移方向平行。位錯(cuò)線與晶體滑移方向平行。3. 柏氏矢量n柏氏矢量：可以確切地揭示位錯(cuò)的本質(zhì)并描述位柏氏矢量：可以確

38、切地揭示位錯(cuò)的本質(zhì)并描述位錯(cuò)各種行為的矢量。錯(cuò)各種行為的矢量。 n柏氏矢量的確定：刃型位錯(cuò)柏氏矢量的確定：刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò) 位錯(cuò)線方向位錯(cuò)線方向N NPRNPRn1)在實(shí)際晶體中，從任一原子出發(fā)，圍繞在實(shí)際晶體中，從任一原子出發(fā)，圍繞位錯(cuò)位錯(cuò)(但要避開位錯(cuò)線但要避開位錯(cuò)線)沿逆時(shí)針?lè)较蛞砸欢ㄑ啬鏁r(shí)針?lè)较蛞砸欢ǖ牟綌?shù)作閉合回路，稱為柏氏回路；的步數(shù)作閉合回路，稱為柏氏回路；n2）在完整的晶體中按與步驟）在完整的晶體中按與步驟(1)相同的方相同的方法和步數(shù)作相同的回路，該回路并不封閉；法和步數(shù)作相同的回路，該回路并不封閉；n3)由完整晶體中回路的終點(diǎn)由完整晶體中回路的終點(diǎn)Q向起點(diǎn)向起點(diǎn)M引

39、一引一矢量矢量b，使該回路閉合，該矢量即為實(shí)際晶，使該回路閉合，該矢量即為實(shí)際晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量。體中位錯(cuò)的柏氏矢量。 n刃位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線相互垂直，刃位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線相互垂直，這是刃型位錯(cuò)的一個(gè)重要特征。這是刃型位錯(cuò)的一個(gè)重要特征。n右手法則右手法則：人為地規(guī)定位錯(cuò)線方向，然：人為地規(guī)定位錯(cuò)線方向，然后用食指表示位錯(cuò)線方向，中指表示柏后用食指表示位錯(cuò)線方向，中指表示柏氏矢量，拇指向上為正刃位錯(cuò)，向下為氏矢量，拇指向上為正刃位錯(cuò)，向下為負(fù)。負(fù)。n螺型位錯(cuò)：柏氏矢量與位錯(cuò)線平行，兩者相同為右，相反為左 位錯(cuò)線方向位錯(cuò)線方向NPRXY（b b）螺型位錯(cuò)）螺型位錯(cuò)NPRXY混合型位錯(cuò)柏

40、氏矢量的物理意義及特性柏氏矢量的物理意義及特性n物理意義物理意義：在于表示了位錯(cuò)區(qū)域點(diǎn)陣畸變總：在于表示了位錯(cuò)區(qū)域點(diǎn)陣畸變總量的大小和方向。量的大小和方向。n特性：特性：n可以判斷位錯(cuò)類型可以判斷位錯(cuò)類型l表示晶格畸變的大小。表示晶格畸變的大小。 b越大，晶格畸變?cè)酱笤酱?，晶格畸變?cè)酱髄表示晶體滑移的方向和大小，表示晶體滑移的方向和大小，b方向是晶體滑移方方向是晶體滑移方向，滑移大小是向，滑移大小是b的大??；的大?。籰重要特性就是具有守桓性；柏氏矢量是唯一的，與重要特性就是具有守桓性；柏氏矢量是唯一的，與柏氏回路的大小和回路在位錯(cuò)線上的位置無(wú)關(guān)；柏氏回路的大小和回路在位錯(cuò)線上的位置無(wú)關(guān)；l對(duì)刃

41、型位錯(cuò)：位錯(cuò)線和與之垂直的柏氏矢量構(gòu)成滑對(duì)刃型位錯(cuò)：位錯(cuò)線和與之垂直的柏氏矢量構(gòu)成滑移面，滑移面只有一個(gè)。移面，滑移面只有一個(gè)。 對(duì)螺型位錯(cuò)：滑移面不固定，可以有很多個(gè)。對(duì)螺型位錯(cuò)：滑移面不固定，可以有很多個(gè)。 判斷A、B、C、D位錯(cuò)類型nA為左螺型位錯(cuò)、為左螺型位錯(cuò)、C為右螺型位錯(cuò)為右螺型位錯(cuò) nB為負(fù)刃型位錯(cuò)、為負(fù)刃型位錯(cuò)、D為正刃性位錯(cuò)為正刃性位錯(cuò) 位錯(cuò)在晶體中存在形態(tài)位錯(cuò)在晶體中存在形態(tài) 形成位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)，密度高時(shí)互相纏繞，形成位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)，密度高時(shí)互相纏繞，形成位錯(cuò)纏結(jié)形成位錯(cuò)纏結(jié) 金屬中各種形態(tài)位錯(cuò)金屬中各種形態(tài)位錯(cuò)3 位錯(cuò)密度和金屬材料強(qiáng)度的關(guān)系位錯(cuò)密度和金屬材料強(qiáng)度的關(guān)系 單位體積包含

42、的位錯(cuò)總長(zhǎng)度單位體積包含的位錯(cuò)總長(zhǎng)度: = L / V (m/m3) 或穿越單位截面積的位錯(cuò)線的數(shù)目或穿越單位截面積的位錯(cuò)線的數(shù)目: 退火軟化金屬中退火軟化金屬中=1010 1012 m - 2 冷變形金屬中冷變形金屬中= 1015 1016 m - 2101000km/cm3100萬(wàn)公里萬(wàn)公里/cm3(2)金屬?gòu)?qiáng)度和位錯(cuò)的關(guān)系金屬?gòu)?qiáng)度和位錯(cuò)的關(guān)系300MPa 2000MPa13400MPa晶須晶須金屬鐵須晶金屬鐵須晶(直徑直徑1.6m)： 13400MPa 退火工業(yè)純鐵：退火工業(yè)純鐵： 300MPa 強(qiáng)化處理合金鋼：強(qiáng)化處理合金鋼： 2000MPa位錯(cuò)的產(chǎn)生位錯(cuò)的產(chǎn)生：金屬結(jié)晶、塑性變形、相

43、變過(guò)程中：金屬結(jié)晶、塑性變形、相變過(guò)程中 位錯(cuò)的觀察位錯(cuò)的觀察：透射電鏡等：透射電鏡等三三 面缺陷面缺陷面缺陷：兩維尺寸很大面缺陷：兩維尺寸很大,第三向尺寸很小，兩類：第三向尺寸很小，兩類：晶體的外表面和內(nèi)界面，其中內(nèi)界面又包括了晶晶體的外表面和內(nèi)界面，其中內(nèi)界面又包括了晶界、亞晶界、孿晶界、相界、堆垛層錯(cuò)等。界、亞晶界、孿晶界、相界、堆垛層錯(cuò)等。 1晶體表面n晶體表面是指金屬與真空、氣體或液體等外部晶體表面是指金屬與真空、氣體或液體等外部介質(zhì)相接觸的界面。介質(zhì)相接觸的界面。n界面原子受內(nèi)部原子的作用力顯著大于外部原界面原子受內(nèi)部原子的作用力顯著大于外部原子的作用力，表面原子偏離平衡位置，發(fā)生

44、晶子的作用力，表面原子偏離平衡位置，發(fā)生晶格畸變。格畸變。 n表面能：由于在表面層產(chǎn)生了晶格畸變，能量升高，表面能：由于在表面層產(chǎn)生了晶格畸變，能量升高，單位面積上升高的能量為比表面能。（單位面積上升高的能量為比表面能。（J/m2）n也可用單位長(zhǎng)度上的表面張力（也可用單位長(zhǎng)度上的表面張力（N/ m）表示。）表示。影響表面能的因素：影響表面能的因素：n（1）外部介質(zhì)的性質(zhì)）外部介質(zhì)的性質(zhì) 介質(zhì)原子或分子對(duì)晶體表面介質(zhì)原子或分子對(duì)晶體表面原子的作用力與晶體內(nèi)部原子對(duì)表面原子的作用力原子的作用力與晶體內(nèi)部原子對(duì)表面原子的作用力相差越懸殊，表面能越大。相差越懸殊，表面能越大。n（2）表面的原子密度）表

45、面的原子密度 原子密排面具有最小的表面原子密排面具有最小的表面能能；一般表面為密排面一般表面為密排面n（3）晶體表面曲率：表面能大小與表面的曲率有）晶體表面曲率：表面能大小與表面的曲率有關(guān)。一般地，關(guān)。一般地，表面曲率越大，表面能也越大表面曲率越大，表面能也越大。n此外，表面能大小還與晶體性質(zhì)有關(guān)。若晶體本身此外，表面能大小還與晶體性質(zhì)有關(guān)。若晶體本身的結(jié)合能高，則表面能較大。的結(jié)合能高，則表面能較大。2. 晶界n在多晶體金屬中，結(jié)構(gòu)、成分相同但位向不同的在多晶體金屬中，結(jié)構(gòu)、成分相同但位向不同的相鄰晶粒之間的界面稱為晶界。相鄰晶粒之間的界面稱為晶界。n根據(jù)相鄰兩晶粒之間的晶體值位向差根據(jù)相鄰

46、兩晶粒之間的晶體值位向差(角角)可將晶可將晶界分為界分為小角晶界、大角晶界、孿晶界、亞晶界小角晶界、大角晶界、孿晶界、亞晶界等。等。 晶界類型及模型晶界類型及模型1) 小角度晶界小角度晶界相鄰晶粒的相鄰晶粒的位向差小于位向差小于10的晶界。基的晶界?；旧嫌晌诲e(cuò)構(gòu)成本上由位錯(cuò)構(gòu)成對(duì)稱傾側(cè)晶界對(duì)稱傾側(cè)晶界：由一系列相：由一系列相隔一定距離的同號(hào)刃型位錯(cuò)隔一定距離的同號(hào)刃型位錯(cuò)垂直排列而成的。垂直排列而成的。n扭轉(zhuǎn)晶界扭轉(zhuǎn)晶界：將一塊晶體沿中間面切開，然將一塊晶體沿中間面切開，然后使右半部晶體后使右半部晶體y軸軸(垂直于晶界面垂直于晶界面)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)角，再與左半部晶體粘合在一起，形成角，再與左半部晶

47、體粘合在一起，形成(b)圖所示的扭轉(zhuǎn)晶界。圖所示的扭轉(zhuǎn)晶界。相鄰晶粒的位向差大于相鄰晶粒的位向差大于10的的晶界。大約晶界。大約23個(gè)原子厚的薄層，個(gè)原子厚的薄層，原子排列較混亂，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜：原子排列較混亂，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜：由原子排列紊亂區(qū)域與原子排列由原子排列紊亂區(qū)域與原子排列較整齊區(qū)域交替相間而成。多晶較整齊區(qū)域交替相間而成。多晶體金屬中的絕大部分晶界體金屬中的絕大部分晶界2) 大角度晶界大角度晶界大角晶界的厚度也很小，純金屬中大角晶界的厚度不超過(guò)三個(gè)大角晶界的厚度也很小，純金屬中大角晶界的厚度不超過(guò)三個(gè)原子間距。原子間距。 金屬中的亞晶組織金屬中的亞晶組織3）亞晶界）亞晶界多晶體金屬中每個(gè)晶

48、粒內(nèi)部的原子排列并不是十多晶體金屬中每個(gè)晶粒內(nèi)部的原子排列并不是十分整齊，會(huì)出現(xiàn)位相差極?。ㄐ∮诜终R，會(huì)出現(xiàn)位相差極?。ㄐ∮?）的亞結(jié)構(gòu)，）的亞結(jié)構(gòu)，亞結(jié)構(gòu)之間分界線即。亞結(jié)構(gòu)之間分界線即。亞結(jié)構(gòu)和亞晶界的涵義是廣泛的，分別指尺寸比亞結(jié)構(gòu)和亞晶界的涵義是廣泛的，分別指尺寸比晶粒小的所有細(xì)微組織和組織間的分界面。晶粒小的所有細(xì)微組織和組織間的分界面。亞晶界通常由位錯(cuò)構(gòu)成亞晶界通常由位錯(cuò)構(gòu)成亞晶界模型亞晶界模型 圖為位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成圖為位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的亞晶界的亞晶界AuAuNiNi合金的亞晶合金的亞晶 4）堆垛層錯(cuò)）堆垛層錯(cuò)n在實(shí)際晶體中，晶體堆垛順序發(fā)生局部差錯(cuò)而產(chǎn)生的一在實(shí)際晶體中，晶體堆垛順序發(fā)

49、生局部差錯(cuò)而產(chǎn)生的一種晶體缺陷稱，簡(jiǎn)稱層錯(cuò)。種晶體缺陷稱，簡(jiǎn)稱層錯(cuò)。形成：形成：n晶體可看出許多密排面按一定順序堆垛而成，如面心為晶體可看出許多密排面按一定順序堆垛而成，如面心為ABCABC，密排六方為，密排六方為ABABABn以以表示表示AB，BC，CA，以，以表示表示BA、CB、AC。則。則面心為面心為，在正常堆垛次序中抽出或插入，在正常堆垛次序中抽出或插入一層原子，產(chǎn)生堆垛層錯(cuò)。一層原子，產(chǎn)生堆垛層錯(cuò)。 A B C A B C A C A B C 越小越小n層錯(cuò)能：產(chǎn)生單位面積層錯(cuò)所需的能量層錯(cuò)能：產(chǎn)生單位面積層錯(cuò)所需的能量n層錯(cuò)能越小，越易產(chǎn)生層錯(cuò)，如奧氏體不銹鋼和黃層錯(cuò)能越小，越易產(chǎn)生層錯(cuò)，如奧氏體不銹鋼和黃銅；層錯(cuò)能越大，越難產(chǎn)生層錯(cuò)，如銅；層錯(cuò)能越大，越難產(chǎn)生層錯(cuò)，如Al。 5）孿晶界6） 相界相界ndef：具有不同晶體結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面為。：具有不同晶體結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面為。三類：共格；半