第一 金屬與合金晶體結(jié)構(gòu)

1、課課 時：時： 80(68+12)80(68+12) 教教 材：材：金屬學與熱處理金屬學與熱處理，崔忠圻，崔忠圻2022-2-112緒 論一、材料的發(fā)展一、材料的發(fā)展 自然存在的材料自然存在的材料加工材料加工材料熱處理或加入雜質(zhì)改變性能（選擇利用）熱處理或加入雜質(zhì)改變性能（選擇利用）了解材料結(jié)構(gòu)和性能之間的關系（設計適合應用的材料）了解材料結(jié)構(gòu)和性能之間的關系（設計適合應用的材料）二、材料科學的含義二、材料科學的含義 直觀上，研究材料的結(jié)構(gòu)與性能之間相互關系的科學。直觀上，研究材料的結(jié)構(gòu)與性能之間相互關系的科學。 功能上，材料科學家扮演的角色是發(fā)展或合成新材料。功能上，材料科學家扮演的角色是發(fā)

2、展或合成新材料。 2022-2-113三、課程研究對象：金屬和合金1、金屬和合金的定義金屬的性質(zhì)：金屬的性質(zhì)： * 高的導電性和導熱性；高的導電性和導熱性； * 金屬光澤；金屬光澤； * 良好的延展性良好的延展性(塑性塑性)； * 不透明不透明 * * *電阻隨溫度升高而升高電阻隨溫度升高而升高 金屬與非金屬的本質(zhì)差別金屬與非金屬的本質(zhì)差別 即：具有正的電阻溫度系數(shù)。即：具有正的電阻溫度系數(shù)。金屬定義：金屬定義：具有正的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)。具有正的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)。合金定義：合金定義：一種金屬元素與另一種或幾種其它元素，經(jīng)熔煉或其它方法一種金屬元素與另一種或幾種其它元素，經(jīng)熔煉或其它方法結(jié)合

3、而成的具有金屬特性的物質(zhì)。結(jié)合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。2022-2-114 2、金屬材料的性能取決于什么因素？金屬材料的性能取決于什么因素？ 化學成分不同，其性能也不同。化學成分不同，其性能也不同。舉例：舉例： b b （MPMP） b b （MPMP） 純鋁純鋁 4040 純銅純銅 6060鋁合金鋁合金 400-600400-600 銅合金銅合金 600-700600-700化學成分相同，加工處理工藝不同，性能也不同化學成分相同，加工處理工藝不同，性能也不同舉例：舉例： 0.8C 的鋼鋸條的鋼鋸條800，冷卻方式不同：一根出爐后，冷卻方式不同：一根出爐后水冷水冷，性，性硬而硬而脆脆，一彎就

4、斷；另一根隨爐，一彎就斷；另一根隨爐緩慢冷卻緩慢冷卻，性軟性軟，彎曲，彎曲90 不斷。不斷。 石墨和金剛石均由碳原子構(gòu)成，石墨和金剛石均由碳原子構(gòu)成， 但性能迥異。但性能迥異。原因：化學成分和原因：化學成分和加工處理工藝不同，導致加工處理工藝不同，導致材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。變。 2022-2-115 金屬和合金在固態(tài)下通常都是晶體，要了解金屬及合金的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，金屬和合金在固態(tài)下通常都是晶體，要了解金屬及合金的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，首先應了解晶體的結(jié)構(gòu)，其中包括：首先應了解晶體的結(jié)構(gòu)，其中包括： 晶體中原子是如何相互作用并結(jié)合起來的；晶體中原子是如何相互作用并結(jié)合起來的； 原子

5、的排列方式和分布規(guī)律；原子的排列方式和分布規(guī)律； 各種晶體結(jié)構(gòu)的特點及差異等。各種晶體結(jié)構(gòu)的特點及差異等。性性 能能PerformancePerformance加工工藝加工工藝ProcessProcess化學成分化學成分CompositionComposition組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)ConstructionConstruction四、材料科學研究的材料科學研究的四要素四要素及相互關系線：及相互關系線： 內(nèi)因內(nèi)因外因外因提高材料性能的主要途徑：提高材料性能的主要途徑： 一方面改變材料的一方面改變材料的化學成分化學成分，另一方面改進材料的，另一方面改進材料的加工工藝加工工藝，進而改變，進而改變材料內(nèi)部

6、的材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)與性能。與性能。2022-2-116第一章第一章 金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)2022-2-1171金屬原子間的結(jié)合金屬原子間的結(jié)合一、一、 金屬原子的結(jié)構(gòu)特點金屬原子的結(jié)構(gòu)特點原子結(jié)構(gòu)：原子結(jié)構(gòu)：孤立的自由原子是由帶正電的原子核和帶負電的核外電子組孤立的自由原子是由帶正電的原子核和帶負電的核外電子組成的。成的。核外的電子核外的電子被原子核吸引，各電子間又互相排斥，就像太陽系一樣，不被原子核吸引，各電子間又互相排斥，就像太陽系一樣，不同的電子在一系列軌道或殼層上繞核運動。電子排列的原則符合能量最同的電子在一系列軌道或殼層上繞核運動。電子排列的原則符合能量

7、最低原則，即內(nèi)層電子能量最低也最穩(wěn)定，外層電子能量高，與核結(jié)合弱。低原則，即內(nèi)層電子能量最低也最穩(wěn)定，外層電子能量高，與核結(jié)合弱。1 1）原子結(jié)構(gòu)：取決于原子種類）原子結(jié)構(gòu)：取決于原子種類2 2）晶體結(jié)構(gòu)：原子的空間排列方式）晶體結(jié)構(gòu)：原子的空間排列方式2022-2-118金屬原子的結(jié)構(gòu)：金屬原子的結(jié)構(gòu)：最外層的電子數(shù)很少（不超過最外層的電子數(shù)很少（不超過3 3個），最外層電子與原子個），最外層電子與原子核的結(jié)合力很弱，很容易脫離原子核的束縛形成自由電子，原子變?yōu)檎说慕Y(jié)合力很弱，很容易脫離原子核的束縛形成自由電子，原子變?yōu)檎x子，從而金屬具有離子，從而金屬具有正電性正電性。非金屬原子的結(jié)構(gòu)：

8、非金屬原子的結(jié)構(gòu)：最外層電子數(shù)較多（最外層電子數(shù)較多（4-74-7個），易獲得電子，原子變?yōu)閭€），易獲得電子，原子變?yōu)樨撾x子，從具有負離子，從具有負電性負電性。過渡族金屬原子的結(jié)構(gòu)：過渡族金屬原子的結(jié)構(gòu)：除了具有金屬原子的特點外，其次外層甚至有的除了具有金屬原子的特點外，其次外層甚至有的倒數(shù)第三層也容易丟失一兩個電子，原子間的結(jié)合力特別強。倒數(shù)第三層也容易丟失一兩個電子，原子間的結(jié)合力特別強。價電子：價電子：原子核外電子中有形成原子核外電子中有形成化學鍵化學鍵能力的電子。能力的電子。價電子決定著金屬的價電子決定著金屬的主要性能。主要性能。主族元素是指最外層電子，而過渡元素的主族元素是指最外層電

9、子，而過渡元素的次外層電子及某些次外層電子及某些元素的倒數(shù)第三層電子也可成為價電子。元素的倒數(shù)第三層電子也可成為價電子。2022-2-119二、二、 金屬鍵金屬鍵1 1、離子鍵、離子鍵 正負離子靠靜電作用相結(jié)合，例如氯化鈉。沒有飽和性和方向性。正負離子靠靜電作用相結(jié)合，例如氯化鈉。沒有飽和性和方向性。2 2、共價鍵、共價鍵 相鄰原子共用它們的外部的價電子，相鄰原子共用它們的外部的價電子，形成穩(wěn)定的電子滿殼層，例如金剛石。形成穩(wěn)定的電子滿殼層，例如金剛石。有飽和性和方向性。有飽和性和方向性。2022-2-11103 3、金屬鍵、金屬鍵 全部或大部分金屬原子將它們的價電子貢獻出來為整個原子集體所公

10、有，全部或大部分金屬原子將它們的價電子貢獻出來為整個原子集體所公有，形成電子云。貢獻出價電子的原子變成正離子，沉浸在電子云中，并且形成電子云。貢獻出價電子的原子變成正離子，沉浸在電子云中，并且依靠運動于其間的公有化的自由電子的靜電作用相結(jié)合，例如銅。沒有依靠運動于其間的公有化的自由電子的靜電作用相結(jié)合，例如銅。沒有飽和性和方向性。飽和性和方向性。 圖圖 1.1 1.1 金屬鍵模型金屬鍵模型中性原子中性原子正離子正離子電子云電子云2022-2-11114、利用金屬鍵的特點解釋金屬的特性、利用金屬鍵的特點解釋金屬的特性 導電性導電性 自由電子在電場作用下定向運動形成電流自由電子在電場作用下定向運動

11、形成電流 ； 導熱性導熱性 自由電子的運動和正離子振動；自由電子的運動和正離子振動； 不透明不透明 自由電子吸收可見光的能量；自由電子吸收可見光的能量； 金屬光澤金屬光澤 自由電子被激發(fā)到較高能級再跳回原先能級時，將吸收自由電子被激發(fā)到較高能級再跳回原先能級時，將吸收的可見光能量重新輻射出去；的可見光能量重新輻射出去； 延展性延展性 無飽和性和方向性無飽和性和方向性。 正電阻溫度系數(shù)正電阻溫度系數(shù) 隨溫度的升高正離子或原子的振幅加大，可阻礙隨溫度的升高正離子或原子的振幅加大，可阻礙電子通過，使電阻升高；電子通過，使電阻升高；2022-2-1112三、三、 結(jié)合力和結(jié)合能結(jié)合力和結(jié)合能雙原子作用

12、模型雙原子作用模型結(jié)合力：結(jié)合力：正離子與周圍自由電子間的吸引力（長程力）正離子與周圍自由電子間的吸引力（長程力） +正離子與正離子以及電子與電子之間的排斥正離子與正離子以及電子與電子之間的排斥力（短程力）力（短程力）結(jié)合能：結(jié)合能：吸引能吸引能+排斥能排斥能金屬原子規(guī)則，緊密的排列：金屬原子規(guī)則，緊密的排列：原子周圍鄰近的原子數(shù)越多，原子周圍鄰近的原子數(shù)越多，原子間的結(jié)合能越低原子間的結(jié)合能越低圖圖1.2 1.2 雙原子作用模型雙原子作用模型2022-2-11132 2 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體與非晶體一、晶體與非晶體1 1含義：晶體是由許多質(zhì)點（包括原子、離子或分子）在三維空間

13、按一定含義：晶體是由許多質(zhì)點（包括原子、離子或分子）在三維空間按一定規(guī)律呈周期性排列的固體，非晶體則不呈這種周期性的規(guī)則排列。規(guī)律呈周期性排列的固體，非晶體則不呈這種周期性的規(guī)則排列。2 2晶體與非晶體的區(qū)別：晶體與非晶體的區(qū)別： 晶體晶體 非晶體非晶體 * * * * * * 長程有序長程有序 短程有序短程有序 * * 有固定熔點有固定熔點 無明顯熔點無明顯熔點 * * 各向異性各向異性 各向同性各向同性3.3.晶體與非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)變晶體與非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)變 玻璃玻璃 長時間高溫加熱長時間高溫加熱 晶態(tài)玻璃晶態(tài)玻璃 液態(tài)金屬液態(tài)金屬 極快的速度冷卻極快的速度冷卻 非

14、晶態(tài)金屬非晶態(tài)金屬2022-2-1114二、晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣二、晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣1、 晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)： 晶體中原子（或離子、分子、原子集團）的具體排列情況晶體中原子（或離子、分子、原子集團）的具體排列情況. 原子堆垛模型：原子堆垛模型： 假定晶體中的物質(zhì)質(zhì)點都是固定的剛球，假定晶體中的物質(zhì)質(zhì)點都是固定的剛球， 晶體由剛球堆垛而成。晶體由剛球堆垛而成。 優(yōu)點：直觀、立體感強；優(yōu)點：直觀、立體感強； 缺點：很難看清內(nèi)部原子排列的規(guī)律和特點。缺點：很難看清內(nèi)部原子排列的規(guī)律和特點。圖圖1.3 1.3 （a a）原子堆垛模型）原子堆垛模型2022-2-11152 2、陣點：將構(gòu)成晶體的實際質(zhì)點

15、（原子、離子、分子）抽象成純粹的幾何、陣點：將構(gòu)成晶體的實際質(zhì)點（原子、離子、分子）抽象成純粹的幾何點稱為陣點或結(jié)點。點稱為陣點或結(jié)點。3 3、空間點陣（簡稱點陣）：陣點、空間點陣（簡稱點陣）：陣點在空間呈周期性規(guī)則排列，并具有等同的在空間呈周期性規(guī)則排列，并具有等同的周圍環(huán)境的模型，即點陣的陣點都是等同點。周圍環(huán)境的模型，即點陣的陣點都是等同點。4、晶格：人為地將陣點用直線連接起來形成的空間格子。、晶格：人為地將陣點用直線連接起來形成的空間格子。5、晶胞：、晶胞： 從晶格中選取的從晶格中選取的 一個能夠滿足晶格特征一個能夠滿足晶格特征 （即點陣的周期性）的（即點陣的周期性）的 最小幾何單元。

16、最小幾何單元。圖圖1.31.3（b b）晶格）晶格 （c c）晶胞）晶胞2022-2-11166 6、晶格常數(shù)、晶格常數(shù)/ /點陣常數(shù)：點陣常數(shù)：晶胞三條棱邊的長度晶胞三條棱邊的長度a a、b b、c c軸間夾角：晶胞的棱間夾角軸間夾角：晶胞的棱間夾角 、 、 圖圖1.4 1.4 晶胞的晶格常數(shù)和軸間夾角的表示法晶胞的晶格常數(shù)和軸間夾角的表示法2022-2-1117三、三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)三、三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)1 1、7 7個晶系和個晶系和1414種點陣種點陣晶系：根據(jù)晶體的對稱程度和對稱特點，即三個晶格常數(shù)和軸間夾角的相晶系：根據(jù)晶體的對稱程度和對稱特點，即三個晶格常數(shù)和軸間夾角的相互

17、關系互關系, ,將晶體分為七個晶系。將晶體分為七個晶系。 晶系晶系 點陣常數(shù)的關系和特點點陣常數(shù)的關系和特點 例例三斜三斜 abc 90abc 90 K K2 2CrOCrO7 7單斜單斜 abc =90abc =90 -S -S正交正交 abcabc =90 -S =90 -S 六方六方 a=bc =90a=bc =90 =120 =120 Zn Zn，菱方菱方 a=b=c =90a=b=c =90 As As，四方四方 a=bca=bc =90 -Sn =90 -Sn，立方立方 a=b=c =90a=b=c =90 FeFe2022-2-1118布拉菲點陣：等同點，對稱性布拉菲點陣：等同點

18、，對稱性1414種布拉菲點陣：種布拉菲點陣：2022-2-11192 2、三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)、三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)1 1）、體心立方晶格（）、體心立方晶格（ body-centered cube, bcc ） 晶胞結(jié)構(gòu)：八個角上各有一個原子，立方體的中心還有一個原子。晶胞結(jié)構(gòu)：八個角上各有一個原子，立方體的中心還有一個原子。 點陣常數(shù)：點陣常數(shù)： a=b=ca=b=c、=90=90； 具有體心立方結(jié)構(gòu)的金屬有：具有體心立方結(jié)構(gòu)的金屬有：-Fe-Fe、CrCr、V V、NbNb、MoMo、WW等等 圖圖1.5 1.5 （a a）鋼球模型）鋼球模型 （b b）質(zhì)點模型）質(zhì)點模型 （c c）晶

19、胞原子數(shù)）晶胞原子數(shù)2022-2-1120 a a、原子半徑：、原子半徑： b b、原子數(shù)：、原子數(shù)： c c、配位數(shù)和致密度：表征晶胞中原子排列的緊密程度。、配位數(shù)和致密度：表征晶胞中原子排列的緊密程度。 配位數(shù)：晶體結(jié)構(gòu)中與任一原子最近鄰、等距離的原子數(shù)目。配位數(shù)：晶體結(jié)構(gòu)中與任一原子最近鄰、等距離的原子數(shù)目。 致密度：晶胞中原子體積致密度：晶胞中原子體積/ /晶胞體積晶胞體積, ,用用K K表示。表示。ar4368. 0)43(34234233331aaarVnVk21881n體心立方晶格的配位數(shù)體心立方晶格的配位數(shù)2022-2-11212 2）、面心立方晶格（）、面心立方晶格（ fac

20、e-centered cube, fcc ） 晶胞結(jié)構(gòu)：八個角上各有一個原子，立方體六個面的中心各有一個原子晶胞結(jié)構(gòu)：八個角上各有一個原子，立方體六個面的中心各有一個原子 點陣常數(shù)：點陣常數(shù)： a=b=ca=b=c、=90=90； 具有體心立方結(jié)構(gòu)的金屬有：具有體心立方結(jié)構(gòu)的金屬有： -Fe-Fe、CuCu、NiNi、AlAl、AgAg等等 圖圖1.6 1.6 （a a）鋼球模型）鋼球模型 （b b）質(zhì)點模型）質(zhì)點模型 （c c）晶胞原子數(shù)）晶胞原子數(shù)2022-2-1122 a a、原子半徑：、原子半徑： b b、原子數(shù)：、原子數(shù)： c c、配位數(shù)：、配位數(shù)：4 43 31212 致密度：致密

21、度：ar4274. 0)42(34434433331aaarVnVk4621881n面心立方晶格的配位數(shù)面心立方晶格的配位數(shù)2022-2-11233)3)、密排六方晶格（、密排六方晶格（ hexagonal close-packed, hcp ） 晶胞結(jié)構(gòu)：晶胞結(jié)構(gòu)：1212個角上各有一個原子，上下底面中心各有一個原子，晶胞個角上各有一個原子，上下底面中心各有一個原子，晶胞內(nèi)還有三個原子；內(nèi)還有三個原子； 點陣常數(shù)：點陣常數(shù)： a=bc c=a=bc c=1.633a1.633a =90 =90 =120 =120 ； 具有體心立方結(jié)構(gòu)的金屬有：具有體心立方結(jié)構(gòu)的金屬有：ZnZn、MgMg、-

22、Ti-Ti、-Co-Co、CdCd等。等。 圖圖1.8(a1.8(a）鋼球模型）鋼球模型 （b b）質(zhì)點模型）質(zhì)點模型 （c c）晶胞原子數(shù)）晶胞原子數(shù)2022-2-1124 a a、原子半徑：、原子半徑：r=a/2 br=a/2 b、原子數(shù)：、原子數(shù)： n=1/6n=1/612121/21/22+32+36 6 c c、配位數(shù)：、配位數(shù)：6+36+32 21212 致密度：致密度： 74. 023)2(3463823334633231aaaarVnVk密排六方晶格的配位數(shù)密排六方晶格的配位數(shù)2022-2-11254）、晶體中的原子堆垛方式和間隙）、晶體中的原子堆垛方式和間隙晶體中的原子堆垛方

23、式晶體中的原子堆垛方式對各類晶體分析表明；配位數(shù)以對各類晶體分析表明；配位數(shù)以1212為最大，致密度以為最大，致密度以0.740.74為最高為最高密排面：原子最緊密排列的平面密排面：原子最緊密排列的平面圖圖1.10 1.10 最密排面上原子排列示意圖最密排面上原子排列示意圖圖圖1.11 面心立方晶格和密排六方晶格面心立方晶格和密排六方晶格原子堆垛方式原子堆垛方式2022-2-1126hcphcp密排面的原子堆垛方式密排面的原子堆垛方式ABABABABABAB圖圖1.12 1.12 （a a）鋼球模型）鋼球模型 （b b）質(zhì)點模型）質(zhì)點模型（c c）鋼球模型演示圖）鋼球模型演示圖2022-2-1

24、127fccfcc密排面的原子堆垛方式密排面的原子堆垛方式ABCABCABCABCABCABC圖圖1.13 1.13 （a a）鋼球模型）鋼球模型 （b b）質(zhì)點模型）質(zhì)點模型（c c）鋼球模型演示圖）鋼球模型演示圖2022-2-1128fccfcc堆垛方式堆垛方式2022-2-1129bcc：原子面的空隙有四個原子構(gòu)成，較大，原子排列的緊密程度較差，通常原子面的空隙有四個原子構(gòu)成，較大，原子排列的緊密程度較差，通常稱為次密排面。稱為次密排面。圖圖1.14 1.14 體心立方晶格原子的堆垛方式體心立方晶格原子的堆垛方式 ABABAB2022-2-1130晶體中的間隙晶體中的間隙bccbcc：八

25、面體間隙：由面上的四個頂角原子和相鄰兩個八面體間隙：由面上的四個頂角原子和相鄰兩個晶胞體心的晶胞體心的2 2個原子構(gòu)成。不對稱個原子構(gòu)成。不對稱間隙中心：面和棱的中心間隙中心：面和棱的中心間隙數(shù)目：間隙數(shù)目：6 6間隙半徑：間隙半徑：金屬原子金屬原子金屬原子金屬原子a23a45a四面體間隙四面體間隙a232a2a八面體間隙八面體間隙araa067. 0155. 0432四面體間隙：一條棱邊上的兩個頂角原子四面體間隙：一條棱邊上的兩個頂角原子和相鄰兩個晶胞體心的和相鄰兩個晶胞體心的2個原子構(gòu)成。不個原子構(gòu)成。不對稱對稱間隙中心：同一面上平行的兩條棱的平分間隙中心：同一面上平行的兩條棱的平分線上，

26、距離棱的距離為線上，距離棱的距離為a/4處。處。間隙數(shù)目：間隙數(shù)目：12間隙半徑：間隙半徑：araa126. 0291. 04345fccfcc：八面體間隙：由面心上的八面體間隙：由面心上的6 6個原子個原子構(gòu)成。對稱的正八面體構(gòu)成。對稱的正八面體間隙中心：棱的中心和體心間隙中心：棱的中心和體心間隙數(shù)目：間隙數(shù)目：4 4間隙半徑：間隙半徑： 0.146a0.146a2aa432a2a金屬原子金屬原子四面體間隙四面體間隙金屬原子金屬原子八面體間隙八面體間隙四面體間隙：一個頂角原子與相鄰的三個面心四面體間隙：一個頂角原子與相鄰的三個面心原子構(gòu)成。對稱的正四面體原子構(gòu)成。對稱的正四面體間隙中心：體對

27、角線上距離頂點間隙中心：體對角線上距離頂點1/4處。處。間隙數(shù)目：間隙數(shù)目：8間隙半徑：間隙半徑： 0.08a0.08araa414. 0422raa225. 04243hcphcp：八面體間隙：由中心兩個原子和與這兩個原子的連線平行的棱上的兩八面體間隙：由中心兩個原子和與這兩個原子的連線平行的棱上的兩個頂角原子作為底面，相鄰的一個中心原子和一個面心原子作為頂點個頂角原子作為底面，相鄰的一個中心原子和一個面心原子作為頂點構(gòu)成。構(gòu)成。間隙數(shù)目：間隙數(shù)目：6 6金屬原子金屬原子四面體間隙四面體間隙金屬原子金屬原子四面體間隙四面體間隙四面體間隙：一個體內(nèi)原子四面體間隙：一個體內(nèi)原子( (或頂角原子或

28、頂角原子) )與對應的相鄰面的與對應的相鄰面的一個等邊三角形的三個原子構(gòu)成。一個等邊三角形的三個原子構(gòu)成。間隙數(shù)目：間隙數(shù)目：1212四：晶向指數(shù)和晶面指數(shù)四：晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶面：穿過晶體的原子面（平面）晶面：穿過晶體的原子面（平面）晶向：任意兩個原子之間的連線所指的方向晶向：任意兩個原子之間的連線所指的方向1、晶向指數(shù)：、晶向指數(shù)： 以晶胞三棱邊為坐標軸以晶胞三棱邊為坐標軸x x、y y、z z，以棱邊長度為坐標軸的長度單位；以棱邊長度為坐標軸的長度單位； 從坐標原點引一有向直線平行于待定晶向；從坐標原點引一有向直線平行于待定晶向； 在這條直線上取一適當結(jié)點，并求出此點的位置坐標；在這條

29、直線上取一適當結(jié)點，并求出此點的位置坐標； 將三坐標值化為最簡整數(shù)，寫入方括號內(nèi)，如將三坐標值化為最簡整數(shù)，寫入方括號內(nèi)，如u v wu v w。晶向族：原子排列相同但空間位向不同的所有晶向，晶向族：原子排列相同但空間位向不同的所有晶向，立方晶系：立方晶系：族：晶軸族：晶軸 6個個 族：面對角線族：面對角線 12個個 族：體對角線族：體對角線 8個個 族：頂點到對面面心的連線族：頂點到對面面心的連線圖圖1.19 1.19 立方晶系中一些常用立方晶系中一些常用的晶向指數(shù)的晶向指數(shù)111100 100 010 001 001 010 1001121102 2、晶面指數(shù)、晶面指數(shù) 以晶胞三棱邊為參考

30、坐標軸以晶胞三棱邊為參考坐標軸x x、y y、z z，原點應位于待定晶面之外，以免，原點應位于待定晶面之外，以免出現(xiàn)零截距。出現(xiàn)零截距。 以各晶軸點陣常數(shù)為度量單位，求出晶面與三個晶軸的截距。以各晶軸點陣常數(shù)為度量單位，求出晶面與三個晶軸的截距。 取各截距的倒數(shù)，化為最簡整數(shù)比，放在圓括號內(nèi)，如取各截距的倒數(shù)，化為最簡整數(shù)比，放在圓括號內(nèi)，如(h k l )(h k l )晶面族：晶面族：原子排列相同，但空間位向不同，原子排列相同，但空間位向不同，h k l h k l 。立方晶系：立方晶系：100、110、111、112X XZ ZY Y(111)(111)X XZ ZY Y(112)(11

31、2)X XZ ZY Y(110)(110)Y YX XZ Z(100)(100)圖圖1.21 1.21 立方晶系立方晶系 （100100）（）（111111）（）（112112）（）（110110）晶面）晶面100010001100 100 010 001110110晶面族晶面族中中的的等價面等價面100100晶面族晶面族中中的的等價面等價面 111 111 111 111111111晶面族中的等價面晶面族中的等價面密排面：晶面族密排面：晶面族密排方向：晶向族密排方向：晶向族晶面間距晶面間距3 3、六方晶系的晶面指數(shù)和晶向指數(shù)、六方晶系的晶面指數(shù)和晶向指數(shù)采用采用a1a1、a2a2、a3 a3

32、 及及 c c 四個坐標軸，四個坐標軸， a1a1，a2a2，a3a3之間夾角均為之間夾角均為120120，晶面指數(shù)以（晶面指數(shù)以（h k i lh k i l）四個指數(shù)表示，前三個指數(shù)中只有兩個是獨立的，它）四個指數(shù)表示，前三個指數(shù)中只有兩個是獨立的，它們之間有以下關系：們之間有以下關系：i = -( h + k )i = -( h + k )晶向指數(shù)以晶向指數(shù)以u v t wu v t w表示，表示， t=-(u+v)t=-(u+v)。1010晶面族：柱面晶面族：柱面 3個個 0001晶面族：基面晶面族：基面 1個個1012晶面族：晶面族： 0001:c 0001:c軸軸 :和和a1a1、

33、a2a2、a3a3軸平行軸平行的晶向的晶向 : :兩個晶軸兩個晶軸aiai和和+aj+aj交交角的平分線（角的平分線（ii，j=1,2,3 ijj=1,2,3 ij）a1a2a3c)0110() 1110()0001()0211()2110(圖圖1.21 1.21 六方晶系六方晶系 一些晶面的指數(shù)一些晶面的指數(shù)00011010五：晶帶五：晶帶所有相交于某一晶向直線或平行于此直線的晶面構(gòu)成一個晶帶，此直線稱所有相交于某一晶向直線或平行于此直線的晶面構(gòu)成一個晶帶，此直線稱為晶帶軸。為晶帶軸。同一晶帶的晶面指數(shù)同一晶帶的晶面指數(shù)(hkl)(hkl)與晶帶軸的晶向指數(shù)與晶帶軸的晶向指數(shù)uvwuvw存在

34、以下關系：存在以下關系： hu+kv+lw=0hu+kv+lw=0 010 120 021 110 010 001晶帶軸晶帶軸兩個非平行的晶面兩個非平行的晶面(h(h1 1k k1 1l l1 1) )和和(h(h2 2k k2 2l l2 2) )的的晶帶軸指數(shù)晶帶軸指數(shù)uvwuvw可由下式確定：可由下式確定：122112211221khkhwhlhlvlklku 圖圖1.24 共帶面和晶帶軸共帶面和晶帶軸六、晶體的各向異性六、晶體的各向異性 晶體的各向異性：是由于不同晶向上的原子緊密程度不同所致。晶體的各向異性：是由于不同晶向上的原子緊密程度不同所致。 緊密程度不同緊密程度不同 原子間距離

35、不同原子間距離不同 結(jié)合力不同結(jié)合力不同 性能（彈性摸量、強性能（彈性摸量、強度、電阻率等）不同。度、電阻率等）不同。 如體心立方如體心立方 -Fe -Fe 單晶，單晶，100100晶向原子密度為晶向原子密度為1/a1/a，110110為為0.7/a0.7/a111111為為1.16/a1.16/a。111111密度最大，密度最大，E=290000N/mm2E=290000N/mm2，而，而100100 E=135000N/mm2E=135000N/mm2。 晶粒晶粒 ：組成固態(tài)金屬的結(jié)晶顆粒，由大量位向相同的晶胞組成。：組成固態(tài)金屬的結(jié)晶顆粒，由大量位向相同的晶胞組成。 多晶體：有兩顆以上晶

36、粒組成的晶體。多晶體：有兩顆以上晶粒組成的晶體。 單晶體：單個晶粒單晶體：單個晶粒 一般工業(yè)金屬材料，由多晶體組成，各向異性特征不明顯；一般工業(yè)金屬材料，由多晶體組成，各向異性特征不明顯； 因多晶體中的因多晶體中的晶粒位向晶粒位向是任意的，晶粒的各向異性被相互抵消。是任意的，晶粒的各向異性被相互抵消。 圖圖1.27 多晶體金屬中晶粒位向示意圖多晶體金屬中晶粒位向示意圖七、晶體的多晶型性七、晶體的多晶型性晶體的多晶型性：具有兩種或幾種晶體結(jié)構(gòu)，如晶體的多晶型性：具有兩種或幾種晶體結(jié)構(gòu)，如Fe、Mn、Ti、Co等、等、多晶型轉(zhuǎn)變：當外部條件（如溫度、壓強）改變時，晶體內(nèi)部由一種晶體多晶型轉(zhuǎn)變：當外

37、部條件（如溫度、壓強）改變時，晶體內(nèi)部由一種晶體結(jié)構(gòu)向另一種晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。結(jié)構(gòu)向另一種晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。 純鐵純鐵 在在912912以下為以下為 -Fe bcc-Fe bcc 912-1394 912-1394為為 -Fe fcc-Fe fcc 1394 1394以上為以上為 -Fe bcc-Fe bcc圖圖1.28 純鐵加熱時的膨脹曲線純鐵加熱時的膨脹曲線3 3 合金相結(jié)構(gòu)合金相結(jié)構(gòu)合金：一種金屬元素與另一種或幾種其它元素，經(jīng)熔煉或其它方法結(jié)合而合金：一種金屬元素與另一種或幾種其它元素，經(jīng)熔煉或其它方法結(jié)合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。成的具有金屬特性的物質(zhì)。組元：組成合金最基本的、獨立的物質(zhì)，

38、組元：組成合金最基本的、獨立的物質(zhì)，可以是金屬和非金屬可以是金屬和非金屬, ,也可以是化也可以是化合物。合物。 相：相：合金中具有同一聚集狀態(tài)合金中具有同一聚集狀態(tài), ,同一結(jié)構(gòu)，以及成分性能均一的組成部分。同一結(jié)構(gòu)，以及成分性能均一的組成部分。單相、兩相及多相合金。單相、兩相及多相合金。組織：一定的外界條件下，組成一定成分的合金的若干不同的相的總體。組織：一定的外界條件下，組成一定成分的合金的若干不同的相的總體。按照合金中的相的晶體結(jié)構(gòu)特點將其分為：按照合金中的相的晶體結(jié)構(gòu)特點將其分為： 固溶體固溶體 金屬間化合物金屬間化合物一、固溶體一、固溶體固溶體：是一種組元（溶質(zhì)）溶解在另一種組元中（

39、溶劑，一般為金屬）固溶體：是一種組元（溶質(zhì)）溶解在另一種組元中（溶劑，一般為金屬）中。中。固溶體特點：溶劑的點陣類型不變，溶質(zhì)原子或是代替部分溶劑固溶體特點：溶劑的點陣類型不變，溶質(zhì)原子或是代替部分溶劑 原子（置原子（置換式固溶體），或是進入溶劑組元點陣的間隙（間隙式固溶體）換式固溶體），或是進入溶劑組元點陣的間隙（間隙式固溶體）固溶度：溶質(zhì)在溶劑中的最大含量（極限溶解度）固溶度：溶質(zhì)在溶劑中的最大含量（極限溶解度）1 1、固溶體的分類：、固溶體的分類： (1)(1)按溶質(zhì)原子在點陣中所占位置分為：按溶質(zhì)原子在點陣中所占位置分為： 置換固溶體：溶質(zhì)原子置換固溶體：溶質(zhì)原子置換了部分溶劑點陣結(jié)置

40、換了部分溶劑點陣結(jié)點上的原子。點上的原子。 間隙固溶體：溶質(zhì)原子間隙固溶體：溶質(zhì)原子位于溶劑點陣的間隙中。位于溶劑點陣的間隙中。圖圖1.29(2)(2)按固溶度大小按固溶度大?。?有限固溶體：在一定條件下有限固溶體：在一定條件下, ,溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解量有一個上限溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解量有一個上限, ,超過超過這個限度就形成新相。這個限度就形成新相。 例如：例如：Fe-CFe-C系的系的 和和 固溶體。固溶體。 無限固溶體：溶質(zhì)原子可以任意比例溶入溶劑晶格中形成的。如無限固溶體：溶質(zhì)原子可以任意比例溶入溶劑晶格中形成的。如: CuNi : CuNi AuAg TiZrAuAg TiZr，結(jié)

41、構(gòu)相同，結(jié)構(gòu)相同 置換式固溶體在一定條件下可能是無限固溶體，但間隙固溶體都是有限置換式固溶體在一定條件下可能是無限固溶體，但間隙固溶體都是有限固溶體固溶體圖圖1.30 形成無限固溶體時兩組元原子連續(xù)置換示意圖形成無限固溶體時兩組元原子連續(xù)置換示意圖(3)(3)按溶質(zhì)原子在溶劑中的分布特點分類按溶質(zhì)原子在溶劑中的分布特點分類 無序固溶體：溶質(zhì)原子在溶劑中任意分布無序固溶體：溶質(zhì)原子在溶劑中任意分布, ,無規(guī)律性。無規(guī)律性。 有序固溶體：溶質(zhì)原子按一定比例和有規(guī)律分布在溶劑晶格的點陣或間隙有序固溶體：溶質(zhì)原子按一定比例和有規(guī)律分布在溶劑晶格的點陣或間隙里，長程有序。里，長程有序。 (4)(4)基體

42、類型分類基體類型分類 一次固溶體：以純金屬元素為溶劑形成的固溶體。一次固溶體：以純金屬元素為溶劑形成的固溶體。 二次固溶體：以化合物為溶劑，組元元素之一為溶質(zhì)而形成的固溶體。二次固溶體：以化合物為溶劑，組元元素之一為溶質(zhì)而形成的固溶體。2 2、置換固溶體、置換固溶體影響置換固溶體固溶度的因素：影響置換固溶體固溶度的因素：(1)(1)原子尺寸因素：用溶質(zhì)原子與溶劑原子半徑之差跟溶劑原子半徑之比來原子尺寸因素：用溶質(zhì)原子與溶劑原子半徑之差跟溶劑原子半徑之比來表示，即，表示，即， r=|rr=|rA A-r -rB B|/r|/rA A 100% 100%，r rA:A:溶劑原子半徑，溶劑原子半徑，

43、r rB B：溶質(zhì)原子半徑溶質(zhì)原子半徑 r r越小，固溶度越大；反之，越小，固溶度越大；反之， r r 越大，固溶度越小。越大，固溶度越小。當當 r 14%r 14%15%15%時，固溶度極為有限。時，固溶度極為有限。定性分析：定性分析：溶質(zhì)原子代替點陣結(jié)點的溶質(zhì)原子代替點陣結(jié)點的溶劑原子，由于原子半徑溶劑原子，由于原子半徑不同，引起晶格畸變。不同，引起晶格畸變。溶質(zhì)與溶劑的原子半徑相溶質(zhì)與溶劑的原子半徑相差越大，晶格畸變能越高差越大，晶格畸變能越高，晶格越不穩(wěn)定。，晶格越不穩(wěn)定。(2)(2)電負性因素：電負性因素：電負性：原子吸引電子形成負離子的傾向電負性：原子吸引電子形成負離子的傾向 電負

44、性之差小時，固溶度較大；電負性相差越大電負性之差小時，固溶度較大；電負性相差越大, ,兩者間親和力大兩者間親和力大, ,易形成易形成中間相，不易形成固溶體。中間相，不易形成固溶體。(3)(3)電子濃度因素：電子濃度因素：電子濃度：合金中價電子數(shù)電子濃度：合金中價電子數(shù)e e與原子數(shù)與原子數(shù)a a的比值的比值例例 溶劑溶劑IBIB 不同溶質(zhì)的溶解度（不同溶質(zhì)的溶解度（at%at%） 4 4周期周期Cu ZnCu Zn（IIBIIB） GaGa（IIIAIIIA）GeGe（IVAIVA） AsAs（VAVA） 38%38% 20% 20% 12% 12% 7% 7% 5 5周期周期Ag CdAg

45、Cd（IIBIIB）InIn（IIIAIIIA）SnSn（IVAIVA） SbSb（VAVA） 42%42% 20% 20% 12% 12% 7% 7% 固溶體中的電子濃度有其極限值。固溶體中的電子濃度有其極限值。元素的原子價越高，固溶度越小元素的原子價越高，固溶度越小(4)(4)晶體結(jié)構(gòu)因素：晶體結(jié)構(gòu)因素：溶質(zhì)與溶劑的晶體結(jié)構(gòu)相同是形成無限固溶體的必要條件。溶質(zhì)與溶劑的晶體結(jié)構(gòu)相同是形成無限固溶體的必要條件。溶質(zhì)與溶劑的晶體結(jié)構(gòu)不同時，只能形成有限固溶體。溶質(zhì)與溶劑的晶體結(jié)構(gòu)不同時，只能形成有限固溶體。在形成有限固溶體時，溶質(zhì)與溶劑的晶體結(jié)構(gòu)相同的固溶度大于晶體在形成有限固溶體時，溶質(zhì)與溶劑

46、的晶體結(jié)構(gòu)相同的固溶度大于晶體結(jié)構(gòu)不同的固溶度。結(jié)構(gòu)不同的固溶度。以上四個因素為必要條件，而非充分條件。還有其他因素，例如溫度以上四個因素為必要條件，而非充分條件。還有其他因素，例如溫度。3 3、間隙固溶體、間隙固溶體 間隙固溶體的的溶質(zhì)原子是一些原子半徑小于間隙固溶體的的溶質(zhì)原子是一些原子半徑小于 0.1nm 0.1nm的非金屬元素（如的非金屬元素（如CC、N N、OO、H H、B B）。）。 其形成條件是其形成條件是 r r質(zhì)質(zhì)/r /r劑劑0.59 0.59 間隙固溶體只能是有限固溶體間隙固溶體只能是有限固溶體, ,一般固溶度較小一般固溶度較小 如：碳原子在如：碳原子在 FeFe（最大（

47、最大Wt=0.0218%Wt=0.0218%）和）和 FeFe（最大（最大Wt=2.11%Wt=2.11%）。）。4 4、固溶體的結(jié)構(gòu)、固溶體的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的變化：結(jié)構(gòu)的變化：（1 1）晶格畸變）晶格畸變（2 2）偏聚與有序：取決于同類原子和異類原子間結(jié)合力的相對大小。）偏聚與有序：取決于同類原子和異類原子間結(jié)合力的相對大小。溶質(zhì)原子在溶劑中的分布溶質(zhì)原子在溶劑中的分布在一定程度上偏離完全無序狀態(tài)，在一定程度上偏離完全無序狀態(tài)，存在不均勻性存在不均勻性若同類原子結(jié)合力較強，會產(chǎn)生溶質(zhì)原子的若同類原子結(jié)合力較強，會產(chǎn)生溶質(zhì)原子的偏聚偏聚；若異類原子的結(jié)合力較強，則溶質(zhì)原子趨于以異類原子為鄰的若異類原

48、子的結(jié)合力較強，則溶質(zhì)原子趨于以異類原子為鄰的短程有序短程有序分分布；布；當?shù)陀谀骋粶囟葧r，短程有序變?yōu)楫數(shù)陀谀骋粶囟葧r，短程有序變?yōu)殚L程有序長程有序。圖圖1.35 固溶體中溶質(zhì)原子分布情況固溶體中溶質(zhì)原子分布情況無序分布無序分布偏聚偏聚短程有序短程有序長程有序長程有序5 5、固溶體的性能、固溶體的性能（1 1）固溶強化：固溶體的強度和硬度高于純組元，塑性則較低。）固溶強化：固溶體的強度和硬度高于純組元，塑性則較低。 溶質(zhì)與溶劑的原子尺寸差別越大，強化效果越好；溶質(zhì)與溶劑的原子尺寸差別越大，強化效果越好； 間隙原子的強化效果高于置換原子。間隙原子的強化效果高于置換原子。 適當控制溶質(zhì)含量，不僅

49、可以顯著提高材料強硬度，而且材料的塑韌性適當控制溶質(zhì)含量，不僅可以顯著提高材料強硬度，而且材料的塑韌性不會明顯降低。不會明顯降低。(2)(2) 物理化學性能改變物理化學性能改變 溶質(zhì)原子濃度增加，電阻率增加，電阻溫度系數(shù)下降。溶質(zhì)原子濃度增加，電阻率增加，電阻溫度系數(shù)下降。固溶體的應用：固溶體的應用：（1 1）結(jié)構(gòu)材料的基體相；）結(jié)構(gòu)材料的基體相；（2 2）精密電阻、電熱材料等）精密電阻、電熱材料等二、金屬間化合物二、金屬間化合物金屬間化合物：合金組元間發(fā)生相互作用而形成的晶格類型和特性完全不金屬間化合物：合金組元間發(fā)生相互作用而形成的晶格類型和特性完全不同于任一組元且具有金屬特性的新相，或稱

50、中間相。同于任一組元且具有金屬特性的新相，或稱中間相。 例如：碳鋼中的例如：碳鋼中的Fe3CFe3C特性：可以用分子式大致表示其組成；特性：可以用分子式大致表示其組成； 結(jié)合鍵和晶體類型的多樣性；結(jié)合鍵和晶體類型的多樣性； 一般具有較高的熔點和硬度，作為合金的強化相。一般具有較高的熔點和硬度，作為合金的強化相。分類：分類： 正常價化合物、電子化合物和間隙化合物三種。正常價化合物、電子化合物和間隙化合物三種。1 1、正常價化合物、正常價化合物 組元間電負性相差較大，且形成的化合物嚴格遵守化合價規(guī)律。由金屬與組元間電負性相差較大，且形成的化合物嚴格遵守化合價規(guī)律。由金屬與第第IVIV，V V，VI

51、VI族元素組成。族元素組成。 例如：例如：Mg2SiMg2Si、 Cu2SeCu2Se、ZnSZnS、AlPAlP等。等。 特點：成分固定不變，具有較高的硬度和脆性特點：成分固定不變，具有較高的硬度和脆性2 2、電子化合物、電子化合物 組元間不遵守化合價規(guī)律，但符合一定電子濃度比（化合物中價電子數(shù)組元間不遵守化合價規(guī)律，但符合一定電子濃度比（化合物中價電子數(shù)與原子數(shù)之比）形成的化合物。一般由第與原子數(shù)之比）形成的化合物。一般由第I I族或過渡族金屬與第族或過渡族金屬與第II II至第至第V V族族金屬元素形成。金屬元素形成。 電子濃度不同，化合物的晶格類型也不同。電子濃度不同，化合物的晶格類型

52、也不同。 特點：可以用化學式表示，但成分可變。具有很高的熔點和硬度，但脆特點：可以用化學式表示，但成分可變。具有很高的熔點和硬度，但脆性很大。性很大。3 3、間隙相和間隙化合物、間隙相和間隙化合物 由過渡族元素和原子半經(jīng)較小的氫、氮、碳、硼組成。由過渡族元素和原子半經(jīng)較小的氫、氮、碳、硼組成。 r r非非 / r/ r金金 0.59 0.59 0.59時，形成復雜晶體結(jié)構(gòu)時，形成復雜晶體結(jié)構(gòu) 的化合物的化合物間隙化合物。部分碳化物和間隙化合物。部分碳化物和 硼化物。硼化物。（1 1）間隙相）間隙相 性能：極高的熔點和硬度。性能：極高的熔點和硬度。 如：如：VC; TiC; W2CVC; TiC

53、; W2C 用途：硬質(zhì)合金和高硬度合金工具鋼。用途：硬質(zhì)合金和高硬度合金工具鋼。（2 2）間隙化合物）間隙化合物 如鋼中的如鋼中的 Fe3CFe3C、Cr23C6Cr23C6、Fe3W3CFe3W3C等。等。 性能：很高的熔點和硬度，但不如間隙相性能：很高的熔點和硬度，但不如間隙相 用途：鋼中的重要強化相。用途：鋼中的重要強化相。金屬間化合物的特性：金屬間化合物的特性：高的熔點高的熔點，高的化學穩(wěn)定性高的化學穩(wěn)定性，高的硬高的硬度度和和較大的室溫脆性較大的室溫脆性。根據(jù)這一特性，。根據(jù)這一特性，絕大多數(shù)的工程材料都將金屬間化合絕大多數(shù)的工程材料都將金屬間化合物物作為重要的強化相作為重要的強化相

54、，而不作為基體，而不作為基體相。相。4 4 金屬晶體的缺陷金屬晶體的缺陷晶體缺陷：實際金屬晶體中不是所有原子都嚴格的按周期性規(guī)律排列，而晶體缺陷：實際金屬晶體中不是所有原子都嚴格的按周期性規(guī)律排列，而是存在一些微小的區(qū)域，在這些區(qū)域內(nèi)或穿過這些區(qū)域時，原子排列的是存在一些微小的區(qū)域，在這些區(qū)域內(nèi)或穿過這些區(qū)域時，原子排列的周期性受到破壞。周期性受到破壞。分類：分類： 點缺陷：在三個方向的尺寸都很小，相當于原子尺寸，如空位、間隙原點缺陷：在三個方向的尺寸都很小，相當于原子尺寸，如空位、間隙原子、置換原子等。子、置換原子等。 線缺陷：在兩個方向的尺寸很小，另一個方向的尺寸相對很大，主要是線缺陷：在

55、兩個方向的尺寸很小，另一個方向的尺寸相對很大，主要是 位錯。位錯。 面缺陷：在一個方向的尺寸很小，另外兩個方向的尺寸相對很大，如晶面缺陷：在一個方向的尺寸很小，另外兩個方向的尺寸相對很大，如晶界、亞晶界等。界、亞晶界等。一、點缺陷一、點缺陷1 1、空位和間隙原子、空位和間隙原子PtPt表面表面STMSTM像像空位的形成：與原子的熱運動和機械運動有關空位的形成：與原子的熱運動和機械運動有關金屬晶體中的原子圍繞其平衡位置不斷的作熱運動，由于振動的無規(guī)律性金屬晶體中的原子圍繞其平衡位置不斷的作熱運動，由于振動的無規(guī)律性原子在某一瞬時可能獲得較大的動能或較大的振幅而脫離平衡位置。原子在某一瞬時可能獲得

56、較大的動能或較大的振幅而脫離平衡位置。肖脫基缺陷（肖脫基缺陷（Schottky disorder）：如果此原子是表面上的原子，它就會）：如果此原子是表面上的原子，它就會脫離固體而脫離固體而“蒸發(fā)蒸發(fā)”掉，接著次表面的原子就會遷移到表面的空位置，掉，接著次表面的原子就會遷移到表面的空位置，于是，在晶體內(nèi)部形成一個空位。于是，在晶體內(nèi)部形成一個空位。弗蘭克爾缺陷（弗蘭克爾缺陷（Frenkel disorder）：如果此原子是）：如果此原子是晶體內(nèi)部的原子，它就會從晶體內(nèi)部的原子，它就會從平衡原子位置進入附近的點平衡原子位置進入附近的點陣間隙中，于是就在晶體中陣間隙中，于是就在晶體中同時形成一個空位

57、和一個間同時形成一個空位和一個間隙原子。隙原子?？瘴坏囊苿樱嚎瘴坏囊苿樱嚎瘴恍再|(zhì)：空位性質(zhì)： 位置不固定；位置不固定； 是一種熱平衡缺陷，溫度是一種熱平衡缺陷，溫度，空位濃度，空位濃度；空位的平衡濃度極小，但在固態(tài)金屬的擴散過程中起極為重要的作用；空位的平衡濃度極小，但在固態(tài)金屬的擴散過程中起極為重要的作用； 通過某些處理（高能粒子輻照、高溫淬火及冷加工），可使晶體中的空位通過某些處理（高能粒子輻照、高溫淬火及冷加工），可使晶體中的空位濃度高于平衡濃度而處于過飽和狀態(tài)。濃度高于平衡濃度而處于過飽和狀態(tài)。間隙原子：處于晶格間隙中的原子間隙原子：處于晶格間隙中的原子 弗蘭克爾缺陷中的間隙原子或異類

58、間隙原子弗蘭克爾缺陷中的間隙原子或異類間隙原子也是一種熱力學平衡的晶體缺陷，在一定溫度下有一平衡濃度也是一種熱力學平衡的晶體缺陷，在一定溫度下有一平衡濃度2 2、置換原子、置換原子占據(jù)原基體原子平衡位置上的異類原子，占據(jù)原基體原子平衡位置上的異類原子，稱為置換原子。稱為置換原子。也是一種熱力學平衡的晶體缺陷，在也是一種熱力學平衡的晶體缺陷，在一定溫度下有一平衡濃度。一定溫度下有一平衡濃度。大置換原子大置換原子肖脫基空位肖脫基空位復合空位復合空位弗蘭克空位弗蘭克空位異類間隙原子異類間隙原子小置換原子小置換原子同類間隙原子同類間隙原子圖圖1.37晶體中的各種點缺陷晶體中的各種點缺陷二、線缺陷二、線

59、缺陷1 1、位錯理論的提出、位錯理論的提出：完整晶體剛性滑移模型計算的切應力：完整晶體剛性滑移模型計算的切應力遠遠大于其實遠遠大于其實際強度際強度提出位錯（假想）提出位錯（假想）透射電鏡直接觀測到了位錯透射電鏡直接觀測到了位錯的存在、運動的存在、運動、增殖、增殖圖 理想晶體的滑移模型和刃型位錯的滑移過程2、位錯的形成、位錯的形成：如果晶體的一部分區(qū)域發(fā)生了一個原子間距的滑移，另一：如果晶體的一部分區(qū)域發(fā)生了一個原子間距的滑移，另一部分區(qū)域不滑移，那么在滑移面上已滑移區(qū)和未滑移區(qū)邊界處的原子將部分區(qū)域不滑移，那么在滑移面上已滑移區(qū)和未滑移區(qū)邊界處的原子將如何排列呢？如何排列呢？很顯然，在邊界處原

60、子的相對位移不可能從很顯然，在邊界處原子的相對位移不可能從1個原子間距突然變?yōu)閭€原子間距突然變?yōu)?，否則，否則此處就會發(fā)生原子的此處就會發(fā)生原子的“重疊重疊”或出現(xiàn)或出現(xiàn)“縫隙縫隙”?？梢?，已滑移區(qū)和未滑?？梢?，已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界不可能是一條幾何上的移區(qū)的邊界不可能是一條幾何上的“線線”，而是一個過渡區(qū)。在此區(qū)內(nèi)，而是一個過渡區(qū)。在此區(qū)內(nèi)，原子的相對位移從，原子的相對位移從1個原子間距逐漸減至個原子間距逐漸減至0.這樣一來過渡區(qū)內(nèi)原子的排這樣一來過渡區(qū)內(nèi)原子的排列就是不規(guī)則的，因而滑移面兩邊的原子就不可能列就是不規(guī)則的，因而滑移面兩邊的原子就不可能“對齊對齊”，或者是，或者是，必然會出現(xiàn)