金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)

1、 職業(yè)教育材料成型與控制技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫金屬材料與熱處理課程金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)主講教師：徐 竹西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)中原子排列的不規(guī)則性和不完整性稱為晶體的缺陷。缺陷對晶體的性能有很大的影響,特別是對塑性變形、擴(kuò)散、相變和強(qiáng)度等起著決定性作用。 根據(jù)晶體缺陷的大小可分為三類：點(diǎn)缺陷，線缺陷，面缺陷。一、點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷是在空間三維方向上的尺寸都很小，約為幾個(gè)原子間距，又稱零維缺陷。當(dāng)晶格中某些原子由于某種原因，（如熱振動(dòng)等）脫離其晶格結(jié)點(diǎn)而轉(zhuǎn)移到晶格間隙這樣就形成了點(diǎn)缺陷，晶體中的空位、間隙原子、雜質(zhì)原子都是點(diǎn)缺陷（如圖1）。圖1 點(diǎn)缺陷示意圖點(diǎn)缺陷的存在會引起周圍的晶格

2、發(fā)生畸變，從而使材料的性能發(fā)生變化.在空位和間隙原子附近，由于原子間作用力的平衡被破壞，使周圍原子發(fā)生靠攏或撐開，因此，發(fā)生晶格畸變，使金屬的強(qiáng)度提高，塑性下降。 二、線缺陷線缺陷是原子排列的不規(guī)則區(qū)在空間一個(gè)方向上的尺寸很大，而在其余兩個(gè)方向上的尺寸很小。如位錯(cuò)。位錯(cuò)可認(rèn)為是晶格中一部分晶體相對于另一部分晶體的局部滑移而造成?；撇糠峙c未滑移部分的交界線即為位錯(cuò)線（如圖2）。 a）立體圖 b）平面圖圖2 刃形位錯(cuò)示意圖由于晶體中局部滑移的方式不同，可形成不同類型的位錯(cuò)，圖2為一種最簡單的位錯(cuò)“刃型位錯(cuò)”。因?yàn)橄鄬频慕Y(jié)果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的邊緣好像插入晶體中的一把刀的刃口

3、，故稱“刃型位錯(cuò)”。實(shí)際晶體中存在大量的位錯(cuò)，一般用位錯(cuò)密度來表示位錯(cuò)的多少。位錯(cuò)密度 ：單位體積中位錯(cuò)線的總長度，或單位面積上位錯(cuò)線的根數(shù)，單位cm-2）。位錯(cuò)線附近的原子偏離了平衡位置，使晶格發(fā)生了畸變，對晶體的性能有顯著的影響。大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究表明，晶體的強(qiáng)度和位錯(cuò)密度有如圖3的對應(yīng)關(guān)系，可見，當(dāng)晶體中位錯(cuò)密度很低時(shí)，晶體強(qiáng)度很低；相反在晶體中位錯(cuò)密度很高時(shí)，其強(qiáng)度很高。但目前的技術(shù)，僅能制造出直徑為幾微米的晶須，不能滿足使用上的要求，而位錯(cuò)密度很高易實(shí)現(xiàn)，如劇烈的冷加工可使密度大大提高，這為材料強(qiáng)度的提高提供途徑。圖3 金屬強(qiáng)度與位錯(cuò)密度的關(guān)系三、面缺陷面缺陷是原子排列不規(guī)則的區(qū)域在空間兩個(gè)方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小，如前面講的晶界和亞晶界是晶體中典型的面缺陷，顯然在晶界處原子排列很不規(guī)則，亞晶界處原子排列不規(guī)則程度雖較晶界處小，但也是不規(guī)則的，可以看作是由無數(shù)刃型位錯(cuò)