第二章 晶體缺陷

1、u晶體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是長程有序。結(jié)構(gòu)基元或者構(gòu)成物體的粒晶體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是長程有序。結(jié)構(gòu)基元或者構(gòu)成物體的粒子子(原子、離子或分子等原子、離子或分子等)完全按照空間點(diǎn)陣規(guī)則排列的晶體完全按照空間點(diǎn)陣規(guī)則排列的晶體叫理想晶體。叫理想晶體。u在實(shí)際晶體中，粒子的排列不可能這樣規(guī)則和完整，而是在實(shí)際晶體中，粒子的排列不可能這樣規(guī)則和完整，而是或多或少地存在著偏離理想結(jié)構(gòu)的區(qū)域，出現(xiàn)了不完整性?；蚨嗷蛏俚卮嬖谥x理想結(jié)構(gòu)的區(qū)域，出現(xiàn)了不完整性。u把實(shí)際晶體中偏離理想點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的區(qū)域稱為晶體缺陷把實(shí)際晶體中偏離理想點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的區(qū)域稱為晶體缺陷。u實(shí)際晶體中雖然有晶體缺陷存在，但偏離平衡位置很大的實(shí)際晶體中雖然有

2、晶體缺陷存在，但偏離平衡位置很大的粒子數(shù)目是很少的，從總的來看，其結(jié)構(gòu)仍可以認(rèn)為是接近粒子數(shù)目是很少的，從總的來看，其結(jié)構(gòu)仍可以認(rèn)為是接近完整的。完整的。u根據(jù)幾何形態(tài)特征，可以把晶體缺陷分為三類：根據(jù)幾何形態(tài)特征，可以把晶體缺陷分為三類：點(diǎn)缺陷、點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。線缺陷和面缺陷。第一節(jié)第一節(jié) 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷u點(diǎn)缺陷的定義點(diǎn)缺陷的定義u點(diǎn)缺陷：在三維方向上尺寸都很?。ㄟh(yuǎn)小于晶體或晶粒的點(diǎn)缺陷：在三維方向上尺寸都很小（遠(yuǎn)小于晶體或晶粒的線度）的缺陷。線度）的缺陷。 u1.1.點(diǎn)缺陷的類型點(diǎn)缺陷的類型u金屬中常見的基本點(diǎn)缺陷有空位、間隙原子和置換原子。金屬中常見的基本點(diǎn)缺陷有空位、間隙原子和置

3、換原子。u空位空位：空位就是未被占據(jù)的原子位置；空位就是未被占據(jù)的原子位置；u間隙原子：間隙原子可以是晶體中正常原子離位產(chǎn)生，也間隙原子：間隙原子可以是晶體中正常原子離位產(chǎn)生，也可以是外來雜質(zhì)原子；可以是外來雜質(zhì)原子；2.1.1 點(diǎn)缺陷的類型及形成點(diǎn)缺陷的類型及形成u置換原子：位于晶體點(diǎn)陣位置的異類原子置換原子：位于晶體點(diǎn)陣位置的異類原子 。u2.點(diǎn)缺陷的形成點(diǎn)缺陷的形成u原子相互作用的兩種作用力：原子相互作用的兩種作用力：(1)原子間的吸引力；原子間的吸引力；(2)原子間的斥力原子間的斥力 u點(diǎn)缺陷形成最重要的環(huán)節(jié)是原子的振動點(diǎn)缺陷形成最重要的環(huán)節(jié)是原子的振動 u原子的熱振動原子的熱振動 （

4、以一定的頻率和振幅作振動）以一定的頻率和振幅作振動）u原子被束縛在它的平衡位置上，但原子卻在做著掙脫原子被束縛在它的平衡位置上，但原子卻在做著掙脫束縛的努力束縛的努力 u點(diǎn)缺陷形成的驅(qū)動力點(diǎn)缺陷形成的驅(qū)動力：溫度、：溫度、離子轟擊、冷加工離子轟擊、冷加工 u在外界驅(qū)動力作用下，哪個(gè)原子能夠掙脫束縛，脫離在外界驅(qū)動力作用下，哪個(gè)原子能夠掙脫束縛，脫離平衡位置是不確定的，宏觀上說這是一種幾率分布平衡位置是不確定的，宏觀上說這是一種幾率分布u空位的兩種類型：空位的兩種類型：u離位原子遷移到晶體的表面上，這樣形成的空位通常稱為離位原子遷移到晶體的表面上，這樣形成的空位通常稱為肖脫基缺陷肖脫基缺陷；可遷

5、移到晶體點(diǎn)陣的間隙中，這樣的空位稱弗可遷移到晶體點(diǎn)陣的間隙中，這樣的空位稱弗蘭克爾缺陷。蘭克爾缺陷。圖 晶體中的點(diǎn)缺陷(a) 肖脫基空位 (b) 弗蘭克爾空位u1.點(diǎn)缺陷的運(yùn)動點(diǎn)缺陷的運(yùn)動u點(diǎn)缺陷并非固定不動，而是處在不斷改變位置的運(yùn)動過程點(diǎn)缺陷并非固定不動，而是處在不斷改變位置的運(yùn)動過程中。中。u空位周圍的原子，由于熱振動能量的起伏，有可能獲得足空位周圍的原子，由于熱振動能量的起伏，有可能獲得足夠的能量而跳入空位，并占據(jù)這個(gè)平衡位置，這時(shí)在這個(gè)原夠的能量而跳入空位，并占據(jù)這個(gè)平衡位置，這時(shí)在這個(gè)原子的原來位置上，就形成一個(gè)空位。這一過程可以看作是空子的原來位置上，就形成一個(gè)空位。這一過程可以

6、看作是空位向鄰近結(jié)點(diǎn)的遷移。位向鄰近結(jié)點(diǎn)的遷移。u在運(yùn)動過程中，當(dāng)間隙原子與一個(gè)空位相遇時(shí)，它將落入在運(yùn)動過程中，當(dāng)間隙原子與一個(gè)空位相遇時(shí)，它將落入這個(gè)空位，而使兩者都消失，這一過程稱為復(fù)合，或湮沒。這個(gè)空位，而使兩者都消失，這一過程稱為復(fù)合，或湮沒。2.1.2 點(diǎn)缺陷的運(yùn)動及平衡濃度點(diǎn)缺陷的運(yùn)動及平衡濃度（a）原來位置； （b）中間位置； （c）遷移后位置圖 空位從位置A遷移到Bu2.點(diǎn)缺陷的平衡濃度點(diǎn)缺陷的平衡濃度u晶體中點(diǎn)缺陷的存在，一方面造成點(diǎn)陣畸變，使晶體的內(nèi)晶體中點(diǎn)缺陷的存在，一方面造成點(diǎn)陣畸變，使晶體的內(nèi)能升高，增大了晶體的熱力學(xué)不穩(wěn)定性；另一方面，由于增能升高，增大了晶體的熱

7、力學(xué)不穩(wěn)定性；另一方面，由于增大了原子排列的混亂程度，并改變了其周圍原子的振動頻率，大了原子排列的混亂程度，并改變了其周圍原子的振動頻率，又使晶體的熵值增大。熵值越大，晶體便越穩(wěn)定。又使晶體的熵值增大。熵值越大，晶體便越穩(wěn)定。u由于存在著這兩個(gè)互為矛盾的因素，晶體中的點(diǎn)缺陷在一由于存在著這兩個(gè)互為矛盾的因素，晶體中的點(diǎn)缺陷在一定溫度下有一定的平衡數(shù)目，這時(shí)點(diǎn)缺陷的濃度就稱為它們定溫度下有一定的平衡數(shù)目，這時(shí)點(diǎn)缺陷的濃度就稱為它們在該溫度下的熱力學(xué)平衡濃度。在該溫度下的熱力學(xué)平衡濃度。u在一定溫度下有一定的熱力學(xué)平衡濃度，這是點(diǎn)缺陷區(qū)別在一定溫度下有一定的熱力學(xué)平衡濃度，這是點(diǎn)缺陷區(qū)別于其它類型

8、晶體缺陷的重要特點(diǎn)于其它類型晶體缺陷的重要特點(diǎn)。圖 空位-體系能量曲線與振動熵有關(guān)的常數(shù)玻爾茲曼常數(shù)變化每增加一個(gè)空位的能量陣點(diǎn)總數(shù)平衡空位數(shù)AKENnKTEANnCvv)/exp(2.1.3 點(diǎn)缺陷對性能的影響點(diǎn)缺陷對性能的影響u點(diǎn)缺陷的存在使晶體體積膨脹，密度減小。點(diǎn)缺陷的存在使晶體體積膨脹，密度減小。u點(diǎn)缺陷引起電阻的增加，這是由于晶體中存在點(diǎn)缺陷時(shí)，點(diǎn)缺陷引起電阻的增加，這是由于晶體中存在點(diǎn)缺陷時(shí)，對傳導(dǎo)電子產(chǎn)生了附加的電子散射，使電阻增大。對傳導(dǎo)電子產(chǎn)生了附加的電子散射，使電阻增大。u空位對金屬的許多過程有著影響，特別是對高溫下進(jìn)行的空位對金屬的許多過程有著影響，特別是對高溫下進(jìn)行的

9、過程起著重要的作用。過程起著重要的作用。u金屬的擴(kuò)散、高溫塑性變形的斷裂、退火、沉淀、表面化金屬的擴(kuò)散、高溫塑性變形的斷裂、退火、沉淀、表面化學(xué)熱處理、表面氧化、燒結(jié)等過程都與空位的存在和運(yùn)動有學(xué)熱處理、表面氧化、燒結(jié)等過程都與空位的存在和運(yùn)動有著密切的聯(lián)系。著密切的聯(lián)系。 u過飽和點(diǎn)缺陷（如淬火空位、輻照缺陷）還提高了金屬的過飽和點(diǎn)缺陷（如淬火空位、輻照缺陷）還提高了金屬的屈服強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度。第二節(jié)第二節(jié) 線缺陷線缺陷u線缺陷就是在兩個(gè)方向上尺寸很小，在一個(gè)方向上尺寸很線缺陷就是在兩個(gè)方向上尺寸很小，在一個(gè)方向上尺寸很大的缺陷。大的缺陷。u線缺陷是各種類型的位錯。線缺陷是各種類型的位錯。u位

10、錯是晶體內(nèi)部一種有規(guī)律的管狀畸變區(qū)。原子發(fā)生錯排位錯是晶體內(nèi)部一種有規(guī)律的管狀畸變區(qū)。原子發(fā)生錯排的范圍，在一個(gè)方向上尺寸較大，而另外兩個(gè)方向上尺寸的范圍，在一個(gè)方向上尺寸較大，而另外兩個(gè)方向上尺寸較小，是一個(gè)直徑為較小，是一個(gè)直徑為35個(gè)原子間距，長幾百到幾萬個(gè)原個(gè)原子間距，長幾百到幾萬個(gè)原子間距的管狀原子畸變區(qū)。子間距的管狀原子畸變區(qū)。u最簡單的位錯是刃型位錯和螺型位錯。最簡單的位錯是刃型位錯和螺型位錯。2.2.1 位錯的基本概念位錯的基本概念u1.1.位錯學(xué)說的產(chǎn)生位錯學(xué)說的產(chǎn)生u1926年弗蘭克爾利用理想晶體的模型估算了理論切變強(qiáng)年弗蘭克爾利用理想晶體的模型估算了理論切變強(qiáng)度，與實(shí)驗(yàn)結(jié)

11、果相比相差度，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比相差34個(gè)數(shù)量級。個(gè)數(shù)量級。u19341934年泰勒，波朗依和奧羅萬三人幾乎同時(shí)提出晶體中年泰勒，波朗依和奧羅萬三人幾乎同時(shí)提出晶體中位錯的概念。位錯的概念。 u泰勒把位錯與晶體塑變的滑移聯(lián)系起來，認(rèn)為位錯在切泰勒把位錯與晶體塑變的滑移聯(lián)系起來，認(rèn)為位錯在切應(yīng)力作用下發(fā)生運(yùn)動，依靠位錯的逐步傳遞完成了滑移。應(yīng)力作用下發(fā)生運(yùn)動，依靠位錯的逐步傳遞完成了滑移。u與剛性滑移不同，位錯的移動只需鄰近原子作很小距離與剛性滑移不同，位錯的移動只需鄰近原子作很小距離的彈性偏移就能實(shí)現(xiàn)，而晶體其他區(qū)域的原子仍處在正常的彈性偏移就能實(shí)現(xiàn)，而晶體其他區(qū)域的原子仍處在正常位置，因此滑移所

12、需的臨界切應(yīng)力大為減小。位置，因此滑移所需的臨界切應(yīng)力大為減小。圖 理想晶體的滑移模型和刃型位錯的滑移過程 1939年柏格斯提出用柏氏矢量來表征位錯的特性，同時(shí)引年柏格斯提出用柏氏矢量來表征位錯的特性，同時(shí)引入螺型位錯。入螺型位錯。 1947年柯垂耳利用溶質(zhì)原子與位錯的交互作用解釋了低碳年柯垂耳利用溶質(zhì)原子與位錯的交互作用解釋了低碳鋼的屈服現(xiàn)象。鋼的屈服現(xiàn)象。 1950年弗蘭克與瑞德同時(shí)提出了位錯增殖機(jī)制年弗蘭克與瑞德同時(shí)提出了位錯增殖機(jī)制FR位錯位錯源。源。 50年代后，透射電鏡直接觀測到了晶體中位錯的存在、運(yùn)年代后，透射電鏡直接觀測到了晶體中位錯的存在、運(yùn)動、增殖。動、增殖。圖 刃型位錯與

13、螺型位錯u2.位錯的基本類型位錯的基本類型u位錯可分為刃性位錯和螺型位錯。位錯可分為刃性位錯和螺型位錯。u（1）刃型位錯）刃型位錯圖 含有刃型位錯的晶體u刃型位錯的概念：刃型位錯的概念：u在某一水平面以上多出了垂直方向的原子面，猶如插入的在某一水平面以上多出了垂直方向的原子面，猶如插入的刀刃一樣，刀刃一樣，EFEF稱為刃型位錯線。位錯線附近區(qū)域發(fā)生了原子稱為刃型位錯線。位錯線附近區(qū)域發(fā)生了原子錯排，因此稱為錯排，因此稱為“刃型位錯刃型位錯” 。u把多余半原子面在滑移面以上的位錯稱為正刃型位錯，用把多余半原子面在滑移面以上的位錯稱為正刃型位錯，用符號符號“”表示，反之為負(fù)刃型位錯，用表示，反之為

14、負(fù)刃型位錯，用“”表示。表示。u含有多余半原子面的晶體受壓，原子間距小于正常點(diǎn)陣常含有多余半原子面的晶體受壓，原子間距小于正常點(diǎn)陣常數(shù)；不含多余半原子面的晶體受張力，原子間距大于正常點(diǎn)數(shù)；不含多余半原子面的晶體受張力，原子間距大于正常點(diǎn)陣常數(shù)。陣常數(shù)。u位錯在晶體中引起的畸變在位錯線中心處最大，隨著離位位錯在晶體中引起的畸變在位錯線中心處最大，隨著離位錯中心距離的增大，晶體的畸變逐漸減小錯中心距離的增大，晶體的畸變逐漸減小 。u刃型位錯的特點(diǎn)：刃型位錯的特點(diǎn)：u1).1).刃型位錯有一個(gè)額外的半原子面。其實(shí)正、負(fù)之分只刃型位錯有一個(gè)額外的半原子面。其實(shí)正、負(fù)之分只具相對意義而無本質(zhì)的區(qū)別。具相

15、對意義而無本質(zhì)的區(qū)別。u2).2).刃型位錯線可理解為晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊刃型位錯線可理解為晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線。它不一定是直線，也可以是折線或曲線，但它必與滑界線。它不一定是直線，也可以是折線或曲線，但它必與滑移方向相垂直，也垂直于滑移矢量。移方向相垂直，也垂直于滑移矢量。圖 不同形狀的刃型位錯u3).3).滑移面必定是同時(shí)包含有位錯線和滑移矢量的平面，滑移面必定是同時(shí)包含有位錯線和滑移矢量的平面，在其他面上不能滑移。由于在刃型位錯中，位錯線與滑移矢在其他面上不能滑移。由于在刃型位錯中，位錯線與滑移矢量互相垂直，因此，由它們所構(gòu)成的平面只有一個(gè)。量互相垂直，因此，由它們所

16、構(gòu)成的平面只有一個(gè)。u4).4).晶體中存在刃型位錯之后，位錯周圍的點(diǎn)陣發(fā)生彈性晶體中存在刃型位錯之后，位錯周圍的點(diǎn)陣發(fā)生彈性畸變，既有切應(yīng)變，又有正應(yīng)變。就正刃型位錯而言，滑移畸變，既有切應(yīng)變，又有正應(yīng)變。就正刃型位錯而言，滑移面上方點(diǎn)陣受到壓應(yīng)力，下方點(diǎn)陣受到拉應(yīng)力：負(fù)刃型位錯面上方點(diǎn)陣受到壓應(yīng)力，下方點(diǎn)陣受到拉應(yīng)力：負(fù)刃型位錯與此相反。與此相反。u5).5).在位錯線周圍的過渡區(qū)（畸變區(qū)）每個(gè)原子具有較大在位錯線周圍的過渡區(qū)（畸變區(qū)）每個(gè)原子具有較大的平均能量。但該區(qū)只有幾個(gè)原子間距寬，畸變區(qū)是狹長的的平均能量。但該區(qū)只有幾個(gè)原子間距寬，畸變區(qū)是狹長的管道，所以刃型位錯是線缺陷。管道，所

17、以刃型位錯是線缺陷。（a）立體圖； （b）頂視圖圖 螺型位錯的原子組態(tài)u（2 2）螺型位錯）螺型位錯圖 螺型位錯原子模型及其形成示意u螺型位錯的結(jié)構(gòu)特征螺型位錯的結(jié)構(gòu)特征 u無額外的半原子面，原子錯排呈軸對稱，分右旋和左旋螺無額外的半原子面，原子錯排呈軸對稱，分右旋和左旋螺型位錯；型位錯；u一定是直線，與滑移矢量平行，位錯線移動方向與晶體滑一定是直線，與滑移矢量平行，位錯線移動方向與晶體滑移方向垂直；移方向垂直；u滑移面不是唯一的，包含螺型位錯線的平面都可以作為它滑移面不是唯一的，包含螺型位錯線的平面都可以作為它的滑移面；的滑移面；u位錯周圍點(diǎn)陣也發(fā)生彈性畸變，但只有平行于位錯線的切位錯周圍點(diǎn)

18、陣也發(fā)生彈性畸變，但只有平行于位錯線的切應(yīng)變而無正應(yīng)變，即不引起體積的膨脹和收縮；應(yīng)變而無正應(yīng)變，即不引起體積的膨脹和收縮；u位錯畸變區(qū)也是幾個(gè)原子間距寬度，同樣是線位錯。位錯畸變區(qū)也是幾個(gè)原子間距寬度，同樣是線位錯。u3.柏氏矢量柏氏矢量u（1 1）柏氏矢量的確定方法）柏氏矢量的確定方法u先確定位錯線的方向先確定位錯線的方向( (一般規(guī)定位錯線垂直紙面時(shí)，由紙一般規(guī)定位錯線垂直紙面時(shí)，由紙面向外為正向面向外為正向) )，按右手法則做柏氏回路，右手大拇指指位，按右手法則做柏氏回路，右手大拇指指位錯線正向，回路方向按右手螺旋方向確定。錯線正向，回路方向按右手螺旋方向確定。u從實(shí)際晶體中任一原子出

19、發(fā)，避開位錯附近的嚴(yán)重畸變區(qū)從實(shí)際晶體中任一原子出發(fā)，避開位錯附近的嚴(yán)重畸變區(qū)作一閉合回路，回路每一步連接相鄰原子。按同樣方法在完作一閉合回路，回路每一步連接相鄰原子。按同樣方法在完整晶體中做同樣回路，步數(shù)、方向與上述回路一致，這時(shí)終整晶體中做同樣回路，步數(shù)、方向與上述回路一致，這時(shí)終點(diǎn)和起點(diǎn)不重合，由終點(diǎn)到起點(diǎn)引一矢量即為柏氏矢量點(diǎn)和起點(diǎn)不重合，由終點(diǎn)到起點(diǎn)引一矢量即為柏氏矢量b b。圖 刃型位錯柏氏矢量的確定圖 螺型位錯柏氏矢量的確定u（2 2）柏氏矢量的物理意義及特征）柏氏矢量的物理意義及特征u物理意義：物理意義：u代表位錯，并表示其特征（強(qiáng)度、畸變量）；表示晶體滑代表位錯，并表示其特征

20、（強(qiáng)度、畸變量）；表示晶體滑移的方向和大小。移的方向和大小。 u反映出柏氏回路包含的位錯所引起點(diǎn)陣畸變的總積累。反映出柏氏回路包含的位錯所引起點(diǎn)陣畸變的總積累。u通常將柏氏矢量稱為位錯強(qiáng)度，該矢量的模通常將柏氏矢量稱為位錯強(qiáng)度，該矢量的模|b|b|表示了畸表示了畸變的程度，稱為位錯的強(qiáng)度。變的程度，稱為位錯的強(qiáng)度。u位錯的許多性質(zhì)如位錯的能量，所受的力，應(yīng)力場，位錯位錯的許多性質(zhì)如位錯的能量，所受的力，應(yīng)力場，位錯反應(yīng)等均與其有關(guān)。它也表示出晶體滑移時(shí)原子移動的大小反應(yīng)等均與其有關(guān)。它也表示出晶體滑移時(shí)原子移動的大小和方向。和方向。u柏氏矢量的特征柏氏矢量的特征u用柏氏矢量可判斷位錯的類型。用

21、柏氏矢量可判斷位錯的類型。u用柏氏矢量可以表示晶體滑移的方向和大小。位錯運(yùn)動導(dǎo)用柏氏矢量可以表示晶體滑移的方向和大小。位錯運(yùn)動導(dǎo)致晶體滑移時(shí)，滑移量大小即柏氏矢量致晶體滑移時(shí)，滑移量大小即柏氏矢量b b，滑移方向即為柏，滑移方向即為柏氏矢量的方向。氏矢量的方向。 u一條位錯線具有唯一的柏氏矢量。一條位錯線具有唯一的柏氏矢量。若位錯可分解，則分解若位錯可分解，則分解后各分位錯的柏氏矢量之和等于原位錯的柏氏矢量。后各分位錯的柏氏矢量之和等于原位錯的柏氏矢量。u位錯具有連續(xù)性，不能中斷于晶體內(nèi)部。其存在形態(tài)可形位錯具有連續(xù)性，不能中斷于晶體內(nèi)部。其存在形態(tài)可形成一個(gè)閉合的位錯環(huán)，或連接于其他位錯，或

22、終止在晶界，成一個(gè)閉合的位錯環(huán)，或連接于其他位錯，或終止在晶界，或露頭于晶體表面。或露頭于晶體表面。u（3 3）混合位錯）混合位錯u晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線（即位錯線）既不平晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線（即位錯線）既不平行也不垂直于滑移方向，即滑移矢量與位錯線成任意角度，行也不垂直于滑移方向，即滑移矢量與位錯線成任意角度，這種晶體缺陷稱為混合型位錯這種晶體缺陷稱為混合型位錯。u混合型位錯可分解為刃型位錯分量和螺型位錯分量?；旌闲臀诲e可分解為刃型位錯分量和螺型位錯分量。圖 晶體局部滑移形成混合位錯圖 混合位錯的原子組態(tài)u（4 4）柏氏矢量的表示方法）柏氏矢量的表示方法u柏矢量對于柏矢

23、量柏矢量對于柏矢量b b沿晶向沿晶向uvw的位錯的位錯u柏矢量的模柏矢量的模的計(jì)算就是矢量模的計(jì)算，同第柏矢量的模柏矢量的模的計(jì)算就是矢量模的計(jì)算，同第一章中介紹的晶向長度計(jì)算。對于立方晶系：一章中介紹的晶向長度計(jì)算。對于立方晶系：u位錯的加法按照矢量加法規(guī)則進(jìn)行。位錯的加法按照矢量加法規(guī)則進(jìn)行。 v4.4.位錯密度位錯密度v晶體中所含位錯的多少可用位錯密度來表示。位錯密度晶體中所含位錯的多少可用位錯密度來表示。位錯密度定義為單位體積晶體中所含位錯線的總長度，其表達(dá)式為定義為單位體積晶體中所含位錯線的總長度，其表達(dá)式為v若為了簡便起見，可把晶體中的位錯線視為一些直線，若為了簡便起見，可把晶體中

24、的位錯線視為一些直線，而且是平行地從晶體的一端延伸到另一端，于是位錯密度而且是平行地從晶體的一端延伸到另一端，于是位錯密度就可被視為垂直于位錯線的單位截面中所穿過的位錯線數(shù)就可被視為垂直于位錯線的單位截面中所穿過的位錯線數(shù)目，即目，即)/(3cmcmVS)/1 (2cmAnAlln圖 晶體位錯密度和強(qiáng)度關(guān)系示意圖u5.5.位錯的攀移位錯的攀移u刃型位錯除了可以在滑移面上滑移外，還可垂直于滑移刃型位錯除了可以在滑移面上滑移外，還可垂直于滑移面發(fā)生攀移。面發(fā)生攀移。u當(dāng)半原子面下端的原子跳離，即空位遷移到半原子面下當(dāng)半原子面下端的原子跳離，即空位遷移到半原子面下端時(shí)，半原子面將縮短，表現(xiàn)為位錯向上

25、移動，這種移動端時(shí)，半原子面將縮短，表現(xiàn)為位錯向上移動，這種移動叫做正攀移。反之叫做負(fù)攀移。叫做正攀移。反之叫做負(fù)攀移。u位錯攀移時(shí)伴隨著物質(zhì)的遷移，需要擴(kuò)散才能實(shí)現(xiàn)。因位錯攀移時(shí)伴隨著物質(zhì)的遷移，需要擴(kuò)散才能實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榕室菩枰訑U(kuò)散，所以較之滑移所需的能量更大。對為攀移需要原子擴(kuò)散，所以較之滑移所需的能量更大。對于大多數(shù)金屬，這種運(yùn)動在室溫下很難進(jìn)行。因此，位錯于大多數(shù)金屬，這種運(yùn)動在室溫下很難進(jìn)行。因此，位錯攀移時(shí)需要熱激活，也就是比滑移需要更大的能量。攀移時(shí)需要熱激活，也就是比滑移需要更大的能量。u通常稱攀移為通常稱攀移為“非守恒運(yùn)動非守恒運(yùn)動”，滑移則稱為，滑移則稱為“守恒運(yùn)守恒運(yùn)動

26、動”。圖 位錯的攀移u6.6.位錯運(yùn)動的交割位錯運(yùn)動的交割u對于在滑移面上運(yùn)動的位錯來說，穿過此滑移面的其它位對于在滑移面上運(yùn)動的位錯來說，穿過此滑移面的其它位錯稱為林位錯。林位錯會阻礙位錯的運(yùn)動，但是若應(yīng)力足夠錯稱為林位錯。林位錯會阻礙位錯的運(yùn)動，但是若應(yīng)力足夠大，滑動的位錯將切過林位錯繼續(xù)前進(jìn)。位錯互相切割的過大，滑動的位錯將切過林位錯繼續(xù)前進(jìn)。位錯互相切割的過程稱為位錯交割或位錯交截。程稱為位錯交割或位錯交截。u一般情況下，兩個(gè)位錯交割時(shí)，每個(gè)位錯上都要新產(chǎn)生一一般情況下，兩個(gè)位錯交割時(shí)，每個(gè)位錯上都要新產(chǎn)生一小段位錯，它們的柏氏矢量與攜帶它們的位錯相同，它們的小段位錯，它們的柏氏矢量與

27、攜帶它們的位錯相同，它們的大小與方向決定于另一位錯的柏氏矢量。大小與方向決定于另一位錯的柏氏矢量。u當(dāng)交割產(chǎn)生的小段位錯不在所屬位錯的滑移面上時(shí)，則成當(dāng)交割產(chǎn)生的小段位錯不在所屬位錯的滑移面上時(shí)，則成為位錯割階，如果小段位錯位于所屬位錯的滑移面上，則相為位錯割階，如果小段位錯位于所屬位錯的滑移面上，則相當(dāng)于位錯扭折。當(dāng)于位錯扭折。u(1) 兩個(gè)柏氏矢量互相平行的刃型位錯交割兩個(gè)柏氏矢量互相平行的刃型位錯交割圖 兩個(gè)柏氏矢量互相平行刃型位錯交割位錯扭折螺型位錯位錯扭折螺型位錯u(2) 兩個(gè)柏氏矢量互相垂直的刃型位錯交割兩個(gè)柏氏矢量互相垂直的刃型位錯交割圖 兩個(gè)柏氏矢量互相垂直刃型位錯交割位錯割階

28、刃型位錯u(3) 刃型位錯與螺型位錯的交割刃型位錯與螺型位錯的交割圖 刃型位錯與螺型位錯的交割位錯割階刃型位錯位錯扭折刃型位錯u(4) 螺型位錯與螺型位錯的交割螺型位錯與螺型位錯的交割圖 螺型位錯與螺型位錯的交割位錯割階刃型位錯位錯扭折刃型位錯(a)直角坐標(biāo)； (b)圓柱坐標(biāo)的正應(yīng)力及切應(yīng)力表示辦法圖 物體中一點(diǎn)(圖中放大為六面體)的應(yīng)力分量 2.1.3 位錯的彈性性質(zhì)（自學(xué)）位錯的彈性性質(zhì)（自學(xué)）u1.1.位錯的應(yīng)力場位錯的應(yīng)力場u位錯的彈性性質(zhì)是位錯理論的核心與基礎(chǔ)。它考慮的是位位錯的彈性性質(zhì)是位錯理論的核心與基礎(chǔ)。它考慮的是位錯在晶體中引起的畸變的分布及其能量變化。處理位錯的彈錯在晶體中

29、引起的畸變的分布及其能量變化。處理位錯的彈性性質(zhì)的方法，主要有：連續(xù)介質(zhì)方法、點(diǎn)陣離散方法等。性性質(zhì)的方法，主要有：連續(xù)介質(zhì)方法、點(diǎn)陣離散方法等。從理論發(fā)展和效果來看，連續(xù)介質(zhì)模型發(fā)展得較成熟。從理論發(fā)展和效果來看，連續(xù)介質(zhì)模型發(fā)展得較成熟。u位錯在晶體中的存在使其周圍原子偏離平衡位置而導(dǎo)致點(diǎn)位錯在晶體中的存在使其周圍原子偏離平衡位置而導(dǎo)致點(diǎn)陣畸變和彈性應(yīng)力場的產(chǎn)生。陣畸變和彈性應(yīng)力場的產(chǎn)生。u在討論位錯的彈性應(yīng)力場的基礎(chǔ)上，可推算出位錯所具有在討論位錯的彈性應(yīng)力場的基礎(chǔ)上，可推算出位錯所具有的能量、位錯的作用力、位錯與晶體其它缺陷間交互作用等的能量、位錯的作用力、位錯與晶體其它缺陷間交互作用

30、等問題。問題。圖 位錯的連續(xù)介質(zhì)模型（a）螺位錯（b）刃位錯u（1）螺位錯的應(yīng)力場）螺位錯的應(yīng)力場u螺型位錯周圍只有一個(gè)切應(yīng)變：螺型位錯周圍只有一個(gè)切應(yīng)變：zb/2ru相應(yīng)的各應(yīng)力分量分別為相應(yīng)的各應(yīng)力分量分別為 u用直角坐標(biāo)表示用直角坐標(biāo)表示 u螺位錯的應(yīng)力場的特點(diǎn)：螺位錯的應(yīng)力場的特點(diǎn)：u只有切應(yīng)力分量，正應(yīng)力分量全為零，這表明螺型位錯不只有切應(yīng)力分量，正應(yīng)力分量全為零，這表明螺型位錯不引起晶體的膨脹和收縮。引起晶體的膨脹和收縮。u螺型位錯所產(chǎn)生的切應(yīng)力分量只與螺型位錯所產(chǎn)生的切應(yīng)力分量只與r有關(guān)（成反比），而有關(guān)（成反比），而與與，z 無關(guān)。只要無關(guān)。只要r一定，一定，z就為常數(shù)。因此，

31、螺型位錯的就為常數(shù)。因此，螺型位錯的應(yīng)場是軸對稱的，即與位錯等距離的各處，其切應(yīng)力值相等，應(yīng)場是軸對稱的，即與位錯等距離的各處，其切應(yīng)力值相等，并隨著與位錯距離的增大，應(yīng)力值減小。并隨著與位錯距離的增大，應(yīng)力值減小。ur0時(shí)，時(shí)，z，顯然與實(shí)際情況不符，這說明上述結(jié)果，顯然與實(shí)際情況不符，這說明上述結(jié)果不適用位錯中心的嚴(yán)重畸變區(qū)。不適用位錯中心的嚴(yán)重畸變區(qū)。 u（2）刃位錯的應(yīng)力場）刃位錯的應(yīng)力場圖 刃位錯周圍的應(yīng)力場u刃位錯的應(yīng)力場的特點(diǎn)：刃位錯的應(yīng)力場的特點(diǎn)：u同時(shí)存在正應(yīng)力分量與切應(yīng)力分量，而且各應(yīng)力分量的大同時(shí)存在正應(yīng)力分量與切應(yīng)力分量，而且各應(yīng)力分量的大小與小與G和和b成正比，與成正

32、比，與r成反比。成反比。u各應(yīng)力分量都是，的函數(shù)，而與無關(guān)。這表明在平各應(yīng)力分量都是，的函數(shù)，而與無關(guān)。這表明在平行與位錯的直線上，任一點(diǎn)的應(yīng)力均相同。行與位錯的直線上，任一點(diǎn)的應(yīng)力均相同。u在滑移面上，沒有正應(yīng)力，只有切應(yīng)力，而且切應(yīng)力在滑移面上，沒有正應(yīng)力，只有切應(yīng)力，而且切應(yīng)力xy 達(dá)到極大值。達(dá)到極大值。u正刃型位錯的位錯滑移面上側(cè)為壓應(yīng)力，滑移面下側(cè)為拉正刃型位錯的位錯滑移面上側(cè)為壓應(yīng)力，滑移面下側(cè)為拉應(yīng)力。應(yīng)力。uxy時(shí)，時(shí)，yy，xy均為零，說明在直角坐標(biāo)的兩條對角均為零，說明在直角坐標(biāo)的兩條對角線處，只有線處，只有xx。 u2.2.位錯的應(yīng)變能位錯的應(yīng)變能u位錯周圍點(diǎn)陣畸變引起

33、彈性應(yīng)力場導(dǎo)致晶體能量增加，這位錯周圍點(diǎn)陣畸變引起彈性應(yīng)力場導(dǎo)致晶體能量增加，這部分能量稱為位錯的應(yīng)變能或位錯能部分能量稱為位錯的應(yīng)變能或位錯能 。u與位錯的畸變相對應(yīng)，位錯的能量也可分為兩部分：一是與位錯的畸變相對應(yīng)，位錯的能量也可分為兩部分：一是位錯中心畸變能；二是位錯中心以外的能量即彈性應(yīng)變能位錯中心畸變能；二是位錯中心以外的能量即彈性應(yīng)變能。u根據(jù)點(diǎn)陣模型對位錯中心能量的估算得：彈性應(yīng)變能占總根據(jù)點(diǎn)陣模型對位錯中心能量的估算得：彈性應(yīng)變能占總能量的能量的90%，所以位錯中心畸變能常忽略不計(jì)，而彈性應(yīng)變，所以位錯中心畸變能常忽略不計(jì)，而彈性應(yīng)變能可采用連續(xù)介質(zhì)彈性模型根據(jù)單位長度位錯所做

34、的功求得。能可采用連續(xù)介質(zhì)彈性模型根據(jù)單位長度位錯所做的功求得。20202/ln)1 (4ln4GbLWrRGbWrRGbWEs刃型位錯螺型位錯u位錯的應(yīng)變能與位錯的應(yīng)變能與b2成正比，成正比，b越小，位錯能量越低，在晶越小，位錯能量越低，在晶體中越穩(wěn)定。為使位錯具有最低能量，柏氏矢量都趨向于體中越穩(wěn)定。為使位錯具有最低能量，柏氏矢量都趨向于取密排方向的最小值。取密排方向的最小值。u當(dāng)當(dāng)r0趨于零時(shí)，應(yīng)變能將無窮大，這正好說明用連續(xù)介質(zhì)趨于零時(shí)，應(yīng)變能將無窮大，這正好說明用連續(xù)介質(zhì)模型導(dǎo)出的公式在位錯中心區(qū)已不適用。模型導(dǎo)出的公式在位錯中心區(qū)已不適用。u3.3.外力場中位錯所受的力外力場中位錯

35、所受的力u外力作用在晶體上時(shí)，晶體中的位錯將沿其法線方向運(yùn)動，外力作用在晶體上時(shí)，晶體中的位錯將沿其法線方向運(yùn)動，通過位錯運(yùn)動產(chǎn)生塑性變形。通過位錯運(yùn)動產(chǎn)生塑性變形。u為了研究問題的方便，把位錯線假設(shè)為物質(zhì)實(shí)體線，把位為了研究問題的方便，把位錯線假設(shè)為物質(zhì)實(shí)體線，把位錯的滑移運(yùn)動看作是受一個(gè)垂直于位錯線的法向力作用的結(jié)錯的滑移運(yùn)動看作是受一個(gè)垂直于位錯線的法向力作用的結(jié)果，并把這個(gè)法向力稱為作用在位錯上的力。果，并把這個(gè)法向力稱為作用在位錯上的力。u它是虛設(shè)的、驅(qū)使位錯滑移的力，它必然與位錯線運(yùn)動方它是虛設(shè)的、驅(qū)使位錯滑移的力，它必然與位錯線運(yùn)動方向一致，即處處與位錯線垂直，指向未滑移區(qū)。向一

36、致，即處處與位錯線垂直，指向未滑移區(qū)。u根據(jù)虛功原理，切應(yīng)力使晶體滑移所做的功應(yīng)與法向根據(jù)虛功原理，切應(yīng)力使晶體滑移所做的功應(yīng)與法向“力力”推動位錯滑移所做的功相等。推動位錯滑移所做的功相等。圖 作用在位錯線上的力bdlFFWdsFbdsdldWdsFWbdsdlbdAdWd/)(u4. 4. 位錯線張力位錯線張力u位錯的總能量與位錯線的長度成正比，因此為降低能量，位錯的總能量與位錯線的長度成正比，因此為降低能量，位錯線有縮短變直的傾向。故在位錯線上存在一種使其變位錯線有縮短變直的傾向。故在位錯線上存在一種使其變直的線張力。直的線張力。這個(gè)線張力在數(shù)值上等于位錯應(yīng)變能。這個(gè)線張力在數(shù)值上等于位

37、錯應(yīng)變能。rGbGbTdrddsdTdsb2)5 . 0(222sin2sin22彎曲位錯圖 位錯的線張力u5. 5. 位錯之間的相互作用力位錯之間的相互作用力u（1 1）兩根平行螺位錯的交互作用）兩根平行螺位錯的交互作用圖 平行螺型位錯的相互作用 圖 同號刃性位錯異號刃位錯的交互作用u（2 2）兩平行刃位錯的交互作用）兩平行刃位錯的交互作用u實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中，位錯的柏氏矢量不能是任意的，它要符實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中，位錯的柏氏矢量不能是任意的，它要符合晶體的結(jié)構(gòu)條件和能量條件。合晶體的結(jié)構(gòu)條件和能量條件。u晶體結(jié)構(gòu)條件是指柏氏矢量必須連接一個(gè)原子平衡位置到晶體結(jié)構(gòu)條件是指柏氏矢量必須連接一個(gè)原子平衡位

38、置到另一平衡位置。另一平衡位置。u在某一種晶體結(jié)構(gòu)中，力學(xué)平衡位置很多，故柏氏矢量可在某一種晶體結(jié)構(gòu)中，力學(xué)平衡位置很多，故柏氏矢量可取很多；但從能量條件看，由于位錯能量正比于取很多；但從能量條件看，由于位錯能量正比于b b2 2，柏氏矢，柏氏矢量量b b越小越好。越小越好。 u正因?yàn)檎驗(yàn)閎 b既要符合結(jié)構(gòu)條件又要符合能量條件，因而實(shí)際既要符合結(jié)構(gòu)條件又要符合能量條件，因而實(shí)際晶體中存在的位錯的柏氏矢量限于少數(shù)最短的點(diǎn)陣矢量。晶體中存在的位錯的柏氏矢量限于少數(shù)最短的點(diǎn)陣矢量。 2.2.4 實(shí)際晶體中的位錯實(shí)際晶體中的位錯3密排六方4體心立方6面心立方3簡單立方數(shù)量|b|方向柏氏矢量結(jié)構(gòu)類型u

39、1.1.實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的單位位錯實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的單位位錯u2.2.不全位錯不全位錯u柏氏矢量等于點(diǎn)陣矢量或其整數(shù)倍的位錯稱為柏氏矢量等于點(diǎn)陣矢量或其整數(shù)倍的位錯稱為“全位全位錯錯” ” ，其中柏氏矢量等于單位點(diǎn)陣矢量的位錯稱為，其中柏氏矢量等于單位點(diǎn)陣矢量的位錯稱為“單位單位位錯位錯”，故全位錯滑移后晶體原子排列不變。，故全位錯滑移后晶體原子排列不變。u把柏氏矢量不等于點(diǎn)陣矢量整數(shù)倍的位錯稱為把柏氏矢量不等于點(diǎn)陣矢量整數(shù)倍的位錯稱為“不全位不全位錯錯” ” ，其中柏氏矢量小于點(diǎn)陣矢量的位錯稱為，其中柏氏矢量小于點(diǎn)陣矢量的位錯稱為“部分位部分位錯錯”。u不全位錯一般表現(xiàn)為晶體原子堆垛層錯區(qū)與無層

40、錯區(qū)的邊不全位錯一般表現(xiàn)為晶體原子堆垛層錯區(qū)與無層錯區(qū)的邊界線，其滑移后原子排列發(fā)生變化。界線，其滑移后原子排列發(fā)生變化。圖 正弗蘭克不全位錯的形成 u3.3.位錯反應(yīng)位錯反應(yīng)u位錯之間相互轉(zhuǎn)換位錯之間相互轉(zhuǎn)換( (即柏氏矢量的合成與分解即柏氏矢量的合成與分解) )稱為位錯稱為位錯反應(yīng)。反應(yīng)。u位錯反應(yīng)能否進(jìn)行取決于兩個(gè)條件：位錯反應(yīng)能否進(jìn)行取決于兩個(gè)條件：u（1 1）必須滿足幾何條件即柏氏矢量的守恒性；）必須滿足幾何條件即柏氏矢量的守恒性；u（2 2）必須滿足能量條件，反應(yīng)后諸位錯的總能量小于反）必須滿足能量條件，反應(yīng)后諸位錯的總能量小于反應(yīng)前諸位錯的總能量。應(yīng)前諸位錯的總能量。后前bb22

41、后前 bb圖 fcc晶體中擴(kuò)展位錯的結(jié)構(gòu)u4.4.擴(kuò)展位錯擴(kuò)展位錯v擴(kuò)展位錯：擴(kuò)展位錯：v在面心立方晶體中，能量最低的全位錯是處在在面心立方晶體中，能量最低的全位錯是處在111111面上的面上的柏氏矢量為柏氏矢量為 的單位位錯。的單位位錯。v它可以分解為兩個(gè)肖克萊不全位錯：它可以分解為兩個(gè)肖克萊不全位錯：v由于這兩個(gè)不全位錯位于同一滑移面上，彼此同號且其柏由于這兩個(gè)不全位錯位于同一滑移面上，彼此同號且其柏氏矢量的夾角氏矢量的夾角為為6060o o9090o o，故它們必然相互排斥并分開，其，故它們必然相互排斥并分開，其間夾著一片堆垛層錯區(qū)，直到層錯的表面張力間夾著一片堆垛層錯區(qū)，直到層錯的表面

42、張力( (等于層錯能等于層錯能) )和不全位錯的斥力相平衡時(shí)，不全位錯的運(yùn)動才停止，形成和不全位錯的斥力相平衡時(shí)，不全位錯的運(yùn)動才停止，形成穩(wěn)定的位錯組態(tài)。這種兩個(gè)不全位錯夾一片層錯的整個(gè)位錯穩(wěn)定的位錯組態(tài)。這種兩個(gè)不全位錯夾一片層錯的整個(gè)位錯組態(tài)稱為擴(kuò)展位錯。組態(tài)稱為擴(kuò)展位錯。u5.5.位錯的增殖位錯的增殖圖 FR源動作過程v弗蘭克弗蘭克- -瑞德瑞德(Frank-Read)(Frank-Read)位錯源位錯源v刃型位錯的兩端被位錯網(wǎng)點(diǎn)釘住不能運(yùn)動。若沿柏氏矢量刃型位錯的兩端被位錯網(wǎng)點(diǎn)釘住不能運(yùn)動。若沿柏氏矢量b b方向施加一切應(yīng)力，使位錯沿滑移面向前滑移運(yùn)動。方向施加一切應(yīng)力，使位錯沿滑移

43、面向前滑移運(yùn)動。v作用于位錯線上的力作用于位錯線上的力, ,總是與位錯線本身垂直，所以彎曲總是與位錯線本身垂直，所以彎曲后的位錯每一小段繼續(xù)沿它的法線方向向外擴(kuò)展，其兩端則后的位錯每一小段繼續(xù)沿它的法線方向向外擴(kuò)展，其兩端則分別繞節(jié)點(diǎn)分別繞節(jié)點(diǎn)A A，B B發(fā)生回轉(zhuǎn)。發(fā)生回轉(zhuǎn)。v當(dāng)兩端彎出來的線段相互靠近時(shí)，由于該兩線段平行于柏當(dāng)兩端彎出來的線段相互靠近時(shí)，由于該兩線段平行于柏氏矢量氏矢量b b，但位錯線方向卻相反，分別屬于左螺和右螺位錯，但位錯線方向卻相反，分別屬于左螺和右螺位錯，因此會互相抵消，形成一閉合的位錯環(huán)以及位錯環(huán)內(nèi)的一，因此會互相抵消，形成一閉合的位錯環(huán)以及位錯環(huán)內(nèi)的一小段彎曲位

44、錯線。小段彎曲位錯線。第三節(jié)第三節(jié) 面缺陷面缺陷v面缺陷的定義面缺陷的定義v面缺陷：在兩個(gè)方向上尺寸很大，在一個(gè)方向上尺寸很小面缺陷：在兩個(gè)方向上尺寸很大，在一個(gè)方向上尺寸很小的缺陷。的缺陷。 v面缺陷的類型面缺陷的類型v金屬中常見的面缺陷有表面、晶界、亞晶界和相界。金屬中常見的面缺陷有表面、晶界、亞晶界和相界。v 從原子結(jié)合的角度看，表面原子的結(jié)合鍵數(shù)也減少，因從原子結(jié)合的角度看，表面原子的結(jié)合鍵數(shù)也減少，因此表面原子有強(qiáng)烈的傾向與環(huán)境中的原子或分子相互作用。此表面原子有強(qiáng)烈的傾向與環(huán)境中的原子或分子相互作用。v晶體表層原子在不均勻力場作用下會偏離其平衡位置而移晶體表層原子在不均勻力場作用下

45、會偏離其平衡位置而移向晶體內(nèi)部，但是正、負(fù)離子向晶體內(nèi)部，但是正、負(fù)離子( (或正、負(fù)電荷或正、負(fù)電荷) )偏離的程度不偏離的程度不同，結(jié)果在晶體表面產(chǎn)生了雙電層。同，結(jié)果在晶體表面產(chǎn)生了雙電層。圖 離子晶體表面的雙電層2.3.1 外表面外表面u晶體內(nèi)部的原子處于其他原子的包圍中，處于均勻的力場晶體內(nèi)部的原子處于其他原子的包圍中，處于均勻的力場中，總合力為零，處于能量最低的狀態(tài)。而表面原子卻不同中，總合力為零，處于能量最低的狀態(tài)。而表面原子卻不同，它與氣相，它與氣相( (或液相或液相) )接觸，處于不均勻的力場之中，其能量接觸，處于不均勻的力場之中，其能量較高，高出的能量稱為表面自由能。較高，

46、高出的能量稱為表面自由能。u晶體中不同晶面的表面能數(shù)值不同，這是由于表面能的本晶體中不同晶面的表面能數(shù)值不同，這是由于表面能的本質(zhì)是表面原子的不飽和鍵，而不同晶面上的原子密度不同，質(zhì)是表面原子的不飽和鍵，而不同晶面上的原子密度不同，密排面的原子密度最大，則該面上任一原子與相鄰晶面原子密排面的原子密度最大，則該面上任一原子與相鄰晶面原子的作用鍵數(shù)最少，故以密排面作為表面時(shí)不飽和鍵數(shù)最少，的作用鍵數(shù)最少，故以密排面作為表面時(shí)不飽和鍵數(shù)最少，表面能量低。晶體總是力圖處于最低的自由能狀態(tài)，所以一表面能量低。晶體總是力圖處于最低的自由能狀態(tài)，所以一定體積的晶體的平衡幾何外形應(yīng)滿足表面能總和為最小。定體積

47、的晶體的平衡幾何外形應(yīng)滿足表面能總和為最小。u屬于同一固相但位向不同的晶粒之間的界面稱為晶界；而屬于同一固相但位向不同的晶粒之間的界面稱為晶界；而每個(gè)晶粒有時(shí)又由若干個(gè)位向稍有差異的亞晶粒所組成，相每個(gè)晶粒有時(shí)又由若干個(gè)位向稍有差異的亞晶粒所組成，相鄰亞晶粒間的界面稱為亞晶界鄰亞晶粒間的界面稱為亞晶界。圖 晶界與亞晶界示意圖2.3.2 晶界晶界u1.1.小角度晶界小角度晶界u相鄰晶粒的位向差小于相鄰晶粒的位向差小于1010的晶界稱為小角度晶界。的晶界稱為小角度晶界。u最簡單的小角度晶界是對稱傾斜晶界，其晶界可看成是由最簡單的小角度晶界是對稱傾斜晶界，其晶界可看成是由一列平行的刃型位錯所構(gòu)成。一列平行的刃型位錯所構(gòu)成。圖 對稱傾斜晶界u扭轉(zhuǎn)晶界是小角度晶界的扭轉(zhuǎn)晶界是小角度晶界的一種類型，它可看成是兩部一種類型，它可看成是兩部分晶體繞某一軸在一個(gè)共同分晶體繞某一軸在一個(gè)共同的晶面上相對扭轉(zhuǎn)一個(gè)的晶面上相對扭轉(zhuǎn)一個(gè)角角所構(gòu)成的，扭轉(zhuǎn)軸垂直于這所構(gòu)成的，扭轉(zhuǎn)軸垂直于這一共同的晶面。一共同的晶面。u扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)晶界的結(jié)構(gòu)可看成是晶界的結(jié)構(gòu)可看成是由互相交叉的螺型位錯所組由互相交叉的螺型位錯所組成。成。圖 扭轉(zhuǎn)晶界的形成u2.2.大角度晶界大角度晶界u相鄰晶粒的位向差大于相鄰晶粒的位