第1-3-實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1、 金屬學(xué)及熱處理沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 本次課程內(nèi)容設(shè)計(jì) 一、引言通過提出問題讓學(xué)生回答，簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)前次內(nèi)容引出正文 二、正文實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu) 三、結(jié)論(包括作業(yè)、思考題或習(xí)題)第三節(jié) 實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu) 一、引言1、晶面指數(shù)和晶向指數(shù),僅指一個(gè)晶面和晶向嗎?2、體心立方晶格的不同晶向的原子密度？3、為什么金屬晶體的物理性質(zhì)各向異性,而實(shí)際工程應(yīng) 用的金屬材料表現(xiàn)為偽等向性？4、那些金屬有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象發(fā)生？ 金屬金屬（定義）-性能性能(良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能、正的電阻溫度系數(shù)、金屬光澤、延展性）- 組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)（原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)-金屬鍵性，原子的排列方式（結(jié)合力（

2、強(qiáng)度）、結(jié)合能（熔點(diǎn)、線膨脹系數(shù)）-晶體金屬晶體結(jié)構(gòu)金屬晶體結(jié)構(gòu) 晶體的特征（4點(diǎn)） 理想模型-3種典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)-晶面指數(shù)和晶向指數(shù)（各向異性）-位等向性-同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)n1、實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)是什么樣的？n2、晶體缺陷對(duì)晶體有什么樣的影響？（性能）為什么要研究它？n3、有哪些晶體缺陷？ 第3節(jié) 實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)總不可避免地存在一些原子偏離規(guī)則排列的不完整區(qū)域,這就是晶體缺陷晶體缺陷1、實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)是什么樣的？2、晶體缺陷對(duì)晶體有什么樣的影響？（性能）為什么要研究它？n晶體缺陷的影響晶體缺陷的影響: :n1 1、對(duì)結(jié)構(gòu)的完整性無大的影響、對(duì)

3、結(jié)構(gòu)的完整性無大的影響n2 2、對(duì)金屬或合金的、對(duì)金屬或合金的強(qiáng)度、塑性、電阻強(qiáng)度、塑性、電阻等產(chǎn)生重等產(chǎn)生重大影響大影響n3 3、對(duì)擴(kuò)散、相變、塑性變形和再結(jié)晶等過程起、對(duì)擴(kuò)散、相變、塑性變形和再結(jié)晶等過程起重要作用重要作用點(diǎn)缺陷線缺陷面缺陷點(diǎn)缺陷的特點(diǎn)是在空間三維方向上的尺寸都很小，約為幾個(gè)原子間距，又稱零維缺陷空位空位 間隙原子間隙原子 置換原子置換原子3、有哪些晶體缺陷？晶體中的點(diǎn)缺陷晶體中的點(diǎn)缺陷 (a)空位空位(b)雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)(c)間隙質(zhì)點(diǎn)間隙質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)缺陷能量起伏？空位是如何形成的？能量起伏？空位是如何形成的？空位的種類？空位的種類？脫位原子的去處大致有三：一、跑到晶體表面去，

4、這樣所產(chǎn)生的空位稱肖脫基(Schottky)空位；二、跑到點(diǎn)陣間隙中，所產(chǎn)生的空位稱弗蘭克空位；三、跑到其他空位中，這當(dāng)然不會(huì)增加新空位，但可使空位變換位置。1大的置換原子 2肖脫基空位 3異類間隙原子4復(fù)合空位 5弗蘭克空位 6小的置換原子點(diǎn)缺陷對(duì)材料性能的影響點(diǎn)缺陷對(duì)材料性能的影響原因：原因：總之，無論哪一種點(diǎn)缺陷(空位、間隙原子或其他)的出現(xiàn)，都會(huì)引起晶體能量的升高，都會(huì)使其都會(huì)使其附近的原子稍微偏離原結(jié)點(diǎn)位置才能平衡，即造成小附近的原子稍微偏離原結(jié)點(diǎn)位置才能平衡，即造成小區(qū)域的晶格畸變，區(qū)域的晶格畸變，這當(dāng)然會(huì)增加晶體的不穩(wěn)定性。 提高材料的電阻提高材料的電阻 定向流動(dòng)的電子在點(diǎn)缺陷處

5、受到非定向流動(dòng)的電子在點(diǎn)缺陷處受到非平衡力平衡力( (陷阱陷阱) )，增加了阻力，加速運(yùn)動(dòng)提高局部溫度，增加了阻力，加速運(yùn)動(dòng)提高局部溫度( (發(fā)熱發(fā)熱) )。 加快原子的擴(kuò)散遷移加快原子的擴(kuò)散遷移 空位空位可作為原子運(yùn)動(dòng)的周轉(zhuǎn)站?？勺鳛樵舆\(yùn)動(dòng)的周轉(zhuǎn)站。 形成其他晶體缺陷形成其他晶體缺陷 過飽和的空位可集中形成內(nèi)部的過飽和的空位可集中形成內(nèi)部的空洞，空洞，集中一片的塌陷形成位錯(cuò)集中一片的塌陷形成位錯(cuò)。 改變材料的力學(xué)性能改變材料的力學(xué)性能 空位移動(dòng)到位錯(cuò)處可造成刃位空位移動(dòng)到位錯(cuò)處可造成刃位錯(cuò)的攀移，間隙原子和異類原子的存在會(huì)增加位錯(cuò)的錯(cuò)的攀移，間隙原子和異類原子的存在會(huì)增加位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)阻力。運(yùn)

6、動(dòng)阻力。會(huì)使強(qiáng)度提高，塑性下降會(huì)使強(qiáng)度提高，塑性下降效果效果點(diǎn)缺陷線缺陷面缺陷線缺陷就是各種類型的線缺陷就是各種類型的位錯(cuò)位錯(cuò)。它是指晶體中的原。它是指晶體中的原子發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。其特點(diǎn)是原子發(fā)生子發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。其特點(diǎn)是原子發(fā)生錯(cuò)排的范圍只在一維方向上很大，是一個(gè)直徑為錯(cuò)排的范圍只在一維方向上很大，是一個(gè)直徑為3-53-5個(gè)原子間距，長(zhǎng)數(shù)百個(gè)原子間距以上的管狀原個(gè)原子間距，長(zhǎng)數(shù)百個(gè)原子間距以上的管狀原子畸變區(qū)。子畸變區(qū)。線缺陷位錯(cuò)可分為刃型位錯(cuò)(blade dislocation)和螺型位錯(cuò)(spiral dislocation)。線缺陷螺型位錯(cuò)線缺陷柏氏矢量的主要特性：可以

7、判斷位錯(cuò)的類型可以表示晶體滑移的方向和大小。位錯(cuò)線和柏氏矢量構(gòu)成的平面定義為滑移面。位錯(cuò)密度位錯(cuò)密度可用單位體積中位錯(cuò)線總長(zhǎng)度來表示，即可用單位體積中位錯(cuò)線總長(zhǎng)度來表示，即VL式中，式中，為位錯(cuò)密為位錯(cuò)密度（度（m-2）；）；L為為位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度（m）；）；V為體積為體積（m3）。）。線缺陷線缺陷位錯(cuò)對(duì)金屬性能的影響：1、不含位錯(cuò)，強(qiáng)度很高2、位錯(cuò)密度增大，強(qiáng)度很高點(diǎn)缺陷線缺陷面缺陷晶體的面缺陷包括晶體的外表面晶體的面缺陷包括晶體的外表面（表面或自由界面）和內(nèi)界面兩類，（表面或自由界面）和內(nèi)界面兩類，其中的內(nèi)界面又有其中的內(nèi)界面又有晶界、亞晶界晶界、亞晶界、孿晶界、堆垛層錯(cuò)和相界

8、等孿晶界、堆垛層錯(cuò)和相界等。面缺陷由于表面上的原子與晶體內(nèi)部的原子相比其配位數(shù)較少，使得表面原子偏離正常位置，在表面層產(chǎn)生了晶格畸變，導(dǎo)致其能量升高。將這種單位表面面積上升高的能量稱為比表面能，簡(jiǎn)稱表面能。表面能也可以用單位長(zhǎng)度上的表面張力（Nm）表示。面缺陷面缺陷面缺陷在多相組織中，具有不同晶體結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面稱為相界。2)2)相界面：相界面：兩種不同相的分界面。液體的表面是液相和氣相的兩種不同相的分界面。液體的表面是液相和氣相的分界面；晶體的表面是晶體和氣相分界面；晶體的表面是晶體和氣相(或液相或液相)的分界面；兩個(gè)不的分界面；兩個(gè)不同的固相之間的分界面也是相界面，在我們的課程中主要

9、是指同的固相之間的分界面也是相界面，在我們的課程中主要是指后者。后者。 1)1)相：相：在物理化學(xué)中已有了明確的解釋。它是指成分相同、在物理化學(xué)中已有了明確的解釋。它是指成分相同、( (晶體晶體) )結(jié)構(gòu)相同、有界面和其它部分分開的物質(zhì)的均勻組成部結(jié)構(gòu)相同、有界面和其它部分分開的物質(zhì)的均勻組成部分。分。 3)3)相界面的主要特性：相界面的主要特性：相界面的結(jié)構(gòu)和晶界有一定的共性，也相界面的結(jié)構(gòu)和晶界有一定的共性，也有一些明顯的差別。非共格界面類似大角度晶界，而完全的共有一些明顯的差別。非共格界面類似大角度晶界，而完全的共格是困難的，共格面兩邊微少的差別可以用晶格的畸變來調(diào)整，格是困難的，共格面兩邊微少的差別可以用晶格的畸變來調(diào)整，界面兩邊差別不十分大時(shí)，將可以補(bǔ)充一定的位錯(cuò)來協(xié)調(diào)，組界面兩邊差別不十分大時(shí)，將可以補(bǔ)充一定的位錯(cuò)來協(xié)調(diào)，組成半共格界面。無論那種情況，界面都存在自己的界面能，都成