第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)3

§1-3實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)原子排列偏離規(guī)則排列的不完整性區(qū)域。點(diǎn)缺陷（pointdefect）——在三個(gè)方向上尺寸都很小線缺陷（linedefect）——在兩個(gè)方向上尺寸很小面缺陷（interfacialdefect）——在一個(gè)方向上尺寸很小根據(jù)晶體缺陷的幾何形態(tài)特征分為三種：理想晶體與實(shí)際晶體之間的不同點(diǎn)？晶體缺陷（crystalimperfection）——完美與否理想晶體——實(shí)際晶體的理想化三維空間無限延續(xù)，無邊界嚴(yán)格按周期性規(guī)則排列，是完整的、無缺陷。原子在其平衡位置靜止不動(dòng)數(shù)量：1/1000原子數(shù)一、點(diǎn)缺陷——包括空位、間隙原子、置換原子局部點(diǎn)陣畸變?cè)訜嵴駝?dòng)克服約束，遷移到新的位置空位、間隙原子、置換原子部分原子獲得足夠高的能量形成引起形成能量起伏空位分類肖脫基空位—原子遷移到表面—僅形成空位弗蘭克爾空位—原子遷移到間隙中—形成空位-間隙對(duì)遷移到其它空位處（空位運(yùn)動(dòng)）晶格畸變：彈性畸變區(qū)（脫離平衡位置，形成畸變能）空位屬于熱平衡缺陷：空位的平衡濃度與溫度有關(guān)?？瘴坏奈恢貌还潭ǎ哼\(yùn)動(dòng)、消失、形成的不斷變化中空位（vacancy）極??；銅：近熔點(diǎn)10-5數(shù)量級(jí)復(fù)合空位兩個(gè)以上的空位聚在一起形成的空位間隙原子和置換原子

（interstitialatom/substitionalatom）處于晶格間隙中的原子。間隙原子：置換原子：占據(jù)基體原子平衡位置的異類原子。屬于熱平衡缺陷；一定溫度具有平衡濃度（溶解度或固溶度）引起晶格畸變，影響性能空位間隙原子小置換原子大置換原子原子偏離平衡位置（d0）,偏離最低能狀態(tài)能量升高，原子振幅增大，影響性能一、點(diǎn)缺陷（空位、間隙原子、置換原子）

金屬性能發(fā)生變化如屈服強(qiáng)度升高，電阻增大、體積膨脹二、線缺陷

dislocation線缺陷的發(fā)現(xiàn)位錯(cuò)逐排依次運(yùn)動(dòng)——塑變?cè)用嬲w滑移——塑變理論強(qiáng)度遠(yuǎn)大于實(shí)測(cè)值探求新理論——位錯(cuò)理論發(fā)現(xiàn)問題促使核心計(jì)算強(qiáng)度值實(shí)測(cè)值結(jié)果定義：在晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。分類刃型位錯(cuò)（edgedislocation）螺型位錯(cuò)（screwdislocation）形成原因：多種如：塑性變形形成已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交界線二、線缺陷（一）刃型位錯(cuò)edgedislocation二、線缺陷形成畸變區(qū)多（或少了）半排原子面用┻（或┳）表示

刃位錯(cuò)正：上壓下拉負(fù)：上拉下壓（彈性應(yīng)力場(chǎng)）

稱為間隙原子和大置換原子在拉應(yīng)力側(cè)發(fā)生聚集，小置換原子聚集于壓應(yīng)力側(cè)。造成位錯(cuò)受阻，金屬?gòu)?qiáng)化（柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)）二、線缺陷刃型位錯(cuò)的重要特征刃位錯(cuò)有一額外的半原子面位錯(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，又有切應(yīng)變。對(duì)于正刃位錯(cuò)，滑移面之上晶格受到壓應(yīng)力，滑移面之下為拉應(yīng)力。負(fù)刃型位錯(cuò)則相反位錯(cuò)線與晶體滑移的方向垂直，位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)的方向垂直于位錯(cuò)線（二）螺型位錯(cuò)screwdislocation原子面部分錯(cuò)動(dòng)一個(gè)原子間距螺位錯(cuò)

不吻合過渡區(qū)形成畸變區(qū)純剪切應(yīng)力區(qū)

形成

稱作二、線缺陷二、線缺陷分類左螺型位錯(cuò)右螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)的重要特征螺型位錯(cuò)沒有額外的半原子面螺型位錯(cuò)是一個(gè)具有一定寬度的細(xì)長(zhǎng)晶格畸變管道，其中既只有切應(yīng)變，而無正應(yīng)變。位錯(cuò)線與晶體滑移的方向平行，位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)的方向垂直于位錯(cuò)線（三）

柏氏矢量——反映位錯(cuò)區(qū)畸變的方向與程度（1）包含位錯(cuò)線做一封閉回路——柏氏回路（2）將同樣的回路置于完整晶體中——不能閉合（3）補(bǔ)一矢量（終點(diǎn)指向起點(diǎn)）使回路閉合——柏氏矢量12345678910111234567891011刃位錯(cuò)柏氏矢量的求法二、線缺陷（1）包含位錯(cuò)線做一封閉回路——柏氏回路（2）將同樣的回路置于完整晶體中——不能閉合（3）補(bǔ)一矢量（終點(diǎn)指向起點(diǎn)）使回路閉合——柏氏矢量121234123123411121234123123411螺位錯(cuò)柏氏矢量的求法二、線缺陷用柏氏矢量可以判斷位錯(cuò)的類型二、線缺陷用柏氏矢量可以表示位錯(cuò)區(qū)域晶格畸變總量大小用柏氏矢量可以表示晶體滑移方向一條位錯(cuò)線的柏氏矢量是恒定不變的刃型位錯(cuò)和與之垂直的柏氏矢量所構(gòu)成的晶面就是滑移面，刃型位錯(cuò)的滑移面只有一個(gè)；螺型位錯(cuò)與b平行，位錯(cuò)線和b構(gòu)成的晶面無數(shù)，螺位錯(cuò)的滑移面不定，可在更多的面滑移。位錯(cuò)線垂直于b，刃型位錯(cuò)位錯(cuò)線平行于b，螺型位錯(cuò)滑移量大小等于b，滑移方向同b柏氏矢量特性混合位錯(cuò)二、線缺陷混合位錯(cuò)二、線缺陷由于位錯(cuò)是已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界，所以位錯(cuò)線不能中止在晶體內(nèi)部，而只能中止在晶體的表面或晶界上。在晶體內(nèi)部，位錯(cuò)線一定是封閉的或者自身封閉成一個(gè)位錯(cuò)圈，或者構(gòu)成三維位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。二、線缺陷位錯(cuò)密度二、線缺陷單位體積晶體中所有位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度穿過單位截面積的位錯(cuò)線數(shù)目m-2金屬晶須退火態(tài)(105-108/cm2)

加工硬化態(tài)(1011-1012/cm2)

m-2三、面缺陷晶界孿晶界相界小角度晶界大角度晶界外表面內(nèi)表面堆垛層錯(cuò)表面和自由界面（一）晶體表面晶體表面指金屬與真空或氣體等外部介質(zhì)相接觸的界面外部和內(nèi)部原子的作用力不同導(dǎo)致晶格畸變。表面晶格畸變→能量升高→表面能單位面積升高的能量稱表面能三、面缺陷影響表面能的主要因素外部介質(zhì)的性質(zhì)介質(zhì)不同原子的相互作用力不同，表面能不同裸露晶面原子密度裸露面為密排面時(shí)，表面能最小晶體表面的曲率表面的曲率越大表面能越大三、面缺陷晶體的各向異性晶粒：組成晶體的結(jié)晶顆粒。單晶體：由一個(gè)晶粒構(gòu)成。顯示出各向異性。（由于在不同方向上的原子排列的緊密程度不同）多晶體：凡由兩顆以上晶粒組成的晶體。一般金屬都是多晶體，不顯示各向異性，稱偽等向性。構(gòu)成多晶體的晶粒位向是任意的，晶粒的各向異性相互被抵消，顯示出偽等向性。（二）晶界

boundary晶體結(jié)構(gòu)相同但位向不同的晶粒之間的晶界界面稱為晶界三、面缺陷三、面缺陷1.小角度晶界（low-angleboundary）2.大角度晶界（high-angleboundary）——相鄰晶粒的位相差大于10°情況復(fù)雜，尚不清楚；多晶體金屬材料中的晶界大都屬于大角度晶界——相鄰晶粒的位相差小于10°；基本由位錯(cuò)線構(gòu)成qD≈b/q（1）對(duì)稱傾側(cè)晶界相鄰晶粒各轉(zhuǎn)θ/2同號(hào)刃位錯(cuò)垂直排列1.小角度晶界（2）不對(duì)稱傾側(cè)晶界1.小角度晶界（3）扭轉(zhuǎn)晶界兩組螺位錯(cuò)構(gòu)成1.小角度晶界

a√2扭轉(zhuǎn)晶界形成1.小角度晶界扭轉(zhuǎn)晶界1.小角度晶界——10°以上，一般在30°～40°2.大角度晶界（三）亞晶界（subgrainboundary）-位相差極小

三、面缺陷圖

Al-Ni合金的亞晶粒(四)相界三、面缺陷分類相界點(diǎn)陣完全重合

—共格相界點(diǎn)陣基本重合——部分共格+位錯(cuò)

——半共格相界點(diǎn)陣完全不重合

——非共格相鄰兩相之間的界面晶界特點(diǎn)：1）晶界——畸變——晶界能