材料科學(xué)基礎(chǔ)(第05章晶體缺陷)

第5章晶體缺陷5.1點(diǎn)缺陷5.2位錯(cuò)5.3表面及界面1缺陷的含義：通常把晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中周期性勢(shì)場(chǎng)的畸變稱為晶體的結(jié)構(gòu)缺陷。

理想晶體：質(zhì)點(diǎn)嚴(yán)格按照空間點(diǎn)陣排列。

實(shí)際晶體：存在著各種各樣的結(jié)構(gòu)的不完整性。缺陷對(duì)材料性能的影響2形成原因：熱缺陷、雜質(zhì)缺陷、非化學(xué)計(jì)量缺陷等幾何形態(tài)：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷等

缺陷的分類方式：3缺陷的形成原因

1.熱缺陷定義:熱缺陷亦稱為本征缺陷，是指由熱起伏的原因所產(chǎn)生的空位或間隙質(zhì)點(diǎn)（原子或離子）。類型:弗侖克爾缺陷（Frenkeldefect）和肖特基缺陷（Schottkydefect）熱缺陷濃度與溫度的關(guān)系:溫度升高時(shí)，熱缺陷濃度增加4缺陷的形成原因2.雜質(zhì)缺陷定義:亦稱為組成缺陷，是由外加雜質(zhì)的引入所產(chǎn)生的缺陷。特征:如果雜質(zhì)的含量在固溶體的溶解度范圍內(nèi)，則雜質(zhì)缺陷的濃度與溫度無(wú)關(guān)。雜質(zhì)缺陷對(duì)材料性能的影響5缺陷的形成原因3.非化學(xué)計(jì)量缺陷定義:指組成上偏離化學(xué)中的定比定律所形成的缺陷。它是由基質(zhì)晶體與介質(zhì)中的某些組分發(fā)生交換而產(chǎn)生。如Fe1－xO、Zn1+xO等晶體中的缺陷。特點(diǎn):其化學(xué)組成隨周圍氣氛的性質(zhì)及其分壓大小而變化。是一種半導(dǎo)體材料。4.其它原因，如電荷缺陷，輻照缺陷等65.1點(diǎn)缺陷基本概念：如果在任何方向上缺陷區(qū)的尺寸都遠(yuǎn)小于晶體或晶粒的線度，因而可以忽略不計(jì)，那么這種缺陷就叫做點(diǎn)缺陷。點(diǎn)缺陷是最簡(jiǎn)單的晶體缺陷，它是在結(jié)點(diǎn)上或鄰近的微觀區(qū)域內(nèi)偏離晶體結(jié)構(gòu)的正常排列的一種缺陷。75.1點(diǎn)缺陷基本類型：空位（vacancy）：實(shí)際晶體中某些晶格結(jié)點(diǎn)的原子脫離原位，形成的空著的結(jié)點(diǎn)位置就叫做空位。間隙原子（interstitialparticle）：進(jìn)入點(diǎn)陣間隙中的原子稱為間隙原子。置換原子（foreignparticle）：那些占據(jù)原來(lái)基體原子平衡位置上的異類原子稱為置換原子。8圖5-3半徑較小的置換原子

圖3-4半徑較大的置換原子

間隙原子晶格空位置換原子95.1點(diǎn)缺陷5.1.1點(diǎn)缺陷的形成離開(kāi)平衡位置的原子有三個(gè)去處：一是遷移到晶體表面或內(nèi)表面的正常結(jié)點(diǎn)位置上，而使晶體內(nèi)部留下空位，稱為肖脫基（Schottky）空位；二是擠入點(diǎn)陣的間隙位置，而在晶體中同時(shí)形成數(shù)目相等的空位和間隙原子，則稱為弗蘭克爾（Frenkel）缺陷；三是跑到其他空位中，使空位消失或使空位移位。另外，在一定條件下，晶體表面上的原子也可能跑到晶體內(nèi)部的間隙位置形成間隙原子，如圖演示。脫離平衡位置的原子如果逃逸到晶體外表面，在原來(lái)位置只形成空位，沒(méi)有形成間隙原子，這樣的空位缺陷叫做Schottkydefect或Schottkyvacancy。如果脫離平衡位置的原子進(jìn)入到晶格間隙中，則同時(shí)形成了等量的空位和間隙原子，這樣的缺陷叫做Frenkeldefect。105.1點(diǎn)缺陷肖脫基缺陷：脫離平衡位置的原子如果逃逸到晶體外表面，在原來(lái)位置只形成空位，沒(méi)有形成間隙原子，這樣的空位缺陷叫做Schottkydefect或Schottkyvacancy。弗蘭克爾缺陷：如果脫離平衡位置的原子進(jìn)入到晶格間隙中，則同時(shí)形成了等量的空位和間隙原子，這樣的缺陷叫做Frenkeldefect。離子晶體：負(fù)離子不能到間隙;局部電中性要求11Frenkeldefect和Schottkydefect產(chǎn)生示意圖

（a）弗侖克爾缺陷的形成（空位與間隙質(zhì)點(diǎn)成對(duì)出現(xiàn)）（b）單質(zhì)中的肖特基缺陷的形成125.1點(diǎn)缺陷5.1.2點(diǎn)缺陷的平衡濃度熱力學(xué)分析表明，在高于0K的任何溫度下，晶體最穩(wěn)定的狀態(tài)并不是完整晶體，而是含有一定濃度的點(diǎn)缺陷狀態(tài)，即在該濃度情況下，自由能最低。這個(gè)濃度就稱為該溫度下晶體中點(diǎn)缺陷的平衡濃度。空位形成能:空位的出現(xiàn)破壞了其周圍的結(jié)合狀態(tài)，因而造成局部能量的升高，由空位的出現(xiàn)而高于沒(méi)有空位時(shí)的那一部分能量稱為“空位形成能”?？瘴坏某霈F(xiàn)提高了體系的熵值135.1點(diǎn)缺陷5.1.2點(diǎn)缺陷的平衡濃度假設(shè)溫度T和壓強(qiáng)P條件下，從N個(gè)原子組成的完整晶體中取走n個(gè)原子，即生成n個(gè)空位。并定義晶體中空位缺陷的平衡濃度為：x=n/N145.1點(diǎn)缺陷5.1.2點(diǎn)缺陷的平衡濃度15若已知ΔUV和ΔSV，則可由上式計(jì)算出任一溫度T下的濃度X.由上式可得：

1）晶體中空位在熱力學(xué)上是穩(wěn)定的，一定溫度T對(duì)應(yīng)一平衡濃度X2）X與T呈指數(shù)關(guān)系，溫度升高，空位濃度增大3）空位形成能ΔUV大，空位濃度小例如：已知銅中ΔUV=1.7×10-19J，A取為1，則T100K300K500K700K900K1000Kn/N10-57

10-19

10-11

10-8.1

10-6.3

10-5.7165.1點(diǎn)缺陷5.1.2點(diǎn)缺陷的平衡濃度非平衡濃度：在有些情況下，晶體中的點(diǎn)缺陷濃度可能高于平衡濃度，這樣的點(diǎn)缺陷稱為過(guò)飽和點(diǎn)缺陷，或非平衡點(diǎn)缺陷。高溫淬火冷加工輻照175.1點(diǎn)缺陷5.1.3點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)在一定溫度下，晶體中達(dá)到統(tǒng)計(jì)平衡的空位和間隙原子的數(shù)目是一定的，而且晶體中的點(diǎn)缺陷并不是固定不動(dòng)的，而是處于不斷的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)間隙原子與一個(gè)空位相遇時(shí)，它將落入該空位，而使兩者都消失，這一過(guò)程稱為復(fù)合。晶體中的原子正是由于空位和間隙原子不斷地產(chǎn)生與復(fù)合才不停地由一處向另一處作無(wú)規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)，這就是晶體中原子的自擴(kuò)散，是固態(tài)相變、表面化學(xué)熱處理、蠕變、燒結(jié)等物理化學(xué)過(guò)程的基礎(chǔ)。185.1點(diǎn)缺陷5.1.3點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)空位在晶體中的分布是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，其不斷地與周圍原子交換位置，使空位移動(dòng)所必需的能量，叫空位移動(dòng)能Em?？瘴灰苿?dòng)所造成的原子遷移，即金屬晶體中的自擴(kuò)散。（以后會(huì)學(xué)到）自擴(kuò)散激活能相當(dāng)于空位形成能與移動(dòng)能的總和。195.1點(diǎn)缺陷5.1.3點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)缺陷對(duì)材料性能的影響提高材料的電阻定向流動(dòng)的電子在點(diǎn)缺陷處受到非平衡力(陷阱)，增加了阻力，加速運(yùn)動(dòng)提高局部溫度(發(fā)熱)。加快原子的擴(kuò)散遷移空位可作為原子運(yùn)動(dòng)的周轉(zhuǎn)站。形成其他晶體缺陷過(guò)飽和的空位可集中形成內(nèi)部的空洞，集中一片的塌陷形成位錯(cuò)。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。會(huì)使強(qiáng)度提高，塑性下降。205.2位錯(cuò)5.2.1位錯(cuò)的基本類型和特征位錯(cuò)的概念：位錯(cuò)是晶體的線性缺陷。刃型位錯(cuò)：刃型位錯(cuò)的位錯(cuò)線垂直于滑移方向，模型如圖所示，相當(dāng)于在正常排列的晶體當(dāng)中插入了半個(gè)原子面。擁有半原子面的晶體部分，原子間距減小，晶格受到壓應(yīng)力；在缺少半原子面的晶體部分，原子間距增大，晶體收到拉應(yīng)力。ABCDEF圖3-6a晶體局部滑移產(chǎn)生刃型位錯(cuò)21刃型位錯(cuò)的特點(diǎn)：刃型位錯(cuò)有一個(gè)額外的半原子面。一般把多出的半原子面在滑移面上邊的稱為正刃型位錯(cuò)，記為"┻"；而把多出在下邊的稱為負(fù)刃型位錯(cuò)，記為"┳"。其實(shí)這種正、負(fù)之分只具相對(duì)意義而無(wú)本質(zhì)的區(qū)別。圖3-6刃型位錯(cuò)22刃型位錯(cuò)的特點(diǎn)：刃型位錯(cuò)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，但它必與滑移方向相垂直，也垂直于滑移矢量。滑移面必定是同時(shí)包含有位錯(cuò)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(cuò)中，位錯(cuò)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)。晶體中存在刃型位錯(cuò)之后，位錯(cuò)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(cuò)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(cuò)與此相反。23刃型位錯(cuò)的特點(diǎn)：在位錯(cuò)線周圍的過(guò)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(zhǎng)的管道，所以刃型位錯(cuò)是線缺陷。

245.2位錯(cuò)5.2.1位錯(cuò)的基本類型和特征3.螺型位錯(cuò):位錯(cuò)線垂直于滑移方向，模型如圖3-7所示。晶體右上半部分在外力的作用下發(fā)生局部滑移，滑移面為ABCD，滑移方向如圖所示。圖3-7晶體局部滑移產(chǎn)生的螺型位錯(cuò)25螺型位錯(cuò)的特點(diǎn)：螺型位錯(cuò)無(wú)額外半原子面，原子錯(cuò)排是呈軸對(duì)稱的。根據(jù)位錯(cuò)線附近呈螺旋形排列的原子的旋轉(zhuǎn)方向不同，螺型位錯(cuò)可分為右旋和左旋螺型位錯(cuò)。螺型位錯(cuò)線與滑移矢量平行，因此一定是直線，而且位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向互相垂直。26螺型位錯(cuò)的特點(diǎn)：純螺型位錯(cuò)的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位錯(cuò)線的平面都可以作為它的滑移面。但實(shí)際上，滑移通常是在那些原子密排面上進(jìn)行。螺型位錯(cuò)線周圍的點(diǎn)陣也發(fā)生了彈性畸變，但是，只有平行于位錯(cuò)線的切應(yīng)變而無(wú)正應(yīng)變，即不會(huì)引起體積膨脹和收縮，且在垂直于位錯(cuò)線的平面投影上，看不到原子的位移，看不出有缺陷。螺型位錯(cuò)周圍的點(diǎn)陣畸變隨離位錯(cuò)線距離的增加而急劇減少，故它也是包含幾個(gè)原子寬度的線缺陷。275.2位錯(cuò)5.2.1位錯(cuò)的基本類型和特征混合位錯(cuò)：混合位錯(cuò)的位錯(cuò)線呈曲線狀，與滑移方向既不垂直也不平行，而是呈任意角度。因此，混合位錯(cuò)可以看成是由刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)混合而成。285.2位錯(cuò)5.2.2伯氏矢量伯氏矢量的確定：柏氏回路是在有缺陷的晶體中圍繞缺陷區(qū)將原子逐個(gè)連接而成的封閉回路。對(duì)于無(wú)法封閉的柏氏回路，為了使其封閉（起點(diǎn)與終點(diǎn)重合），必須增加一個(gè)向量closurefailure

，如圖3-8所示。該向量就稱為柏氏矢量，記做b。

圖3-8柏氏回路與柏氏矢量的確定295.2位錯(cuò)5.2.2伯氏矢量伯氏矢量的確定：305.2位錯(cuò)5.2.2伯氏矢量2.基本類型位錯(cuò)的矢量圖解positivenegativeright-handedleft-handedEdgedislocationsScrewdislocations315.2位錯(cuò)5.2.2伯氏矢量3.伯氏矢量的特性柏氏矢量是一個(gè)反映位錯(cuò)周圍點(diǎn)陣畸變總累積的物理量。該矢量的方向表示位錯(cuò)的性質(zhì)與位錯(cuò)的取向，即位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致晶體滑移的方向；而該矢量的模|b|表示了畸變的程度，稱為位錯(cuò)的強(qiáng)度。柏氏矢量與回路起點(diǎn)及其具體途徑無(wú)關(guān)。柏氏矢量是唯一的，這就是柏氏矢量的守恒性。325.2位錯(cuò)5.2.2伯氏矢量3.伯氏矢量的特性一根不分岔的位錯(cuò)線，不論其形狀如何變化（直線、曲折線或閉合的環(huán)狀），也不管位錯(cuò)線上各處的位錯(cuò)類型是否相同，其各部位的柏氏矢量都相同；而且當(dāng)位錯(cuò)在晶體中運(yùn)動(dòng)或者改變方向時(shí)，其柏氏矢量不變，即一根位錯(cuò)線具有唯一的柏氏矢量。335.2位錯(cuò)5.2.2伯氏矢量3.伯氏矢量的特性若一個(gè)柏氏矢量為b的位錯(cuò)可以分解為柏氏矢量分別為b1，b2….bn的n個(gè)位錯(cuò)，則分解后各位錯(cuò)柏氏矢量之和等于原位錯(cuò)的柏氏矢量，即b=b1＋b2＋b3+……OIIIIII345.2位錯(cuò)5.2.2伯氏矢量4.位錯(cuò)的性質(zhì)由于位錯(cuò)線是已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線。因此，位錯(cuò)具有一個(gè)重要的性質(zhì)，即一根位錯(cuò)線不能終止于晶體內(nèi)部，而只能露頭于晶體表面（包括晶界）。若它終止于晶體內(nèi)部，則必與其他位錯(cuò)線相連接，或在晶體內(nèi)部形成封閉線。形成封閉線的位錯(cuò)稱為位錯(cuò)環(huán)。在位錯(cuò)網(wǎng)的交匯點(diǎn)，必然355.2位錯(cuò)5.2.2伯氏矢量5.伯氏矢量的表示方法：可以用點(diǎn)陣矢量來(lái)表示，可用與伯氏矢量同向的晶向指數(shù)來(lái)表示。365.2位錯(cuò)5.2.3位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的最重要性質(zhì)之一是它可以在晶體中運(yùn)動(dòng)，而晶體宏觀的塑性變形是通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。晶體的力學(xué)性能如強(qiáng)度、塑性和斷裂等均與位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方式有兩種最基本形式，即滑移和攀移。位錯(cuò)滑移位錯(cuò)的滑移是在外加切應(yīng)力的作用下，通過(guò)位錯(cuò)中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不斷地作少量的位移（小于一個(gè)原子間距）而逐步實(shí)現(xiàn)的。375.2位錯(cuò)5.2.3位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)滑移刃型位錯(cuò)滑移：運(yùn)動(dòng)方向始終與位錯(cuò)線垂直而與柏氏矢量平行。刃型位錯(cuò)的滑移面就是由位錯(cuò)線與柏氏矢量所構(gòu)成的平面，因此刃型位錯(cuò)的滑移限于單一的滑移面上。385.2位錯(cuò)5.2.3位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)滑移395.2位錯(cuò)5.2.3位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)滑移螺型位錯(cuò)滑移：螺型位錯(cuò)的移動(dòng)方向與位錯(cuò)線垂直，也與柏氏矢量垂直。

405.2位錯(cuò)5.2.3位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)滑移刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)滑移比較：因?yàn)槲诲e(cuò)線和柏氏矢量平行，所以螺型位錯(cuò)可以有多個(gè)滑移面，螺型位錯(cuò)無(wú)論在那個(gè)方向移動(dòng)都是滑移。晶體兩部分的相對(duì)移動(dòng)量決定于柏氏矢量的大小和方向，與位錯(cuò)線的移動(dòng)方向無(wú)關(guān)。

415.2位錯(cuò)5.2.3位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)滑移位錯(cuò)環(huán)的滑移：

425.2位錯(cuò)5.2.3位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)滑移位錯(cuò)環(huán)的滑移：在一個(gè)滑移面上存在一位錯(cuò)環(huán)，如圖所示。前后為刃位錯(cuò)，在切應(yīng)力τ的作用下，前后部為刃位錯(cuò)，后部的半原子面在上方向后移動(dòng)，前部的半原子面在下方，向前運(yùn)動(dòng)。左右為螺位錯(cuò)，但螺旋方向相反，左邊向左，右邊向右運(yùn)動(dòng)；其他為混合位錯(cuò)，均向外運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)結(jié)果使上部晶體向后移動(dòng)了一個(gè)原子間距?？梢?jiàn)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)都將使掃過(guò)的區(qū)間兩邊的原子層發(fā)生柏氏矢量大小的相對(duì)滑動(dòng)。

435.2位錯(cuò)5.2.3位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)攀移：刃型位錯(cuò)除了可以在滑移面上滑移外，還可以在垂直于滑移面的方向上通過(guò)原子擴(kuò)散進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，即發(fā)生攀移。通常把多余半原子面向上運(yùn)動(dòng)稱為正攀移，向下運(yùn)動(dòng)稱為負(fù)攀移。

445.2位錯(cuò)5.2.3位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)攀移：455.2位錯(cuò)5.2.3位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)割階與扭折：一個(gè)運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)線，特別是在受到阻礙的情況下，有可能通過(guò)其中一部分線段（n個(gè)原子間距）首先進(jìn)行滑移。若由此形成的曲折線段就在位錯(cuò)的滑移面上時(shí)，稱為扭折；若該曲折線段垂直于位錯(cuò)的滑移面時(shí)，稱為割階。刃型位錯(cuò)的割階部分仍為刃型位錯(cuò)，而扭折部分則為螺型位錯(cuò)；螺型位錯(cuò)中的扭折和割階線段，由于均與柏氏矢量相垂直，故均屬于刃型位錯(cuò)。465.2位錯(cuò)5.2.3位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)割階與扭折：運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)交割后，每根位錯(cuò)線上都可能產(chǎn)生一扭折或割階，其大小和方向取決于另一位錯(cuò)的柏氏矢量，但具有原位錯(cuò)線的柏氏矢量。所有的割階都是刃型位錯(cuò)，而扭折可以是刃型也可是螺型的。扭折與原位錯(cuò)線在同一滑移面上，可隨主位錯(cuò)線一道運(yùn)動(dòng)，幾乎不產(chǎn)生阻力，而且扭折在線張力作用下易于消失。但割階則與原位錯(cuò)線不在同一滑移面上，故除非割階產(chǎn)生攀移，否則割階就不能跟隨主位錯(cuò)線一道運(yùn)動(dòng)，成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，通常稱此為割階硬化。475.2位錯(cuò)5.2.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)1．位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)位錯(cuò)線周圍的原子偏離了平衡位置，處于較高的能量狀態(tài)，高出的能量稱為位錯(cuò)的應(yīng)變能，或簡(jiǎn)稱位錯(cuò)能。位錯(cuò)應(yīng)變能主要是彈性應(yīng)變能。在位錯(cuò)線的周圍存在內(nèi)應(yīng)力，例如刃型位錯(cuò)，在多余半原子面區(qū)域?yàn)閴簯?yīng)力，而缺少半原子面的區(qū)域存在著拉應(yīng)力；在螺位錯(cuò)周圍存在的是切應(yīng)力。所以位錯(cuò)周圍存在彈性應(yīng)變能?？梢?jiàn)由于位錯(cuò)的存在，在其周圍存在一應(yīng)力場(chǎng)。485.2位錯(cuò)5.2.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)1．位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)要準(zhǔn)確地對(duì)晶體中位錯(cuò)周圍的彈性應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行定量計(jì)算，是復(fù)雜而困難的。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，通?？刹捎脧椥赃B續(xù)介質(zhì)模型來(lái)進(jìn)行計(jì)算。該模型首先假設(shè)晶體是完全彈性體，服從虎克定律；其次，把晶體看成是各向同性的；第三，近似地認(rèn)為晶體內(nèi)部由連續(xù)介質(zhì)組成，晶體中沒(méi)有空隙，因此晶體中的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等量是連續(xù)的，可用連續(xù)函數(shù)表示。495.2位錯(cuò)5.2.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)1．位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)螺型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)具有以下特點(diǎn)：只有切應(yīng)力分量，正應(yīng)力分量全為零，這表明螺位錯(cuò)不引起晶體的膨脹和收縮。螺型位錯(cuò)所產(chǎn)生的切應(yīng)力分量只與r有關(guān)（成反比），而與θ，z無(wú)關(guān)。只要r一定，z就為常數(shù)。因此，螺型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)是軸對(duì)稱的，即與位錯(cuò)等距離的各處，其切應(yīng)力值相等，并隨著與位錯(cuò)距離的增大，應(yīng)力值減小。505.2位錯(cuò)5.2.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)1．位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)螺型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)515.2位錯(cuò)5.2.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)1．位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)螺型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)由此可得應(yīng)力為：525.2位錯(cuò)5.2.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)1．位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)螺型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)由上面的結(jié)果可知，螺位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)沒(méi)有正應(yīng)力分量，且剪應(yīng)力對(duì)稱分布，在包含位錯(cuò)線的任何晶向平面上剪應(yīng)力都是，與θ角無(wú)關(guān)。535.2位錯(cuò)5.2.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)1.位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)刃型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)541.位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)刃型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)由上面所得結(jié)論可以看出：① σx與y的符號(hào)相反。在滑移面上方，y>0，σx為負(fù)（壓應(yīng)力）；在滑移面下方，y<0，σx為正（拉應(yīng)力）。② 在y＝0處有，。所以，無(wú)論是螺位錯(cuò)還是刃位錯(cuò)，作用在滑移面上的沿滑移方向的剪應(yīng)力都可以寫(xiě)成是：刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)555.2位錯(cuò)5.2.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)2.位錯(cuò)的應(yīng)變能：下面使用做功法計(jì)算刃型位錯(cuò)的彈性能。首先構(gòu)造一個(gè)刃位錯(cuò)的圓筒模型，如圖所示。假設(shè)在形成刃位錯(cuò)過(guò)程中的某一時(shí)刻滑移面兩邊的相互位移為b′，0<b′<b。此時(shí)滑移面上x(chóng)處產(chǎn)生的剪應(yīng)力應(yīng)為：565.2位錯(cuò)5.2.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的線張力：由位錯(cuò)的彈性能公式可以看出，位錯(cuò)的彈性能正比于它的長(zhǎng)度，說(shuō)明晶體中的位錯(cuò)都表現(xiàn)出縮短其長(zhǎng)度的趨勢(shì)。由此引入線張力的概念，即增加單位長(zhǎng)度的位錯(cuò)所引起的位錯(cuò)彈性能的變化。

575.2位錯(cuò)5.2.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)作用在位錯(cuò)的力：由于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和晶體的變形有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系（即規(guī)則），因此我們令晶體發(fā)生塑性變形時(shí)其宏觀功等于微觀功，即：對(duì)于螺位錯(cuò)：對(duì)于刃位錯(cuò)：585.2位錯(cuò)5.2.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)間的交互作用力（兩平行螺位錯(cuò)）：對(duì)于兩個(gè)平行螺位錯(cuò)1和2（設(shè)柏氏矢量分別為b1和b2），我們選取如圖所示的坐標(biāo)系。則位錯(cuò)1在位錯(cuò)2處產(chǎn)生的應(yīng)力為，

因此位錯(cuò)1對(duì)位錯(cuò)2的作用力：rxyzO

595.2位錯(cuò)5.2.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)間的交互作用力（兩平行刃位錯(cuò)）：對(duì)于兩個(gè)位于相距為d的平行滑移面上的同號(hào)位錯(cuò)1和2，設(shè)其柏氏矢量分別為b1和b2。為求位錯(cuò)1對(duì)位錯(cuò)2的作用力f12，選擇如圖所示坐標(biāo)系。dO12xyFxFy605.2位錯(cuò)5.2.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)5.位錯(cuò)間的交互作用力（兩平行刃位錯(cuò)）：F(x)函數(shù)圖12xfxy12xfxy615.2位錯(cuò)5.2.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)5.位錯(cuò)間的交互作用力（兩平行螺位錯(cuò)）：兩平行螺型位錯(cuò)間的作用力，其大小與兩位錯(cuò)強(qiáng)度的乘積成正比，而與兩位錯(cuò)間距成反比，其方向則沿徑向r垂直于所作用的位錯(cuò)線，當(dāng)bl與b2同向時(shí)，fr＞0，即兩同號(hào)平行螺型位錯(cuò)相互排斥；而當(dāng)bl與b2反向時(shí)，fr＜0，即兩異號(hào)平行螺型位錯(cuò)相互吸引625.2位錯(cuò)5.2.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)5.位錯(cuò)間的交互作用力（兩平行刃位錯(cuò)）：兩個(gè)同號(hào)平行的刃型位錯(cuò)，滑移力fx隨位錯(cuò)e2所處的位置而變化，它們之間的交互作用如圖3.14（a）所示，歸納如下：當(dāng)|x|＞|y|時(shí)，若x＞0，則fx＞0；若x＜0，則fx＜0，這說(shuō)明當(dāng)位錯(cuò)e2位于圖3.14（a）中的①，②區(qū)間時(shí)，兩位錯(cuò)相互排斥。當(dāng)|x|＜|y|時(shí)，若x＞0，則fx＜0；若x＜0，則fx＞0，這說(shuō)明當(dāng)位錯(cuò)e2位于圖3.14（a）中的③，④區(qū)間時(shí)，兩位錯(cuò)相互吸引。635.2位錯(cuò)5.2.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)5.位錯(cuò)間的交互作用力（兩平行刃位錯(cuò)）：當(dāng)|x|＝|y|時(shí)，fx＝0，位錯(cuò)e2處于介穩(wěn)定平衡位置，一旦偏離此位置就會(huì)受到位錯(cuò)e1的吸引或排斥，使它偏離得更遠(yuǎn)。當(dāng)x＝0時(shí)，即位錯(cuò)e2處于y軸上時(shí)，fx＝0，位錯(cuò)e2處于穩(wěn)定平衡位置，一旦偏離此位置，就會(huì)受到位錯(cuò)e1的吸引而退回原處，使位錯(cuò)垂直地排列起來(lái)。通常把這種呈垂直排列的位錯(cuò)組態(tài)稱為位錯(cuò)墻，它可構(gòu)成小角度晶界。當(dāng)y＝0時(shí)，若x＞0，則fx＞0；若x＜0，則fx＜0。此時(shí)fx的絕對(duì)值和x成反比，即處于同一滑移面上的同號(hào)刃型位錯(cuò)總是相互排斥的，位錯(cuò)間距離越小，排斥力越大。

645.2位錯(cuò)5.2.4位錯(cuò)的彈性性質(zhì)5.位錯(cuò)間的交互作用力（兩平行刃位錯(cuò)）：至于攀移力fy，由于它與y同號(hào)，當(dāng)位錯(cuò)e2在位錯(cuò)e1的滑移面上邊時(shí)，受到的攀移力fy是正值，即指向上；當(dāng)e2在e1滑移面下邊時(shí)，fy為負(fù)值，即指向下。因此，兩位錯(cuò)沿y軸方向是互相排斥的。對(duì)于兩個(gè)異號(hào)的刃型位錯(cuò)，它們之間的交互作用力fx，fy的方向與上述同號(hào)位錯(cuò)時(shí)相反，而且位錯(cuò)e2的穩(wěn)定位置和介穩(wěn)定平衡位置正好互相對(duì)換，|x|＝|y|時(shí)，e2處于穩(wěn)定平衡位置655.2位錯(cuò)5.2.5位錯(cuò)的生成和增殖1.位錯(cuò)密度在通常的晶體中都存在大量的位錯(cuò)。晶體中位錯(cuò)的量常用位錯(cuò)密度表示。在實(shí)際上，要測(cè)定晶體中位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度是不可能的。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，常把位錯(cuò)線當(dāng)作直線，并且假定晶體的位錯(cuò)是平行地從晶體的一端延伸到另一端，這樣，位錯(cuò)密度就等于穿過(guò)單位面積的位錯(cuò)線數(shù)目。顯然，并不是所有位錯(cuò)線與觀察面相交，故按此求得位錯(cuò)密度將小于實(shí)際值。665.2

位錯(cuò)5.2.5位錯(cuò)的生成和增殖位錯(cuò)的生成晶體生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生位錯(cuò)：在凝固過(guò)程中先后凝固部分成分不同，從而點(diǎn)陣常數(shù)也有差異，可能形成位錯(cuò)作為過(guò)渡；由于溫度梯度、濃度梯度、機(jī)械振動(dòng)等的影響，致使生長(zhǎng)著的晶體偏轉(zhuǎn)或彎曲引起相鄰晶塊之間有位相差，它們之間就會(huì)形成位錯(cuò)；由于自高溫較快凝固及冷卻時(shí)晶體內(nèi)存在大量過(guò)飽和空位，空位的聚集能形成位錯(cuò)。

晶體內(nèi)部的某些界面（如第二相質(zhì)點(diǎn)、孿晶、晶界等）和微裂紋的附近，由于熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的作用，往往出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，當(dāng)應(yīng)力高至足以使該局部區(qū)域發(fā)生滑移時(shí)，就在該區(qū)域產(chǎn)生位錯(cuò)。675.2位錯(cuò)5.2.5位錯(cuò)的生成和增殖位錯(cuò)的增殖：經(jīng)劇烈塑性變形后的金屬晶體，其位錯(cuò)密度可增加4~5個(gè)數(shù)量級(jí)。這個(gè)現(xiàn)象充分說(shuō)明晶體在變形過(guò)程中位錯(cuò)必然是在不斷地增殖。位錯(cuò)的增殖機(jī)制可有多種，其中一種主要方式是弗蘭克-瑞德位錯(cuò)源，如下圖所示。685.2位錯(cuò)弗蘭克-瑞德位錯(cuò)源的實(shí)際觀察：695.2位錯(cuò)5.2.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中位錯(cuò)的伯氏矢量柏氏矢量為沿滑移方向的原子間距的整數(shù)倍的位錯(cuò)稱為全位錯(cuò)。705.2位錯(cuò)5.2.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中位錯(cuò)的伯氏矢量如圖示，為FCC晶體中滑移面上的一層（A層）原子。當(dāng)全位錯(cuò)滑移時(shí)，A層上面的B層原子通過(guò)的滑移從B點(diǎn)滑到相鄰的等價(jià)位置點(diǎn)。從圖中可以看出，B層原子的有利滑動(dòng)路徑應(yīng)該是分兩步：首先通過(guò)滑移到C位置；再通過(guò)的滑移從C滑移到位置。此時(shí)引起的A原子的位移最小，能量增加也最小。715.2位錯(cuò)5.2.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)堆垛層錯(cuò)：實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中，密排面的正常堆垛順序有可能遭到破壞和錯(cuò)排，稱為堆垛層錯(cuò)，簡(jiǎn)稱層錯(cuò).形成層錯(cuò)時(shí)幾乎不產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變，但它破壞了晶體的完整性和正常的周期性，使電子發(fā)生反常的衍射效應(yīng)，故使晶體的能量有所增加，這部分增加的能量稱“堆垛層錯(cuò)能（J/m2）”。它一般可用實(shí)驗(yàn)方法間接測(cè)得。725.2位錯(cuò)5.2.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)堆垛層錯(cuò)：實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中，密排面的正常堆垛順序有可能遭到破壞和錯(cuò)排，稱為堆垛層錯(cuò)，簡(jiǎn)稱層錯(cuò).從能量的觀點(diǎn)來(lái)看，顯然，晶體中出現(xiàn)層錯(cuò)的幾率與層錯(cuò)能有關(guān)，層錯(cuò)能越高則幾率越小。如在層錯(cuò)能很低的奧氏體不銹鋼中，?？煽吹酱罅康膶渝e(cuò)，而在層錯(cuò)能高的鋁中，就看不到層錯(cuò)。735.2位錯(cuò)5.2.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)3.不全位錯(cuò)若堆垛層錯(cuò)不是發(fā)生在晶體的整個(gè)原子面上而只是部分區(qū)域存在，那么，在層錯(cuò)與完整晶體的交界處就存在柏氏矢量b不等于點(diǎn)陣矢量的不全位錯(cuò)。在面心立方晶體中，有兩種重要的不全位錯(cuò)：肖克萊（Shockley）不全位錯(cuò)和弗蘭克（Frank）不全位錯(cuò)。745.2位錯(cuò)5.2.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)3.不全位錯(cuò)——肖克萊不全位錯(cuò)圖中右邊晶體按ABCABC…正常順序堆垛，而左邊晶體是按ABCBCAB…順序堆垛，即有層錯(cuò)存在，層錯(cuò)與完整晶體的邊界就是肖克萊位錯(cuò)，系刃型不全位錯(cuò)。755.2位錯(cuò)5.2.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)3.不全位錯(cuò)——肖克萊不全位錯(cuò)Shockley分位錯(cuò)有以下一些特點(diǎn)：是有層錯(cuò)區(qū)和無(wú)層錯(cuò)區(qū)的邊界。可以是螺型、刃型或是混合型位錯(cuò)。肖克萊不全位錯(cuò)可以在其所在的{111}面上滑移，滑移的結(jié)果使層錯(cuò)擴(kuò)大或縮小。即使是刃型Shockley分位錯(cuò)也不能攀移；即使是螺型Shockley分位錯(cuò)也不能交滑移。只能通過(guò)局部滑移形成。

765.2位錯(cuò)5.2.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)不全位錯(cuò)——弗蘭克不全位錯(cuò)：插入或抽走部分{111}面也能形成局部層錯(cuò)，由此種方式形成的層錯(cuò)區(qū)和無(wú)層錯(cuò)區(qū)的邊界就叫做Frank不全位錯(cuò)。如圖示。Frank分位錯(cuò)有以下特點(diǎn)：位于{111}面上，可以是任何形狀（直線、曲線和封閉環(huán)），但無(wú)論什么形狀，它總是刃型的。Frank分位錯(cuò)不能滑移，只能攀移。775.2位錯(cuò)5.2.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)位錯(cuò)反應(yīng)：幾個(gè)位錯(cuò)合成為一個(gè)新位錯(cuò)或由一個(gè)位錯(cuò)分解為幾個(gè)新位錯(cuò)的過(guò)程稱為位錯(cuò)反應(yīng)。

①幾何條件：

②能量條件：

785.2位錯(cuò)5.2.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)5.面心立方晶體中的位錯(cuò)湯普森（ThompsonN.）四面體：在FCC四面體中可以用Thompson四面體中各特征向量來(lái)表示柏氏矢量。這個(gè)四面體的四個(gè)頂點(diǎn)分別位于晶體中的

如圖示。四面體中對(duì)著頂點(diǎn)A，B，C和D的四個(gè)外表面的中心，則這8個(gè)點(diǎn)中的每2個(gè)點(diǎn)連成的向量就表示了FCC晶體中所有重要位錯(cuò)的柏氏矢量。79

FCC晶體中的Thompson四面體

80FCC晶體中的位錯(cuò)

位錯(cuò)類型柏氏矢量組態(tài)運(yùn)動(dòng)作用全位錯(cuò)螺、刃、混和可滑移、攀移FCC中少見(jiàn)Schokley分位錯(cuò)螺、刃、混和刃型也只能滑移不能攀移；螺型也不能交滑移擴(kuò)展位錯(cuò)螺、刃、混和只能滑移不能攀移；在有障礙物情況下可交滑移或攀移強(qiáng)化Frank分位錯(cuò)刃不能滑移，只能攀移壓桿位錯(cuò)螺、刃、混和不能滑移，定位錯(cuò)強(qiáng)化815.2位錯(cuò)5.2.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)5.面心立方晶體中的位錯(cuò)擴(kuò)展層錯(cuò)：通常把一個(gè)全位錯(cuò)分解為兩個(gè)不全位錯(cuò)，中間夾著一個(gè)堆垛層錯(cuò)的整個(gè)位錯(cuò)組態(tài)稱為擴(kuò)展位錯(cuò)。825.2位錯(cuò)5.2.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)6.其它晶體中的位錯(cuò)體心立方晶體中的位錯(cuò)BCC晶體中全位錯(cuò)的柏氏矢量為，其滑移面有{110}，{112}和{123}三類。而3個(gè){110}，3個(gè){112}和6個(gè){123}面交于同一個(gè)<111>方向。Shockley分位錯(cuò)和擴(kuò)展位錯(cuò)：在（112）面上的柏氏矢量為的全位錯(cuò)可能分解為柏氏矢量為和的兩個(gè)Shockley分位錯(cuò)，中間夾著一條內(nèi)稟層錯(cuò)帶，形成擴(kuò)展位錯(cuò)。835.2位錯(cuò)5.2.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)6.其它晶體中的位錯(cuò)密排六方晶體中的位錯(cuò)：HCP晶體中全位錯(cuò)的柏氏矢量一般是其滑移面多為（0001）（基面）Shockley不全位錯(cuò)和擴(kuò)展位錯(cuò)：全位錯(cuò)往往分解為兩個(gè)柏氏矢量為的Shockley分位錯(cuò)，中間夾著一條擴(kuò)展位錯(cuò)。Frank不全位錯(cuò)：和FCC晶體相似，在HCP晶體中過(guò)飽和空位或間隙原子的擇優(yōu)聚集和塌陷也會(huì)形成Frank位錯(cuò)環(huán)，但情況要比FCC更復(fù)雜。845.2位錯(cuò)5.2.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)6.其它晶體中的位錯(cuò)離子晶體中的位錯(cuò)：滑移面未必是最密排面，但柏氏矢量仍為最短的點(diǎn)陣矢量。刃型位錯(cuò)的附加半原子面實(shí)際上是包括兩個(gè)互補(bǔ)的附加半原子面。在位錯(cuò)露頭處具有有效電荷。刃型位錯(cuò)在滑移面上滑移時(shí)沿著位錯(cuò)線，沒(méi)有離子和電荷的移動(dòng)，因而位錯(cuò)露頭出的有效電荷不改變符號(hào)，且彎折處沒(méi)有有效電荷。但割階處是正離子空位，故具有負(fù)的有效電荷。

855.2位錯(cuò)5.2.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)6.其它晶體中的位錯(cuò)NaCl和Al2O3晶體中的位錯(cuò)金剛石晶體中的位錯(cuò)共價(jià)鍵因?yàn)槠浞较蛐院途钟蛐远沟镁w的微觀對(duì)稱性下降，這對(duì)于位錯(cuò)的特性有較大的影響。易滑的位錯(cuò)稱為滑動(dòng)型位錯(cuò)，不易滑的位錯(cuò)稱為拖動(dòng)型位錯(cuò)。865.2位錯(cuò)5.2.6實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)6.其它晶體中的位錯(cuò)高分子晶體中的位錯(cuò)聚合物晶體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，在分子鏈軸方向具有很強(qiáng)的共價(jià)鍵，而在橫向則是很弱的范德瓦爾斯力，因此重要的位錯(cuò)都沿鏈軸方向。875.3表面及界面界面通常包含幾個(gè)原子層厚的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的原子排列甚至化學(xué)成分往往不同于晶體內(nèi)部，又因它是二維結(jié)構(gòu)分布，故也稱為晶體的面缺陷。界面的存在對(duì)晶體的力學(xué)、物理和化學(xué)等性能產(chǎn)生重要的影響。885.3表面及界面5.3.1外表面在晶體表面上，原子配位數(shù)與晶內(nèi)不同，表面原子會(huì)偏離其正常的平衡位置，并影響到鄰近的幾層原子，造成表層的點(diǎn)陣畸變，使它們的能量比內(nèi)部原子高，這幾層高能量的原子層稱為表面。晶體表面單位面積自由能的增加稱為表面能（J/m2）。表面能也可理解為產(chǎn)生單位面積新表面所作的功。表面能與晶體表面原子排列致密程度有關(guān)，原子密排的表面具有最小的表面能。所以自由晶體暴露在外的表面通常是低表面能的原子密排晶面。895.3表面及界面5.3.2晶界和亞晶界屬于同一固相但位向不同的晶粒之間的界面稱為晶界，它是一種內(nèi)界面；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，相鄰亞晶粒間的界面稱為亞晶界。晶粒的平均直徑通常在0.015-0.25mm范圍內(nèi)，而亞晶粒的平均直徑則通常為0.001mm數(shù)量級(jí)。905.3表面及界面5.3.2晶界和亞晶界晶界位置可用兩個(gè)晶粒的位向差和晶界相對(duì)于一個(gè)點(diǎn)陣某一平面的夾角來(lái)確定。根據(jù)相鄰晶粒之間位向差的大小不同可將晶界分為兩類：

①小角度晶界-相鄰晶粒的位向差小于10o晶界；亞晶界均屬小角度晶界，一般小于2o；

②大角度晶界一相鄰晶粒的位向差大于10o晶界，多晶體中90％以上的晶界屬于此類。915.3表面及界面5.3.2晶界和亞晶界小角度晶界的結(jié)構(gòu)：按照相鄰亞晶粒之間位向差的型式不同，可將小角度晶界分為傾斜晶界、扭轉(zhuǎn)晶界和重合晶界等。它們的結(jié)構(gòu)可用相應(yīng)的模型來(lái)描述。對(duì)稱傾斜晶界：晶界兩側(cè)晶體互相傾斜的結(jié)果。由于兩晶粒的位向差θ角很小，其晶界可看成是由一列平行的刃型位錯(cuò)所構(gòu)成。925.3表面及界面5.3.2晶界和亞晶界小角度晶界的結(jié)構(gòu)：不對(duì)稱傾斜晶界：傾斜晶界的界面繞x軸轉(zhuǎn)了一角度j，此時(shí)兩晶粒之間的位向差仍為θ角，但晶界的界面對(duì)于兩個(gè)晶粒是不對(duì)稱的，稱為不對(duì)稱傾斜晶界。它有兩個(gè)自由度θ和j。該晶界可看成由兩組柏氏矢量相互垂直的刃位錯(cuò)b┻b├交錯(cuò)排列而構(gòu)成的。扭轉(zhuǎn)晶界：可看成是兩部分晶體繞某一軸在一個(gè)共同的晶面上相對(duì)扭轉(zhuǎn)一個(gè)q角所構(gòu)成的，扭轉(zhuǎn)軸垂直于這一共同的晶面。935.3表面及界面5.3.2晶界和亞晶界大角度晶界的結(jié)構(gòu)：多晶體材料中各晶粒之間的晶界通常為大角度晶界。大角度晶界的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，其中原子排列較不規(guī)則，不能用位錯(cuò)模型來(lái)描述。晶界可看成壞區(qū)與好區(qū)交替相間組合而成。隨著位向差的增大，壞區(qū)的面積將相應(yīng)增加。純金屬中大角度晶界的寬度不超過(guò)3個(gè)原子間距。945.3表面及界面5.3.2晶界和亞晶界晶界能：晶界能定義為形成單位面積界面時(shí)，系統(tǒng)的自由能變化（dF/dA

），它等于界面區(qū)單位面積的能量減去無(wú)界面時(shí)該區(qū)單位面積的能量。小角度晶界的能量主要來(lái)自位錯(cuò)能量，而位錯(cuò)密度又決定于晶粒間的位向差，所以，小角度晶界能也和位向差有關(guān)：955.3表面及界面5.3.2晶界和亞晶界晶界能：晶界能可以界面張力的形式來(lái)表現(xiàn)，