材料科學(xué)基礎(chǔ)課件

第一章工程材料中的原子排列硅表面原子排列碳表面原子排列18h第一節(jié)原子的結(jié)合方式第一章第一節(jié)原子結(jié)合方式材料的結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)層次

應(yīng)用舉例原子結(jié)構(gòu)金剛石-切削工具刃原子排列:長(zhǎng)程有序點(diǎn)火器原子排列:短程有序非晶硅-光通訊技術(shù)第一節(jié)原子的結(jié)合方式第一章第一節(jié)原子結(jié)合方式材料的結(jié)構(gòu)層次(續(xù))結(jié)構(gòu)層次

應(yīng)用舉例納米結(jié)構(gòu)納米粒子微觀結(jié)構(gòu)金屬和合金的強(qiáng)度宏觀結(jié)構(gòu)汽車(chē)的防銹漆第一節(jié)原子的結(jié)合方式1原子結(jié)構(gòu)

原子序數(shù)原子量阿佛伽德羅常數(shù)原子量單位電負(fù)性第一章第一節(jié)原子結(jié)合方式?2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning??2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning?第一節(jié)原子的結(jié)合方式1原子結(jié)構(gòu)第一章第一節(jié)原子結(jié)合方式?2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning?第一節(jié)原子的結(jié)合方式2原子結(jié)合鍵

（1）離子鍵與離子晶體原子結(jié)合：電子轉(zhuǎn)移，結(jié)合力大，無(wú)方向性和飽和性；離子晶體；硬度高，脆性大，熔點(diǎn)高、導(dǎo)電性差。如氧化物陶瓷。第一章第一節(jié)原子結(jié)合方式?2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning?第一節(jié)原子的結(jié)合方式（2）共價(jià)鍵與原子晶體原子結(jié)合：電子共用，結(jié)合力大，有方向性和飽和性；原子晶體：強(qiáng)度高、硬度高（金剛石）、熔點(diǎn)高、脆性大、導(dǎo)電性差。如高分子材料。第一章第一節(jié)原子結(jié)合方式?2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning??2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning?第一節(jié)原子的結(jié)合方式（3）金屬鍵與金屬晶體原子結(jié)合：電子逸出共有，結(jié)合力較大，無(wú)方向性和飽和性；金屬晶體：導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性好，熔點(diǎn)較高。如金屬。金屬鍵：依靠正離子與構(gòu)成電子氣的自由電子之間的靜電引力而使諸原子結(jié)合到一起的方式。第一章第一節(jié)原子結(jié)合方式?2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning??2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning?第一節(jié)原子的結(jié)合方式（4）分子鍵與分子晶體原子結(jié)合：電子云偏移，結(jié)合力很小，無(wú)方向性和飽和性。分子晶體：熔點(diǎn)低，硬度低。如高分子材料。第一章第一節(jié)原子結(jié)合方式?2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning?第一節(jié)原子的結(jié)合方式（4）分子鍵與分子晶體氫鍵：（離子結(jié)合）X-H---Y（氫鍵結(jié)合），有方向性，如O-H—O第一章第一節(jié)原子結(jié)合方式?2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning?第一節(jié)原子的結(jié)合方式3結(jié)合鍵分類(lèi)（1）一次鍵

（化學(xué)鍵）：金屬鍵、共價(jià)鍵、離子鍵。（2）二次鍵

（物理鍵）：分子鍵和氫鍵。4原子的排列方式（1）晶體：原子在三維空間內(nèi)的周期性規(guī)則排列。長(zhǎng)程有序，各向異性。（2）非晶體：――――――――――不規(guī)則排列。長(zhǎng)程無(wú)序，各向同性。第一章第一節(jié)原子結(jié)合方式第二節(jié)原子的規(guī)則排列一

晶體學(xué)基礎(chǔ)1空間點(diǎn)陣與晶體結(jié)構(gòu)（1）空間點(diǎn)陣：由幾何點(diǎn)做周期性的規(guī)則排列所形成的三維陣列。特征：a原子的理想排列；b有14種。其中：陣點(diǎn)－空間點(diǎn)陣中的點(diǎn)。它是純粹的幾何點(diǎn)，各點(diǎn)周?chē)h(huán)境相同。晶格－描述晶體中原子排列規(guī)律的空間格架。晶胞－空間點(diǎn)陣中最小的幾何單元。（2）晶體結(jié)構(gòu)：原子、離子或原子團(tuán)按照空間點(diǎn)陣的實(shí)際排列。特征：a可能存在局部缺陷；

b可有無(wú)限多種。第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列第二節(jié)原子的規(guī)則排列2晶胞

（1）――－：構(gòu)成空間點(diǎn)陣的最基本單元。（2）選取原則：a能夠充分反映空間點(diǎn)陣的對(duì)稱(chēng)性；b相等的棱和角的數(shù)目最多；c具有盡可能多的直角；d體積最小。（3）形狀和大小有三個(gè)棱邊的長(zhǎng)度a,b,c及其夾角α,β,γ表示。（4）晶胞中點(diǎn)的位置表示（坐標(biāo)法）。第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E第二節(jié)原子的規(guī)則排列3布拉菲點(diǎn)陣14種點(diǎn)陣分屬7個(gè)晶系。第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列第二節(jié)原子的規(guī)則排列4晶向指數(shù)與晶面指數(shù)晶向：空間點(diǎn)陣中各陣點(diǎn)列的方向。晶面：通過(guò)空間點(diǎn)陣中任意一組陣點(diǎn)的平面。國(guó)際上通用米勒指數(shù)標(biāo)定晶向和晶面。第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列第二節(jié)原子的規(guī)則排列

（1）晶向指數(shù)的標(biāo)定

a建立坐標(biāo)系。確定原點(diǎn)（陣點(diǎn)）、坐標(biāo)軸和度量單位（棱邊）。

b求坐標(biāo)。u’,v’,w’。

c化整數(shù)。

u,v,w.d加[]。[uvw]（最小整數(shù)）。說(shuō)明：

a指數(shù)意義：代表相互平行、方向一致的所有晶向。

b負(fù)值：標(biāo)于數(shù)字上方，表示同一晶向的相反方向。c晶向族：晶體中原子排列情況相同但空間位向不同的一組晶向。用<uvw>表示，數(shù)字相同，但排列順序不同或正負(fù)號(hào)不同的晶向?qū)儆谕痪蜃?。第一章第二?jié)原子規(guī)則排列2h第二節(jié)原子的規(guī)則排列

（2）晶面指數(shù)的標(biāo)定

a建立坐標(biāo)系：確定原點(diǎn)（非陣點(diǎn)）、坐標(biāo)軸和度量單位。

b量截距：x,y,z。

c取倒數(shù)：h’,k’,l’。

d化整數(shù)：h,k,k。

e加圓括號(hào)：(hkl)。

（最小整數(shù)？）第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列第二節(jié)原子的規(guī)則排列

（2）晶面指數(shù)的標(biāo)定

第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列(c)2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning?例：標(biāo)定下列A,B,C面的指數(shù)。第二節(jié)原子的規(guī)則排列說(shuō)明：

a指數(shù)意義：代表一組平行的晶面；

b0的意義：面與對(duì)應(yīng)的軸平行；

c平行晶面：指數(shù)相同，或數(shù)字相同但正負(fù)號(hào)相反；

d晶面族：晶體中具有相同條件（原子排列和晶面間距完全相同），空間位向不同的各組晶面。用{hkl}表示。

e若晶面與晶向同面，則hu+kv+lw=0;f若晶面與晶向垂直，則u=h,k=v,w=l。

平移坐標(biāo)原點(diǎn)：為了標(biāo)定方便。第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列第二節(jié)原子的規(guī)則排列

（3）六方系晶向指數(shù)和晶面指數(shù)

a六方系指數(shù)標(biāo)定的特殊性：四軸坐標(biāo)系（等價(jià)晶面不具有等價(jià)指數(shù)）。

b晶面指數(shù)的標(biāo)定

標(biāo)法與立方系相同(四個(gè)截距)；用四個(gè)數(shù)字(hkil)表示；i=-(h+k)。

第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列(c)2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning?第二節(jié)原子的規(guī)則排列

（3）六方系晶向指數(shù)和晶面指數(shù)

c晶向指數(shù)的標(biāo)定

標(biāo)法與立方系相同(四個(gè)坐標(biāo))；用四個(gè)數(shù)字(uvtw)表示；t=-(u+w)。

依次平移法：適合于已知指數(shù)畫(huà)晶向（末點(diǎn)）。

坐標(biāo)換算法：[UVW]~[uvtw]u=(2U-V)/3,v=(2V-U)/3,t=-(U+V)/3,w=W。第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列第二節(jié)原子的規(guī)則排列

（3）六方系晶向指數(shù)和晶面指數(shù)

第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列第二節(jié)原子的規(guī)則排列

（4）晶帶

a――：平行于某一晶向直線所有晶面的組合。

晶帶軸

晶帶面

b性質(zhì)：晶帶用晶帶軸的晶向指數(shù)表示；晶帶面//晶帶軸；

hu+kv+lw=0c晶帶定律

凡滿足上式的晶面都屬于以[uvw]為晶帶軸的晶帶。推論：（a）

由兩晶面(h1k1l1)(h2k2l2)求其晶帶軸[uvw]：u=k1l2-k2l1;v=l1h2-l2h1;w=h1k2-h2k1。（b）

由兩晶向[u1v1w1][u2v2w2]求其決定的晶面(hkl)。H=v1w1-v2w2;k=w1u2-w2u1;l=u1v2-u2v1。第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列第二節(jié)原子的規(guī)則排列

（5）晶面間距a――：一組平行晶面中，相鄰兩個(gè)平行晶面之間的距離。b計(jì)算公式（簡(jiǎn)單立方）：

d=a/(h2+k2+l2)1/2注意：只適用于簡(jiǎn)單晶胞；對(duì)于面心立方hkl不全為偶、奇數(shù)、體心立方h+k+l=奇數(shù)時(shí)，d(hkl)=d/2。第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列低指數(shù)晶面的面間距較大；晶面間距越大,該面上原子排列越緊密;原子線密度最大的晶向上面間距最大。第二節(jié)原子的規(guī)則排列二

典型晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征

第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)案例討論：工程上大量使用鋼鐵材料，鋼和鐵在性能上差別較大，各有優(yōu)勢(shì)，設(shè)想這種差別的來(lái)源。第二節(jié)原子的規(guī)則排列二

典型晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征

1三種常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)

面心立方（A1,FCC）體心立方（A2,BCC）密排六方（A3,HCP）第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E第二節(jié)原子的規(guī)則排列二

典型晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征

1三種常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)

晶胞原子數(shù)

4；2；6點(diǎn)陣常數(shù)

a=2/2r；

a=4/3r/3；

a=2r。第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E第二節(jié)原子的規(guī)則排列二

典型晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征

1三種常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)

配位數(shù)

12；8（8＋6）；12致密度

0.74；0.68；0.74配位數(shù)（CN）：晶體結(jié)構(gòu)中任一原子周?chē)罱业染嚯x的原子數(shù)。致密度（K）：晶體結(jié)構(gòu)中原子體積占總體積的百分?jǐn)?shù)。K=nv/V。第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列4hSmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E第二節(jié)原子的規(guī)則排列二

典型晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征

1三種常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)

堆垛方式

ABCABC..ABABAB..ABABAB..第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列第二節(jié)原子的規(guī)則排列二

典型晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征

1三種常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)

第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列(c)2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning?(c)2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning?第二節(jié)原子的規(guī)則排列二

典型晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征

1三種常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)

第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E第二節(jié)原子的規(guī)則排列二

典型晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征

1三種常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)

原子線密度………(最大的方向)……密排方向原子面密度………(最大的面)……密排面第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E第二節(jié)原子的規(guī)則排列第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列案例討論：工程上大量使用低碳鋼滲碳件，試分析材料的滲碳行為與哪些因素有關(guān)?晶格常數(shù)?結(jié)構(gòu)類(lèi)型?致密度?....?SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E第二節(jié)原子的規(guī)則排列二

典型晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征

結(jié)構(gòu)間隙正四面體正八面體四面體扁八面體四面體正八面體（個(gè)數(shù)）84126126（rB/rA）0.2250.4140.290.150.2250.414間隙半徑（rB）：間隙中所能容納的最大圓球半徑。第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列第二節(jié)原子的規(guī)則排列二

典型晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征

2

離子晶體的結(jié)構(gòu)

(1)離子晶體的主要特點(diǎn)硬度高、脆性大；熔點(diǎn)高，熱膨脹系數(shù)??；絕緣；無(wú)色透明。

第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列第二節(jié)原子的規(guī)則排列二

典型晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征

2

離子晶體的結(jié)構(gòu)

(2)離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則離子堆積:負(fù)離子堆積成骨架,正離子位于負(fù)離子配位多面體間隙中.

鮑林第一規(guī)則（負(fù)離子配位多面體規(guī)則）在離子晶體中，正離子周?chē)纬梢粋€(gè)負(fù)離子配位多面體，正負(fù)離子間的平衡距離取決于正負(fù)離子半徑之和，正離子的配位數(shù)取決于正負(fù)離子的半徑比。

第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列第二節(jié)原子的規(guī)則排列二

典型晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征

2

離子晶體的結(jié)構(gòu)

（2〕離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則

負(fù)離子配位多面體:

在離子晶體結(jié)構(gòu)中，與某一個(gè)正離子成配位關(guān)系而鄰接的各個(gè)負(fù)離子中心線所構(gòu)成的多面體。第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列第二節(jié)原子的規(guī)則排列二

典型晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征

2

離子晶體的結(jié)構(gòu)

(2)離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則

鮑林第二規(guī)則（電價(jià)規(guī)則含義）：一個(gè)負(fù)離子必定同時(shí)被一定數(shù)量的負(fù)離子配位多面體所共有。鮑林第三規(guī)則（棱與面規(guī)則）：在配位結(jié)構(gòu)中，共用棱特別是共用面的存在，會(huì)降低這個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列第二節(jié)原子的規(guī)則排列二

典型晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征

2

離子晶體的結(jié)構(gòu)

(3)常見(jiàn)離子晶體的結(jié)構(gòu)

第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列第二節(jié)原子的規(guī)則排列二

典型晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征

3

共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)

（1〕飽和性：一個(gè)原子的共價(jià)鍵數(shù)為8-N。（2〕方向性：各鍵之間有確定的方位（配位數(shù)小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定）

第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列第二節(jié)原子的規(guī)則排列三多晶型性元素的晶體結(jié)構(gòu)隨外界條件的變化而發(fā)生轉(zhuǎn)變的性質(zhì)。

如：Fe(α---γ----δ).第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E第二節(jié)原子的規(guī)則排列三多晶型性例:計(jì)算

-鐵轉(zhuǎn)變?yōu)?鐵時(shí)的體積變化。（1）假定轉(zhuǎn)變前后鐵原子半徑不變。（2）R2=0.97R1。第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E第二節(jié)原子的規(guī)則排列四

影響原子半徑的因素（1）溫度與應(yīng)力。（2）結(jié)合鍵的影響。（3）配位數(shù)的影響

（高配位結(jié)構(gòu)向低配位結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，體積膨脹，原子半徑減小減緩體積變化。)（4）核外電子分布的影響（一周期內(nèi)，隨核外電子數(shù)增加至填滿，原子半徑減小至一最小值。)第一章第二節(jié)原子規(guī)則排列6h第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列案例討論：工程上大量使用形變加工的方法改善金屬材料的強(qiáng)度及其它性能，從材料晶體結(jié)構(gòu)的角度設(shè)想其中的原理。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列維納斯“無(wú)臂”之美更深入人心晶體缺陷賦予材料豐富內(nèi)容第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列第三節(jié)原子的不規(guī)則排列

原子的不規(guī)則排列產(chǎn)生晶體缺陷。晶體缺陷在材料組織控制（如擴(kuò)散、相變）和性能控制（如材料強(qiáng)化）中具有重要作用。晶體缺陷：實(shí)際晶體中與理想點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)發(fā)生偏差的區(qū)域。點(diǎn)缺陷：在三維空間各方向上尺寸都很小的缺陷。如空位、間隙原子、異類(lèi)原子等。線缺陷：在兩個(gè)方向上尺寸很小，而另一個(gè)方向上尺寸較大的缺陷。主要是位錯(cuò)。面缺陷：在一個(gè)方向上尺寸很小，在另外兩個(gè)方向上尺寸較大的缺陷。如晶界、相界、表面等。第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列第三節(jié)原子的不規(guī)則排列一點(diǎn)缺陷1點(diǎn)缺陷的類(lèi)型（1）空位：肖脫基空位－離位原子進(jìn)入其它空位或遷移至晶界或表面。弗蘭克爾空位－離位原子進(jìn)入晶體間隙。（2）間隙原子：位于晶體點(diǎn)陣間隙的原子。（3）置換原子：位于晶體點(diǎn)陣位置的異類(lèi)原子。第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列第三節(jié)原子的不規(guī)則排列一點(diǎn)缺陷第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列(c)2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning第三節(jié)原子的不規(guī)則排列一點(diǎn)缺陷肖脫基空位弗蘭克爾空位第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列第三節(jié)原子的不規(guī)則排列一點(diǎn)缺陷2點(diǎn)缺陷的平衡濃度（1）點(diǎn)缺陷是熱力學(xué)平衡的缺陷－在一定溫度下，晶體中總是存在著一定數(shù)量的點(diǎn)缺陷（空位），這時(shí)體系的能量最低－具有平衡點(diǎn)缺陷的晶體比理想晶體在熱力學(xué)上更為穩(wěn)定。（原因：晶體中形成點(diǎn)缺陷時(shí)，體系內(nèi)能的增加將使自由能升高，但體系熵值也增加了，這一因素又使自由能降低。其結(jié)果是在G-n曲線上出現(xiàn)了最低值，對(duì)應(yīng)的n值即為平衡空位數(shù)。）（2）點(diǎn)缺陷的平衡濃度

C=Aexp(-?Ev/kT)第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列第三節(jié)原子的不規(guī)則排列一點(diǎn)缺陷3點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生及其運(yùn)動(dòng)（1）點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生平衡點(diǎn)缺陷：熱振動(dòng)中的能力起伏。過(guò)飽和點(diǎn)缺陷：外來(lái)作用，如高溫淬火、輻照、冷加工等。（2）點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)（遷移、復(fù)合－濃度降低；聚集－濃度升高－塌陷）第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列第三節(jié)原子的不規(guī)則排列一點(diǎn)缺陷4點(diǎn)缺陷與材料行為（1）結(jié)構(gòu)變化：晶格畸變（如空位引起晶格收縮，間隙原子引起晶格膨脹，置換原子可引起收縮或膨脹。）（2）性能變化：物理性能（如電阻率增大，密度減小。）力學(xué)性能（屈服強(qiáng)度提高。）第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列第三節(jié)原子的不規(guī)則排列二線缺陷（位錯(cuò)）dislocation

位錯(cuò)：晶體中某處一列或若干列原子有規(guī)律的錯(cuò)排。意義：（對(duì)材料的力學(xué)行為如塑性變形、強(qiáng)度、斷裂等起著決定性的作用，對(duì)材料的擴(kuò)散、相變過(guò)程有較大影響。）位錯(cuò)的提出：1926年，弗蘭克爾發(fā)現(xiàn)理論晶體模型剛性切變強(qiáng)度與與實(shí)測(cè)臨界切應(yīng)力的巨大差異（2～4個(gè)數(shù)量級(jí)）。

1934年，泰勒、波朗依、奧羅萬(wàn)幾乎同時(shí)提出位錯(cuò)的概念。

1939年，柏格斯提出用柏氏矢量表征位錯(cuò)。

1947年，柯垂耳提出溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的交互作用。

1950年，弗蘭克和瑞德同時(shí)提出位錯(cuò)增殖機(jī)制。之后，用TEM直接觀察到了晶體中的位錯(cuò)。第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列第三節(jié)原子的不規(guī)則排列二線缺陷（位錯(cuò)）

1位錯(cuò)的基本類(lèi)型（1）刃型位錯(cuò)edgedislocation模型：滑移面/半原子面/位錯(cuò)線（位錯(cuò)線┻晶體滑移方向，位錯(cuò)線┻位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向，晶體滑移方向//位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向。）分類(lèi)：正刃型位錯(cuò)（┻）；負(fù)刃型位錯(cuò)（┳）。第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列第三節(jié)原子的不規(guī)則排列二線缺陷（位錯(cuò)）

1位錯(cuò)的基本類(lèi)型（1）刃型位錯(cuò)產(chǎn)生：空位塌陷；局部滑移。第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列第三節(jié)原子的不規(guī)則排列二線缺陷（位錯(cuò)）

1位錯(cuò)的基本類(lèi)型

（2）螺型位錯(cuò)screwdislocation模型：滑移面/位錯(cuò)線。（位錯(cuò)線//晶體滑移方向，位錯(cuò)線┻位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向，晶體滑移方向┻位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向。）分類(lèi)：左螺型位錯(cuò)；右螺型位錯(cuò)。第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列(c)2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning第三節(jié)原子的不規(guī)則排列二線缺陷（位錯(cuò)）

1位錯(cuò)的基本類(lèi)型

（2）螺型位錯(cuò)screwdislocation第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列第三節(jié)原子的不規(guī)則排列二線缺陷（位錯(cuò)）

1位錯(cuò)的基本類(lèi)型

（3）混合位錯(cuò)模型：滑移面/位錯(cuò)線。第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列第三節(jié)原子的不規(guī)則排列二線缺陷（位錯(cuò)）

1位錯(cuò)的基本類(lèi)型

（3）混合位錯(cuò)第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列第三節(jié)原子的不規(guī)則排列二線缺陷（位錯(cuò)）

2位錯(cuò)的性質(zhì)（1）形狀：不一定是直線，位錯(cuò)及其畸變區(qū)是一條管道。（2）是已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界。（3）不能中斷于晶體內(nèi)部?？稍诒砻媛额^，或終止于晶界和相界，或與其它位錯(cuò)相交，或自行封閉成環(huán)。第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列8h第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列3柏氏矢量Burgersvector（1）確定方法(避開(kāi)嚴(yán)重畸變區(qū))a在位錯(cuò)周?chē)刂c(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)形成封閉回路。b在理想晶體中按同樣順序作同樣大小的回路。c在理想晶體中從終點(diǎn)到起點(diǎn)的矢量即為――。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列3柏氏矢量（1）確定方法(避開(kāi)嚴(yán)重畸變區(qū))第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列3柏氏矢量（1）確定方法(避開(kāi)嚴(yán)重畸變區(qū))第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（2）柏氏矢量的表示方法a

表示:b=a[uvw]/n

（可以用矢量加法進(jìn)行運(yùn)算）。b求模：/b/=a[u2+v2+w2]1/2/n

。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（3）柏氏矢量的物理意義與應(yīng)用a代表位錯(cuò)，并表示其特征（強(qiáng)度、畸變量）。b判斷位錯(cuò)的類(lèi)型,確定滑移面。

b正刃型位錯(cuò)負(fù)刃型位錯(cuò)右螺型位錯(cuò)左螺型位錯(cuò)c表示晶體滑移的方向和大小。

如右圖所示，確定位錯(cuò)線分別為刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)時(shí)掃過(guò)晶體導(dǎo)致的表面圓形標(biāo)記的變化情況。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（3）柏氏矢量的物理意義d柏氏矢量的守恒性（唯一性）：一條位錯(cuò)線具有唯一的柏氏矢量。e若b分支為b1,b2….bn,在b=bi.b1b3b2第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列4位錯(cuò)密度（1）表示方法：ρ＝K/Vρ＝n/A（2）晶體強(qiáng)度與位錯(cuò)密度的關(guān)系

（τ-ρ圖）

c

第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

4位錯(cuò)密度（3）位錯(cuò)觀察：浸蝕法、電境法。(c)2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning(c)2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

4位錯(cuò)密度（3）位錯(cuò)觀察：浸蝕法、電境法。SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

5位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) （1）位錯(cuò)的易動(dòng)性原子的微小移動(dòng)導(dǎo)致晶體產(chǎn)生一個(gè)原子間距的位移。多個(gè)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致晶體的宏觀變形。比喻：地毯的挪動(dòng)、蛇的爬行等。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

5位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) （1）位錯(cuò)的易動(dòng)性

位錯(cuò)滑移模型1

位錯(cuò)滑移模型2地毯式移動(dòng)第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（2）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式

a滑移：位錯(cuò)沿著滑移面的移動(dòng)。刃型位錯(cuò)的滑移：具有唯一的滑移面切應(yīng)力方向與位錯(cuò)線垂直；晶體滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向一致。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（2）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式

a滑移：位錯(cuò)沿著滑移面的移動(dòng)。

第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（2）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式a滑移：位錯(cuò)沿著滑移面的移動(dòng)。螺型位錯(cuò)的滑移：具有多個(gè)滑移面。切應(yīng)力方向與位錯(cuò)線平行；晶體滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向垂直。從柏氏矢量角度，對(duì)任何位錯(cuò)：切應(yīng)力方向與柏氏矢量一致；晶體滑移與柏氏矢量一致。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（2）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式

a滑移：位錯(cuò)沿著滑移面的移動(dòng)。位錯(cuò)環(huán)的滑移：注重柏氏矢量的應(yīng)用10h習(xí)題討論課-晶體結(jié)構(gòu)部分第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列1計(jì)算1cm3銅中的原子數(shù)，已知室溫下acu=0.361nm.2已知Al2O3的密度為3.8Mg/cm3,求：（1）1mm3Al2O3中存在多少原子？

(2)1gAl2O3中存在多少原子？3說(shuō)明一個(gè)面心正方結(jié)構(gòu)等于一個(gè)體心正方結(jié)構(gòu).4證明密排六方結(jié)構(gòu)的c/a=1.633.5在(111)晶面上繪出屬于<110>的晶向.6Youare

givenanunknownmaterialandareaskedtoidentifyittothebestofyourability.Whataresomeoftheteststhatyoucanperformtohelpidentifythematerial?12h第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（2）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式

b攀移：刃型位錯(cuò)在垂直于滑移面方向上的運(yùn)動(dòng)。

機(jī)制：原子面下端原子的擴(kuò)散――位錯(cuò)隨半原子面的上下移動(dòng)而上下運(yùn)動(dòng)。分類(lèi)：正攀移（原子面上移、空位加入）/負(fù)攀移（原子面下移、原子加入）。應(yīng)力的作用：（半原子面?zhèn)龋簯?yīng)力有利于正攀移，拉應(yīng)力有利于負(fù)攀移。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（2）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式

b攀移：刃型位錯(cuò)在垂直于滑移面方向上的運(yùn)動(dòng)。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（3）作用在位錯(cuò)上的力（單位距離上）

(虛功原理-組態(tài)力）滑移：f=τb；垂直于位錯(cuò)線，指向位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向（未滑移區(qū)）攀移：f=σb。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

6位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)及其與其它缺陷的作用（1）應(yīng)力場(chǎng)螺位錯(cuò)：

z=b/2πrτz

＝Gb/2πr。

特點(diǎn)：只有切應(yīng)力分量；應(yīng)力場(chǎng)對(duì)稱(chēng)分布。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

6位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)及其與其它缺陷的作用（1）應(yīng)力場(chǎng)刃位錯(cuò)：表達(dá)式；同時(shí)存在正應(yīng)力分量與切應(yīng)力分量；

各應(yīng)力分量都是x，y的函數(shù)，而與z無(wú)關(guān)；

刃型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)對(duì)稱(chēng)于多余半原子面（y-z面）；

Y=0時(shí)，σxx=σyy=σzz=0，說(shuō)明在滑移面上，沒(méi)有正應(yīng)力，只有切應(yīng)力，而且切應(yīng)力τxy達(dá)到極大值。

y＞0時(shí)，σxx＜0；而y＜0時(shí)，σxx＞0。這說(shuō)明正刃型位錯(cuò)的位錯(cuò)滑移面上側(cè)為壓應(yīng)力，滑移面下側(cè)為張應(yīng)力。在應(yīng)力場(chǎng)的任意位置處，|σxx|＞|σyy|。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

6位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)及其與其它缺陷的作用（2）位錯(cuò)的應(yīng)變能與線張力

A

單位長(zhǎng)度位錯(cuò)的應(yīng)變能：w=αGb2(推導(dǎo)略）。（α＝0.5~1.0,螺位錯(cuò)取下限，刃位錯(cuò)取上限。）

B

位錯(cuò)的線張力：T=αGb2。

C

位錯(cuò)是不穩(wěn)定的缺陷。（熵增不能抵消應(yīng)變能的增加。）單根位錯(cuò)趨于直線狀；結(jié)點(diǎn)處張力平衡；兩端固定且受力時(shí)彎曲。

第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

6位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)及其與其它缺陷的作用（2）位錯(cuò)的應(yīng)變能與線張力

D

保持位錯(cuò)彎曲所需的切應(yīng)力：

τ＝Gb/2r第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

6位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)及其與其它缺陷的作用

（3）位錯(cuò)與位錯(cuò)的交互作用

f=τb，f=σb

（刃位錯(cuò)）。同號(hào)相互排斥，異號(hào)相互吸引。(達(dá)到能量最低狀態(tài)。)第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

6位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)及其與其它缺陷的作用

（4）位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的相互作用間隙原子聚集于位錯(cuò)中心，使體系處于低能態(tài)。柯氏氣團(tuán)：溶質(zhì)原子在位錯(cuò)線附近偏聚的現(xiàn)象。

（5）位錯(cuò)與空位的交互作用導(dǎo)致位錯(cuò)攀移。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

7位錯(cuò)的增殖、塞積與交割（1）位錯(cuò)的增殖：F-R源。位錯(cuò)兩端被釘扎，在切應(yīng)力作用下發(fā)生彎曲；位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生卷曲；異號(hào)位錯(cuò)相遇—一位錯(cuò)環(huán)+一位錯(cuò)線；

上述過(guò)程重復(fù)進(jìn)行。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

7位錯(cuò)的增殖、塞積與交割（2）位錯(cuò)的塞積分布：逐步分散。錯(cuò)受力：切應(yīng)力作用在位錯(cuò)上的力、位錯(cuò)間的排斥力、障礙物的阻力（短程）?！汀汀汀汀汀汀驼系K物源O第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

7位錯(cuò)的增殖、塞積與交割

（3）位錯(cuò)的交割位錯(cuò)交割后結(jié)果：按照對(duì)方位錯(cuò)柏氏矢量（變化方向和大?。８铍A：位錯(cuò)交割后的臺(tái)階不位于它原來(lái)的滑移面上。扭折：――――――――位于――――。對(duì)性能影響：增加位錯(cuò)長(zhǎng)度，產(chǎn)生固定割階。14h第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

8位錯(cuò)反應(yīng)（1）位錯(cuò)反應(yīng)：位錯(cuò)的分解與合并。（2）反應(yīng)條件幾何條件：∑b前=∑b后；反應(yīng)前后位錯(cuò)的柏氏矢量之和相等。能量條件：∑b2前>∑b2后;反應(yīng)后位錯(cuò)的總能量小于反應(yīng)前位錯(cuò)的總能量。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

9實(shí)際晶體中的位錯(cuò)位錯(cuò)的柏氏矢量一般是最短的點(diǎn)陣矢量。

結(jié)構(gòu)條件：柏氏矢量連接兩個(gè)原子平衡位置。

能量條件：體系能量越低，位錯(cuò)越穩(wěn)定。（1）全位錯(cuò)：通常把柏氏矢量等于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)稱(chēng)為全位錯(cuò)或單位位錯(cuò)。（2）不全位錯(cuò)：柏氏矢量小于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)。

第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

9實(shí)際晶體中的位錯(cuò)

（3）肖克萊和弗蘭克不全位錯(cuò)。肖克萊不全位錯(cuò)的形成：原子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致局部錯(cuò)排，錯(cuò)排區(qū)與完整晶格區(qū)的邊界線即為肖克萊不全位錯(cuò)。（結(jié)合位錯(cuò)反應(yīng)理解?？蔀槿行?、螺型或混合型位錯(cuò)。）第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

9實(shí)際晶體中的位錯(cuò)弗蘭克不全位錯(cuò)的形成：在完整晶體中局部抽出或插入一層原子所形成。（只能攀移，不能滑移。）

第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

9實(shí)際晶體中的位錯(cuò)

（4）堆垛層錯(cuò)與擴(kuò)展位錯(cuò)堆垛層錯(cuò)：晶體中原子堆垛次序中出現(xiàn)的層狀錯(cuò)排。擴(kuò)展位錯(cuò)：一對(duì)不全位錯(cuò)及中間夾的層錯(cuò)稱(chēng)之。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷

面缺陷主要包括晶界、相界和表面，它們對(duì)材料的力學(xué)和物理化學(xué)性能具有重要影響。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷1晶界（1）晶界：兩個(gè)空間位向不同的相鄰晶粒之間的界面。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷1晶界（2）分類(lèi)大角度晶界：晶粒位向差大于10度的晶界。其結(jié)構(gòu)為幾個(gè)原子范圍內(nèi)的原子的混亂排列，可視為一個(gè)過(guò)渡區(qū)。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷1晶界（2）分類(lèi)小角度晶界：晶粒位向差小于10度的晶界。其結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)列，又分為對(duì)稱(chēng)傾側(cè)晶界和扭轉(zhuǎn)晶界。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷1晶界（2）分類(lèi)第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷1晶界（2）分類(lèi)亞晶界：位向差小于1度的亞晶粒之間的邊界。為位錯(cuò)結(jié)構(gòu)。孿晶界：兩塊相鄰孿晶的共晶面。分為共格孿晶界和非共格孿晶界。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷1晶界（2）分類(lèi)2相界（1）相界：相鄰兩個(gè)相之間的界面。分類(lèi)：共格、半共格和非共格相界。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷3表面（1）表面吸附：外來(lái)原子或氣體分子在表面上富集的現(xiàn)象。（2）分類(lèi)物理吸附：由分子鍵力引起，無(wú)選擇性，吸附熱小，結(jié)合力小?；瘜W(xué)吸附：由化學(xué)鍵力引起，有選擇性，吸附熱大，結(jié)合力大。第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷4界面特性（1）界面能會(huì)引起界面吸附。（2）界面上原子擴(kuò)散速度較快。（3）對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙作用。（4）易被氧化和腐蝕。（5）原子的混亂排列利于固態(tài)相變的形核。16h第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列本章小結(jié)與習(xí)題討論課-晶體缺陷部分1

已知位錯(cuò)環(huán)ABCD的柏氏矢量為b,外應(yīng)力為和，求：（1）位錯(cuò)環(huán)的各邊分別是什么位錯(cuò)？（2）設(shè)想在晶體中怎樣才能得到這個(gè)位錯(cuò)？（3）在足夠大的切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)？（4）在足夠大的拉應(yīng)力作用下，位錯(cuò)環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)？第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列本章小結(jié)與習(xí)題討論課-晶體缺陷部分2如圖所示，若在切壓力的作用下，位錯(cuò)環(huán)發(fā)生收縮。要使該位錯(cuò)環(huán)在晶體中穩(wěn)定不動(dòng)，其最小半徑應(yīng)該是多大？3有兩個(gè)被釘扎的刃型位錯(cuò)A-B,C-D,它們的長(zhǎng)度相等，b矢量相同，可看作兩個(gè)F-R源。試分析增殖過(guò)程中兩位錯(cuò)的交互作用情況。若形成一個(gè)大的位錯(cuò)源，使其開(kāi)動(dòng)的切應(yīng)力

C多大，若兩位錯(cuò)柏氏矢量相反，情況如何？108第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列3柏氏矢量（1）確定方法(避開(kāi)嚴(yán)重畸變區(qū))109第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列3柏氏矢量（1）確定方法(避開(kāi)嚴(yán)重畸變區(qū))110第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（2）柏氏矢量的表示方法a

表示:b=a[uvw]/n

（可以用矢量加法進(jìn)行運(yùn)算）。b求模：/b/=a[u2+v2+w2]1/2/n

。111第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（3）柏氏矢量的物理意義與應(yīng)用a代表位錯(cuò)，并表示其特征（強(qiáng)度、畸變量）。b判斷位錯(cuò)的類(lèi)型,確定滑移面。

b正刃型位錯(cuò)負(fù)刃型位錯(cuò)右螺型位錯(cuò)左螺型位錯(cuò)c表示晶體滑移的方向和大小。

如右圖所示，確定位錯(cuò)線分別為刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)時(shí)掃過(guò)晶體導(dǎo)致的表面圓形標(biāo)記的變化情況。112第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（3）柏氏矢量的物理意義d柏氏矢量的守恒性（唯一性）：一條位錯(cuò)線具有唯一的柏氏矢量。e若b分支為b1,b2….bn,在b=bi.b1b3b2113第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列4位錯(cuò)密度（1）表示方法：ρ＝K/Vρ＝n/A（2）晶體強(qiáng)度與位錯(cuò)密度的關(guān)系

（τ-ρ圖）

c

114第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

4位錯(cuò)密度（3）位錯(cuò)觀察：浸蝕法、電境法。(c)2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning(c)2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning115第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

4位錯(cuò)密度（3）位錯(cuò)觀察：浸蝕法、電境法。SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E116第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

5位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) （1）位錯(cuò)的易動(dòng)性原子的微小移動(dòng)導(dǎo)致晶體產(chǎn)生一個(gè)原子間距的位移。多個(gè)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致晶體的宏觀變形。比喻：地毯的挪動(dòng)、蛇的爬行等。117第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

5位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) （1）位錯(cuò)的易動(dòng)性

位錯(cuò)滑移模型1

位錯(cuò)滑移模型2地毯式移動(dòng)118第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（2）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式

a滑移：位錯(cuò)沿著滑移面的移動(dòng)。刃型位錯(cuò)的滑移：具有唯一的滑移面切應(yīng)力方向與位錯(cuò)線垂直；晶體滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向一致。119第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（2）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式

a滑移：位錯(cuò)沿著滑移面的移動(dòng)。

120第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（2）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式a滑移：位錯(cuò)沿著滑移面的移動(dòng)。螺型位錯(cuò)的滑移：具有多個(gè)滑移面。切應(yīng)力方向與位錯(cuò)線平行；晶體滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向垂直。從柏氏矢量角度，對(duì)任何位錯(cuò)：切應(yīng)力方向與柏氏矢量一致；晶體滑移與柏氏矢量一致。121第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（2）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式

a滑移：位錯(cuò)沿著滑移面的移動(dòng)。位錯(cuò)環(huán)的滑移：注重柏氏矢量的應(yīng)用10h122習(xí)題討論課-晶體結(jié)構(gòu)部分第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列1計(jì)算1cm3銅中的原子數(shù)，已知室溫下acu=0.361nm.2已知Al2O3的密度為3.8Mg/cm3,求：（1）1mm3Al2O3中存在多少原子？

(2)1gAl2O3中存在多少原子？3說(shuō)明一個(gè)面心正方結(jié)構(gòu)等于一個(gè)體心正方結(jié)構(gòu).4證明密排六方結(jié)構(gòu)的c/a=1.633.5在(111)晶面上繪出屬于<110>的晶向.6Youare

givenanunknownmaterialandareaskedtoidentifyittothebestofyourability.Whataresomeoftheteststhatyoucanperformtohelpidentifythematerial?12h123第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（2）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式

b攀移：刃型位錯(cuò)在垂直于滑移面方向上的運(yùn)動(dòng)。

機(jī)制：原子面下端原子的擴(kuò)散――位錯(cuò)隨半原子面的上下移動(dòng)而上下運(yùn)動(dòng)。分類(lèi)：正攀移（原子面上移、空位加入）/負(fù)攀移（原子面下移、原子加入）。應(yīng)力的作用：（半原子面?zhèn)龋簯?yīng)力有利于正攀移，拉應(yīng)力有利于負(fù)攀移。124第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（2）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式

b攀移：刃型位錯(cuò)在垂直于滑移面方向上的運(yùn)動(dòng)。125第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

（3）作用在位錯(cuò)上的力（單位距離上）

(虛功原理-組態(tài)力）滑移：f=τb；垂直于位錯(cuò)線，指向位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向（未滑移區(qū)）攀移：f=σb。126第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

6位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)及其與其它缺陷的作用（1）應(yīng)力場(chǎng)螺位錯(cuò)：

z=b/2πrτz

＝Gb/2πr。

特點(diǎn)：只有切應(yīng)力分量；應(yīng)力場(chǎng)對(duì)稱(chēng)分布。127第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

6位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)及其與其它缺陷的作用（1）應(yīng)力場(chǎng)刃位錯(cuò)：表達(dá)式；同時(shí)存在正應(yīng)力分量與切應(yīng)力分量；

各應(yīng)力分量都是x，y的函數(shù)，而與z無(wú)關(guān)；

刃型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)對(duì)稱(chēng)于多余半原子面（y-z面）；

Y=0時(shí)，σxx=σyy=σzz=0，說(shuō)明在滑移面上，沒(méi)有正應(yīng)力，只有切應(yīng)力，而且切應(yīng)力τxy達(dá)到極大值。

y＞0時(shí)，σxx＜0；而y＜0時(shí)，σxx＞0。這說(shuō)明正刃型位錯(cuò)的位錯(cuò)滑移面上側(cè)為壓應(yīng)力，滑移面下側(cè)為張應(yīng)力。在應(yīng)力場(chǎng)的任意位置處，|σxx|＞|σyy|。128第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

6位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)及其與其它缺陷的作用（2）位錯(cuò)的應(yīng)變能與線張力

A

單位長(zhǎng)度位錯(cuò)的應(yīng)變能：w=αGb2(推導(dǎo)略）。（α＝0.5~1.0,螺位錯(cuò)取下限，刃位錯(cuò)取上限。）

B

位錯(cuò)的線張力：T=αGb2。

C

位錯(cuò)是不穩(wěn)定的缺陷。（熵增不能抵消應(yīng)變能的增加。）單根位錯(cuò)趨于直線狀；結(jié)點(diǎn)處張力平衡；兩端固定且受力時(shí)彎曲。

129第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

6位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)及其與其它缺陷的作用（2）位錯(cuò)的應(yīng)變能與線張力

D

保持位錯(cuò)彎曲所需的切應(yīng)力：

τ＝Gb/2r130第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

6位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)及其與其它缺陷的作用

（3）位錯(cuò)與位錯(cuò)的交互作用

f=τb，f=σb

（刃位錯(cuò)）。同號(hào)相互排斥，異號(hào)相互吸引。(達(dá)到能量最低狀態(tài)。)131第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

6位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)及其與其它缺陷的作用

（4）位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的相互作用間隙原子聚集于位錯(cuò)中心，使體系處于低能態(tài)。柯氏氣團(tuán)：溶質(zhì)原子在位錯(cuò)線附近偏聚的現(xiàn)象。

（5）位錯(cuò)與空位的交互作用導(dǎo)致位錯(cuò)攀移。132第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

7位錯(cuò)的增殖、塞積與交割（1）位錯(cuò)的增殖：F-R源。位錯(cuò)兩端被釘扎，在切應(yīng)力作用下發(fā)生彎曲；位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生卷曲；異號(hào)位錯(cuò)相遇—一位錯(cuò)環(huán)+一位錯(cuò)線；

上述過(guò)程重復(fù)進(jìn)行。133第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

7位錯(cuò)的增殖、塞積與交割（2）位錯(cuò)的塞積分布：逐步分散。錯(cuò)受力：切應(yīng)力作用在位錯(cuò)上的力、位錯(cuò)間的排斥力、障礙物的阻力（短程）。⊥⊥⊥⊥⊥⊥⊥障礙物源O134第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

7位錯(cuò)的增殖、塞積與交割

（3）位錯(cuò)的交割位錯(cuò)交割后結(jié)果：按照對(duì)方位錯(cuò)柏氏矢量（變化方向和大?。８铍A：位錯(cuò)交割后的臺(tái)階不位于它原來(lái)的滑移面上。扭折：――――――――位于――――。對(duì)性能影響：增加位錯(cuò)長(zhǎng)度，產(chǎn)生固定割階。14h135第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

8位錯(cuò)反應(yīng)（1）位錯(cuò)反應(yīng)：位錯(cuò)的分解與合并。（2）反應(yīng)條件幾何條件：∑b前=∑b后；反應(yīng)前后位錯(cuò)的柏氏矢量之和相等。能量條件：∑b2前>∑b2后;反應(yīng)后位錯(cuò)的總能量小于反應(yīng)前位錯(cuò)的總能量。136第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

9實(shí)際晶體中的位錯(cuò)位錯(cuò)的柏氏矢量一般是最短的點(diǎn)陣矢量。

結(jié)構(gòu)條件：柏氏矢量連接兩個(gè)原子平衡位置。

能量條件：體系能量越低，位錯(cuò)越穩(wěn)定。（1）全位錯(cuò)：通常把柏氏矢量等于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)稱(chēng)為全位錯(cuò)或單位位錯(cuò)。（2）不全位錯(cuò)：柏氏矢量小于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)。

137第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

9實(shí)際晶體中的位錯(cuò)

（3）肖克萊和弗蘭克不全位錯(cuò)。肖克萊不全位錯(cuò)的形成：原子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致局部錯(cuò)排，錯(cuò)排區(qū)與完整晶格區(qū)的邊界線即為肖克萊不全位錯(cuò)。（結(jié)合位錯(cuò)反應(yīng)理解。可為刃型、螺型或混合型位錯(cuò)。）138第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

9實(shí)際晶體中的位錯(cuò)弗蘭克不全位錯(cuò)的形成：在完整晶體中局部抽出或插入一層原子所形成。（只能攀移，不能滑移。）

139第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

9實(shí)際晶體中的位錯(cuò)

（4）堆垛層錯(cuò)與擴(kuò)展位錯(cuò)堆垛層錯(cuò)：晶體中原子堆垛次序中出現(xiàn)的層狀錯(cuò)排。擴(kuò)展位錯(cuò)：一對(duì)不全位錯(cuò)及中間夾的層錯(cuò)稱(chēng)之。140第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷

面缺陷主要包括晶界、相界和表面，它們對(duì)材料的力學(xué)和物理化學(xué)性能具有重要影響。141第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷1晶界（1）晶界：兩個(gè)空間位向不同的相鄰晶粒之間的界面。142第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷1晶界（2）分類(lèi)大角度晶界：晶粒位向差大于10度的晶界。其結(jié)構(gòu)為幾個(gè)原子范圍內(nèi)的原子的混亂排列，可視為一個(gè)過(guò)渡區(qū)。143第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷1晶界（2）分類(lèi)小角度晶界：晶粒位向差小于10度的晶界。其結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)列，又分為對(duì)稱(chēng)傾側(cè)晶界和扭轉(zhuǎn)晶界。144第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷1晶界（2）分類(lèi)145第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷1晶界（2）分類(lèi)亞晶界：位向差小于1度的亞晶粒之間的邊界。為位錯(cuò)結(jié)構(gòu)。孿晶界：兩塊相鄰孿晶的共晶面。分為共格孿晶界和非共格孿晶界。146第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷1晶界（2）分類(lèi)2相界（1）相界：相鄰兩個(gè)相之間的界面。分類(lèi)：共格、半共格和非共格相界。147第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷3表面（1）表面吸附：外來(lái)原子或氣體分子在表面上富集的現(xiàn)象。（2）分類(lèi)物理吸附：由分子鍵力引起，無(wú)選擇性，吸附熱小，結(jié)合力小。化學(xué)吸附：由化學(xué)鍵力引起，有選擇性，吸附熱大，結(jié)合力大。148第三節(jié)原子的不規(guī)則排列第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列

三面缺陷4界面特性（1）界面能會(huì)引起界面吸附。（2）界面上原子擴(kuò)散速度較快。（3）對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙作用。（4）易被氧化和腐蝕。（5）原子的混亂排列利于固態(tài)相變的形核。16h149第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列本章小結(jié)與習(xí)題討論課-晶體缺陷部分1

已知位錯(cuò)環(huán)ABCD的柏氏矢量為b,外應(yīng)力為和，求：（1）位錯(cuò)環(huán)的各邊分別是什么位錯(cuò)？（2）設(shè)想在晶體中怎樣才能得到這個(gè)位錯(cuò)？（3）在足夠大的切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)？（4）在足夠大的拉應(yīng)力作用下，位錯(cuò)環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)？150第一章第三節(jié)原子不規(guī)則排列本章小結(jié)與習(xí)題討論課-晶體缺陷部分2如圖所示，若在切壓力的作用下，位錯(cuò)環(huán)發(fā)生收縮。要使該位錯(cuò)環(huán)在晶體中穩(wěn)定不動(dòng)，其最小半徑應(yīng)該是多大？3有兩個(gè)被釘扎的刃型位錯(cuò)A-B,C-D,它們的長(zhǎng)度相等，b矢量相同，可看作兩個(gè)F-R源。試分析增殖過(guò)程中兩位錯(cuò)的交互作用情況。若形成一個(gè)大的位錯(cuò)源，使其開(kāi)動(dòng)的切應(yīng)力

C多大，若兩位錯(cuò)柏氏矢量相反，情況如何？151合金與相

1合金（1）合金：兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬經(jīng)一定方法合成的具有金屬特性的物質(zhì)。（2）組元：組成合金最基本的獨(dú)立的物質(zhì)。（如一元、二元、三元合金〕，可以是元素，也可以是化合物。（3）合金系：給定元素以不同的比例而合成的一系列不同成分合金的總稱(chēng)。如Fe-C，F(xiàn)e-Cr等。第二章152合金與相

2相（1）相：材料中結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均一的組成部分。（如單相、兩相、多相合金。）

第二章?2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.153合金與相

2相（2）相的分類(lèi)固溶體：晶體結(jié)構(gòu)與其某一組元相同的相。溶劑-溶質(zhì)。中間相（金