第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)ppt課件

1、歡迎走近歡迎走近的的世界世界材料工程學(xué)院金屬材料系材料工程學(xué)院金屬材料系v學(xué)習(xí)重點(diǎn)：學(xué)習(xí)重點(diǎn)：v一個(gè)中心：金屬及合金的成分、組織一個(gè)中心：金屬及合金的成分、組織結(jié)構(gòu)間的變化規(guī)律；結(jié)構(gòu)間的變化規(guī)律；v二個(gè)圖形：相圖、曲線二個(gè)圖形：相圖、曲線 ；v五大轉(zhuǎn)變：珠光體轉(zhuǎn)變、奧氏體轉(zhuǎn)變、五大轉(zhuǎn)變：珠光體轉(zhuǎn)變、奧氏體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變、馬氏體轉(zhuǎn)變、回火轉(zhuǎn)變；貝氏體轉(zhuǎn)變、馬氏體轉(zhuǎn)變、回火轉(zhuǎn)變；v四把大火：正火、退火、淬火、回火；四把大火：正火、退火、淬火、回火；v八大鋼種：滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、軸承鋼、八大鋼種：滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、軸承鋼、刃具鋼、模具鋼、量具鋼、特殊性能鋼。刃具鋼、模具鋼、量具鋼、特殊性能鋼。第一章金

2、屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié)金屬第一節(jié)金屬1、金屬的特點(diǎn)：、金屬的特點(diǎn)：外觀特征：金屬光澤和不透明性；外觀特征：金屬光澤和不透明性；正的電阻溫度系數(shù)；正的電阻溫度系數(shù)；良好的機(jī)械性能，良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性；良好的機(jī)械性能，良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性；2、金屬的原子結(jié)構(gòu)：、金屬的原子結(jié)構(gòu)：最外層電子只有最外層電子只有1-2個(gè)，次外層不滿(mǎn)。個(gè)，次外層不滿(mǎn)。金屬鍵：正離子沉浸在電子云中，依靠運(yùn)動(dòng)于其間金屬鍵：正離子沉浸在電子云中，依靠運(yùn)動(dòng)于其間的公有化的自由電子的靜電作用而結(jié)合起來(lái)的方的公有化的自由電子的靜電作用而結(jié)合起來(lái)的方式叫做金屬鍵；無(wú)方向性和飽和性。式叫做金屬鍵；無(wú)方向性和飽和性。3、固

3、態(tài)金屬的特性：導(dǎo)電、導(dǎo)熱、電阻、有光澤、固態(tài)金屬的特性：導(dǎo)電、導(dǎo)熱、電阻、有光澤、不透明不透明4、結(jié)合力結(jié)合力：包括：正離子與周?chē)杂呻娮又g的吸引力；正離子與正離子以及電子與電子之間的排斥力；吸引力與排斥力的代數(shù)和，如圖從圖中可知：當(dāng)d=d0時(shí)，吸引力排斥力，結(jié)合力0，d0即相當(dāng)于原子的平衡位置； 當(dāng)d d0時(shí)，排斥力吸引力，原子之間相互排斥，使原子回到d0位置； 當(dāng)dd0時(shí)，吸引力排斥力，原子之間相互吸引，使原子回到d0位置；原子間最大結(jié)合力不在平衡位置，而在dc位置，此最大結(jié)合力對(duì)應(yīng)著金屬的理論抗拉強(qiáng)度。5、結(jié)合能：、結(jié)合能：結(jié)合能：吸引能與排斥能的代數(shù)和，如圖結(jié)合能：吸引能與排斥能的代

4、數(shù)和，如圖從圖中可知；從圖中可知； 當(dāng)當(dāng)d=d0時(shí)，其結(jié)合能最低，故任何對(duì)時(shí)，其結(jié)合能最低，故任何對(duì)平衡位置的偏離，都使原子的勢(shì)能增加，平衡位置的偏離，都使原子的勢(shì)能增加，從而使之恢復(fù)到平衡位置；從而使之恢復(fù)到平衡位置；EAB：原子間的結(jié)合能或鍵能；：原子間的結(jié)合能或鍵能；推廣出固態(tài)金屬中的原子趨于規(guī)則排列的推廣出固態(tài)金屬中的原子趨于規(guī)則排列的原因；原因； 第二節(jié)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二節(jié)金屬的晶體結(jié)構(gòu)1、晶體與非晶體：、晶體與非晶體：晶體：內(nèi)部的原子在三維空間按一定的規(guī)律周晶體：內(nèi)部的原子在三維空間按一定的規(guī)律周期性的重復(fù)排列著；期性的重復(fù)排列著； 例如：鉆石、冰、食鹽、各種金屬構(gòu)件等；例如：鉆石

5、、冰、食鹽、各種金屬構(gòu)件等；非晶體：內(nèi)部的原子是散亂分布著，至多有些非晶體：內(nèi)部的原子是散亂分布著，至多有些局部的短程規(guī)則排列；局部的短程規(guī)則排列； 例如：玻璃、棉花、松香等；例如：玻璃、棉花、松香等；2、晶體的性能特點(diǎn)：、晶體的性能特點(diǎn)：晶體具有一定的熔點(diǎn)；晶體具有一定的熔點(diǎn)；晶體具有各向異性；晶體具有各向異性；晶體一般具有特定的幾何形狀；相互轉(zhuǎn)換。晶體一般具有特定的幾何形狀；相互轉(zhuǎn)換。3、晶體學(xué)概念簡(jiǎn)介：、晶體學(xué)概念簡(jiǎn)介：空間點(diǎn)陣：描繪晶體中原子離子或分子排空間點(diǎn)陣：描繪晶體中原子離子或分子排列規(guī)律的空間格架，也叫晶格。如圖列規(guī)律的空間格架，也叫晶格。如圖 晶胞：從晶格中選取的能夠完全反映

6、原子排列晶胞：從晶格中選取的能夠完全反映原子排列規(guī)律的最小幾何單元。規(guī)律的最小幾何單元。晶胞的點(diǎn)陣參數(shù)：晶胞的點(diǎn)陣參數(shù)：坐標(biāo)軸：軸、軸、軸坐標(biāo)軸：軸、軸、軸晶格常數(shù)：晶胞的棱邊長(zhǎng)度以、表示；晶格常數(shù)：晶胞的棱邊長(zhǎng)度以、表示；軸間夾角：晶胞棱邊夾角分別以軸間夾角：晶胞棱邊夾角分別以、表示；表示；晶系：晶系：根據(jù)六大參數(shù)之間的關(guān)系，將晶體分為七大晶根據(jù)六大參數(shù)之間的關(guān)系，將晶體分為七大晶系，十四種布拉菲點(diǎn)陣，如書(shū)系，十四種布拉菲點(diǎn)陣，如書(shū)6表表11所示；所示；最典型最常見(jiàn)的金屬晶體結(jié)構(gòu)有三種：體心立最典型最常見(jiàn)的金屬晶體結(jié)構(gòu)有三種：體心立方結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)、密排六方結(jié)構(gòu)；方結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)、密

7、排六方結(jié)構(gòu)；這里將晶體的實(shí)際質(zhì)點(diǎn)忽略而抽象為純粹的幾何點(diǎn)，稱(chēng)陣點(diǎn)或結(jié)點(diǎn)，用許多平行直線將這些陣點(diǎn)連接，構(gòu)成三維空間格架4、三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)：、三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)：1體心立方晶格體心立方晶格bcc）：如圖）：如圖 原子分布：晶胞的八個(gè)頂點(diǎn)各有一個(gè)原子，原子分布：晶胞的八個(gè)頂點(diǎn)各有一個(gè)原子，在立方體的中心還有一個(gè)原子；在立方體的中心還有一個(gè)原子； 原子數(shù)：原子數(shù)： 晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：a=b=c；=90； 原子半徑：在立方體的對(duì)角線方向上的原子原子半徑：在立方體的對(duì)角線方向上的原子是彼此緊密排列的；是彼此緊密排列的；r= 致密度：用來(lái)描述晶胞中原子排列的緊密程致密度：用來(lái)描述晶胞中原子排

8、列的緊密程度；為晶胞中所含的原子所占的體積與該晶度；為晶胞中所含的原子所占的體積與該晶胞的體積之比，用胞的體積之比，用K表示。表示。21818a43致密度：致密度：k=nv1/V n：一個(gè)晶胞中實(shí)際包含的原子個(gè)數(shù)；：一個(gè)晶胞中實(shí)際包含的原子個(gè)數(shù)；v1：一：一個(gè)原子的體積按球形計(jì)算）；個(gè)原子的體積按球形計(jì)算）；V：晶胞的體積；：晶胞的體積；舉例：舉例：bcc的的k=0.68 （n=2；v1=4/3r3；V=a3）；）； 此值表明，在此值表明，在bcc中有中有68%的體積被原子所占的體積被原子所占據(jù)，其余為間隙。據(jù)，其余為間隙。配位數(shù)：晶格中與任一原子最近鄰、且等距的配位數(shù)：晶格中與任一原子最近鄰

9、、且等距的原子數(shù)目，用原子數(shù)目，用N表示。表示。舉例：舉例：bcc的的N=8。 具有具有bcc的金屬有的金屬有-Fe、Cr、Mo、W、V等等2面心立方晶胞fcc）：如圖原子分布：8個(gè)頂點(diǎn)各有一個(gè)原子，立方體的每個(gè)面的中心還各有一個(gè)原子。原子個(gè)數(shù)：每個(gè)頂點(diǎn)上的原子同時(shí)屬于8個(gè)晶胞所共有，而面中心的原子為相鄰的2個(gè)晶胞所共有；原子個(gè)數(shù)為 晶格常數(shù)：a=b=c； =90 原子半徑：在每個(gè)面的對(duì)角線上原子是緊密接觸的；r=致密度與配位數(shù)：K=nv1/V0.74， N=12如圖具有fcc 的金屬有： -Fe、Al、Cu、Ni、Ag等。4216818a423密排六方晶格hcp如圖原子分布：六方體12個(gè)頂點(diǎn)

10、各有一個(gè)原子，上下底面面中心各有一個(gè)原子，晶胞內(nèi)3個(gè)原子。原子個(gè)數(shù)： 原子半徑：r= a/2致密度與配位數(shù)： K= nv1/V0.74 ， N=12。 晶格常數(shù)：底邊棱長(zhǎng)a、兩底面間的高度c， c/a叫做軸比具有hcp的金屬：Be、Mg、Zn等6322112615、晶體中的原子堆垛方式：、晶體中的原子堆垛方式：1問(wèn)題：為何問(wèn)題：為何fcc和和hcp的晶體結(jié)構(gòu)不同，但卻具有的晶體結(jié)構(gòu)不同，但卻具有相同的配位數(shù)和致密度？相同的配位數(shù)和致密度？原因：由晶體中原子的堆垛方式?jīng)Q定。原因：由晶體中原子的堆垛方式?jīng)Q定。 由圖由圖110看出：看出：圖圖a)為一個(gè)平面上原子最密排的情況，此面為最為一個(gè)平面上原子

11、最密排的情況，此面為最密排面，對(duì)密排面，對(duì)hcp結(jié)構(gòu)，最密排面是其底面；對(duì)于結(jié)構(gòu)，最密排面是其底面；對(duì)于fcc 構(gòu)造，最密排面是面對(duì)角線所構(gòu)成的平面；構(gòu)造，最密排面是面對(duì)角線所構(gòu)成的平面；將密排面的原子中心連結(jié)成六邊形網(wǎng)格，它又可將密排面的原子中心連結(jié)成六邊形網(wǎng)格，它又可分為六個(gè)等邊三角形，這六個(gè)等邊三角形的中心分為六個(gè)等邊三角形，這六個(gè)等邊三角形的中心又與原子的六個(gè)空隙中心重合，如又與原子的六個(gè)空隙中心重合，如b)所示；所示；此六個(gè)等邊三角形可分為b、c兩組，每組分別構(gòu)成一個(gè)等邊三角形，如c)所示；由圖111可知：為獲得最緊密的排列，第二層密排面層的每個(gè)原子應(yīng)落在下一層層密排面的b組或c組空

12、隙上；第三層原子的堆垛方式有兩種：、第三層密排面的每個(gè)原子中心對(duì)應(yīng)第一層層密排面的原子中心，堆垛的順序?yàn)?，如hcp結(jié)構(gòu)，如圖112、第三層密排面層的每個(gè)原子中心位于既是第二層原子的空隙中心，又是第一層原子的空隙中心，堆垛順序?yàn)?，如fcc結(jié)構(gòu)，如圖113所示；因而，fcc、hcp兩種晶格的結(jié)構(gòu)不同，堆垛方式不同，但顯然其致密程度完全相同，所以它們的致密度、配位數(shù)相同；2bcc中原子的堆垛方式：bcc中 原子排列較為緊密的面是連接立方體的兩個(gè)斜對(duì)角線所組成的面，如圖114，通常將其稱(chēng)為次密排面；由四個(gè)原子密排。bcc中原子的堆垛方式為：第二層原子應(yīng)落在第一層的空隙中心，第三層的原子位于第二層的原子

13、空隙中心并與第一層的原子中心重合，堆垛順序?yàn)椋?，?14所示；6、晶體中的間隙：、晶體中的間隙：晶體內(nèi)部原子無(wú)論怎樣緊密堆垛，也有空隙存在：晶體內(nèi)部原子無(wú)論怎樣緊密堆垛，也有空隙存在：bcc中的兩種間隙：八面體間隙和四面體間隙，它中的兩種間隙：八面體間隙和四面體間隙，它們均為不對(duì)稱(chēng)間隙；們均為不對(duì)稱(chēng)間隙；八面體間隙：如圖八面體間隙：如圖115由由6個(gè)原子所圍成，是一個(gè)不對(duì)稱(chēng)的八面體間隙；個(gè)原子所圍成，是一個(gè)不對(duì)稱(chēng)的八面體間隙；四個(gè)角上的原子中心至間隙中心的距離為四個(gè)角上的原子中心至間隙中心的距離為上下頂點(diǎn)的原子中心至間隙中心的距離為上下頂點(diǎn)的原子中心至間隙中心的距離為間隙半徑：頂點(diǎn)原子至間隙中

14、心距離減去原子半間隙半徑：頂點(diǎn)原子至間隙中心距離減去原子半 徑，徑，為為間隙中心位置：各面的面中心及各棱的棱中心；間隙中心位置：各面的面中心及各棱的棱中心；a22a21aaa067. 04321v四面體間隙：如圖115v此間隙由4個(gè)原子所圍成，是一個(gè)不對(duì)稱(chēng)的四面體間隙；v原子中心到間隙中心的距離：v間隙半徑：v顯然，四面體間隙比八面體間隙大；v間隙位置：各面中線的1/4、3/4位置處，每個(gè)面上有四個(gè)；a45aaa126. 04345fcc中的兩種間隙：八面體間隙和四面體間隙，它們均為對(duì)稱(chēng)間隙；八面體間隙：如圖116特點(diǎn)：各棱邊長(zhǎng)度相等；各原子中心到間隙中心的距離相等，是正八面體間隙；間隙半徑：

15、間隙中心位置：晶胞中心及各棱中心；四面體間隙：如圖116）特點(diǎn)：各棱邊長(zhǎng)度相等；各原子中心到間隙中心的距離相等，是正四面體間隙；間隙半徑：間隙中心位置：各體對(duì)角線的1/4或3/4處顯然，fcc中八面體間隙大于四面體間隙；aaa146. 0422aaa079. 04243小結(jié)：小結(jié)：晶格類(lèi)型原子數(shù)原子半徑配位數(shù)致密度八面體間隙半徑四面體間隙半徑bcc280.680.067a(不對(duì)稱(chēng))0.126a (不對(duì)稱(chēng))fcc4120.740.146a（對(duì)稱(chēng)）0.079a （對(duì)稱(chēng)）hcp6120.74a43a42a217、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶面：在晶體中，由一系列原子所組成的平面；晶面：在

16、晶體中，由一系列原子所組成的平面；晶向：任意兩個(gè)原子之間連線所指的方向晶向：任意兩個(gè)原子之間連線所指的方向1晶向指數(shù)：用來(lái)表示晶向在晶體中的原子排列情晶向指數(shù)：用來(lái)表示晶向在晶體中的原子排列情況及位向的符號(hào)，用況及位向的符號(hào)，用 uvw表示；表示；確定步驟：確定步驟： 設(shè)坐標(biāo)軸：以晶胞的三個(gè)棱邊為坐標(biāo)軸設(shè)坐標(biāo)軸：以晶胞的三個(gè)棱邊為坐標(biāo)軸x、y、z求坐標(biāo)值：過(guò)原點(diǎn)引一條有向直線平行于待定晶向，求坐標(biāo)值：過(guò)原點(diǎn)引一條有向直線平行于待定晶向，以晶格常數(shù)為度量單位，在該方向上求出最近原子以晶格常數(shù)為度量單位，在該方向上求出最近原子的坐標(biāo)值。的坐標(biāo)值。 化整數(shù)化整數(shù) ：將三個(gè)坐標(biāo)值化為最小簡(jiǎn)單整數(shù)，放入

17、：將三個(gè)坐標(biāo)值化為最小簡(jiǎn)單整數(shù)，放入方括號(hào)內(nèi)，一般用方括號(hào)內(nèi)，一般用uvw表示。如圖表示。如圖 求晶向指數(shù)。求晶向指數(shù)。AB晶向的晶向指數(shù)為晶向的晶向指數(shù)為110。v注意：注意：v所有互相平行，方向一致的晶向具有相同的所有互相平行，方向一致的晶向具有相同的晶向指數(shù)。晶向指數(shù)。v當(dāng)晶向指數(shù)某一坐標(biāo)為負(fù)方向時(shí)，則該坐標(biāo)當(dāng)晶向指數(shù)某一坐標(biāo)為負(fù)方向時(shí)，則該坐標(biāo)值為負(fù)值，如：值為負(fù)值，如：v同一直線有相反的兩個(gè)晶向，其晶向指數(shù)的同一直線有相反的兩個(gè)晶向，其晶向指數(shù)的數(shù)字相同，但符號(hào)相反，如：和數(shù)字相同，但符號(hào)相反，如：和v晶向族：原子排列相同，但空間位向不同的晶向族：原子排列相同，但空間位向不同的所有晶

18、向構(gòu)成晶向族，用所有晶向構(gòu)成晶向族，用uvw表示。表示。v 特點(diǎn)：立方結(jié)構(gòu)的晶體中，晶向指數(shù)的數(shù)字特點(diǎn)：立方結(jié)構(gòu)的晶體中，晶向指數(shù)的數(shù)字相同，但排列順序不同，則具有相同的原子排相同，但排列順序不同，則具有相同的原子排列；列；011100001舉例： 100包括：6個(gè)晶向，它們是： 110包括：12個(gè)晶向，它們是：100010001001010100101,110,011,110,101,011110,011,101,011,101,1102晶面指數(shù)：表示晶面在晶體中原子排列情況及位向的符號(hào)；確定步驟： 設(shè)坐標(biāo)軸 ：以晶胞的三條棱邊為坐標(biāo)軸x、y、z，坐標(biāo)軸的原點(diǎn)應(yīng)在待定晶面之外。求截距：以晶格

19、常數(shù)a、b、c為度量單位，求出晶面在各軸上的截距。求倒數(shù)：將各截距值求倒數(shù)。 化整數(shù)： 將前面的三個(gè)倒數(shù)化為最小簡(jiǎn)單整數(shù)，并放在圓括號(hào)內(nèi)。一般表示為hkl），如果截距為負(fù)值，則在相應(yīng)的指數(shù)上加負(fù)號(hào)，例如kl）。n注意：注意：n如晶面與某個(gè)坐標(biāo)軸平行，則認(rèn)為該截距為如晶面與某個(gè)坐標(biāo)軸平行，則認(rèn)為該截距為，它的倒數(shù)為它的倒數(shù)為0；n晶面指數(shù)并非僅指一個(gè)晶格中的某一個(gè)晶面，晶面指數(shù)并非僅指一個(gè)晶格中的某一個(gè)晶面，而是泛指該晶格中所有那些與其相平行的晶面。而是泛指該晶格中所有那些與其相平行的晶面。n當(dāng)兩晶面指數(shù)的數(shù)字和順序相同，完全異號(hào)，當(dāng)兩晶面指數(shù)的數(shù)字和順序相同，完全異號(hào)，則這兩晶面相互平行，可化

20、簡(jiǎn)為同一晶面指數(shù)；則這兩晶面相互平行，可化簡(jiǎn)為同一晶面指數(shù)；n 如：（如：（100和和n晶面族：在同一晶格中，有些晶面雖然在空間晶面族：在同一晶格中，有些晶面雖然在空間位向上不同，但其原子排列情況完全相同，將這位向上不同，但其原子排列情況完全相同，將這些晶面列為同一晶面族，用些晶面列為同一晶面族，用hkl表示；表示；n 特點(diǎn)：立方晶系中，組成晶面的數(shù)字相同，但特點(diǎn)：立方晶系中，組成晶面的數(shù)字相同，但順序不同，對(duì)這些數(shù)字進(jìn)行排列組合；順序不同，對(duì)這些數(shù)字進(jìn)行排列組合；001 例如：110晶面族包括6個(gè)晶面： 110011101011101110在立方結(jié)構(gòu)的晶體中，當(dāng)一晶向uvw位于或平行于某一晶

21、面hkl時(shí)，那么hu+kv+lw=0；當(dāng)某一晶向與某一晶面垂直時(shí)，則u=h、v=k、w=l。例如：111晶向垂直111晶面。如圖8、晶體的各向異性：1幾個(gè)基本概念：晶粒：固態(tài)金屬一般是由許多結(jié)晶顆粒所組成，這些結(jié)晶顆粒稱(chēng)為晶粒；單晶體：由一個(gè)晶粒所組成的晶體；多晶體：由許多晶粒所組成的晶體；晶界：晶粒與晶粒之間的界面；2晶體的各向異性：定義：晶體在各個(gè)方向上性能不同的現(xiàn)象，是晶體與非晶體相區(qū)別的重要標(biāo)志；產(chǎn)生原因：?jiǎn)尉w出現(xiàn)各向異性是由于在不同晶向上的原子排列密度不同，因而原子間的結(jié)合力不同，造成各向異性； -Fe1.16/a和方向1/a， E不同多晶體中，各晶粒的位向是任意的，如圖，晶粒的各

22、向異性被相互抵消，因此在多晶體中不顯示各向異性，稱(chēng)為偽等向性；9、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬的多晶型性）：定義：某些金屬Fe、Mn、Ti、Co等當(dāng)外部的條件溫度、壓強(qiáng)改變時(shí)，由一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象；例如：Fe的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變： 有三種同素異構(gòu)晶型， -Fe、 -Fe、 -Fe： 912：-Febcc） -Fefcc）； 1394 ： -Fefcc ） -Febcc）； 如圖，不同的晶體結(jié)構(gòu)，致密度不同，因而發(fā)生多晶型轉(zhuǎn)變時(shí)，將伴隨有比容或體積的突變；第三節(jié)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷：通常將實(shí)際金屬中原子排列的不完整性區(qū)域叫做晶體缺陷；按照幾何形態(tài)特征可將晶體缺陷分為：點(diǎn)缺陷、線缺陷

23、、面缺陷；1、點(diǎn)缺陷： 特征：在三個(gè)方向上尺寸都很小；包括三種：空位、間隙原子、置換原子；如圖1371.1空位：能量起伏：原子不斷地進(jìn)行熱振動(dòng)-空位：當(dāng)晶格中的某些原子由于某種原因如熱振動(dòng)的偶然偏差），脫離原來(lái)的平衡位置，則在原處出現(xiàn)了一個(gè)空結(jié)點(diǎn)，叫做空位。空位原子的去處：、原子遷移到晶體的表面，這樣的空位稱(chēng)為肖脫基空位，如圖132；、原子遷移到晶格的間隙中，這樣的空位叫做弗蘭克空位，如圖132所示；、原子遷移到其它空位處，可使空位變換位置；空位的特點(diǎn)：、在一定溫度下，空位有一定的平衡濃度： ； ；例如Cu1350k10-5、空位在晶體中的位置不是固定不變的，而是處于運(yùn)動(dòng)、消失和形成的不斷變化

24、中；如圖133所示；1.2間隙原子：處于晶格間隙中的原子，稱(chēng)為間隙原子；如圖；同類(lèi)原子的間隙原子：例如：弗蘭克空位產(chǎn)生的間隙原子；異類(lèi)原子的間隙原子：半徑較小的雜質(zhì)原子或合金原子，例如：鋼中的、等；對(duì)于異類(lèi)間隙原子來(lái)說(shuō)，將其平衡濃度稱(chēng)為固溶度或溶解度；1.3置換原子：異類(lèi)原子如果占據(jù)原來(lái)結(jié)點(diǎn)的平衡位置上，則稱(chēng)為置換原子；也將其平衡濃度稱(chēng)為溶解度或固溶度，但它通常比間隙原子的固溶度大得多；1.4 點(diǎn)缺陷造成的后果：點(diǎn)缺陷造成的后果： 造成晶格畸變，使性能發(fā)生變化；強(qiáng)度造成晶格畸變，使性能發(fā)生變化；強(qiáng)度、電阻電阻晶格畸變：空位和間隙原子的存在，使周?chē)Ц窕儯嚎瘴缓烷g隙原子的存在，使周?chē)脑悠x

25、其平衡位置，出現(xiàn)幾個(gè)甚至更的原子偏離其平衡位置，出現(xiàn)幾個(gè)甚至更多的原子間距范圍的彈性畸變區(qū)，叫做晶多的原子間距范圍的彈性畸變區(qū)，叫做晶格畸變；如圖；格畸變；如圖；2、線缺陷：就是各種類(lèi)型的位錯(cuò)；、線缺陷：就是各種類(lèi)型的位錯(cuò)； 特點(diǎn)：在兩個(gè)方向上尺寸很小，在另一個(gè)方向特點(diǎn)：在兩個(gè)方向上尺寸很小，在另一個(gè)方向上尺寸相對(duì)很大；上尺寸相對(duì)很大；位錯(cuò)：在晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生了位錯(cuò)：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，使長(zhǎng)度達(dá)幾百至幾萬(wàn)個(gè)原有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象，使長(zhǎng)度達(dá)幾百至幾萬(wàn)個(gè)原子間距，寬約幾個(gè)原子間距范圍內(nèi)的原子離開(kāi)子間距，寬約幾個(gè)原子間距范圍內(nèi)的原子離開(kāi)其平衡位置，發(fā)生了

26、有規(guī)律的錯(cuò)動(dòng)。簡(jiǎn)單的說(shuō)其平衡位置，發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)動(dòng)。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是：晶體滑移部分與未滑移部分的交界線，就是：晶體滑移部分與未滑移部分的交界線，叫做位錯(cuò)。叫做位錯(cuò)。最基本的類(lèi)型有最基本的類(lèi)型有“刃型位錯(cuò)和刃型位錯(cuò)和“螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)”。1) 刃型位錯(cuò)：刃型位錯(cuò)：模型：如圖設(shè)有一簡(jiǎn)單立方晶體，某一原子面模型：如圖設(shè)有一簡(jiǎn)單立方晶體，某一原子面在晶體內(nèi)部中斷，這個(gè)原子平面中斷處就是一在晶體內(nèi)部中斷，這個(gè)原子平面中斷處就是一個(gè)刃型位錯(cuò)；個(gè)刃型位錯(cuò)；（猶如用一把刀將晶體上半部分切開(kāi)，沿切口硬插入一額外半原子面，將刃口處的原子列稱(chēng)之為刃型位錯(cuò)線；）正刃型位錯(cuò)：額外半原子面位于晶體上半部分，用表示；如圖負(fù)刃

27、型位錯(cuò)：額外半原子面位于晶體下半部分，用T表示；形成：如圖；由于局部區(qū)域的晶體發(fā)生滑移造成位錯(cuò)；如下圖；由于滑移，在晶體內(nèi)部出現(xiàn)了已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界，在邊界附近，原子的規(guī)律性遭到了破壞，此邊界就是一個(gè)刃型位錯(cuò)；位錯(cuò)：晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界； 特征：有一額外半原子面，如圖位錯(cuò)線是一個(gè)具有一定寬度的細(xì)長(zhǎng)晶格畸變管道位錯(cuò)也有寬度，約為35個(gè)原子間距）位錯(cuò)線周?chē)木Ц窕儏^(qū)存在一個(gè)彈性應(yīng)力場(chǎng)。既有切應(yīng)變，又有正應(yīng)變.有多余半原子面一邊，晶格受壓應(yīng)力，尺寸較小的置換原子向該處聚集；缺少半原子面一邊，原子間距變大，晶格受拉應(yīng)力，間隙原子和尺寸較大的置換原子在該處聚集；位錯(cuò)線與晶體滑移方向垂直

28、，即位錯(cuò)線位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向；2) 螺型位錯(cuò)：模型：如圖設(shè)在立方晶體右端施加一切應(yīng)力，使右端上下兩部分沿滑移面發(fā)生一個(gè)原子間距的相對(duì)切變，在與之間形成了一個(gè)上下原子不相吻合的過(guò)渡區(qū)，這里的原子平面被扭成了螺旋面，即螺型位錯(cuò)- BC；如果從開(kāi)始，按順時(shí)針?lè)较?，每旋轉(zhuǎn)一周，原子面就沿滑移面方向前進(jìn)一個(gè)原子間距；位錯(cuò)：已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界；分類(lèi)：右螺型位錯(cuò)：符號(hào)右手螺旋定則的螺型位錯(cuò)即用拇指代表螺旋的前進(jìn)方向，其余四指代表螺旋的旋轉(zhuǎn)方向）左螺型位錯(cuò)：螺旋的方向與右螺旋相反；特征：螺型位錯(cuò)沒(méi)有額外半原子面；螺型位錯(cuò)是一個(gè)具有一定寬度的、細(xì)長(zhǎng)的晶格畸變管道，其中只有切應(yīng)變，沒(méi)有正應(yīng)變；位錯(cuò)線與晶體滑移方

29、向平行，位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向與位錯(cuò)線垂直；3) 柏氏矢量：用來(lái)表示位錯(cuò)的性質(zhì)、晶格畸變的大小、方向的物理量；以刃型位錯(cuò)為例,說(shuō)明柏氏矢量的確定方法：確定方法：如圖在實(shí)際晶體中，沿逆時(shí)針?lè)较颦h(huán)繞位錯(cuò)線做一閉合回路,（回路的每一步均走一個(gè)原子間距此回路叫做柏氏回路；在完整晶體中，以同樣的方向和步數(shù)做相同的回路。（此時(shí)回路沒(méi)有封閉）；由完整晶體的回路終點(diǎn)到始點(diǎn)引一矢量，使該回路閉合，即為這條位錯(cuò)線的柏氏矢量。（這樣定出的與回路的起點(diǎn)選擇、回路所經(jīng)過(guò)的路徑均無(wú)關(guān)）；從柏氏回路可知，刃型位錯(cuò)的柏氏矢量與其位錯(cuò)線垂直；n以螺型位錯(cuò)為例,說(shuō)明柏氏矢量的確定方法n 螺型位錯(cuò)的柏氏矢量也可用柏氏回路求出，可見(jiàn)，螺型位

30、錯(cuò)的與位錯(cuò)線平行；n 利用位錯(cuò)線與柏氏矢量的位向關(guān)系區(qū)分位錯(cuò)，確定位錯(cuò)的正負(fù)與左右：n位錯(cuò)的區(qū)分方法：位錯(cuò)線與柏氏矢量垂直，則為刃型位錯(cuò)，與平行，為螺型位錯(cuò)；n刃型位錯(cuò)的正負(fù)判斷方法：利用右手定則來(lái)判斷，如圖n螺型位錯(cuò)的左右的判斷方法：與同向?yàn)橛衣菪臀诲e(cuò)，與反向?yàn)樽舐菪臀诲e(cuò)；n柏氏矢量的特性：n可以判斷位錯(cuò)的類(lèi)型：位錯(cuò)線與柏氏矢量垂直，則為刃型位錯(cuò)，與平行，為螺型位錯(cuò)；n可以表示位錯(cuò)區(qū)域晶格畸變總量的大小：柏氏矢量越大，位錯(cuò)周?chē)木Ц窕冊(cè)絿?yán)重；n表示晶體的滑移方向和大?。夯屏康拇笮〖礊榘厥鲜噶浚品较?yàn)榘厥鲜噶康姆较騨位錯(cuò)線可以是彎曲的，但柏氏矢量是恒定不變的；n刃位錯(cuò)和與之垂直的柏氏矢

31、量構(gòu)成的平面就是滑移面，刃位錯(cuò)的滑移面只有一個(gè)；n 螺位錯(cuò)與柏氏矢量平行，所以螺位錯(cuò)的滑移面是不定的，它可以在更多滑移面上滑移；n混合位錯(cuò)：當(dāng)柏氏矢量與位錯(cuò)線既不平行又不垂直而是成任意角度時(shí)，稱(chēng)為混合位錯(cuò)；（即刃型和螺型的混合型）n混合位錯(cuò)的產(chǎn)生：圖140n 曲線即為已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界，它就是位錯(cuò)線；n由圖可知：點(diǎn)附近是螺型位錯(cuò)；點(diǎn)附近是刃型位錯(cuò)；其余部分是混合型位錯(cuò)；n練習(xí)題：有一位錯(cuò)環(huán)，試判斷位錯(cuò)類(lèi)型？（如圖）v位錯(cuò)密度：v位錯(cuò)線不能中止在晶體內(nèi)部，只能中止在晶體表面或晶界上；v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)；如圖142、143v位錯(cuò)密度

32、：?jiǎn)挝惑w積中所包含的位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度稱(chēng)為位錯(cuò)密度；（穿過(guò)單位截面積的位錯(cuò)線數(shù)目）；單位：2；VL其中，：晶體體積：該晶體中位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度；n位錯(cuò)存在的意義：n 對(duì)金屬材料的機(jī)械性能、擴(kuò)散及相變有著重要的影響；n位錯(cuò)密度與金屬的強(qiáng)度的關(guān)系，如圖144n當(dāng)金屬中不含位錯(cuò)時(shí)，強(qiáng)度極高；（如：圖中的1、2所示）n當(dāng)含有位錯(cuò)，但位錯(cuò)密度不高時(shí)，強(qiáng)度較低；（如：圖中的3所示）；n當(dāng)位錯(cuò)密度進(jìn)一步提高時(shí)，強(qiáng)度也隨著提高；（如：圖中的4所示）；3、面缺陷：、面缺陷： 特征：在一個(gè)方向上尺寸很小，在其它特征：在一個(gè)方向上尺寸很小，在其它兩個(gè)方向上尺寸很大，也叫二維缺陷；兩個(gè)方向上尺寸很大，也叫二維缺陷；v 面缺陷

33、面缺陷晶體的外表面晶體的內(nèi)界面晶界亞晶界孿晶界堆垛層錯(cuò)相界 3.1 晶體的外表面：晶體的外表面：定義：金屬與真空或各種介質(zhì)接觸的界面；定義：金屬與真空或各種介質(zhì)接觸的界面；晶體表面原子會(huì)偏離其正常平衡位置，晶體表面原子會(huì)偏離其正常平衡位置， 并牽并牽連到鄰近的幾層原子，造成表面層的晶格畸連到鄰近的幾層原子，造成表面層的晶格畸變；變；表面能：表面單位面積上升高的能量，在數(shù)值表面能：表面單位面積上升高的能量，在數(shù)值上等于表面張力，單位：上等于表面張力，單位：2；影響因素：介質(zhì)、面密度、表面曲率、晶體的影響因素：介質(zhì)、面密度、表面曲率、晶體的性質(zhì)。性質(zhì)。 3.2 晶界：定義：晶體結(jié)構(gòu)相同，但位向不同的晶粒之間的界面；分為小角度晶界和大角度晶界； 1)小角度晶界：(相鄰晶粒位向差10)對(duì)稱(chēng)傾側(cè)晶界：如圖145 由兩個(gè)晶粒相互傾斜/2所構(gòu)成； 由一系列相隔一定距離的刃型位錯(cuò)所組成，有時(shí)將這一系列位錯(cuò)叫做“位錯(cuò)墻”； 扭轉(zhuǎn)晶界：如圖14