晶體缺陷與固態(tài)相變復(fù)習(xí)資料

1、1 晶體缺陷：晶體中原子排列的不規(guī)那么性及不完整性。2 晶體缺陷的種類：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷。3 點(diǎn)缺陷：缺陷尺寸在三維方向上都很小且與原子尺寸相當(dāng)?shù)娜毕? 導(dǎo)致晶體缺陷產(chǎn)生的原因結(jié)晶時(shí)的生長(zhǎng)條件原子在晶體內(nèi)部的熱振動(dòng)加工過(guò)程輻射。5 對(duì)于弗倫克爾缺陷，間隙原子和空格點(diǎn)是成對(duì)產(chǎn)生，晶體的體積不發(fā)生改變；而肖特基缺陷使晶體體積增加。6 空位的最終結(jié)果，運(yùn)動(dòng)會(huì)引起自擴(kuò)散：使得空位消失或是聚集形成空位片。7 離開平衡位置的原子去處：外表、間隙、其他空位8 點(diǎn)缺陷的存在使晶體燔值增大，穩(wěn)定性增加；但造成點(diǎn)陣畸變，使穩(wěn)定性減弱。1 點(diǎn)缺陷的類型：空位、間隙原子、異類原子。2 點(diǎn)缺陷與擴(kuò)散的關(guān)系：空位、

2、間隙原子自擴(kuò)散異類原子彌擴(kuò)散3 點(diǎn)缺陷對(duì)性能的影響：點(diǎn)缺陷的存在，使得金屬的電阻增加，體積膨脹，密度減小，使離子晶體的導(dǎo)電性改善。過(guò)飽和點(diǎn)缺陷，如淬火空位、輻照缺陷，還 可以提高金屬的屈服 強(qiáng)度。4 過(guò)飽和點(diǎn)缺陷的方法：輻照、高溫淬火、加工變形陷，如各類0 線缺陷在兩個(gè)方向上尺寸很小，另外一個(gè)方向上延伸較長(zhǎng)，也稱為一維缺位錯(cuò)1 位錯(cuò)：位錯(cuò)是晶體排列的一種特殊組態(tài)，晶體中沿某一原子面及某一原子 方向發(fā)生了 某種有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象；從位錯(cuò)的兒何結(jié)構(gòu)來(lái)看，位錯(cuò)是已滑移區(qū)與未 滑移區(qū)在滑移面上的 交界線，稱為位錯(cuò)線；從伯氏矢量角度來(lái)看，位錯(cuò)是伯氏矢量 不為零的晶體缺陷。2 位錯(cuò)的三種根本類型：刃型位錯(cuò)、

3、螺型位錯(cuò)和混合位錯(cuò) 它們與柏氏矢量的關(guān)系：刃型位錯(cuò)：柏氏矢量與位錯(cuò)線垂直。螺型位錯(cuò)：柏 氏矢量與位錯(cuò)線平行混合位錯(cuò)：柏氏矢量與位錯(cuò)線既不平行也不垂直，而是與位錯(cuò)線相交成任意 角度。伯氏矢量的守恒性：伯氏矢量與回路起點(diǎn)及其具體途徑無(wú)關(guān)。一根位錯(cuò)線不能終止于晶體內(nèi)部， 而只能中止在晶體的外表或晶界上。 假設(shè)它 終止于晶體內(nèi)部，那么形成位錯(cuò)環(huán)或者三維位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。3 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)形式或方式有哪些？位錯(cuò)的根本運(yùn)動(dòng)形式是滑移，此外，刃型位錯(cuò)還有攀移，螺型位錯(cuò)還有交滑 移。 刃型位錯(cuò)在垂直于滑移面方向的運(yùn)動(dòng)稱為攀移。對(duì)于螺型位錯(cuò)，山于所有包含位錯(cuò)線的晶面都可成為其滑移面，因此，當(dāng)某 一螺型位錯(cuò)在原滑移面上運(yùn)動(dòng)受

4、阻時(shí)，有可能從原滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑平行的滑移面上去繼續(xù)滑移，這一過(guò)程稱為交滑移。如果交滑移后的位錯(cuò)再轉(zhuǎn)回和原滑移面 移面上繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，那么稱為雙交滑移4扭折、割階的定義；割階對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有什么影響？一個(gè)運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)線，特別是在受到阻礙的悄況下，有可能通過(guò)其中一局部線段n個(gè)原子間距首先進(jìn)行滑移。假設(shè)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；假設(shè)該曲折線段垂直于位錯(cuò)的滑移面時(shí)，那么稱為割階。刃型位錯(cuò)的割階局部仍為刃型位錯(cuò)，而扭折局部那么為螺型位錯(cuò); 螺型位錯(cuò)中的 扭折和割階線段，由于均與伯氏矢量垂直，故均屬于刃型位錯(cuò)。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)，兒乎不產(chǎn)生阻力，

5、而且扭折在線張力作用下易于消失。但割階那么與原位錯(cuò)線不在同一滑移面，故除非割階產(chǎn)生攀移，否那么割階就不能隨主位錯(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。帶割階位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，按割階高度的不同，乂可分為三種情況：割階高度只有廣2個(gè)原子間距，螺型位錯(cuò)可以把割階拖著走，在割階后面留下一排點(diǎn)缺陷；割階高度約在20 nm以上，它們可以各自獨(dú)立的在各自的滑移面上滑移，并以割階為軸，在滑移面上旋轉(zhuǎn)；割階高度介于上述兩種情況之間時(shí)，位錯(cuò)不可能拖著割 階運(yùn)動(dòng)，割階之間的位錯(cuò)線彎曲而在其 后形成位錯(cuò) 環(huán)。5不全位錯(cuò)的柏氏矢量的特點(diǎn)如下：1不全位錯(cuò)的四周不完全是完整的結(jié)構(gòu)，有一局部有層錯(cuò)；2不全位錯(cuò)的 柏氏

6、回路必須從層錯(cuò)開始， 回路最后還要穿過(guò)層錯(cuò)； 3不全位錯(cuò)的柏氏矢量不是 完整的最短點(diǎn)陣矢量； 4不全位錯(cuò)的矢量也有守恒性。6 單位位錯(cuò)：柏氏矢量恰好等于單位點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)。不全位錯(cuò)：柏氏矢量不等于單位點(diǎn)陣矢量或其整數(shù)倍的位錯(cuò)。的整個(gè)位錯(cuò)擴(kuò)展位錯(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)組態(tài)稱為擴(kuò)展位錯(cuò)。7 層錯(cuò)與不全位錯(cuò)的關(guān)系假設(shè)堆垛層錯(cuò)不是發(fā)生在晶體的整個(gè)原子面上而是只是局部區(qū)域存在， 那么在層 錯(cuò)與完整晶 體的交界處就存 當(dāng)層錯(cuò)存在時(shí)，層錯(cuò)與完整晶體的邊界為肖克利不全位錯(cuò) 與抽出型層錯(cuò)聯(lián)系的不全位錯(cuò)通常稱為負(fù)弗蘭克不全位錯(cuò)，而與插入型聯(lián) 系的那么稱 為正弗蘭克不全位錯(cuò)。弗蘭

7、克不全位錯(cuò)乂稱為不滑動(dòng)位錯(cuò)或固定位錯(cuò)。8 擴(kuò)散與位錯(cuò)如果擴(kuò)散元素沿位錯(cuò)管道遷移，所需要的激活能較小，所以擴(kuò)散速率較高。在高溫下，位錯(cuò)對(duì)晶體的總擴(kuò)散的奉獻(xiàn)并不大，只有在較低溫度下才能顯示岀其重要性。冷變形會(huì)增加金屬材料的界面和位錯(cuò)密度，也會(huì)加速擴(kuò)散過(guò)程的進(jìn)行。9笫二相粒子與位錯(cuò)的關(guān)系：繞過(guò)機(jī)制，切過(guò)機(jī)制繞過(guò)機(jī)制：位錯(cuò)繞過(guò)不易形變粒子，粒子對(duì)位錯(cuò)的斥力足夠大，運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)線在粒子前受阻、彎曲。隨外加切應(yīng)力增加，留下位錯(cuò)環(huán)，其余位錯(cuò)繼續(xù)滑移。通常稱為奧羅萬(wàn)機(jī)制。切過(guò)機(jī)制：短程交互作用和長(zhǎng)程交互作用。通常將第二相粒子強(qiáng)化分為沉淀強(qiáng)化與彌散強(qiáng)化兩類。10湯普森四面體(點(diǎn)、線、面)ffi 3 . *10 Th

8、cgeun 評(píng) At 體 己號(hào)S分別代表與A,B , C , D點(diǎn)相對(duì)面的中心，把 4 個(gè)面以三角形 ABC為底展開， 得圖3. 40(c) o由圖中可見：(1) 四面體的4個(gè)面即為4個(gè)可能的滑移面：(1 1 1)411 1),(1H)J1 11) 面。(2) 四面體的6個(gè)棱邊代表12個(gè)晶向，即為面心立方晶體中全位錯(cuò)12個(gè)可 能的柏氏矢量。(3) 每個(gè)面的頂點(diǎn)與其中心的連線代表24個(gè)7<"2>型的滑移矢量，它們相當(dāng)于面心立方晶體中可能的24個(gè)肖克萊不全位錯(cuò)的柏氏矢量。(4) 4個(gè)頂點(diǎn)到它所對(duì)的三角形中點(diǎn)的連線代表8個(gè)型的滑移矢最，它們相當(dāng)于面心立方晶體中可能有的8個(gè)弗蘭克

9、不全位錯(cuò)的柏氏矢量(5) 4個(gè)面中心相連即 a P , ciy， a 5,0 丫，P 5 , 丫 6為扌卜。)是壓桿位錯(cuò)的一種。11羅麥-柯索爾位錯(cuò)(位錯(cuò)方向)羅麥位錯(cuò):ffwilfonf 110,即位錯(cuò)方向110柯垂?fàn)栁诲e(cuò)：在111面上:y011 = -112H |121(111)在面上,即位錯(cuò)方向110兩擴(kuò)展位錯(cuò)在各自的滑移面上相向移動(dòng)，當(dāng)每個(gè)擴(kuò)展位錯(cuò)中的一個(gè)不全位錯(cuò)到達(dá)滑移面的交截線時(shí)，就會(huì)通過(guò)位錯(cuò)反響生成新的先導(dǎo)位錯(cuò)亦為不全位錯(cuò)，這個(gè)新位錯(cuò)豈 110是純?nèi)行偷?，其伯氏矢量位?01面上，其滑移面是001,但fee的滑移面 應(yīng)是111 因此，這個(gè)位錯(cuò)是固定位錯(cuò)，乂稱壓桿位錯(cuò)，這種形成于兩

10、個(gè)111面之間的面角上，由三個(gè)不全位錯(cuò)和兩片層錯(cuò)所構(gòu)成的位錯(cuò)組態(tài)稱為“Lomer- Cottrell位錯(cuò)，也稱為面角位錯(cuò)。12位錯(cuò)增殖的5種機(jī)制：F-R位錯(cuò)源、雙交滑移、單邊F-R位錯(cuò)源、刃型位錯(cuò)線局部攀移、空位片塌陷13位錯(cuò)密度與強(qiáng)度關(guān)系圖oF存 伯估需廈57囹1.49必號(hào)應(yīng)晝度另燉情贈(zèng)論披反；2 昶毀強(qiáng)度s, 一 *僅 化的牝金 a 農(nóng)廃x 令金化、如工錘 化應(yīng)碼 處理的倉(cāng)金fiuir1 山上圖可得隨著缺陷數(shù) U的增加，金屬的強(qiáng)度下降。原因是缺陷破壞了原子間結(jié)合 力，從宏觀上看，即隨缺陷數(shù) H增加，強(qiáng)度下降。2 隨著缺陷數(shù)U的增加，金屬的強(qiáng)度增加。原因是位錯(cuò)交割纏結(jié)，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力 增加

11、，強(qiáng)度增加。山此可見，強(qiáng)化金屬的方向有兩個(gè)：一是制備無(wú)缺陷的理想晶體，其強(qiáng)度最高，但實(shí)際上很難；另一種是制備缺陷數(shù)LI多的晶體，例如：納米晶體，非晶態(tài)晶體等。1根本概念與類型，對(duì)性能的影響面缺陷，其特征是在一個(gè)方向上尺寸很小，另外兩個(gè)方向上擴(kuò)展很大，也稱為二維缺陷。類型：外外表和內(nèi)界面。外外表：固體材料與氣體或液體的分界面。內(nèi)界面：晶界.亞品界、李品界、層錯(cuò)和相界面等晶界：屬于同一固相但位向不同的晶粒之間的界面。根據(jù)位向差0的大小不 同可將晶界分為兩類：I小角度晶界一一相鄰晶粒的位向差小于10°晶界，亞 晶界均屬小角度晶界，一般小于2° ；2大角度晶界相鄰晶粒的位向差大于1

12、0°晶界，多晶體中90%以上的晶界屬于此類亞晶界：位向稍有差異的相鄰亞晶粒間的界面。攣晶界：兩個(gè)晶體或一個(gè)晶體的兩局部沿一個(gè)公共晶面構(gòu)成鏡面對(duì)稱的 位向關(guān)系， 這兩個(gè)晶體就稱為 " 李晶，此公共晶面就稱李晶面；李晶界可分為兩 類：共格李晶界和非共 格李晶界。相界：具有不同結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面；相界面可分為共格相界、半共格 相界和非共 格相界三種類型。2. 晶界的位錯(cuò)結(jié)構(gòu) 1小角度晶界的結(jié)構(gòu)：對(duì)稱傾斜晶界：晶界兩側(cè)晶體互相傾斜的結(jié)果，相鄰兩晶粒間的位向差0 角 很小，晶界可看成是由一列平行的刃型位錯(cuò)所構(gòu)成；不對(duì)稱傾斜晶界： 傾斜晶界的界面繞 x 軸轉(zhuǎn)了一角度 "

13、，兩晶粒之間的位向 差仍為 0 角， 山兩組柏氏矢量相互垂直的刃位錯(cuò)交錯(cuò)排列而構(gòu)成；扭轉(zhuǎn)晶界：兩局部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) 0 角所構(gòu) 成，由互相 交叉的螺型位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)所組成；傾斜晶界：轉(zhuǎn)軸在晶界內(nèi)；扭轉(zhuǎn)晶界：轉(zhuǎn)軸垂直于晶界。2大角度晶界的結(jié)構(gòu)組成用，宏觀表陷，故晶界界處優(yōu)先多晶體材料中各晶粒之間的晶界通常為大角度晶界；分界面山不規(guī)那么的臺(tái)階面缺陷對(duì)性能的影響：晶界的特性1?晶界處點(diǎn)陣畸變大，存在著晶界能。2. 晶界處原子排列不規(guī)那么，在常溫下晶界的存在會(huì)對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)起阻礙作 現(xiàn)為晶界較晶內(nèi)具有較高的強(qiáng)度和硬度。3. 晶界處原子偏離平衡位置，具有較高的動(dòng)能，并且晶界處存在較多的缺 處原子的擴(kuò)散速度比在晶內(nèi)快的多。4. 相變過(guò)程中，山于晶界能量較高且原子活動(dòng)能力較大，所以新相易于在晶 形核。5. 由于成分偏析和內(nèi)附現(xiàn)象，故在加熱過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)“過(guò)熱現(xiàn)象。6. 山于晶界能量較高、原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，故晶界的腐蝕速度較快。1 固態(tài)相變的特點(diǎn)？