第1-3-實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1、 金屬學及熱處理沈陽理工大學應用技術(shù)學院沈陽理工大學應用技術(shù)學院 本次課程內(nèi)容設計 一、引言通過提出問題讓學生回答，簡單復習前次內(nèi)容引出正文 二、正文實際金屬的晶體結(jié)構(gòu) 三、結(jié)論(包括作業(yè)、思考題或習題)第三節(jié) 實際金屬的晶體結(jié)構(gòu) 一、引言1、晶面指數(shù)和晶向指數(shù),僅指一個晶面和晶向嗎?2、體心立方晶格的不同晶向的原子密度？3、為什么金屬晶體的物理性質(zhì)各向異性,而實際工程應 用的金屬材料表現(xiàn)為偽等向性？4、那些金屬有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象發(fā)生？ 金屬金屬（定義）-性能性能(良好的導電、導熱性能、正的電阻溫度系數(shù)、金屬光澤、延展性）- 組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)（原子的結(jié)構(gòu)特點-金屬鍵性，原子的排列方式（結(jié)合力（

2、強度）、結(jié)合能（熔點、線膨脹系數(shù)）-晶體金屬晶體結(jié)構(gòu)金屬晶體結(jié)構(gòu) 晶體的特征（4點） 理想模型-3種典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)-晶面指數(shù)和晶向指數(shù)（各向異性）-位等向性-同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)n1、實際晶體結(jié)構(gòu)是什么樣的？n2、晶體缺陷對晶體有什么樣的影響？（性能）為什么要研究它？n3、有哪些晶體缺陷？ 第3節(jié) 實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)總不可避免地存在一些原子偏離規(guī)則排列的不完整區(qū)域,這就是晶體缺陷晶體缺陷1、實際晶體結(jié)構(gòu)是什么樣的？2、晶體缺陷對晶體有什么樣的影響？（性能）為什么要研究它？n晶體缺陷的影響晶體缺陷的影響: :n1 1、對結(jié)構(gòu)的完整性無大的影響、對

3、結(jié)構(gòu)的完整性無大的影響n2 2、對金屬或合金的、對金屬或合金的強度、塑性、電阻強度、塑性、電阻等產(chǎn)生重等產(chǎn)生重大影響大影響n3 3、對擴散、相變、塑性變形和再結(jié)晶等過程起、對擴散、相變、塑性變形和再結(jié)晶等過程起重要作用重要作用點缺陷線缺陷面缺陷點缺陷的特點是在空間三維方向上的尺寸都很小，約為幾個原子間距，又稱零維缺陷空位空位 間隙原子間隙原子 置換原子置換原子3、有哪些晶體缺陷？晶體中的點缺陷晶體中的點缺陷 (a)空位空位(b)雜質(zhì)質(zhì)點雜質(zhì)質(zhì)點(c)間隙質(zhì)點間隙質(zhì)點點缺陷能量起伏？空位是如何形成的？能量起伏？空位是如何形成的？空位的種類？空位的種類？脫位原子的去處大致有三：一、跑到晶體表面去，

4、這樣所產(chǎn)生的空位稱肖脫基(Schottky)空位；二、跑到點陣間隙中，所產(chǎn)生的空位稱弗蘭克空位；三、跑到其他空位中，這當然不會增加新空位，但可使空位變換位置。1大的置換原子 2肖脫基空位 3異類間隙原子4復合空位 5弗蘭克空位 6小的置換原子點缺陷對材料性能的影響點缺陷對材料性能的影響原因：原因：總之，無論哪一種點缺陷(空位、間隙原子或其他)的出現(xiàn)，都會引起晶體能量的升高，都會使其都會使其附近的原子稍微偏離原結(jié)點位置才能平衡，即造成小附近的原子稍微偏離原結(jié)點位置才能平衡，即造成小區(qū)域的晶格畸變，區(qū)域的晶格畸變，這當然會增加晶體的不穩(wěn)定性。 提高材料的電阻提高材料的電阻 定向流動的電子在點缺陷處

5、受到非定向流動的電子在點缺陷處受到非平衡力平衡力( (陷阱陷阱) )，增加了阻力，加速運動提高局部溫度，增加了阻力，加速運動提高局部溫度( (發(fā)熱發(fā)熱) )。 加快原子的擴散遷移加快原子的擴散遷移 空位空位可作為原子運動的周轉(zhuǎn)站?？勺鳛樵舆\動的周轉(zhuǎn)站。 形成其他晶體缺陷形成其他晶體缺陷 過飽和的空位可集中形成內(nèi)部的過飽和的空位可集中形成內(nèi)部的空洞，空洞，集中一片的塌陷形成位錯集中一片的塌陷形成位錯。 改變材料的力學性能改變材料的力學性能 空位移動到位錯處可造成刃位空位移動到位錯處可造成刃位錯的攀移，間隙原子和異類原子的存在會增加位錯的錯的攀移，間隙原子和異類原子的存在會增加位錯的運動阻力。運

6、動阻力。會使強度提高，塑性下降會使強度提高，塑性下降效果效果點缺陷線缺陷面缺陷線缺陷就是各種類型的線缺陷就是各種類型的位錯位錯。它是指晶體中的原。它是指晶體中的原子發(fā)生了有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。其特點是原子發(fā)生子發(fā)生了有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。其特點是原子發(fā)生錯排的范圍只在一維方向上很大，是一個直徑為錯排的范圍只在一維方向上很大，是一個直徑為3-53-5個原子間距，長數(shù)百個原子間距以上的管狀原個原子間距，長數(shù)百個原子間距以上的管狀原子畸變區(qū)。子畸變區(qū)。線缺陷位錯可分為刃型位錯(blade dislocation)和螺型位錯(spiral dislocation)。線缺陷螺型位錯線缺陷柏氏矢量的主要特性：可以

7、判斷位錯的類型可以表示晶體滑移的方向和大小。位錯線和柏氏矢量構(gòu)成的平面定義為滑移面。位錯密度位錯密度可用單位體積中位錯線總長度來表示，即可用單位體積中位錯線總長度來表示，即VL式中，式中，為位錯密為位錯密度（度（m-2）；）；L為為位錯線的總長度位錯線的總長度（m）；）；V為體積為體積（m3）。）。線缺陷線缺陷位錯對金屬性能的影響：1、不含位錯，強度很高2、位錯密度增大，強度很高點缺陷線缺陷面缺陷晶體的面缺陷包括晶體的外表面晶體的面缺陷包括晶體的外表面（表面或自由界面）和內(nèi)界面兩類，（表面或自由界面）和內(nèi)界面兩類，其中的內(nèi)界面又有其中的內(nèi)界面又有晶界、亞晶界晶界、亞晶界、孿晶界、堆垛層錯和相界

8、等孿晶界、堆垛層錯和相界等。面缺陷由于表面上的原子與晶體內(nèi)部的原子相比其配位數(shù)較少，使得表面原子偏離正常位置，在表面層產(chǎn)生了晶格畸變，導致其能量升高。將這種單位表面面積上升高的能量稱為比表面能，簡稱表面能。表面能也可以用單位長度上的表面張力（Nm）表示。面缺陷面缺陷面缺陷在多相組織中，具有不同晶體結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面稱為相界。2)2)相界面：相界面：兩種不同相的分界面。液體的表面是液相和氣相的兩種不同相的分界面。液體的表面是液相和氣相的分界面；晶體的表面是晶體和氣相分界面；晶體的表面是晶體和氣相(或液相或液相)的分界面；兩個不的分界面；兩個不同的固相之間的分界面也是相界面，在我們的課程中主要

9、是指同的固相之間的分界面也是相界面，在我們的課程中主要是指后者。后者。 1)1)相：相：在物理化學中已有了明確的解釋。它是指成分相同、在物理化學中已有了明確的解釋。它是指成分相同、( (晶體晶體) )結(jié)構(gòu)相同、有界面和其它部分分開的物質(zhì)的均勻組成部結(jié)構(gòu)相同、有界面和其它部分分開的物質(zhì)的均勻組成部分。分。 3)3)相界面的主要特性：相界面的主要特性：相界面的結(jié)構(gòu)和晶界有一定的共性，也相界面的結(jié)構(gòu)和晶界有一定的共性，也有一些明顯的差別。非共格界面類似大角度晶界，而完全的共有一些明顯的差別。非共格界面類似大角度晶界，而完全的共格是困難的，共格面兩邊微少的差別可以用晶格的畸變來調(diào)整，格是困難的，共格面兩邊微少的差別可以用晶格的畸變來調(diào)整，界面兩邊差別不十分大時，將可以補充一定的位錯來協(xié)調(diào)，組界面兩邊差別不十分大時，將可以補充一定的位錯來協(xié)調(diào)，組成半共格界面。無論那種情況，界面都存在自己的界面能，都成