第三章 晶體缺陷-2

1、1 1位錯(cuò)的彈性性質(zhì)位錯(cuò)的彈性性質(zhì)Stress field characteristics of dislocations: Dislocation energy: Gb2 unit lengthForce on a dislocation: fslip=t tb, or fclimb=-s sbLine tension of dislocation: t t=Gb/2rInteractions between dislocations: short-range and long range5th 2 21）兩平行螺位錯(cuò)的交互作用）兩平行螺位錯(cuò)的交互作用1 21 22rGbbfbrt由于應(yīng)力場(chǎng)

2、中只有切應(yīng)力分量，所以只受到徑向作用力由于應(yīng)力場(chǎng)中只有切應(yīng)力分量，所以只受到徑向作用力fr：排斥排斥吸引吸引5th 3 32）兩平行刃位錯(cuò)的交互作用）兩平行刃位錯(cuò)的交互作用 22222212)()()1 (2yxyxxbGbbfyxxt22222212)()3()1 (2yxyxybGbbfxxys沿沿x方向的切應(yīng)力分量（滑移）：方向的切應(yīng)力分量（滑移）：沿沿y方向的正應(yīng)力分量（攀移）：方向的正應(yīng)力分量（攀移）：在位錯(cuò)在位錯(cuò)e1的應(yīng)力場(chǎng)中存在切應(yīng)的應(yīng)力場(chǎng)中存在切應(yīng)力和正應(yīng)力，分別導(dǎo)致力和正應(yīng)力，分別導(dǎo)致e2沿沿x方向滑移和沿方向滑移和沿y方向攀移方向攀移 5th 4 4如果是兩平行刃位錯(cuò)和螺位

3、錯(cuò)呢？如果是兩平行刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò)呢？由于由于b相互垂直，使得各自的應(yīng)力場(chǎng)均沒有使對(duì)相互垂直，使得各自的應(yīng)力場(chǎng)均沒有使對(duì)方受力的應(yīng)力分量，故不發(fā)生作用方受力的應(yīng)力分量，故不發(fā)生作用s1e2for screw D: sxx =syy =szz =0 t txy =t tyx = 020 xyxfbt20yxxfbs 5th b15 53.2.5 位錯(cuò)的生成與增殖位錯(cuò)的生成與增殖 formation and generation1 位錯(cuò)的密度位錯(cuò)的密度 density of dislocations位錯(cuò)密度：位錯(cuò)密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所包含的位錯(cuò)線總長(zhǎng)度。單位體積內(nèi)所包含的位錯(cuò)線總長(zhǎng)度。 = L / V

4、(cm-2)一般，位錯(cuò)密度也定義為單位面積所見到的位錯(cuò)數(shù)目一般，位錯(cuò)密度也定義為單位面積所見到的位錯(cuò)數(shù)目 = n / A (cm-2)充分退火的多晶體金屬中，充分退火的多晶體金屬中，= 106 108 cm-2劇烈冷變形的金屬中：劇烈冷變形的金屬中：= 1010 1012 cm-2超純金屬單晶體：超純金屬單晶體： 103 cm-25th 6 6 位錯(cuò)對(duì)性能的影響位錯(cuò)對(duì)性能的影響：金屬的塑性變形主要由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)金屬的塑性變形主要由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起，因此阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)化金屬的主要途徑。引起，因此阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)化金屬的主要途徑。 減少或增加位錯(cuò)密度都可以提高金屬的強(qiáng)度。減少或增加位錯(cuò)密度都可以提高金屬

5、的強(qiáng)度。金屬晶須金屬晶須退火態(tài)退火態(tài)(105-108/cm2) 加工硬化態(tài)加工硬化態(tài)(1011-1012/cm2) s s 7 7Picture is snapshot from simulation of plastic deformation in a fcc single crystal (Cu).Number increases during plastic deformation. Spawn from dislocations, grain boundaries, surfaces.8 8Slip in a Single CrystalEach step (shear band)

6、r e s u l t s f r o m t h e generation of a large number of dislocations and their propagations in the slip systemZn9BF TEM micrographs of dislocation substructures in the (a1-a3) 19 m grain-sized and(b1-b3) 5 m grain-sized undoped HEAs after low, medium and high strains. The grain boundary (GB), B2

7、 phase, and dislocation cell structures (DCs) are marked in the images.Austenite alloy without C-doped應(yīng)變量應(yīng)變量Thermal-mechanical treatmentPreicipitated B2 phaseMatrix: fine grains位錯(cuò)胞without B2 phaseMatrix: corase grainswavy Ds10應(yīng)變量應(yīng)變量BF TEM micrographs of dislocation substructures in the (a1-a3) 23 m

8、grain-sized and (b1-b3) 5 m grain-sized 1.1 at. % C-doped HEAs after low, medium and high strains. Stacking faults (SF) and microbands (MBs) are marked on the images. The white arrow in (b2) points out the early stage of dislocation clusters.Matrix: fine grainscorase grainsPlanar DsmicrobandsD clust

9、ers11112 位錯(cuò)的生成位錯(cuò)的生成 formation of dislocations 晶體生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生位錯(cuò)晶體生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生位錯(cuò)雜質(zhì)原子在凝固時(shí)固溶成分不均勻，導(dǎo)致點(diǎn)陣畸變，雜質(zhì)原子在凝固時(shí)固溶成分不均勻，導(dǎo)致點(diǎn)陣畸變，可形成位錯(cuò)作為可形成位錯(cuò)作為過渡過渡；溫度、濃度、振動(dòng)等因素導(dǎo)致晶塊間的位相差溫度、濃度、振動(dòng)等因素導(dǎo)致晶塊間的位相差導(dǎo)致位錯(cuò)產(chǎn)生導(dǎo)致位錯(cuò)產(chǎn)生；晶粒間的熱應(yīng)力等作用導(dǎo)致晶體表面產(chǎn)生臺(tái)階而形成位錯(cuò)晶粒間的熱應(yīng)力等作用導(dǎo)致晶體表面產(chǎn)生臺(tái)階而形成位錯(cuò) 快速凝固及冷卻過程中的過飽和空位的聚集快速凝固及冷卻過程中的過飽和空位的聚集 局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致局部滑移局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致局部

10、滑移位錯(cuò)源：位錯(cuò)源：12123 位錯(cuò)的增殖位錯(cuò)的增殖 generation of dislocations 弗蘭克弗蘭克-瑞德源瑞德源 Frank-Read source 晶體在變形過程中存在位錯(cuò)的大量增殖晶體在變形過程中存在位錯(cuò)的大量增殖已存在的位錯(cuò)受力開始運(yùn)動(dòng)，最終移到晶體表面產(chǎn)生宏觀塑性變形。已存在的位錯(cuò)受力開始運(yùn)動(dòng)，最終移到晶體表面產(chǎn)生宏觀塑性變形。1313 弗蘭克弗蘭克-瑞德源瑞德源 Frank-Read source 臨界切應(yīng)力臨界切應(yīng)力 t tc= Gb/LLr半圓形半圓形r最小，最小，t t最大最大t t = Gb/2r在在Si、Al-Cu、Al-Mg合金、鎘、不銹鋼、合金、鎘

11、、不銹鋼、NaCl等晶體中存在等晶體中存在FR機(jī)制機(jī)制1414 雙交滑移增殖模型雙交滑移增殖模型割階的存在對(duì)原位錯(cuò)產(chǎn)割階的存在對(duì)原位錯(cuò)產(chǎn)生釘扎作用，使得原位生釘扎作用，使得原位錯(cuò)在滑移面上成為一個(gè)錯(cuò)在滑移面上成為一個(gè)Frank-Read source15153.2.6 實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)Dislocations in real crystals 以上位錯(cuò)結(jié)構(gòu)是以簡(jiǎn)單立方晶體為研究對(duì)象，實(shí)際晶體中更為復(fù)雜，具有特以上位錯(cuò)結(jié)構(gòu)是以簡(jiǎn)單立方晶體為研究對(duì)象，實(shí)際晶體中更為復(fù)雜，具有特殊性質(zhì)和復(fù)雜組態(tài)殊性質(zhì)和復(fù)雜組態(tài)簡(jiǎn)單立方晶體中，簡(jiǎn)單立方晶體中，b總是等于點(diǎn)陣矢量?？偸堑扔邳c(diǎn)陣矢

12、量。1 實(shí)際晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量實(shí)際晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量 單位位錯(cuò)單位位錯(cuò) Unit dislocation：柏氏矢量等于單位點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)：柏氏矢量等于單位點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò) 全位錯(cuò)全位錯(cuò) Perfect dislocation：柏氏矢量等于點(diǎn)陣矢量或其整數(shù)倍的位：柏氏矢量等于點(diǎn)陣矢量或其整數(shù)倍的位錯(cuò)，全位錯(cuò)滑移后晶體原子排列不變錯(cuò)，全位錯(cuò)滑移后晶體原子排列不變 不全位錯(cuò)不全位錯(cuò) Imperfect dislocation：柏氏矢量不等于點(diǎn)陣矢量整數(shù)倍的：柏氏矢量不等于點(diǎn)陣矢量整數(shù)倍的位錯(cuò)，不全位錯(cuò)滑移后晶體原子排列規(guī)律變化位錯(cuò)，不全位錯(cuò)滑移后晶體原子排列規(guī)律變化 部分位錯(cuò)部分位錯(cuò) Partia

13、l dislocation：柏氏矢量小于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)：柏氏矢量小于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)1616但在實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中，位錯(cuò)的但在實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中，位錯(cuò)的b不能是任意的，它要符合不能是任意的，它要符合晶體的結(jié)構(gòu)條件和能量條件。晶體的結(jié)構(gòu)條件和能量條件。1）晶體的結(jié)構(gòu)條件是指）晶體的結(jié)構(gòu)條件是指b必須連接一個(gè)原子平衡位置到另必須連接一個(gè)原子平衡位置到另一個(gè)平衡位置。一個(gè)平衡位置。2）從能量條件，位錯(cuò)能量正比于）從能量條件，位錯(cuò)能量正比于b2，b越小系統(tǒng)越穩(wěn)定越小系統(tǒng)越穩(wěn)定b=點(diǎn)陣矢量點(diǎn)陣矢量1717密排堆垛時(shí)：密排堆垛時(shí)：FCC晶格中晶格中(111)面的堆垛順序?yàn)槊娴亩讯忭樞驗(yàn)锳BCABCABCHCP晶格中

14、晶格中(0001)面的堆垛順序?yàn)槊娴亩讯忭樞驗(yàn)锳BABABFCCHCPFCC：HCP： 18A B C B C 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，稱為堆垛堆垛層錯(cuò)，簡(jiǎn)稱層錯(cuò)層錯(cuò)，簡(jiǎn)稱層錯(cuò)。FCC晶格中晶格中(111)面的堆垛順序?yàn)槊娴亩讯忭樞驗(yàn)锳BCABCABCHCP晶格中晶格中(0001)面的堆垛順序?yàn)槊娴亩讯忭樞驗(yàn)锳BABAB FCC結(jié)構(gòu)中的堆垛層錯(cuò)結(jié)構(gòu)中的堆垛層錯(cuò)正常排列正常排列A B C A B C 抽出一層抽出一層A插入一層插入一層B抽出型抽出型內(nèi)稟層錯(cuò)內(nèi)稟層錯(cuò)插入型插入型外稟層錯(cuò)外稟層錯(cuò)A B C

15、 B A B C 一層一層HCP packingIntrinsic stacking faultExtrinsic stacking fault2 堆垛層錯(cuò)堆垛層錯(cuò) stacking fault19FCC晶體晶體中中的位錯(cuò)的位錯(cuò)滑移滑移面面:111滑移方向：滑移方向： 柏氏矢量柏氏矢量：實(shí)際晶體中滑移是在特定的滑移面和滑移方向上進(jìn)行實(shí)際晶體中滑移是在特定的滑移面和滑移方向上進(jìn)行 -密排面和密排方向密排面和密排方向1102a(111)XZY(111)1216a1102a2116a20如果某一層如果某一層(111)面以及其以上所面以及其以上所有的面一起滑移有的面一起滑移/6 矢量矢量?jī)?nèi)稟層錯(cuò)，又稱

16、滑移型層錯(cuò)，內(nèi)稟層錯(cuò)，又稱滑移型層錯(cuò)， /6 為層錯(cuò)矢量為層錯(cuò)矢量A B C A B C A B C A B C A B C A B C A A B C A B A B C A B C A 層錯(cuò)矢量層錯(cuò)矢量1126aA BA 、B A B、ABAB 層錯(cuò)層錯(cuò)滑移型滑移型層錯(cuò)層錯(cuò)、 、（ （FCC中的中的HCP結(jié)結(jié)構(gòu)）構(gòu)）滑移型層錯(cuò)滑移型層錯(cuò)21如果某一層(111)l面(如B面)以及其以上所有的面一起向上抬起/3,然后插人一層(111)面(如C面)外稟層錯(cuò)，又稱插入型層錯(cuò)，外稟層錯(cuò)，又稱插入型層錯(cuò)， /3 為層錯(cuò)矢量為層錯(cuò)矢量 A B C A B A B C A B C A 層錯(cuò)矢量層錯(cuò)矢量11

17、26a滑移型層錯(cuò)滑移型層錯(cuò) A B C A B C A B C A B C 位移位移： ： A B C A C B C A B C A B C 位移位移： ：1113a插入型插入型抽出抽出型型層錯(cuò)矢量層錯(cuò)矢量1113a2222形成層錯(cuò)時(shí)幾乎不發(fā)生點(diǎn)陣畸變，但破壞了晶體的完整形成層錯(cuò)時(shí)幾乎不發(fā)生點(diǎn)陣畸變，但破壞了晶體的完整性和正常的周期性，使晶體的能量增加，增加的能量稱性和正常的周期性，使晶體的能量增加，增加的能量稱為堆垛層錯(cuò)能為堆垛層錯(cuò)能 （J/m2）stacking fault energy層錯(cuò)能低，晶體中容易出現(xiàn)層錯(cuò)；層錯(cuò)能低，晶體中容易出現(xiàn)層錯(cuò)；層錯(cuò)能高，晶體中不易出現(xiàn)層錯(cuò)；層錯(cuò)能高，晶

18、體中不易出現(xiàn)層錯(cuò)；很少出現(xiàn)層錯(cuò)很少出現(xiàn)層錯(cuò)23233 分位錯(cuò)分位錯(cuò) partial dislocation如果堆垛層錯(cuò)不是發(fā)生在晶體的整個(gè)原子面上而只是在部分區(qū)如果堆垛層錯(cuò)不是發(fā)生在晶體的整個(gè)原子面上而只是在部分區(qū)域存在，那么，在層錯(cuò)與完整晶體的交界處就存在不全位錯(cuò)，域存在，那么，在層錯(cuò)與完整晶體的交界處就存在不全位錯(cuò)，其伯氏矢量其伯氏矢量b不等于點(diǎn)陣矢量不等于點(diǎn)陣矢量層錯(cuò)的邊界就是分位錯(cuò)層錯(cuò)的邊界就是分位錯(cuò)抽出型抽出型插入型插入型2424FCC結(jié)構(gòu)中，存在結(jié)構(gòu)中，存在肖克萊（肖克萊（Shockley）分位錯(cuò)）分位錯(cuò)弗蘭克（弗蘭克（Frank）分位錯(cuò)）分位錯(cuò)層錯(cuò)矢量層錯(cuò)矢量肖克萊（肖克萊（Sh

19、ockley）分位錯(cuò)）分位錯(cuò)可動(dòng)位錯(cuò)可動(dòng)位錯(cuò)右側(cè)是右側(cè)是ABCABCpacking左側(cè)是左側(cè)是ABCBCApacking，存在層，存在層錯(cuò)，邊界就是不全位錯(cuò)。相當(dāng)于左側(cè)錯(cuò)，邊界就是不全位錯(cuò)。相當(dāng)于左側(cè)的的A層原子面沿滑移面到層原子面沿滑移面到B層位置，形層位置，形成了位錯(cuò)?？梢允侨行停梢允锹菪?。成了位錯(cuò)。可以是刃型，可以是螺型。1126a這種位錯(cuò)可在（這種位錯(cuò)可在（111）面上滑移，滑移的結(jié)果使）面上滑移，滑移的結(jié)果使得層錯(cuò)擴(kuò)大和縮小。屬于可動(dòng)位錯(cuò)。得層錯(cuò)擴(kuò)大和縮小。屬于可動(dòng)位錯(cuò)。但是即使是刃型位錯(cuò)，但是即使是刃型位錯(cuò)，也也不能攀移不能攀移，因?yàn)槿绻驗(yàn)槿绻M(jìn)行攀移，就會(huì)離開此層錯(cuò)面，故不

20、可進(jìn)行。進(jìn)行攀移，就會(huì)離開此層錯(cuò)面，故不可進(jìn)行。2525弗蘭克（弗蘭克（Frank）分位錯(cuò)）分位錯(cuò)固定位錯(cuò)固定位錯(cuò) 純?nèi)行筒蝗诲e(cuò)純?nèi)行筒蝗诲e(cuò)FCC結(jié)構(gòu)中，存在結(jié)構(gòu)中，存在肖克萊（肖克萊（Shockley）分位錯(cuò)）分位錯(cuò)弗蘭克（弗蘭克（Frank）分位錯(cuò)）分位錯(cuò)1113ab 屬于純?nèi)行臀诲e(cuò)，不能在滑移面上進(jìn)行屬于純?nèi)行臀诲e(cuò)，不能在滑移面上進(jìn)行滑移，否則會(huì)離開層錯(cuò)面，故是不滑動(dòng)滑移，否則會(huì)離開層錯(cuò)面，故是不滑動(dòng)位錯(cuò)或固定位錯(cuò)。位錯(cuò)或固定位錯(cuò)。但能通過點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)沿層錯(cuò)面進(jìn)行攀但能通過點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)沿層錯(cuò)面進(jìn)行攀移，實(shí)現(xiàn)層錯(cuò)面的擴(kuò)大和縮小。移，實(shí)現(xiàn)層錯(cuò)面的擴(kuò)大和縮小。26264 位錯(cuò)反應(yīng)位錯(cuò)反應(yīng)位

21、錯(cuò)線之間可以合并或分解，稱為位錯(cuò)反應(yīng)，但需滿足以下位錯(cuò)線之間可以合并或分解，稱為位錯(cuò)反應(yīng)，但需滿足以下條件：條件： a. a. 幾何條件：幾何條件：反應(yīng)前后諸位錯(cuò)的柏氏矢量之和相等，反應(yīng)前后諸位錯(cuò)的柏氏矢量之和相等， b. b. 能量條件：能量條件：反應(yīng)后位錯(cuò)的總能量小于反應(yīng)前位錯(cuò)的總能量反應(yīng)后位錯(cuò)的總能量小于反應(yīng)前位錯(cuò)的總能量ijbb 22ijbb2727所以擴(kuò)展位錯(cuò)通常指一個(gè)全位錯(cuò)分解為兩所以擴(kuò)展位錯(cuò)通常指一個(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)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)，就稱為擴(kuò)展位錯(cuò)。個(gè)位錯(cuò)組態(tài)，就稱為擴(kuò)展位錯(cuò)。幾何條件：幾何條件：1126121610

22、12aaa能量條件：能量條件： 222112612161012aaa位錯(cuò)寬度：位錯(cuò)寬度： 221bGbd FCC中的擴(kuò)展位錯(cuò)中的擴(kuò)展位錯(cuò) 為層錯(cuò)能為層錯(cuò)能 擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度d取決于層錯(cuò)能，晶體的取決于層錯(cuò)能，晶體的 低，擴(kuò)展位錯(cuò)就寬，低，擴(kuò)展位錯(cuò)就寬， 高，擴(kuò)展位錯(cuò)就窄高，擴(kuò)展位錯(cuò)就窄5 擴(kuò)展位錯(cuò)擴(kuò)展位錯(cuò) extended dislocation2828擴(kuò)展位錯(cuò)的交滑移擴(kuò)展位錯(cuò)的交滑移擴(kuò)展位錯(cuò)的束集擴(kuò)展位錯(cuò)的束集當(dāng)擴(kuò)展位錯(cuò)的局部區(qū)域受到障礙時(shí)，擴(kuò)當(dāng)擴(kuò)展位錯(cuò)的局部區(qū)域受到障礙時(shí)，擴(kuò)展位錯(cuò)在外切應(yīng)力的作用下其寬度展位錯(cuò)在外切應(yīng)力的作用下其寬度d d就就會(huì)變小，甚至重新收縮到原來的全位錯(cuò)

23、，會(huì)變小，甚至重新收縮到原來的全位錯(cuò)，稱為束集稱為束集若要進(jìn)行交滑移的話，擴(kuò)展若要進(jìn)行交滑移的話，擴(kuò)展位錯(cuò)要先進(jìn)行束集，變成全位錯(cuò)要先進(jìn)行束集，變成全位錯(cuò)，然后滑移到另外一個(gè)位錯(cuò)，然后滑移到另外一個(gè)滑移面上，之后在新滑移面滑移面上，之后在新滑移面上再分解為擴(kuò)展位錯(cuò)。上再分解為擴(kuò)展位錯(cuò)。29湯普森記號(hào)湯普森記號(hào) Tompsons notation FCC中所有可能的位錯(cuò)反應(yīng) Tompson四面體AB,BC,CD,DA：全位全位錯(cuò)柏氏矢量錯(cuò)柏氏矢量11102AB Shockley分位分位錯(cuò)柏氏矢量錯(cuò)柏氏矢量,ACBFrank 分位錯(cuò)柏氏矢量分位錯(cuò)柏氏矢量,ABCDABAB1111101212112

24、66 121 61A 111 31A30擴(kuò)展位錯(cuò)擴(kuò)展位錯(cuò)101 6112161 11261 DD壓桿位錯(cuò)壓桿位錯(cuò)11106滑移面：滑移面：110 110(001):不是不是FCC晶體中的滑移矢量晶體中的滑移矢量壓桿位錯(cuò)是不動(dòng)位錯(cuò)壓桿位錯(cuò)是不動(dòng)位錯(cuò)整個(gè)不可動(dòng)位錯(cuò)組態(tài)：整個(gè)不可動(dòng)位錯(cuò)組態(tài)：Lomer-Cotrell位錯(cuò)位錯(cuò)(111) (111)11031313.3 面缺陷面缺陷Planar defects界面界面 interface3232 外表面外表面：指固體材料與氣體或液體的分界面。它與摩：指固體材料與氣體或液體的分界面。它與摩 擦、吸附、腐蝕、催化、光學(xué)、微電子等密切相關(guān)。擦、吸附、腐蝕、催

25、化、光學(xué)、微電子等密切相關(guān)。 內(nèi)界面：內(nèi)界面：分為晶粒界面、亞晶界、孿晶界、層錯(cuò)、相界面等。分為晶粒界面、亞晶界、孿晶界、層錯(cuò)、相界面等。界面界面interface：通常包含幾個(gè)原子層厚的區(qū)域，其原通常包含幾個(gè)原子層厚的區(qū)域，其原子排列及化學(xué)成分不同于晶體內(nèi)部，可視為二維結(jié)構(gòu)子排列及化學(xué)成分不同于晶體內(nèi)部，可視為二維結(jié)構(gòu)分布，也稱為晶體的面缺陷。分布，也稱為晶體的面缺陷。界面對(duì)晶體的物理、化界面對(duì)晶體的物理、化學(xué)和力學(xué)等性能產(chǎn)生重要的影響。學(xué)和力學(xué)等性能產(chǎn)生重要的影響。包括：包括：外表面外表面 內(nèi)界面內(nèi)界面33333.3.1 外表面外表面 Surface特點(diǎn)：特點(diǎn)：外表面上的原子部分被其它原子

26、包圍，即外表面上的原子部分被其它原子包圍，即相鄰原子數(shù)相鄰原子數(shù)比晶體內(nèi)部少；表面比晶體內(nèi)部少；表面成分成分與體內(nèi)與體內(nèi)不一不一；表面層；表面層原子鍵原子鍵與晶體與晶體內(nèi)部不相等，內(nèi)部不相等，能量高能量高；表層；表層點(diǎn)陣畸變點(diǎn)陣畸變等。等。表面能：表面能：晶體表面單位面積自由能的增加，可理解為晶體表晶體表面單位面積自由能的增加，可理解為晶體表面產(chǎn)生單位面積新表面所作的功面產(chǎn)生單位面積新表面所作的功 = dW/ds 表面能與表面原子排列表面能與表面原子排列致密度致密度相關(guān)，原子密排的表面具有相關(guān)，原子密排的表面具有 最小的表面能；最小的表面能； 表面能與表面能與表面曲率表面曲率相關(guān)，曲率大則表面

27、能大；相關(guān)，曲率大則表面能大； 表面能對(duì)表面能對(duì)晶體生長(zhǎng)晶體生長(zhǎng)、新相形成新相形成有重要作用。有重要作用。34343.3.2 晶界和亞晶界晶界和亞晶界 grain boundary and sub-grain boundary晶界晶界Grain boundary：在多晶粒物質(zhì)中，屬于在多晶粒物質(zhì)中，屬于同一固相但位向不同的晶粒之間的界面稱為晶界。同一固相但位向不同的晶粒之間的界面稱為晶界。是只有幾個(gè)原子間距寬度，從一個(gè)晶粒向另外一是只有幾個(gè)原子間距寬度，從一個(gè)晶粒向另外一個(gè)晶粒過渡的，且具有一定程度原子錯(cuò)配的區(qū)域。個(gè)晶粒過渡的，且具有一定程度原子錯(cuò)配的區(qū)域。晶粒平均直徑：晶粒平均直徑：0.01

28、5-0.25mm亞晶粒亞晶粒Sub-grain：一個(gè)晶粒中若干個(gè)位向稍有一個(gè)晶粒中若干個(gè)位向稍有差異的晶粒；平均直徑：差異的晶粒；平均直徑：0.001mm亞晶界亞晶界Sub-grain boundary：相鄰亞晶粒之間相鄰亞晶粒之間的界面的界面 3535晶界位置的確定晶界位置的確定對(duì)二維點(diǎn)陣對(duì)二維點(diǎn)陣 兩個(gè)晶粒位相差兩個(gè)晶粒位相差 ； 晶界對(duì)某點(diǎn)陣面的夾角晶界對(duì)某點(diǎn)陣面的夾角；對(duì)三維點(diǎn)陣對(duì)三維點(diǎn)陣 兩個(gè)晶粒的位相差兩個(gè)晶粒的位相差 (三個(gè)位相角度，三個(gè)位相角度，x, y, z) 晶界相對(duì)于點(diǎn)陣某一平面的夾角晶界相對(duì)于點(diǎn)陣某一平面的夾角 (x、y、z任意兩個(gè)變量任意兩個(gè)變量) 總共五個(gè)位向角度總

29、共五個(gè)位向角度3636晶界分類晶界分類(根據(jù)相鄰晶粒位相差根據(jù)相鄰晶粒位相差) 小角度晶界：小角度晶界：（Low-angle grain boundary）相鄰晶粒的位相差小于相鄰晶粒的位相差小于10亞晶界一般為亞晶界一般為2左右。左右。大角度晶界：大角度晶界：（High-angle grain boundary） 相鄰晶粒的位相差大于相鄰晶粒的位相差大于10 大角度晶界大角度晶界小角度晶界小角度晶界373738381 小角度晶界的結(jié)構(gòu)小角度晶界的結(jié)構(gòu)a）對(duì)稱傾斜晶界：）對(duì)稱傾斜晶界：(symmetric tilt boundary) 晶界兩側(cè)晶體互相晶界兩側(cè)晶體互相傾斜傾斜晶界的界面對(duì)于兩個(gè)

30、晶粒是晶界的界面對(duì)于兩個(gè)晶粒是對(duì)對(duì)稱稱的的其晶界視為一列平行的其晶界視為一列平行的刃型位刃型位錯(cuò)錯(cuò)組成。組成。傾側(cè)前傾側(cè)前傾側(cè)后傾側(cè)后a）對(duì)稱傾斜晶界）對(duì)稱傾斜晶界b) 不對(duì)稱傾斜晶界不對(duì)稱傾斜晶界 根據(jù)位相差的形式根據(jù)位相差的形式c) 扭轉(zhuǎn)晶界扭轉(zhuǎn)晶界3939 位錯(cuò)的間距位錯(cuò)的間距D、柏氏矢量、柏氏矢量b和晶粒位相差和晶粒位相差之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： b/D （ 很小時(shí)）很小時(shí)）對(duì)稱傾斜晶界對(duì)稱傾斜晶界2sin2bD404015 HRTEM image of a (4 4 3) symmetrical tilt grain boundary in gold4141b）不對(duì)稱傾斜晶界：）不對(duì)

31、稱傾斜晶界：(asymmetric tilt boundary) 晶界的界面對(duì)于兩個(gè)晶粒是晶界的界面對(duì)于兩個(gè)晶粒是不對(duì)稱不對(duì)稱的；的； 可以視為對(duì)稱傾斜晶界的界可以視為對(duì)稱傾斜晶界的界面繞某一軸轉(zhuǎn)了面繞某一軸轉(zhuǎn)了一角度一角度。 晶界的結(jié)構(gòu)可以看成兩組柏晶界的結(jié)構(gòu)可以看成兩組柏氏矢量氏矢量相互垂直的刃型位錯(cuò)交相互垂直的刃型位錯(cuò)交錯(cuò)排列錯(cuò)排列而成。而成。不對(duì)稱傾斜晶界不對(duì)稱傾斜晶界4242c）扭轉(zhuǎn)晶界）扭轉(zhuǎn)晶界(twist boundary)： 兩部分晶體繞某一軸在一個(gè)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)共同的晶面上相對(duì)扭轉(zhuǎn)一個(gè)角角 晶界結(jié)構(gòu)：互相垂直的晶界結(jié)構(gòu)：互相垂直的螺型螺型位錯(cuò)

32、位錯(cuò) 一般情況下，任意的小角度晶一般情況下，任意的小角度晶界可視為一系列界可視為一系列刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)、螺型螺型位錯(cuò)位錯(cuò)或或混合位錯(cuò)混合位錯(cuò)的的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成所構(gòu)成4343Square dislocation network of screw dislocations in a twist grain boundary in Si4444 多晶材料多晶材料中晶粒間的晶界通常為大角度晶界中晶粒間的晶界通常為大角度晶界 大角度晶界比較復(fù)雜，原子排列紊亂，大角度晶界比較復(fù)雜，原子排列紊亂，不能用位錯(cuò)模型不能用位錯(cuò)模型描述描述 2 大角度晶界的結(jié)構(gòu)大角度晶界的結(jié)構(gòu)大角度晶界模型大角度晶界模型共有共有壓

33、縮區(qū)壓縮區(qū)擴(kuò)張區(qū)擴(kuò)張區(qū)不屬于任一晶粒不屬于任一晶粒 純金屬中大角度晶界的純金屬中大角度晶界的寬度不超過寬度不超過3個(gè)原子間距個(gè)原子間距（原子層）（原子層）4545 重合位置點(diǎn)陣模型重合位置點(diǎn)陣模型 Coincidence site lattice model當(dāng)兩個(gè)相鄰晶粒的位相差為某一當(dāng)兩個(gè)相鄰晶粒的位相差為某一值時(shí)，若設(shè)想兩晶粒的點(diǎn)陣彼此值時(shí)，若設(shè)想兩晶粒的點(diǎn)陣彼此通過晶界向?qū)Ψ窖由?，則其中通過晶界向?qū)Ψ窖由?，則其中一一些原子將出現(xiàn)有規(guī)律的相互重合些原子將出現(xiàn)有規(guī)律的相互重合。由這些原子重合位置所組成的比由這些原子重合位置所組成的比原來晶體點(diǎn)陣大的新點(diǎn)陣，稱為原來晶體點(diǎn)陣大的新點(diǎn)陣，稱為重合

34、位置點(diǎn)陣重合位置點(diǎn)陣。1/5重合位置點(diǎn)陣重合位置點(diǎn)陣晶界上重合位置越多，即晶界上晶界上重合位置越多，即晶界上越多的原子為兩個(gè)晶粒所共有，越多的原子為兩個(gè)晶粒所共有，則原子排列的畸變程度就越小，則原子排列的畸變程度就越小，晶界能也相應(yīng)越低。晶界能也相應(yīng)越低。46463 晶界能量晶界能量 grain boundary energy晶界上原子畸變引起的系統(tǒng)自由能的升高，它等于界面區(qū)單位面積的晶界上原子畸變引起的系統(tǒng)自由能的升高，它等于界面區(qū)單位面積的能量減去無界面時(shí)該區(qū)單位面積的能量，單位：能量減去無界面時(shí)該區(qū)單位面積的能量，單位：J/m2 小角度晶界能量主要小角度晶界能量主要來自位錯(cuò)能量，與位相來

35、自位錯(cuò)能量，與位相差差 有關(guān)：有關(guān)：= = 0 0(A-ln)(A-ln)0 0=Gb/4=Gb/4 (1-(1-u u) ) 大角度晶界能量基本大角度晶界能量基本為定值，與晶粒之間位為定值，與晶粒之間位相差相差 無關(guān)無關(guān) ： 0.25-1.0J/m0.25-1.0J/m2 2 47474 晶界特性晶界特性1) 晶界能量高，原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)晶界能量高，原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)雜質(zhì)原子易于在晶界富集，導(dǎo)致晶界熔點(diǎn)低于晶內(nèi)，加雜質(zhì)原子易于在晶界富集，導(dǎo)致晶界熔點(diǎn)低于晶內(nèi)，加熱時(shí)晶界先熔化，熱時(shí)晶界先熔化， 過熱過熱易于原子擴(kuò)散，故新相易于在晶界處形核易于原子擴(kuò)散，故新相易于在晶界處形核晶界原子擴(kuò)散速度

36、高于晶內(nèi)，且晶界腐蝕比晶內(nèi)也快晶界原子擴(kuò)散速度高于晶內(nèi)，且晶界腐蝕比晶內(nèi)也快2） 晶界原子排列不規(guī)則，且存在較多的缺陷，如空位和位錯(cuò)等晶界原子排列不規(guī)則，且存在較多的缺陷，如空位和位錯(cuò)等 對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，從而提高強(qiáng)度和硬度對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，從而提高強(qiáng)度和硬度3） 晶界的長(zhǎng)大和晶界的平直化會(huì)減少晶界面積和晶界能量。晶界的長(zhǎng)大和晶界的平直化會(huì)減少晶界面積和晶界能量。 需要在高溫下原子擴(kuò)散才能實(shí)現(xiàn)需要在高溫下原子擴(kuò)散才能實(shí)現(xiàn) 484848晶粒間應(yīng)力腐蝕裂紋晶粒間應(yīng)力腐蝕裂紋From W. D. Callister 2003Intergranular SCC in a copper allo

37、y http:/ in Ni-alloy nuclear fuel containment, steam generator tubeshttp:/www.ami.ac.uk/courses/topics/0124_seom/index.htmlIntergranular fracture surfaceInterface as crack paths49孿晶孿晶twins5051513.3.3 孿晶界孿晶界 twin grain boundary孿晶孿晶 Twins兩個(gè)晶體兩個(gè)晶體(或一個(gè)晶體的兩部分或一個(gè)晶體的兩部分)沿一個(gè)公共晶面構(gòu)成鏡面對(duì)稱的位相關(guān)系，沿一個(gè)公共晶面構(gòu)成鏡面對(duì)稱的位相關(guān)

38、系，這兩個(gè)晶體稱為這兩個(gè)晶體稱為孿晶孿晶；這一公共晶面稱為這一公共晶面稱為孿晶面孿晶面(孿晶界孿晶界) Twin plane (boundary)。共格孿晶界共格孿晶界 Coherent twin boundary非共格孿晶界非共格孿晶界 incoherent twin boundary 界面上的原子為兩個(gè)晶體共有，是界面上的原子為兩個(gè)晶體共有，是無畸變的完全匹配，能量低，穩(wěn)定，無畸變的完全匹配，能量低，穩(wěn)定，常見，表現(xiàn)為一條直線常見，表現(xiàn)為一條直線界面上只有部分原子為兩個(gè)晶體共界面上只有部分原子為兩個(gè)晶體共有，原子錯(cuò)排嚴(yán)重，能量高，有，原子錯(cuò)排嚴(yán)重，能量高，共格孿晶界就是孿晶面共格孿晶界就是

39、孿晶面525252黃孝瑛 2000 =3 (1 1 1) twin in copper along a HOWE. Interface in Materials, 1997Coherent twin boundaries5353例如例如FCC晶格中晶格中(111)面的堆垛順序?yàn)槊娴亩讯忭樞驗(yàn)锳 B C A B C A B C 當(dāng)某一層開始出現(xiàn)顛倒時(shí)，變成當(dāng)某一層開始出現(xiàn)顛倒時(shí)，變成A B C A C B A C B A 堆垛層錯(cuò)堆垛層錯(cuò) 孿晶的形成與孿晶的形成與堆垛層錯(cuò)堆垛層錯(cuò)密切相關(guān)密切相關(guān)根據(jù)孿晶形成原因，有根據(jù)孿晶形成原因，有形變孿晶形變孿晶、生長(zhǎng)孿晶生長(zhǎng)孿晶和和退火孿晶退火孿晶堆垛層錯(cuò)

40、能低的金屬易于產(chǎn)生孿晶堆垛層錯(cuò)能低的金屬易于產(chǎn)生孿晶 對(duì)稱關(guān)系對(duì)稱關(guān)系5454316L不銹鋼中的退火孿晶不銹鋼中的退火孿晶55553.3.4 相界相界 phase boundary 具有不同結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面稱為具有不同結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面稱為“相界相界”彈性畸變彈性畸變完美共格完美共格1 共格相界共格相界(coherent phase boundary)：共格指界面上的共格指界面上的原子同時(shí)位于兩相晶格的結(jié)點(diǎn)上原子同時(shí)位于兩相晶格的結(jié)點(diǎn)上；理想完全共；理想完全共格界面格界面畸變小畸變小，界面能低界面能低；具有彈性畸變的共格相界更具有普；具有彈性畸變的共格相界更具有普遍性遍性 56562

41、 半共格界面半共格界面(semi-coherent interface)：界面上的兩相界面上的兩相原子部分地保持匹配原子部分地保持匹配，這存在于兩相鄰晶體在界，這存在于兩相鄰晶體在界面處的面處的晶面間距相差較大晶面間距相差較大的情況，界面上將產(chǎn)生一些位錯(cuò)來降的情況，界面上將產(chǎn)生一些位錯(cuò)來降低界面的彈性應(yīng)變能低界面的彈性應(yīng)變能3 非共格界面非共格界面(incoherent interface)：當(dāng)兩相鄰晶體在界面處的當(dāng)兩相鄰晶體在界面處的晶面間距相差很大晶面間距相差很大時(shí)，這種相界與大時(shí)，這種相界與大角度晶界相似，可看成是由原子不規(guī)則排列的薄過渡層構(gòu)成角度晶界相似，可看成是由原子不規(guī)則排列的薄過

42、渡層構(gòu)成575757J M HOWE. Interface in Materials, 1997Coherent interphase interfacesHRTEM image of a silver-rich G.P. zone in an aluminum-silver alloy. Arrays indicate a (111) facet. 585858Semicoherent interface between Ag-rich and Cu-rich phasesJ M HOWE. Interface in Materials, 1997Semicoherent interphas

43、e boundaries in metalsCr-NiAl eutectic quenching from 1200C , dislocation directions in the network rotated 45 with respect of the rod axisNiAlCr595959Containing possibly random coherent points(Insensitive to variation of OR and IO )Al/GaJ M HOWE. Interface in Materials, 1997Incoherent interfaceW Lo

44、jkowski, HJ Fecht - Progress in Materials Science, 2000 HRTEM image of an incoherent (incommensurate) interface between the aluminum matrix and a germanium precipitate without apparent signs of local atomic relaxation. Incoherent Boundary ? 6060晶體缺陷小結(jié)晶體缺陷小結(jié)點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷 point defects 空位空位 間隙原子間隙原子置換原子置換原子肖

45、脫基空位肖脫基空位 弗蘭克缺陷弗蘭克缺陷 熱平衡點(diǎn)缺陷熱平衡點(diǎn)缺陷 過飽和的點(diǎn)缺陷過飽和的點(diǎn)缺陷 改變外部條件改變外部條件 在一定溫度下具有在一定溫度下具有一定的平衡濃度一定的平衡濃度 點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)：點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)： 空位和間隙原子不斷的產(chǎn)生和復(fù)合，自擴(kuò)散空位和間隙原子不斷的產(chǎn)生和復(fù)合，自擴(kuò)散6th 6161則空位在則空位在T溫度時(shí)的溫度時(shí)的空位平衡濃度空位平衡濃度C為：為： 其中，其中， k為波爾茲曼常數(shù)（為波爾茲曼常數(shù)（1.38x10-23 J/K或或8.62x10-5 ev/K)類似地，類似地，間隙原子平衡濃度間隙原子平衡濃度C ： kTEAkTEkSNnCvvfexpexpexp kTE

46、expAkTEexpk SexpN nCvvf6262線缺陷線缺陷 linear defects 位錯(cuò)位錯(cuò) 刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò) 螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò) 特點(diǎn)特點(diǎn) 混合位錯(cuò)混合位錯(cuò) 刃型位錯(cuò)：刃型位錯(cuò)：存在一個(gè)多余半原子面存在一個(gè)多余半原子面位錯(cuò)線與位錯(cuò)線與b垂直，滑移面只有一個(gè)垂直，滑移面只有一個(gè)即有切應(yīng)變，又有正應(yīng)變即有切應(yīng)變，又有正應(yīng)變螺型位錯(cuò)：螺型位錯(cuò)：不存在一個(gè)多余半原子面不存在一個(gè)多余半原子面位錯(cuò)線與位錯(cuò)線與b平行，滑移面可以多個(gè)平行，滑移面可以多個(gè)只有切應(yīng)變只有切應(yīng)變6363滑移滑移攀移攀移位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)滑移的特點(diǎn)滑移的特點(diǎn)1) 刃型：滑移的切應(yīng)力方向與位錯(cuò)線垂直，而螺型：滑移的與位

47、錯(cuò)線平行；刃型：滑移的切應(yīng)力方向與位錯(cuò)線垂直，而螺型：滑移的與位錯(cuò)線平行； 2) 刃型和螺型，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方向與位錯(cuò)線垂直；（刃型和螺型，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方向與位錯(cuò)線垂直；（b方向代表晶體的滑移方向）方向代表晶體的滑移方向） 3) 刃：滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向一致，螺：滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向垂直；刃：滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向一致，螺：滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向垂直； 4) 位錯(cuò)滑移的切應(yīng)力方向與位錯(cuò)滑移的切應(yīng)力方向與b一致；位錯(cuò)滑移后，滑移面兩側(cè)晶體的相對(duì)位移與柏氏一致；位錯(cuò)滑移后，滑移面兩側(cè)晶體的相對(duì)位移與柏氏矢量一致。矢量一致。5) 對(duì)螺型位錯(cuò)，還存在交滑移和雙交滑移。對(duì)螺型位錯(cuò)，還存在交滑移和雙交滑移。

48、攀移：攀移：只對(duì)刃型位錯(cuò)而言，通過原子或空位的擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)的只對(duì)刃型位錯(cuò)而言，通過原子或空位的擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)的6464位錯(cuò)的交割位錯(cuò)的交割扭折扭折割階割階bacddcba刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)特點(diǎn)特點(diǎn)6565位錯(cuò)的彈性性質(zhì)：位錯(cuò)的彈性性質(zhì)： 應(yīng)力場(chǎng)：刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)：刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)彈性畸變能：正比于彈性畸變能：正比于b2位錯(cuò)的存在使晶體處于位錯(cuò)的存在使晶體處于高能高能的的不穩(wěn)定狀態(tài)，不穩(wěn)定狀態(tài)，位錯(cuò)線有位錯(cuò)線有盡量變直盡量變直和和縮短其長(zhǎng)度縮短其長(zhǎng)度的趨勢(shì)的趨勢(shì)作用在位錯(cuò)上的作用力：作用在位錯(cuò)上的作用力：F=t tb位錯(cuò)上的線張力位錯(cuò)上的線張力t t = Gb/2r r為曲率半

49、徑為曲率半徑點(diǎn)缺陷的存在會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，增加金屬及合金塑性變形的抗力點(diǎn)缺陷的存在會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，增加金屬及合金塑性變形的抗力位錯(cuò)之間的交換作用力位錯(cuò)之間的交換作用力位錯(cuò)的生成和增殖：位錯(cuò)的生成和增殖：位錯(cuò)增殖機(jī)理：位錯(cuò)增殖機(jī)理：Frank-Read resource6666實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò) 單位位錯(cuò)、全位錯(cuò)、單位位錯(cuò)、全位錯(cuò)、不全位錯(cuò)、分位錯(cuò)（肖克萊不全位錯(cuò)、弗蘭克不全位錯(cuò)）不全位錯(cuò)、分位錯(cuò)（肖克萊不全位錯(cuò)、弗蘭克不全位錯(cuò)）堆垛層錯(cuò)堆垛層錯(cuò)位錯(cuò)反應(yīng)：幾何條件、能量條件位錯(cuò)反應(yīng)：幾何條件、能量條件擴(kuò)展位錯(cuò)：全位錯(cuò)分解為兩個(gè)不全位錯(cuò)擴(kuò)展位錯(cuò)：全位錯(cuò)分解為兩個(gè)不全位錯(cuò)+一個(gè)堆

50、垛層錯(cuò)一個(gè)堆垛層錯(cuò)Lomer-Contrell位錯(cuò)位錯(cuò)Tompsons notation6767面缺陷面缺陷 Interfacial defects 外表面外表面界面界面晶界晶界孿晶界孿晶界相界相界堆垛層錯(cuò)堆垛層錯(cuò)小角度晶界小角度晶界大角度晶界大角度晶界共格共格半共格半共格非共格非共格對(duì)稱傾斜對(duì)稱傾斜不對(duì)稱傾斜不對(duì)稱傾斜扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)重合位置點(diǎn)陣重合位置點(diǎn)陣6868晶界特性晶界特性1) 晶界能量高，原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)晶界能量高，原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)雜質(zhì)原子易于在晶界富集，導(dǎo)致晶界熔點(diǎn)低于晶內(nèi)，加雜質(zhì)原子易于在晶界富集，導(dǎo)致晶界熔點(diǎn)低于晶內(nèi)，加熱時(shí)晶界先熔化，熱時(shí)晶界先熔化， 過熱過熱易于原子擴(kuò)散，故新

51、相易于在晶界處形核易于原子擴(kuò)散，故新相易于在晶界處形核晶界原子擴(kuò)散速度高于晶內(nèi)，且晶內(nèi)腐蝕比晶內(nèi)也快晶界原子擴(kuò)散速度高于晶內(nèi)，且晶內(nèi)腐蝕比晶內(nèi)也快2） 晶界原子排列不規(guī)則，且存在較多的缺陷，如空位和位錯(cuò)等晶界原子排列不規(guī)則，且存在較多的缺陷，如空位和位錯(cuò)等 對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，從而提高強(qiáng)度和硬度對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，從而提高強(qiáng)度和硬度ABCDbt tt ts ss s69課堂作業(yè)課堂作業(yè)1、純純Cu的空位形成能是的空位形成能是1.5 aJ/atom(1aJ=10-18J)，將純，將純Cu加熱到加熱到850后激冷到室溫（后激冷到室溫（20），如果高溫下的空位全部保留，試求過飽和空位濃），如果高溫下的空位全部保留，試求過飽和空位濃度與室溫平衡空位濃度的比值。度與室溫平衡空位濃度的比值。 2、在晶體的同一滑移面上有兩個(gè)半徑分別為、在晶體的同一滑移面上有兩個(gè)半徑分別為r1和和r2的位錯(cuò)環(huán)，其中的位錯(cuò)環(huán)，其中r1r2，它們的柏氏矢量相同，試問在切應(yīng)力作用下何者更容易運(yùn)動(dòng)？為什么？它們的柏氏矢量相同，試問在切應(yīng)力作用下何者更容易運(yùn)動(dòng)？為什么？3