金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)

第一章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)1整理課件1.1金屬原子間的結(jié)合2整理課件一、金屬原子的結(jié)構(gòu)特點一切物質(zhì)都是由無數(shù)微粒按一定的方式聚集而成的〔分子、原子或離子〕近代科學(xué)實驗證明：原子是由質(zhì)子和中子組成的原子核，以及核外的電子所構(gòu)成的。原子的體積很小，直徑約為10-10m數(shù)量級，而其原子核直徑更小，僅為10-15m數(shù)量級。然而，原子的質(zhì)量恰主要集中在原子核內(nèi)。3整理課件每個質(zhì)子和中子的質(zhì)量大致為1.67×10-24g，而電子的質(zhì)約為9.11×10-28g，僅為質(zhì)子的1/1836。電子云〔電子在原子核外空間作高速旋轉(zhuǎn)運動，就好似帶負電荷的云霧籠罩在原子核周圍〕電子運動沒有固定的軌道，但可根據(jù)電子的能量低，用統(tǒng)計方法判斷其在核外空間某一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的幾率的大小能量低的，通常在離核近的區(qū)域(殼層)運動；能量高的，通常在離核遠的區(qū)域運動4整理課件二、金屬鍵共價鍵有些同類原子，例如周期表IVA，VA，VIA族中大多數(shù)元素或電負性相差不大的原子互相接近時，原子之間不產(chǎn)生電子的轉(zhuǎn)移，此時借共用電子對所產(chǎn)生的力結(jié)合。SiO2結(jié)構(gòu)示意圖5整理課件離子鍵當(dāng)兩種電負性相差大的原子(如堿金屬元素與鹵族元素的原子)相互靠近時，其中電負性小的原子失去電子，成為正離子，電負性大的原子獲得電子成為負離子，兩種離子靠靜電引力結(jié)合在一起形成離子鍵。NaCl結(jié)構(gòu)示意圖6整理課件金屬鍵由金屬正離子和自由電子之間互相作用而結(jié)合稱為金屬鍵。金屬鍵型晶體的特征良好的延展性

良好的導(dǎo)電性

具有正的電阻溫度系數(shù)

導(dǎo)熱性好金屬不透明、具有金屬光澤7整理課件三、結(jié)合力與結(jié)合能用雙原子模型很容易理解，當(dāng)大量金屬原子結(jié)合成固體時，為使金屬具有最低的能量，以保持穩(wěn)定狀態(tài)，原子之間必須保持一定的平衡距離，這是固態(tài)金屬中原子趨于規(guī)那么排列的原因。金屬中的原子總是自發(fā)地趨于緊密地排列，以保持最穩(wěn)定的狀態(tài)。8整理課件1.2金屬的晶體結(jié)構(gòu)9整理課件一、晶體與非晶體晶體的定義

物質(zhì)的質(zhì)點(分子、原子或離子)在三維空間作有規(guī)律的周期性重復(fù)排列所形成的物質(zhì)叫晶體。晶體的特征周期性有固定的凝固點和熔點

各向異性10整理課件二、晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣空間點陣、陣點為了便于研究晶體中原子、分子或離子的排列情況，近似地將晶體看成是無錯排的理想晶體，忽略其物質(zhì)性，抽象為規(guī)那么排列于空間的無數(shù)幾何點。這些點代表原子(分子或離子)的中心，也可是彼此等同的原子群或分子群的中心，各點的周圍環(huán)境相同。這種點的空間排列稱為空間點陣，簡稱點陣，這些點叫陣點?？赡茉诿總€結(jié)點處恰好有一個原子，也可能圍繞每個結(jié)點有一群原子〔原子集團〕。11整理課件上圖所示分別為γ-Fe、金剛石、NaCl、CaF2四種晶體的晶體結(jié)構(gòu)、空間點陣和結(jié)構(gòu)基元，盡管它們的晶體結(jié)構(gòu)完全不同，但是它們的點陣類型相同，都是面心立方。

12整理課件〔a〕原子堆垛模型〔b〕晶格〔c〕晶胞圖晶體中原子排列示意圖13整理課件晶胞從點陣中取出一個仍能保持點陣特征的最根本單元叫晶胞在空間點陣中，能代表空間點陣結(jié)構(gòu)特點的是小平行六面體整個空間點陣可由晶胞作三維的重復(fù)堆砌而構(gòu)成(1)晶胞的選取原那么a.晶胞幾何形狀能夠充分反映空間點陣的對稱性；b.平行六面體內(nèi)相等的棱和角的數(shù)目最多；c.當(dāng)棱間呈直角時，直角數(shù)目應(yīng)最多；d.滿足上述條件，晶胞體積應(yīng)最小。〔2〕描述晶胞的六參數(shù)a.晶胞的三條棱的長度a、b和cb.棱邊夾角α、β和γ14整理課件三、三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)晶胞的大小顯然取決于三條棱的長度a，b和c，而晶胞的形狀那么取決于這些棱之間的夾角α、β和γ按照晶胞的大小和形狀的特點，共有7種晶系由7種晶系可以形成多少種空間點陣呢？似乎每種晶系包括4種點陣，即簡單點陣、底心點陣、面心點陣和體心點陣。7種晶系總共似乎可以形成4×7=28種點陣。按照“每個陣點的周圍環(huán)境相同〞的要求，最先是布拉菲〔A.Bravais〕用數(shù)學(xué)方法證明了只能有14種空間點陣。通常人們所說的點陣就是指布拉菲點陣。15整理課件三斜晶系特征a≠b≠cα≠β≠γ≠90簡單三斜點陣16整理課件單斜晶系特征a≠b≠cα=γ=90≠β簡單單斜點陣底心單斜點陣17整理課件正交晶系特征a≠b≠cα=β=γ=90簡單正交點陣底心正交點陣體心正交點陣面心正交點陣18整理課件六方晶系特征a1=a2=a3≠cα=β=90，γ=120簡單六方點陣19整理課件菱方晶系特征a=b=cα=β=γ≠90簡單菱方點陣20整理課件四方晶系特征a=b≠cα=β=γ=90簡單四方點陣體心四方點陣21整理課件立方晶系特征a=b=cα=β=γ=90簡單立方點陣體心立方點陣面心立方點陣22整理課件1.體心立方晶格圖體心立方晶胞示意圖〔a〕剛球模型；〔b〕質(zhì)點模型；〔c〕晶胞中原子數(shù)示意圖23整理課件(1)原子半徑

晶胞中相距最近的兩個原子之間距離的一半，或晶胞中原子密度最大的方向上相鄰兩原子之間距離的一半稱為原子半徑(r)。體心立方晶胞中原子相距最近的方向是體對角線，所以原子半徑與晶格常數(shù)a之間的關(guān)系為：(2)原子數(shù)

24整理課件(3)配位數(shù)和致密度

配位數(shù)為晶格中與任一個原子相距最近且距離相等的原子數(shù)目。配位數(shù)越大，原子排列緊密程度就越大。體心立方晶格的配位數(shù)為8。晶胞中所包含的原子所占有的體積與該晶胞體積之比稱為致密度(也稱密排系數(shù))。致密度越大，原子排列緊密程度越大。體心立方晶胞的致密度為：25整理課件圖面心立方晶胞示意圖〔a〕剛球模型；〔b〕質(zhì)點模型；〔c〕晶胞中原子數(shù)示意圖2.面心立方26整理課件(1)原子半徑

(2)原子數(shù)

27整理課件(3)配位數(shù)和致密度配位數(shù)為12

28整理課件〔a〕剛球模型；〔b〕質(zhì)點模型；〔c〕晶胞中原子數(shù)示意圖圖密排六方晶胞示意圖3.密排六方29整理課件(1)原子半徑

(2)原子數(shù)

30整理課件(3)配位數(shù)和致密度配位數(shù)為12

31整理課件原子半徑原子數(shù)配位數(shù)致密度體心立方280.68面心立方4120.74密排六方6120.7432整理課件4.晶體中原子堆垛方式和間隙〔1〕晶體中原子堆垛方式面心立方和密排六方結(jié)構(gòu)的致密度均為0.74，是純金屬中最密集的結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu)中{111}晶面和密排六方結(jié)構(gòu)中{0001}晶面上的原子排列情況完全相同面心立方與密排六方雖然晶體結(jié)構(gòu)不同，但配位數(shù)與致密度卻相同，為搞清其原因，必須研究晶體中原子的堆垛方式面心立方與密排六方的最密排面原子排列情況完全相同，但堆垛方式不一樣33整理課件ABAABCA34整理課件圖密排六方晶格密排面的堆垛方式ABA35整理課件圖密排六方晶格密排面的堆垛方式36整理課件ABCA圖面心立方晶格密排面的堆垛方式37整理課件〔2〕晶體中間隙間隙半徑〔rx〕：間隙中所能容納的最大圓球半徑。從晶體原子排列的剛球模型可以看到，在原子球與原子球之間存在著不同形貌的間隙晶體結(jié)構(gòu)中間隙的數(shù)量、位置和每個間隙的大小等也是晶體的一個重要特征，對于了解金屬的性能、合金相結(jié)構(gòu)、擴散、相變等問題很有用處。38整理課件圖體心立方點陣中的間隙39整理課件40整理課件圖面心立方點陣中的間隙41整理課件42整理課件圖

面心立方晶體中間隙的剛球模型

43整理課件圖密排六方晶格的間隙位置44整理課件四、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)1.晶向指數(shù)(1)建立以晶軸a，b，c為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系，各軸上的坐標(biāo)長度單位分別是晶胞邊長a，b，c，坐標(biāo)原點在待標(biāo)晶向上(2)選取該晶向上原點以外的任一點P(xa，yb，zc)(3)將xa，yb，zc化成最小的簡單整數(shù)比u，v，w，且u∶v∶w=xa∶yb∶zc(4)將u，v，w三數(shù)置于方括號內(nèi)就得到晶向指數(shù)[uvw]

45整理課件晶向指數(shù)的說明a.指數(shù)意義：代表相互平行、方向一致的所有晶向。b.負值：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號不同的晶向?qū)儆谕痪蜃?。晶體結(jié)構(gòu)中那些原子密度相同的等同晶向稱為晶向軸，用<UVW>表示。46整理課件47整理課件2.晶面指數(shù)(1)建立一組以晶軸a，b，c為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系，令坐標(biāo)原點不在待標(biāo)晶面上，各軸上的坐標(biāo)長度單位分別是晶胞邊長a，b，c。(2)求出待標(biāo)晶面在a，b，c軸上的截距xa，yb，zc。如該晶面與某軸平行，那么截距為∞。(3)取截距的倒數(shù)1/xa，1/yb，1/zc。(4)將這些倒數(shù)化成最小的簡單整數(shù)比h，k，l，使h∶k∶l=1/xa∶1/yb∶1/zc。(5)如有某一數(shù)為負值，那么將負號標(biāo)注在該數(shù)字的上方，將h，k，l置于圓括號內(nèi)，寫成(hkl)，那么(hkl)就是待標(biāo)晶面的晶面指數(shù)。48整理課件晶面指數(shù)的說明晶面指數(shù)所代表的不僅是某一晶面，而是代表著一組相互平行的晶面。a.指數(shù)意義：代表一組平行的晶面；b.0的意義：面與對應(yīng)的軸平行；c.平行晶面：指數(shù)相同，或數(shù)字相同但正負號相反；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.假設(shè)晶面與晶向同面，那么hu+kv+lw=0;f.假設(shè)晶面與晶向垂直，那么u=h,k=v,w=l。49整理課件50整理課件51整理課件52整理課件53整理課件體心立方、面心立方晶格主要晶面的原子排列和密度

體心立方晶格面心立方晶格

晶面指數(shù)晶面原子排列示意圖晶面原子密度(原子數(shù)/面積)晶面原子排列示意圖晶面原子密度(原子數(shù)/面積){100}

{110}

(111}

54整理課件體心立方、面心立方晶格主要晶向的原子排列和密度

體心立方晶格面心立方晶格

晶向指數(shù)晶向原子排列示意圖晶向原子密度(原子數(shù)/長度)晶向原子排列示意圖晶向原子密度(原子數(shù)/長度)<100>

<110>

<111>

55整理課件五、晶帶相交于某一晶向直線或平行于此直線的晶面構(gòu)成一個晶帶，此直線稱為晶帶軸。設(shè)晶帶軸的指數(shù)為[uvw]，那么晶帶中任何一個晶面的指數(shù)〔hkl〕都必須滿足：hu+kv+lw=0，滿足此關(guān)系的晶面都屬于以[uvw]為晶帶軸的晶帶。56整理課件六、晶體的各向異性在晶體中,不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，它們之間的結(jié)合力的大小也不相同，因而金屬晶體不同方向上的性能不同。這種性質(zhì)叫做晶體的各向異性。單晶體鐵(只含一個晶粒)的彈性模量，在<111>方向上為2.90×105MPa,而在<100>方向上只有1.35×105MPa。

體心立方晶格的金屬最易拉斷或劈裂的晶面(稱解理面)就是{100}面。對于實際使用的金屬,內(nèi)部有許許多多個晶粒組成，每個晶粒在空間分布的位向不同，因而在宏觀上沿各個方向上的性能趨于相同，晶體的各向異性顯示不出來。57整理課件58整理課件七、多晶型性

有些金屬在固態(tài)時會發(fā)生晶格類型的轉(zhuǎn)變，這種在固態(tài)下隨溫度的變化由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變或多晶型轉(zhuǎn)變。59整理課件1.3合金的相結(jié)構(gòu)60整理課件〔1〕合金：兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬元素與非金屬元素，經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他方法組合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。如黃銅是銅鋅合金，鋼、鑄鐵是鐵碳合金。〔2〕組元：組成合金最根本的獨立物質(zhì)，一般是組成合金的元素，也可以是穩(wěn)定化合物〔一元、二元、三元合金〕。〔3〕相：材料中結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均一，并以界面互相分開的組成局部。如單相、兩相、多相合金。由一種相組成的合金叫單相合金，如含鋅30%w(質(zhì)量分數(shù))的Cu-Zn合金是單相合金。而含鋅40%w時那么是兩相合金，除生成了固溶體外，還形成了金屬間化合物。相根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)特點可以分為固溶體和金屬化合物〔中間相〕。61整理課件一、固溶體合金組元通過溶解形成一種成分和性能均勻的、且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相稱為固溶體。與固溶體晶格相同的組元為溶劑，另一組元為溶質(zhì)。

固溶體用α、β、γ等符號表示。A、B組元組成的固溶體也可表示為A(B),其中A為溶劑,B為溶質(zhì)。1.固溶體的分類〔1〕按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的位置分置換固溶體溶質(zhì)原子代換了溶劑晶格某些結(jié)點上的原子;

間隙固溶體溶質(zhì)原子進入溶劑晶格的間隙之中。62整理課件圖

純銅的晶體結(jié)構(gòu)和

Cu-Ni置換固溶體圖

間隙固溶體

63整理課件〔2〕按溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解度分

固溶體可分為有限固溶體和無限固溶體兩種。

假設(shè)超過溶解度有其它相形成，那么此種固溶體為有限固溶體。假設(shè)溶質(zhì)可以任意比例溶入，即溶質(zhì)溶解度可達100%，那么固溶體為無限固溶體。

圖

形成無限固溶體時兩組元原子連續(xù)置換示意圖

64整理課件〔3〕按溶質(zhì)原子與溶劑原子的相對分布

固溶體分無序固溶體和有序固溶體兩種。

溶質(zhì)原子有規(guī)那么分布的為有序固溶體；無規(guī)那么分布的為無序固溶體。

在一定條件(如成分、溫度等)下，一些合金的無序固溶體可轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w。這種轉(zhuǎn)變叫做有序化。65整理課件2、置換固溶體金屬元素彼此之間一般都能形成置換固溶體，但溶解度視不同元素而異，有些能無限溶解，有的只能有限溶解。影響置換固溶體溶解度的因素〔1〕晶體結(jié)構(gòu)因素晶體結(jié)構(gòu)類型相同是組元間形成無限固溶體的必要條件，結(jié)構(gòu)相同，溶解度大?！?〕原子尺寸因素溶劑原子半徑rA與溶質(zhì)原子半徑rB的相對差(rA—rB)／rA對固溶體的固溶度起重要影響。當(dāng)相對差不超過±14％-15％有利于大量固溶，反之固溶度非常有限。以鐵為基的固溶體中，當(dāng)相對差小于8％，且其他因素滿足也較好時，才能形成無限固溶體。66整理課件〔3〕電負性因素元素的電負性是表示它在和其他元素形成化合物或固溶體時吸引電子的能力兩元素間的電負性相差越小，越易形成固溶體，溶解度越大〔4〕電子濃度因素價電子濃度〔或簡稱電子濃度〕是指合金中每個原子平均的價電子數(shù)，用e/a表示對于一價金屬的每種晶體結(jié)構(gòu)都有一極限電子濃度，面心立方為1.36、體心立方為1.48，密排六方為1.75。67整理課件3、間隙固溶體溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而形成的固溶體稱為間隙固溶體。原子半徑小于0.1nm的非金屬元素如H，O，N，C，B占據(jù)間隙位置，溶劑多為過渡族元素。一般間隙半徑較小，非金屬原子溶入時，將使晶胞脹大，造成點陣畸變，故固溶度受到限制。只有溶質(zhì)與溶劑的原子半徑比值小于0.59，才有可能形成間隙固溶體。68整理課件圖

形成置換固溶體時的點陣畸變

4.固溶體的結(jié)構(gòu)〔1〕晶格畸變69整理課件〔2〕偏聚與有序〔ａ〕完全無序〔ｂ〕偏聚〔ｃ〕局部有序圖固溶體中溶質(zhì)原子分布示意圖70整理課件5.固溶體的性能固溶體隨著溶質(zhì)原子的溶入晶格發(fā)生畸變。晶格畸變增大位錯運動的阻力，使金屬的滑移變形變得更加困難，從而提高合金的強度和硬度。通過形成固溶體使金屬強度和硬度提高的現(xiàn)象稱為固溶強化。在溶質(zhì)含量適當(dāng)時，可顯著提高材料的強度和硬度，而塑性和韌性沒有明顯降低。71整理課件二、金屬化合物金屬化合物是由金屬與金屬，或金屬與類金屬元素之間形成的化合物，也稱為金屬間化合物或中間相。金屬化合物的結(jié)合鍵主要為金屬鍵，兼有離子鍵，共價鍵。金屬化合物具有金屬的性質(zhì)，通常具有高熔點、高硬度，常作合金中的強化相。72整理課件1、正常價化合物

形成：金屬與周期表中IVA，VA，VIA族的一些元素形成的化合物為正常價化合物。由元素周期表中相距較遠、電負性相差較大的兩元素組成，嚴格遵守化合價規(guī)律，可用確定的化學(xué)式表示。大多數(shù)金屬和ⅣA族、Ⅴ族、ⅥA族元素生成Mg2Si、Mg2Sb3、Mg2Sn、Cu2Se、ZnS、AlP及β-SiC等。性能特點是硬度高、脆性大。73整理課件2.電子化合物不遵守化合價規(guī)律但符合于一定電子濃度(化合物中價電子數(shù)與原子數(shù)之比)的化合物叫做電子化合物。一定電子濃度的化合物相應(yīng)有確定的晶體結(jié)構(gòu),并且還可溶解其組元,形成以電子化合物為基的固溶體。生成這種合金相時,元素的每個原子所奉獻的價電子數(shù)Au、Ag、Cu為1個,Be、Mg、Zn為2個,Al為3個,Fe、Ni為0個。電子化合物主要以金屬鍵結(jié)合,具有明顯的金屬特性,可以導(dǎo)電。它們的熔點和硬度較高，塑性較差，在許多有色金屬中為重要的強化相。74整理課件3、間隙相與間隙化合物過渡族金屬可與H，B，C，N等原子半徑甚小的非金屬元素形成化合物〔間隙相、間隙化合物〕。當(dāng)金屬(M)與非金屬(X)的原子半徑比rx／rM<0.59時，化合物具有簡單的晶體結(jié)構(gòu)稱為間隙相。間隙相具有金屬特性，有極高的熔點和硬度,非常穩(wěn)定。它們的合理存在，可有效地提高鋼的強度、熱強性、紅硬性和耐磨性，是高合金鋼和硬質(zhì)合金中的重要組成相。當(dāng)原子半徑比rX／rM>0.59時，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常稱為間隙化合物。75整理課件間隙相〔VC)和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物(Fe3C)76整理課件1.4金屬晶體的缺陷77整理課件與理想晶體相比，實際晶體中會有正常位置空著或空隙位置填進一個額外質(zhì)點，或雜質(zhì)進入晶體結(jié)構(gòu)中等等不正常情況，熱力學(xué)計算說明，這些結(jié)構(gòu)中對理想晶體偏離的晶體才是穩(wěn)定的，而理想晶體實際上是不存在的。缺陷存在的比例畢竟只是一個很小的量。從占有原子百分數(shù)來說，晶體中的缺陷在數(shù)量上是微缺乏道的。認為一般晶體是近乎完整的。78整理課件晶體缺陷點缺陷線缺陷面缺陷空位間隙原子置換原子刃型位錯螺型位錯晶體外表晶界亞晶界實際晶體中的缺陷79整理課件一、點缺陷點缺陷：在三維方向上尺寸都很小〔遠小于晶體或晶粒的線度〕的缺陷。金屬中常見的根本點缺陷有：空位、間隙原子和置換原子。空位〔空位就是未被占據(jù)的原子位置〕。間隙原子〔間隙原子可以是晶體中正常原子離位產(chǎn)生，也可以是外來雜質(zhì)原子〕。置換原子：位于晶體點陣位置的異類原子。80整理課件81整理課件1.空位原子的熱振動〔以一定的頻率和振幅作振動〕原子被束縛在它的平衡位置上，但原子卻在做著掙脫束縛的努力在外界驅(qū)動力作用下，哪個原子能夠掙脫束縛，脫離平衡位置是不確定的，宏觀上說這是一種幾率分布在某一溫度下的某一瞬間，總有一些原子具有足夠的能量，以克服周圍原子對它的約束，脫離開原來的平衡位置遷移到別處，在原來的位置上形成了空位82整理課件圖(a)肖脫基空位(b)弗蘭克爾空位〔a〕原來位置；〔b〕中間位置；〔c〕遷移后位置圖空位從位置A遷移到B83整理課件點缺陷對性能的影響1.電阻的變化引起電阻的增加2.密度的變化引起密度的減小3.屈服強度的變化過飽合點缺陷〔如淬火空位，輻照產(chǎn)生的大量間隙原子—空位對〕還可提高金屬屈服強度。84整理課件二、線缺陷晶體中的線缺陷就是各種類型的位錯。位錯的特點：是一個直徑為3—5個原子間距，長幾百到幾萬個原子間距的管狀原子畸變區(qū)〔晶體中某處一列或假設(shè)干列原子發(fā)生的有規(guī)律的錯排現(xiàn)象〕。位錯種類很多，但最簡單，最根本的類型有兩種：一種是刃型位錯，另一種是螺型位錯。位錯對于金屬的強度、斷裂和塑性變形有重要影響。85整理課件〔a〕立體模型〔b〕平面圖圖刃型位錯示意圖1.刃型位錯86整理課件圖含有刃型位錯的晶體結(jié)構(gòu)87整理課件88整理課件晶體在塑性變形時，局部區(qū)域的晶體發(fā)生滑移，即可形成錯。可以把位錯理解為晶體中已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界。在位錯線周圍一個有限區(qū)域內(nèi)，原子離開了原來的平衡位置，即產(chǎn)生了晶格畸變，并且在額外半原子面左右兩邊的畸變是對稱的。刃型位錯的應(yīng)力場可以與間隙原子和置換原子發(fā)生彈性交互作用。各種間隙原子及尺寸較大的置換原子，它們的應(yīng)力場是壓應(yīng)力，這些點缺陷大多易于被吸引而跑到正刃型位錯的下半局部，或者負刀型位錯的上半局部聚集起來。對于尺寸較小的置換原子來說，那么易于聚集于刃型位錯的另一半受壓應(yīng)力的地方。正因為如此，所以刃型位錯往往總是攜帶著大量的溶質(zhì)原子，形成所謂的“柯氏氣團〞。89整理課件90整理課件

從以上的刃型位錯模型中，可以看出其具有以下幾個重要持征：①刃型位錯有一額外半原子面；②位錯線是一個具有一定寬度的細長的晶格畸變管道，其中既有正應(yīng)變，又有切應(yīng)變。對于正刃型位錯，滑移面之上晶格受到壓應(yīng)力，滑移面之下為拉應(yīng)力，滑移面上為切應(yīng)力。負刃型位錯與此相反；③位錯線與晶體滑移的方向相垂直，即位錯線運動的方向垂直于位錯線。91整理課件〔a〕立體圖；〔b〕頂視圖圖螺型位錯的原子組態(tài)2.螺型位錯92整理課件93整理課件螺位錯同樣是晶體中已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界。由于位錯線附近的原于是按螺旋型排列的，所以這種位錯叫做螺型位錯。根據(jù)位錯線附近呈螺旋型排列的原子的旋轉(zhuǎn)方向的不同，螺型位錯可分為左螺型位錯和右螺型位錯兩種。通常用拇指代表螺旋的前進方向，而以其余四指代表螺旋的旋轉(zhuǎn)方向。凡符合右手法那么的稱為右螺型位錯，符合左手法那么的稱為左螟型位錯。螺型位錯與刃型位錯不同，它沒有額外半原子面。在晶格畸變的細長管道中，只存在切應(yīng)變，而無正應(yīng)變，并且位錯線周圍的彈性應(yīng)力場呈軸對稱分布。94整理課件螺位錯的特點：①螺型位錯沒有額外半原子面；②螺型位錯線是一個具有一定寬度的細長的晶格畸變管道，其中只有切應(yīng)變，而無正應(yīng)變；③位錯線與滑移方向平行，位錯線運動的方向與位錯線垂直。95整理課件

柏氏矢量，不但可以表示位錯的性質(zhì)，而且可以表示晶格畸變的大小和方向。確定方法為：①在實際晶體中，從距位錯一定距離的任一原子M出發(fā)，以至相鄰原子為一步，沿逆時針方向環(huán)繞位錯線作一閉合回路，稱之為柏氏回路。②在完整晶體中以同樣的方向和步數(shù)作相同的回路，此時的回路沒有封閉。③由完整晶體的回路終點Q到始點M引一矢量b，使該回路閉合，這個矢量b即為這條位錯線的柏氏矢量。3.柏氏矢量96整理課件97整理課件(a)圍繞一刃型位錯的柏氏回路(b)圍繞完整晶體的柏氏回路；圖刃型位錯柏氏矢量確實定98整理課件(a)實際晶體的柏氏回路(b)完整晶體的相應(yīng)回路；圖螺型位錯柏氏矢量確實定99整理課件①用柏氏矢量可以判斷位錯的類型。②用柏氏矢量可以表示位錯區(qū)域晶格畸變總量的大小。柏氏矢量越大，位錯周圍的晶格畸