最新22晶體缺陷2課件

22晶體缺陷222晶體缺陷21缺陷的分類：按純幾何的特征對(duì)點(diǎn)陣缺陷進(jìn)行分類：1.點(diǎn)缺陷（零維缺陷）2.線缺陷（一維缺陷）3.面缺陷（二維缺陷）4.體缺陷（三維缺陷）缺陷的分類：按純幾何的特征對(duì)點(diǎn)陣缺陷進(jìn)行分類：1.點(diǎn)缺陷（2最新22晶體缺陷2課件3最新22晶體缺陷2課件4最新22晶體缺陷2課件5最新22晶體缺陷2課件6最新22晶體缺陷2課件7最新22晶體缺陷2課件8化學(xué)缺陷

置換式填隙式化學(xué)缺陷置換式填隙式9正離子負(fù)離子離子晶體中的點(diǎn)缺陷正離子負(fù)離子離子晶體中的點(diǎn)缺陷10

1-大的置換原子

4-復(fù)合空位

2-肖脫基空位

5-弗蘭克爾空位

3-異類間隙原子

6-小的置換原子

1-大的置換原子

4-復(fù)合空位112.點(diǎn)缺陷與材料行為

結(jié)構(gòu)變化：晶格畸變（如空位引起晶格收縮，間隙原子引起晶格膨脹，置換原子可引起收縮或膨脹）。

性能變化：點(diǎn)缺陷可以使材料的物理性質(zhì)與力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生變化。（1）引起金屬材料電阻的增加。

晶體中存在點(diǎn)缺陷時(shí)，破壞了原子排列的規(guī)律性，使電子遷移時(shí)的散射增加，從而增加了電阻。（2）晶體密度下降。

空位的存在使晶體的密度下降。2.點(diǎn)缺陷與材料行為結(jié)構(gòu)變化：晶格畸變（如空位引起晶格收12（3）高溫蠕變。

空位的存在及其運(yùn)動(dòng)是晶體高溫下發(fā)生蠕變的重要原因。熱振動(dòng)產(chǎn)生的點(diǎn)缺陷屬于熱力學(xué)平衡缺陷，即在一定的溫度下，晶體中一定存在一定數(shù)量的點(diǎn)缺陷。平衡濃度的點(diǎn)缺陷對(duì)材料的力學(xué)性能的影響并不大，但在高溫下空位的濃度很高，空位在材料變形時(shí)的作用就不能忽略了。（3）高溫蠕變。熱振動(dòng)產(chǎn)生的點(diǎn)缺陷屬于熱力學(xué)平衡缺陷13（4）原子或分子的擴(kuò)散就是依靠點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。

晶體中的點(diǎn)缺陷處于不斷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)空位周圍原子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能超過(guò)激活能時(shí)，就可能脫離原來(lái)的結(jié)點(diǎn)位置而跳躍到空位。正是依據(jù)這一機(jī)制，空位發(fā)生不斷的遷移，同時(shí)伴隨原子的反向遷移。間隙原子也在晶格的間隙中不斷運(yùn)動(dòng)。空位和間隙原子的運(yùn)動(dòng)是晶體內(nèi)原子擴(kuò)散的內(nèi)部原因，原子的擴(kuò)散就是依靠點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。（4）原子或分子的擴(kuò)散就是依靠點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。14最新22晶體缺陷2課件152.2.2線缺陷（位錯(cuò)）位錯(cuò)是晶體中已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交線，位錯(cuò)線并不是幾何學(xué)所定義的線，從微觀看來(lái)，它是有一定寬度的管道。人們是從研究晶體的塑性變形中才認(rèn)識(shí)到晶體中存在著位錯(cuò)。位錯(cuò)對(duì)晶體的強(qiáng)度與斷裂等力學(xué)性能起著決定性的作用。同時(shí)，位錯(cuò)對(duì)晶體的擴(kuò)散與相變等過(guò)程也有一定的影響。1.位錯(cuò)的類型位錯(cuò)刃位錯(cuò)螺位錯(cuò)當(dāng)晶體內(nèi)沿著某一條線附近的原子排列發(fā)生畸變，破壞了晶格周期性時(shí)就形成了線缺陷。線缺陷就是“位錯(cuò)”。

2.2.2線缺陷（位錯(cuò)）位錯(cuò)是晶體中已滑移區(qū)和未滑16晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線（即位錯(cuò)線）若垂直于滑移方向，則會(huì)存在一多余半排原子面，它象一把刀刃插入晶體中，使此處上下兩部分晶體產(chǎn)生原子錯(cuò)排，這種晶體缺陷稱為刃位錯(cuò)。多余半排原子面在滑移面上方的稱正刃型位錯(cuò)，記為“┻”；相反，半排原子面在滑移面下方的稱負(fù)刃型位錯(cuò)，記為“┳”刃位錯(cuò)（edgedislocation）：晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線（即位錯(cuò)線）若垂直于滑移方向17刃位錯(cuò)刃位錯(cuò)18最新22晶體缺陷2課件19最新22晶體缺陷2課件20最新22晶體缺陷2課件21刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)22刃位錯(cuò)攀移示意圖（a）正攀移（半原子面縮短）(b)未攀移（c）負(fù)攀移（半原子面伸長(zhǎng)）位錯(cuò)攀移在低溫下是難以進(jìn)行的，只有在高溫下才可能發(fā)生。

刃位錯(cuò)攀移示意圖（a）正攀移(b)未攀移（c）負(fù)攀移位錯(cuò)攀移23BC下圖螺位錯(cuò)（screwdislocation）假定在一塊簡(jiǎn)單立方晶體中，沿某一晶面切一刀至BC處，然后在晶體的右側(cè)上部施加一切應(yīng)力，使右端上下兩部分晶體相對(duì)滑移一個(gè)原子間距，由于BC線左邊晶體未發(fā)生滑移，于是出現(xiàn)了已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界BC.從俯視角度看，在滑移區(qū)上下兩層原子發(fā)生了錯(cuò)動(dòng)，晶體點(diǎn)陣畸變最嚴(yán)重的區(qū)域內(nèi)的兩層原子平面變成螺旋面?；儏^(qū)的尺寸與長(zhǎng)度相比小得多，在這畸變區(qū)范圍內(nèi)稱為螺型位錯(cuò)，已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交線BC稱之為螺型位錯(cuò)線。BC下圖螺位錯(cuò)（screwdislocation）假定在一24最新22晶體缺陷2課件25螺位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)螺位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)26螺位錯(cuò)與刃位錯(cuò)的主要區(qū)別：螺型位錯(cuò)線與晶體滑移方向平行，且位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向互相垂直。純螺型位錯(cuò)的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位錯(cuò)線的平面都可以作為它的滑移面。但實(shí)際上，滑移通常是在那些原子密排面上進(jìn)行。刃型位錯(cuò)線與晶體滑移方向垂直，位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向互相平行。刃型位錯(cuò)滑移面只有一個(gè)。

螺位錯(cuò)與刃位錯(cuò)的主要區(qū)別：螺型位錯(cuò)線與晶體滑移方向平行，且位27實(shí)際的位錯(cuò)常常是混合型的，介于刃型和螺型之間。

混合位錯(cuò)實(shí)際的位錯(cuò)常常是混合型的，介于刃型和螺型之間?；旌衔诲e(cuò)28混合位錯(cuò)的滑移混合位錯(cuò)的滑移29最新22晶體缺陷2課件302.線缺陷與材料的行為由于晶體中位錯(cuò)的滑移，使得實(shí)際材料的屈服強(qiáng)度較理想晶體的屈服強(qiáng)度低2-4個(gè)數(shù)量級(jí)。按位錯(cuò)滑移方式發(fā)生塑性變形要比兩個(gè)相鄰原子面整體相對(duì)滑移容易得多，因此晶體的實(shí)際強(qiáng)度比理論強(qiáng)度低得多。去除外力的作用后，能恢復(fù)的變形稱之為彈性變形，不能恢復(fù)的變形稱之為塑性變形。

無(wú)論是何種材料，在載荷的作用下，都要產(chǎn)生一些變化，我們管它叫變形。

對(duì)材料力學(xué)性能的影響2.線缺陷與材料的行為由于晶體中位錯(cuò)的滑移，使得實(shí)際材料的31位錯(cuò)不能中斷于晶體內(nèi)部，可在表面露頭，或終止于晶界或相界，或與其它位錯(cuò)相交，或自行封閉成環(huán)。

屈服強(qiáng)度（yieldstrength）:屈服強(qiáng)度是試樣在拉伸過(guò)程中，開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形所須的應(yīng)力。強(qiáng)度（strength）:是材料或物件經(jīng)得起變形的能力。實(shí)際金屬發(fā)生塑性變形是通過(guò)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的.實(shí)際晶體的強(qiáng)度,主要取決于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力.位錯(cuò)不能中斷于晶體內(nèi)部，可在表面露頭，或終止于晶界或相界，32位錯(cuò)的存在對(duì)金屬的強(qiáng)度有著重要的影響，從圖中可見(jiàn)，增加或降低位錯(cuò)密度，都能有效地提高金屬?gòu)?qiáng)度。理想晶體的強(qiáng)度很高，位錯(cuò)的存在可降低強(qiáng)度，當(dāng)位錯(cuò)大量產(chǎn)生后，強(qiáng)度又提高。由于沒(méi)有缺陷的晶體很難得到，所以生產(chǎn)中一般依靠增加位錯(cuò)密度來(lái)提高金屬?gòu)?qiáng)度，但塑性隨之降低。

塑性（plasticity）：塑性是指材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。

位錯(cuò)的存在對(duì)金屬的強(qiáng)度有著重要的影響，從圖中可見(jiàn)，增加或降低33

對(duì)材料化學(xué)性能的影響

位錯(cuò)區(qū)域能量高，有利于化學(xué)反應(yīng)的成核。

從微觀來(lái)看，位錯(cuò)線是有一定寬度的管道，它們可以組成列管式的小角度晶界，或者發(fā)生交互作用形成四通八達(dá)的三維網(wǎng)絡(luò)，加快粒子的擴(kuò)散及化學(xué)反應(yīng)。對(duì)材料化學(xué)性能的影響位錯(cuò)區(qū)域能量高，有利于化學(xué)反應(yīng)的成核34透射電子顯微鏡下觀察到不銹鋼的位錯(cuò)線與位錯(cuò)線纏結(jié)

透射電子顯微鏡下觀察到不銹鋼的位錯(cuò)線與位錯(cuò)線纏結(jié)35金屬淬火后為什么變硬?螺位錯(cuò)區(qū)別于刃位錯(cuò)的主要特征是什么？晶體的一般特點(diǎn)是什么？點(diǎn)陣和晶體結(jié)構(gòu)有何關(guān)系？點(diǎn)缺陷Schottky缺陷Frenkel缺陷刃位錯(cuò)螺位錯(cuò)變形彈性變形塑性變形強(qiáng)度屈服強(qiáng)度塑性

晶體非晶體準(zhǔn)晶體結(jié)構(gòu)馳豫晶化在位錯(cuò)滑移時(shí),刃位錯(cuò)上原子受的力和螺位錯(cuò)上原子受的力各有什么特點(diǎn)?金屬淬火后為什么變硬?螺位錯(cuò)區(qū)別于刃位錯(cuò)的主要特征是什么？晶362.2.3面缺陷面缺陷是發(fā)生在晶格二維平面上的缺陷，其特征是在一個(gè)方向上的尺寸很小，而另兩個(gè)方向上的尺寸很大，也可稱二維缺陷。面缺陷晶界亞晶界孿晶界相界堆垛層錯(cuò)1.面缺陷的分類材料的表面是最顯而易見(jiàn)的面缺陷。在垂直于表面方向上，平移對(duì)稱性被破壞了。由于材料是通過(guò)表面與環(huán)境及它其材料發(fā)生相互作用，所以表面的存在對(duì)材料的物理化學(xué)性能有重要的影響。常見(jiàn)的氧化、腐蝕、磨損等自然現(xiàn)象都與表面狀態(tài)有關(guān)。2.2.3面缺陷面缺陷是發(fā)生在晶格二維平面上的缺陷，其特征37晶界是不同取向的晶粒之間的界面，由于晶界原子需要同時(shí)適應(yīng)相鄰兩個(gè)晶粒的位向，就必須從一種晶粒位向逐步過(guò)渡到另一種晶粒位向，成為不同晶粒之間的過(guò)渡層，因而晶界上的原子多處于無(wú)規(guī)則狀態(tài)或兩種晶粒位向的折衷位置上。晶界(grainboundaries)多晶體結(jié)構(gòu)示意圖晶界是不同取向的晶粒之間的界面，由于晶界原子需要同時(shí)適應(yīng)相鄰38最新22晶體缺陷2課件39鋼中的晶粒（其中黑線為晶界）鋼中的晶粒（其中黑線為晶界）40

圖2-50純鐵的微觀結(jié)構(gòu)照片

圖2-50純鐵的微觀結(jié)構(gòu)41亞晶界（sub-boundaries）晶粒內(nèi)部也不是理想晶體，而是由位向差很小的稱為嵌鑲塊的小塊所組成，稱為亞晶粒。亞晶粒的交界稱為亞晶界。晶粒之間位向差較大，亞晶粒之間位向差較小。大于10°～15°的晶界稱為大角度晶界。各晶粒之間的界面屬于大角度晶界。亞晶界是小角度晶界，位向差小于1

°，其結(jié)構(gòu)可以看成是位錯(cuò)的規(guī)則排列。亞晶界（sub-boundaries）晶粒內(nèi)部也不是理想晶42小角傾側(cè)晶界（由一列刃型位錯(cuò)構(gòu)成）小角傾側(cè)晶界（由一列刃型位錯(cuò)構(gòu)成）43孿晶是指兩個(gè)晶體(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)稱的位向關(guān)系，這兩個(gè)晶體就稱為“孿晶(twin)”，此公共晶面就稱孿晶面。孿晶界(twinboundaries)共格孿晶界半共格孿晶界孿晶是指兩個(gè)晶體(或一個(gè)晶體的兩部分)沿一個(gè)公共晶面構(gòu)成鏡面44最新22晶體缺陷2課件45界面共有原子共格孿晶界就是在孿晶面上的原子同時(shí)位于兩個(gè)晶體點(diǎn)陣的結(jié)點(diǎn)上，為兩個(gè)晶體所共有，屬于自然地完全匹配是無(wú)畸變的完全共格晶面，它的界面能很低，約為普通晶界界面能的1／10，很穩(wěn)定，在顯微鏡下呈直線，這種孿晶界較為常見(jiàn)界面共有原子共格孿晶界就是在孿晶面上的原子同時(shí)位于兩個(gè)晶體點(diǎn)46半共格界面

若兩相的點(diǎn)陣常數(shù)差別較大,界面就難于保持完全的共格.即界面兩側(cè)的晶面不能一一對(duì)應(yīng),于是界面上便形成了一組刃型位錯(cuò)來(lái)彌補(bǔ)原子間距的差別,這樣可以使界面的彈性應(yīng)變能降低.并使共格性得以盡量維持。由于這種界面是由共格區(qū)和非共格區(qū)相間組成的,因此稱半共格界面或部分共格界面。這種孿晶界的能量相對(duì)較高，約為普通晶界的1／2。半共格界面

若兩相的點(diǎn)陣常數(shù)差別較大,界面就難于保持完全的47孿晶界孿晶界48相界(phaseboundaries)具有不同結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面稱為“相界(phaseboundary)”。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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。共格相界(coherentphaseboundary)所謂“共格”是指界面上的原子同時(shí)位于兩相晶格的結(jié)點(diǎn)上，即兩相的晶格是彼此銜接的，界面上的原子為兩者共有。半共格相界(Simi-coherentphaseboundary)兩相鄰晶體在相界面處的晶面間距相差較大，則在相界面上不可能做到完全的一一對(duì)應(yīng)，于是在界面上將產(chǎn)生一些位錯(cuò)，以降低界面的彈性應(yīng)變能，這時(shí)界面上兩相原子部分地保持匹配，這樣的界面稱為半共格界面或部分共格界面。相界(phaseboundaries)具有不同結(jié)構(gòu)的兩相49非共格相界(incoherentphaseboundary)當(dāng)兩相在相界面處的原子排列相差很大時(shí)，只能形成非共格界面。這種相界與大角度晶界相似，可看成是由原子不規(guī)則排列的很薄的過(guò)渡層構(gòu)成。非共格相界(incoherentphaseboundar50具有完善共格關(guān)系的相界具有彈性畸變的共格相界

半共格界面

非共格界面

具有完善共格關(guān)系的相界具有彈性畸變的共格相界半共格界面51由于不同的相在晶體結(jié)構(gòu)或原子間距上總會(huì)有些差異,為了保持界面上的共格,除了兩相之間應(yīng)具有特殊的取向關(guān)系外,界面周圍的原子還必須產(chǎn)生一定的彈性畸變。晶面間距較小者發(fā)生伸長(zhǎng)，較大者產(chǎn)生壓縮，以互相協(xié)調(diào)，使界面上原子達(dá)到匹配。共格界面其界面能很低這種共格相界的能量相對(duì)于具有完善共格關(guān)系的界面（如孿晶界）的能量要高由于不同的相在晶體結(jié)構(gòu)或原子間距上總會(huì)有些差異,為了保持界面52密堆積中的層錯(cuò)堆垛層錯(cuò)(stackingfaults)密堆積中的層錯(cuò)堆垛層錯(cuò)(stackingfaults)532.面缺陷與材料行為（1）

對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙作用，所以細(xì)化晶粒，增加晶界含量，可以改善材料的力學(xué)性能，既提高強(qiáng)度又增加韌性。韌性：材料變形和破壞過(guò)程中吸收能量的能力。它是強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)。（2）原子的混亂排列成為擴(kuò)散的快速通道和固態(tài)相變成核的優(yōu)先位置。（3）

易被氧化和腐蝕。2.面缺陷與材料行為（1）

對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙作用，所以細(xì)54

體缺陷就是原子偏離周期排列的三維缺陷。一般指材料中的空洞、夾雜物等。這種體缺陷對(duì)材料性能的影響一方面與它的幾何尺寸大小有關(guān)；另一方面也與其數(shù)量、分布有關(guān)。它們的存在常常是有害的。體缺陷當(dāng)前，為進(jìn)一步發(fā)揮鋼鐵材料的潛力，我國(guó)與國(guó)際上日、法等國(guó)家都在研制新一代鋼鐵材料，這新一代的含義就是要求材料更純、晶粒更細(xì)，這意味著要盡量減少體缺陷，盡量增加面缺陷和線缺陷。

體缺陷就是原子偏離周期排列的三維缺陷。一般指材料55

晶體中的缺陷點(diǎn)缺陷SchottkyFrekel有序合金中的錯(cuò)位化學(xué)缺陷線缺陷螺位錯(cuò)刃位錯(cuò)面缺陷晶界亞晶界孿晶界相界堆垛層錯(cuò)體缺陷：空洞、氣孔、裂縫等。晶體中的缺陷點(diǎn)缺陷Schottky線缺陷螺位錯(cuò)面缺陷晶界體56單晶體、多晶體與微晶體若一塊固體基本上為一個(gè)空間點(diǎn)陣所貫穿，稱為單晶體雙晶又稱孿晶，是指同一種晶體中的兩部分相互之間不是由同一點(diǎn)陣所貫穿，但它們卻是規(guī)則的連生在一起形成晶體。孿晶中兩部分的界面上的結(jié)合方式隨晶體結(jié)構(gòu)而異，但卻是兩部分晶體所共有的結(jié)構(gòu)。有些固體是由許多小的單晶體不同的取向聚集而成，稱為多晶。有些固體，結(jié)構(gòu)重復(fù)的周期數(shù)很少，只有幾個(gè)到幾十個(gè)周期，稱為微晶，它是介于晶體與非晶體之間的物質(zhì)單晶體、多晶體與微晶體若一塊固體基本上為一個(gè)空間點(diǎn)陣所貫穿，57（2）晶界對(duì)滑移的阻滯效應(yīng)晶界上原子排列不規(guī)則，點(diǎn)陣畸變嚴(yán)重，且晶界兩側(cè)的晶粒取向不同，因此，滑移要從一個(gè)晶粒直接延續(xù)到下一個(gè)晶粒是極其困難的，即室溫下晶界對(duì)滑移有阻滯效應(yīng)，如下圖所示經(jīng)拉伸后晶界處呈竹節(jié)狀（2）晶界對(duì)滑移的阻滯效應(yīng)經(jīng)拉伸后晶界處呈竹節(jié)狀58最新22晶體缺陷2課件5922晶體缺陷222晶體缺陷260缺陷的分類：按純幾何的特征對(duì)點(diǎn)陣缺陷進(jìn)行分類：1.點(diǎn)缺陷（零維缺陷）2.線缺陷（一維缺陷）3.面缺陷（二維缺陷）4.體缺陷（三維缺陷）缺陷的分類：按純幾何的特征對(duì)點(diǎn)陣缺陷進(jìn)行分類：1.點(diǎn)缺陷（61最新22晶體缺陷2課件62最新22晶體缺陷2課件63最新22晶體缺陷2課件64最新22晶體缺陷2課件65最新22晶體缺陷2課件66最新22晶體缺陷2課件67化學(xué)缺陷

置換式填隙式化學(xué)缺陷置換式填隙式68正離子負(fù)離子離子晶體中的點(diǎn)缺陷正離子負(fù)離子離子晶體中的點(diǎn)缺陷69

1-大的置換原子

4-復(fù)合空位

2-肖脫基空位

5-弗蘭克爾空位

3-異類間隙原子

6-小的置換原子

1-大的置換原子

4-復(fù)合空位702.點(diǎn)缺陷與材料行為

結(jié)構(gòu)變化：晶格畸變（如空位引起晶格收縮，間隙原子引起晶格膨脹，置換原子可引起收縮或膨脹）。

性能變化：點(diǎn)缺陷可以使材料的物理性質(zhì)與力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生變化。（1）引起金屬材料電阻的增加。

晶體中存在點(diǎn)缺陷時(shí)，破壞了原子排列的規(guī)律性，使電子遷移時(shí)的散射增加，從而增加了電阻。（2）晶體密度下降。

空位的存在使晶體的密度下降。2.點(diǎn)缺陷與材料行為結(jié)構(gòu)變化：晶格畸變（如空位引起晶格收71（3）高溫蠕變。

空位的存在及其運(yùn)動(dòng)是晶體高溫下發(fā)生蠕變的重要原因。熱振動(dòng)產(chǎn)生的點(diǎn)缺陷屬于熱力學(xué)平衡缺陷，即在一定的溫度下，晶體中一定存在一定數(shù)量的點(diǎn)缺陷。平衡濃度的點(diǎn)缺陷對(duì)材料的力學(xué)性能的影響并不大，但在高溫下空位的濃度很高，空位在材料變形時(shí)的作用就不能忽略了。（3）高溫蠕變。熱振動(dòng)產(chǎn)生的點(diǎn)缺陷屬于熱力學(xué)平衡缺陷72（4）原子或分子的擴(kuò)散就是依靠點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。

晶體中的點(diǎn)缺陷處于不斷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)空位周圍原子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能超過(guò)激活能時(shí)，就可能脫離原來(lái)的結(jié)點(diǎn)位置而跳躍到空位。正是依據(jù)這一機(jī)制，空位發(fā)生不斷的遷移，同時(shí)伴隨原子的反向遷移。間隙原子也在晶格的間隙中不斷運(yùn)動(dòng)。空位和間隙原子的運(yùn)動(dòng)是晶體內(nèi)原子擴(kuò)散的內(nèi)部原因，原子的擴(kuò)散就是依靠點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。（4）原子或分子的擴(kuò)散就是依靠點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。73最新22晶體缺陷2課件742.2.2線缺陷（位錯(cuò)）位錯(cuò)是晶體中已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交線，位錯(cuò)線并不是幾何學(xué)所定義的線，從微觀看來(lái)，它是有一定寬度的管道。人們是從研究晶體的塑性變形中才認(rèn)識(shí)到晶體中存在著位錯(cuò)。位錯(cuò)對(duì)晶體的強(qiáng)度與斷裂等力學(xué)性能起著決定性的作用。同時(shí)，位錯(cuò)對(duì)晶體的擴(kuò)散與相變等過(guò)程也有一定的影響。1.位錯(cuò)的類型位錯(cuò)刃位錯(cuò)螺位錯(cuò)當(dāng)晶體內(nèi)沿著某一條線附近的原子排列發(fā)生畸變，破壞了晶格周期性時(shí)就形成了線缺陷。線缺陷就是“位錯(cuò)”。

2.2.2線缺陷（位錯(cuò)）位錯(cuò)是晶體中已滑移區(qū)和未滑75晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線（即位錯(cuò)線）若垂直于滑移方向，則會(huì)存在一多余半排原子面，它象一把刀刃插入晶體中，使此處上下兩部分晶體產(chǎn)生原子錯(cuò)排，這種晶體缺陷稱為刃位錯(cuò)。多余半排原子面在滑移面上方的稱正刃型位錯(cuò)，記為“┻”；相反，半排原子面在滑移面下方的稱負(fù)刃型位錯(cuò)，記為“┳”刃位錯(cuò)（edgedislocation）：晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線（即位錯(cuò)線）若垂直于滑移方向76刃位錯(cuò)刃位錯(cuò)77最新22晶體缺陷2課件78最新22晶體缺陷2課件79最新22晶體缺陷2課件80刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)81刃位錯(cuò)攀移示意圖（a）正攀移（半原子面縮短）(b)未攀移（c）負(fù)攀移（半原子面伸長(zhǎng)）位錯(cuò)攀移在低溫下是難以進(jìn)行的，只有在高溫下才可能發(fā)生。

刃位錯(cuò)攀移示意圖（a）正攀移(b)未攀移（c）負(fù)攀移位錯(cuò)攀移82BC下圖螺位錯(cuò)（screwdislocation）假定在一塊簡(jiǎn)單立方晶體中，沿某一晶面切一刀至BC處，然后在晶體的右側(cè)上部施加一切應(yīng)力，使右端上下兩部分晶體相對(duì)滑移一個(gè)原子間距，由于BC線左邊晶體未發(fā)生滑移，于是出現(xiàn)了已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界BC.從俯視角度看，在滑移區(qū)上下兩層原子發(fā)生了錯(cuò)動(dòng)，晶體點(diǎn)陣畸變最嚴(yán)重的區(qū)域內(nèi)的兩層原子平面變成螺旋面?；儏^(qū)的尺寸與長(zhǎng)度相比小得多，在這畸變區(qū)范圍內(nèi)稱為螺型位錯(cuò)，已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交線BC稱之為螺型位錯(cuò)線。BC下圖螺位錯(cuò)（screwdislocation）假定在一83最新22晶體缺陷2課件84螺位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)螺位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)85螺位錯(cuò)與刃位錯(cuò)的主要區(qū)別：螺型位錯(cuò)線與晶體滑移方向平行，且位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向互相垂直。純螺型位錯(cuò)的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位錯(cuò)線的平面都可以作為它的滑移面。但實(shí)際上，滑移通常是在那些原子密排面上進(jìn)行。刃型位錯(cuò)線與晶體滑移方向垂直，位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向互相平行。刃型位錯(cuò)滑移面只有一個(gè)。

螺位錯(cuò)與刃位錯(cuò)的主要區(qū)別：螺型位錯(cuò)線與晶體滑移方向平行，且位86實(shí)際的位錯(cuò)常常是混合型的，介于刃型和螺型之間。

混合位錯(cuò)實(shí)際的位錯(cuò)常常是混合型的，介于刃型和螺型之間?；旌衔诲e(cuò)87混合位錯(cuò)的滑移混合位錯(cuò)的滑移88最新22晶體缺陷2課件892.線缺陷與材料的行為由于晶體中位錯(cuò)的滑移，使得實(shí)際材料的屈服強(qiáng)度較理想晶體的屈服強(qiáng)度低2-4個(gè)數(shù)量級(jí)。按位錯(cuò)滑移方式發(fā)生塑性變形要比兩個(gè)相鄰原子面整體相對(duì)滑移容易得多，因此晶體的實(shí)際強(qiáng)度比理論強(qiáng)度低得多。去除外力的作用后，能恢復(fù)的變形稱之為彈性變形，不能恢復(fù)的變形稱之為塑性變形。

無(wú)論是何種材料，在載荷的作用下，都要產(chǎn)生一些變化，我們管它叫變形。

對(duì)材料力學(xué)性能的影響2.線缺陷與材料的行為由于晶體中位錯(cuò)的滑移，使得實(shí)際材料的90位錯(cuò)不能中斷于晶體內(nèi)部，可在表面露頭，或終止于晶界或相界，或與其它位錯(cuò)相交，或自行封閉成環(huán)。

屈服強(qiáng)度（yieldstrength）:屈服強(qiáng)度是試樣在拉伸過(guò)程中，開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形所須的應(yīng)力。強(qiáng)度（strength）:是材料或物件經(jīng)得起變形的能力。實(shí)際金屬發(fā)生塑性變形是通過(guò)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的.實(shí)際晶體的強(qiáng)度,主要取決于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力.位錯(cuò)不能中斷于晶體內(nèi)部，可在表面露頭，或終止于晶界或相界，91位錯(cuò)的存在對(duì)金屬的強(qiáng)度有著重要的影響，從圖中可見(jiàn)，增加或降低位錯(cuò)密度，都能有效地提高金屬?gòu)?qiáng)度。理想晶體的強(qiáng)度很高，位錯(cuò)的存在可降低強(qiáng)度，當(dāng)位錯(cuò)大量產(chǎn)生后，強(qiáng)度又提高。由于沒(méi)有缺陷的晶體很難得到，所以生產(chǎn)中一般依靠增加位錯(cuò)密度來(lái)提高金屬?gòu)?qiáng)度，但塑性隨之降低。

塑性（plasticity）：塑性是指材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。

位錯(cuò)的存在對(duì)金屬的強(qiáng)度有著重要的影響，從圖中可見(jiàn)，增加或降低92

對(duì)材料化學(xué)性能的影響

位錯(cuò)區(qū)域能量高，有利于化學(xué)反應(yīng)的成核。

從微觀來(lái)看，位錯(cuò)線是有一定寬度的管道，它們可以組成列管式的小角度晶界，或者發(fā)生交互作用形成四通八達(dá)的三維網(wǎng)絡(luò)，加快粒子的擴(kuò)散及化學(xué)反應(yīng)。對(duì)材料化學(xué)性能的影響位錯(cuò)區(qū)域能量高，有利于化學(xué)反應(yīng)的成核93透射電子顯微鏡下觀察到不銹鋼的位錯(cuò)線與位錯(cuò)線纏結(jié)

透射電子顯微鏡下觀察到不銹鋼的位錯(cuò)線與位錯(cuò)線纏結(jié)94金屬淬火后為什么變硬?螺位錯(cuò)區(qū)別于刃位錯(cuò)的主要特征是什么？晶體的一般特點(diǎn)是什么？點(diǎn)陣和晶體結(jié)構(gòu)有何關(guān)系？點(diǎn)缺陷Schottky缺陷Frenkel缺陷刃位錯(cuò)螺位錯(cuò)變形彈性變形塑性變形強(qiáng)度屈服強(qiáng)度塑性

晶體非晶體準(zhǔn)晶體結(jié)構(gòu)馳豫晶化在位錯(cuò)滑移時(shí),刃位錯(cuò)上原子受的力和螺位錯(cuò)上原子受的力各有什么特點(diǎn)?金屬淬火后為什么變硬?螺位錯(cuò)區(qū)別于刃位錯(cuò)的主要特征是什么？晶952.2.3面缺陷面缺陷是發(fā)生在晶格二維平面上的缺陷，其特征是在一個(gè)方向上的尺寸很小，而另兩個(gè)方向上的尺寸很大，也可稱二維缺陷。面缺陷晶界亞晶界孿晶界相界堆垛層錯(cuò)1.面缺陷的分類材料的表面是最顯而易見(jiàn)的面缺陷。在垂直于表面方向上，平移對(duì)稱性被破壞了。由于材料是通過(guò)表面與環(huán)境及它其材料發(fā)生相互作用，所以表面的存在對(duì)材料的物理化學(xué)性能有重要的影響。常見(jiàn)的氧化、腐蝕、磨損等自然現(xiàn)象都與表面狀態(tài)有關(guān)。2.2.3面缺陷面缺陷是發(fā)生在晶格二維平面上的缺陷，其特征96晶界是不同取向的晶粒之間的界面，由于晶界原子需要同時(shí)適應(yīng)相鄰兩個(gè)晶粒的位向，就必須從一種晶粒位向逐步過(guò)渡到另一種晶粒位向，成為不同晶粒之間的過(guò)渡層，因而晶界上的原子多處于無(wú)規(guī)則狀態(tài)或兩種晶粒位向的折衷位置上。晶界(grainboundaries)多晶體結(jié)構(gòu)示意圖晶界是不同取向的晶粒之間的界面，由于晶界原子需要同時(shí)適應(yīng)相鄰97最新22晶體缺陷2課件98鋼中的晶粒（其中黑線為晶界）鋼中的晶粒（其中黑線為晶界）99

圖2-50純鐵的微觀結(jié)構(gòu)照片

圖2-50純鐵的微觀結(jié)構(gòu)100亞晶界（sub-boundaries）晶粒內(nèi)部也不是理想晶體，而是由位向差很小的稱為嵌鑲塊的小塊所組成，稱為亞晶粒。亞晶粒的交界稱為亞晶界。晶粒之間位向差較大，亞晶粒之間位向差較小。大于10°～15°的晶界稱為大角度晶界。各晶粒之間的界面屬于大角度晶界。亞晶界是小角度晶界，位向差小于1

°，其結(jié)構(gòu)可以看成是位錯(cuò)的規(guī)則排列。亞晶界（sub-boundaries）晶粒內(nèi)部也不是理想晶101小角傾側(cè)晶界（由一列刃型位錯(cuò)構(gòu)成）小角傾側(cè)晶界（由一列刃型位錯(cuò)構(gòu)成）102孿晶是指兩個(gè)晶體(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)稱的位向關(guān)系，這兩個(gè)晶體就稱為“孿晶(twin)”，此公共晶面就稱孿晶面。孿晶界(twinboundaries)共格孿晶界半共格孿晶界孿晶是指兩個(gè)晶體(或一個(gè)晶體的兩部分)沿一個(gè)公共晶面構(gòu)成鏡面103最新22晶體缺陷2課件104界面共有原子共格孿晶界就是在孿晶面上的原子同時(shí)位于兩個(gè)晶體點(diǎn)陣的結(jié)點(diǎn)上，為兩個(gè)晶體所共有，屬于自然地完全匹配是無(wú)畸變的完全共格晶面，它的界面能很低，約為普通晶界界面能的1／10，很穩(wěn)定，在顯微鏡下呈直線，這種孿晶界較為常見(jiàn)界面共有原子共格孿晶界就是在孿晶面上的原子同時(shí)位于兩個(gè)晶體點(diǎn)105半共格界面

若兩相的點(diǎn)陣常數(shù)差別較大,界面就難于保持完全的共格.即界面兩側(cè)的晶面不能一一對(duì)應(yīng),于是界面上便形成了一組刃型位錯(cuò)來(lái)彌補(bǔ)原子間距的差別,這樣可以使界面的彈性應(yīng)變能降低.并使共格性得以盡量維持。由于這種界面是由共格區(qū)和非共格區(qū)相間組成的,因此稱半共格界面或部分共格界面。這種孿晶界的能量相對(duì)較高，約為普通晶界的1／2。半共格界面

若兩相的點(diǎn)陣常數(shù)差別較大,界面就難于保持完全的106孿晶界孿晶界107相界(phaseboundaries)具有不同結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面稱為“相界(phaseboundary)”。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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。共格相界(coherentphaseboundary)所謂“共格”是指界面上的原子同時(shí)位于兩相晶格的結(jié)點(diǎn)上，即兩相的晶格是彼此銜接的，界面上的原子為兩者共有。半共格相界(Simi-coherentphaseboundary)兩相鄰晶體在相界面處的晶面間距相差較大，則在相界面上不可能做到完全的一一對(duì)應(yīng)，于是在界面上將產(chǎn)生一些位錯(cuò)，以降低界面的彈性應(yīng)變能，這時(shí)界面上兩相原子部分地保持匹配，這樣的界面稱為半共格界面或部分共格界面。相界(phaseboundaries)具有不同結(jié)構(gòu)的兩相108非共格相界(incoherentphaseboundary)當(dāng)兩相在相界面處的原子排列相差很大時(shí)，只能形成非共格界面。這種相界與大角度晶界相似，可看成是由原子不規(guī)則排列的很薄的過(guò)渡層構(gòu)成。非共格相界(incoherentphaseboundar109具有完善共格關(guān)系的相界具有彈性畸變的共格相界