實(shí)際金屬的體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷課件

實(shí)際金屬的體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷課件REPORTING2023WORKSUMMARY目錄CATALOGUE金屬的體結(jié)構(gòu)晶體缺陷的基本概念金屬中的點(diǎn)缺陷金屬中的線缺陷金屬中的面缺陷金屬中晶體缺陷的影響及作用PART01金屬的體結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu)如鎢、鉬等金屬的晶體結(jié)構(gòu)為體心立方。這種結(jié)構(gòu)中，每個(gè)原子被八個(gè)最近的鄰居包圍，但每個(gè)原子還有一個(gè)原子在它的體中心。面心立方結(jié)構(gòu)如鋁、銅、金等金屬的晶體結(jié)構(gòu)為面心立方。這種結(jié)構(gòu)中，每個(gè)原子被八個(gè)最近的鄰居包圍，形成了一個(gè)密實(shí)的三維網(wǎng)絡(luò)。密排六方結(jié)構(gòu)如鋅、鎂等金屬的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方。這種結(jié)構(gòu)中，每個(gè)原子被六個(gè)最近的鄰居包圍，形成一個(gè)密實(shí)的二維網(wǎng)絡(luò)，而第三維則相對(duì)開(kāi)放。金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬原子的最外層電子，通常在金屬鍵合中起主要作用。它們很容易被激發(fā)和移動(dòng)，因此金屬具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。s電子金屬原子的次外層電子，通常在金屬的化學(xué)反應(yīng)和物理性質(zhì)中起重要作用。它們不如s電子易激發(fā)，因此對(duì)金屬的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性貢獻(xiàn)較小。d電子金屬原子的最內(nèi)層電子，通常對(duì)金屬的化學(xué)反應(yīng)和物理性質(zhì)影響不大。它們很難被激發(fā)，因此對(duì)金屬的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性貢獻(xiàn)很小。f電子金屬的電子結(jié)構(gòu)指金屬原子之間的平均距離。這個(gè)距離取決于金屬的晶體結(jié)構(gòu)和晶格常數(shù)。原子間距指構(gòu)成金屬晶體的最小重復(fù)單元的尺寸。它決定了金屬的原子間距和晶胞體積。晶格常數(shù)金屬的原子間距和晶格常數(shù)PART02晶體缺陷的基本概念

晶體缺陷的類型點(diǎn)缺陷在晶體中，原子、離子或分子偏離平衡位置，形成一個(gè)或多個(gè)空位或間隙，稱為點(diǎn)缺陷。線缺陷晶體中出現(xiàn)的局部非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，晶體的一部分相對(duì)于另一部分發(fā)生平移，產(chǎn)生臺(tái)階或?qū)\晶，稱為線缺陷。面缺陷晶體中出現(xiàn)的局部非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，晶格的一部分相對(duì)于另一部分發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生晶界或?qū)\晶界，稱為面缺陷。點(diǎn)缺陷的形成能較低，通常比線缺陷和面缺陷小得多。線缺陷的形成能比點(diǎn)缺陷高，但比面缺陷低。面缺陷的形成能最高，通常比點(diǎn)缺陷和線缺陷高得多。晶體缺陷的形成能在一定溫度和壓力下，晶體缺陷的平衡濃度取決于晶體的成分、結(jié)構(gòu)和環(huán)境條件。隨著溫度的升高，晶體缺陷的平衡濃度通常會(huì)降低。隨著應(yīng)力的增加，晶體缺陷的平衡濃度可能會(huì)增加或降低，取決于應(yīng)力和溫度的相對(duì)影響。晶體缺陷的平衡濃度PART03金屬中的點(diǎn)缺陷空位間隙原子形成原因影響金屬中的空位和間隙原子01020304晶體結(jié)構(gòu)中應(yīng)占有的位置上缺少一個(gè)或幾個(gè)原子，形成空位。在晶體結(jié)構(gòu)中的間隙位置上占有并不屬于該位置的原子，稱為間隙原子。熱漲落、輻照、雜質(zhì)等。改變晶體結(jié)構(gòu)、導(dǎo)致晶格畸變、影響金屬的物理和化學(xué)性能。雜質(zhì)原子取代正常位置上的原子，形成替位式雜質(zhì)。替位式雜質(zhì)色心影響某些缺陷導(dǎo)致晶體對(duì)某些顏色的光吸收增強(qiáng)，使晶體呈現(xiàn)不均勻的顏色，稱為色心。影響金屬的光學(xué)和電學(xué)性能。030201金屬中的替位式雜質(zhì)和色心晶體在熱漲落情況下產(chǎn)生的缺陷，包括熱激態(tài)、自陷態(tài)等。熱缺陷晶體在受到輻射作用時(shí)產(chǎn)生的缺陷，如輻照損傷等。輻射缺陷影響金屬的力學(xué)、化學(xué)和物理性能。影響金屬中的熱缺陷和輻射缺陷PART04金屬中的線缺陷位錯(cuò)是指晶體中原子排列的某種不規(guī)則性，表現(xiàn)為晶格的局部不完整性或晶體的一部分相對(duì)于另一部分的平移。根據(jù)平移的方向和方向矢量的不同，位錯(cuò)可分為刃型位錯(cuò)、螺旋型位錯(cuò)和混合型位錯(cuò)。金屬中的位錯(cuò)概念及類型位錯(cuò)類型位錯(cuò)概念位錯(cuò)的滑移在切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)沿滑移面移動(dòng)，導(dǎo)致晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿滑移面作整體平移。位錯(cuò)的攀移位錯(cuò)沿垂直于滑移面的方向運(yùn)動(dòng)，由于攀移機(jī)制不同，可分為正常攀移和異常攀移。位錯(cuò)的滑移和攀移位錯(cuò)的反應(yīng)在復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下，不同類型和方向的位錯(cuò)之間可以相互作用和反應(yīng)，形成各種復(fù)雜的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)。位錯(cuò)的相互作用位錯(cuò)之間的相互作用包括吸引和排斥，取決于它們?cè)诰w中的相對(duì)位置和方向。位錯(cuò)的反應(yīng)和相互作用PART05金屬中的面缺陷晶界定義01晶界是指晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)單元周期性中斷的區(qū)域，是晶體中相鄰晶粒之間的界面。晶界類型02根據(jù)相鄰晶粒的位向關(guān)系，晶界可以分為共格晶界和非共格晶界。共格晶界是指相鄰晶粒的原子排列保持相互匹配，而非共格晶界則不滿足此條件。晶界能03晶界能是指晶界兩側(cè)的晶體結(jié)構(gòu)單元之間的勢(shì)能差，是促使晶粒生長(zhǎng)和晶界運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力之一。金屬中的晶界概念及類型堆垛層錯(cuò)是指晶體中由于原子堆垛順序的錯(cuò)亂而產(chǎn)生的缺陷，通常出現(xiàn)在密堆積結(jié)構(gòu)中。堆垛層錯(cuò)孿晶是指兩個(gè)或多個(gè)晶體部分之間在某些方向上呈現(xiàn)鏡像對(duì)稱的晶體缺陷，通常出現(xiàn)在金屬和合金中。孿晶層錯(cuò)能和孿晶能是衡量堆垛層錯(cuò)和孿晶穩(wěn)定性的參數(shù)，它們與材料的力學(xué)性能和相變行為密切相關(guān)。層錯(cuò)能和孿晶能金屬中的堆垛層錯(cuò)和孿晶界面界面是指不同相之間相互接觸的區(qū)域，可以是固體-液體、固體-氣體、固體-固體等。界面能界面能是指不同相之間相互接觸的勢(shì)能差，是影響相變和材料性能的重要因素之一。相界相界是指兩個(gè)或多個(gè)不同相之間的界面，通常存在于合金或復(fù)合材料中。金屬中的相界和界面PART06金屬中晶體缺陷的影響及作用晶體缺陷會(huì)降低金屬的強(qiáng)度，因?yàn)樗鼈儠?huì)引發(fā)局部塑性變形和微裂紋的產(chǎn)生。強(qiáng)度晶體缺陷可以影響金屬的韌性，因?yàn)樗鼈冊(cè)谒苄宰冃芜^(guò)程中會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。韌性晶體缺陷可能導(dǎo)致金屬硬度的增加，因?yàn)樗鼈儠?huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)并增加材料的局部阻力。硬度金屬的力學(xué)性能與晶體缺陷的關(guān)系03超導(dǎo)性能某些金屬的超導(dǎo)性能與晶體缺陷密切相關(guān)，因?yàn)樗鼈兛梢杂绊懗瑢?dǎo)材料的能隙值。01電導(dǎo)率晶體缺陷可以影響金屬的電導(dǎo)率，因?yàn)樗鼈兛梢猿蔀閷?dǎo)電過(guò)程中的散射中心。02介電常數(shù)某些晶體缺陷可以導(dǎo)致金屬的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而影響其電學(xué)性能。金屬的電學(xué)性能與晶體缺陷的關(guān)系磁導(dǎo)率晶體缺陷可以影響金屬的磁導(dǎo)率，因?yàn)樗鼈兛梢愿淖儾牧系拇艑W(xué)結(jié)構(gòu)。磁化強(qiáng)度某些晶體