《結(jié)構(gòu)缺陷及固溶》課件

結(jié)構(gòu)缺陷及固溶晶體材料中的缺陷會(huì)影響材料的力學(xué)性能、電學(xué)性能、光學(xué)性能等。固溶是將一種或多種元素溶解在另一種元素中，形成固溶體。by前言材料的結(jié)構(gòu)并非完美無(wú)缺，存在各種缺陷。這些缺陷對(duì)材料的性能有重要影響。什么是結(jié)構(gòu)缺陷完美晶體理想的晶體結(jié)構(gòu)，原子排列有序，沒(méi)有缺陷。實(shí)際晶體現(xiàn)實(shí)中晶體存在偏差，原子排列不完美，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)缺陷。影響性能結(jié)構(gòu)缺陷影響材料的物理、化學(xué)和機(jī)械性能。結(jié)構(gòu)缺陷的分類(lèi)點(diǎn)缺陷僅涉及一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)原子的缺陷。包括空位點(diǎn)、間隙點(diǎn)、離位點(diǎn)和雜質(zhì)點(diǎn)缺陷。線缺陷主要指晶體中的位錯(cuò)，是晶體中原子排列不規(guī)則的一維缺陷，是一條線。位錯(cuò)影響晶體的強(qiáng)度、塑性、導(dǎo)電性等物理性質(zhì)。面缺陷指晶體中的二維缺陷。包括晶界、孿晶界、堆垛層錯(cuò)等。體缺陷指晶體中的三維缺陷。主要指空洞和析出物。體缺陷往往會(huì)降低材料的強(qiáng)度。點(diǎn)缺陷原子排列的變化點(diǎn)缺陷是晶體結(jié)構(gòu)中的一種基本缺陷，通常涉及原子排列的微小變化。這些變化可能包括原子缺失或原子位置發(fā)生改變，從而影響材料的性質(zhì)?？瘴稽c(diǎn)缺陷空位點(diǎn)缺陷是晶格中缺失一個(gè)原子。這些空位點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，并影響材料的機(jī)械強(qiáng)度、電導(dǎo)率和擴(kuò)散率。間隙原子缺陷間隙原子缺陷是指一個(gè)原子占據(jù)了晶格中本不應(yīng)該存在原子的位置，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的扭曲。雜質(zhì)原子缺陷雜質(zhì)原子缺陷是指晶格中存在與主體原子不同的原子。雜質(zhì)原子可能會(huì)影響材料的性質(zhì)，例如改變其顏色、硬度和導(dǎo)電率。線缺陷定義晶體中原子排列的局部不規(guī)則性，形成一維缺陷。是影響材料性能的關(guān)鍵因素之一。類(lèi)型位錯(cuò)是最常見(jiàn)的線缺陷，包括刃型位錯(cuò)和螺旋位錯(cuò)兩種。它們?cè)诓牧系乃苄宰冃沃邪l(fā)揮著重要作用。特征位錯(cuò)的移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致材料塑性變形，對(duì)材料的強(qiáng)度、硬度、韌性等性能造成顯著影響。面缺陷晶界晶界是兩個(gè)晶粒之間的界面，是晶體結(jié)構(gòu)不連續(xù)的地方。孿晶界孿晶界是兩個(gè)晶粒以鏡面對(duì)稱(chēng)的方式相互連接的界面。堆垛層錯(cuò)堆垛層錯(cuò)是晶體結(jié)構(gòu)中原子排列順序發(fā)生局部改變的缺陷。體缺陷空洞空洞是由材料內(nèi)部原子缺失形成的空穴。析出物析出物是材料內(nèi)部的第二相，通常是在冷卻過(guò)程中形成的。點(diǎn)缺陷的形成1高溫?zé)徇\(yùn)動(dòng)晶體中的原子在高溫下會(huì)發(fā)生劇烈的熱運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致原子從平衡位置移開(kāi)，形成空位點(diǎn)。2外來(lái)原子外來(lái)原子侵入晶體內(nèi)部，占據(jù)晶格間隙或替代正常原子，形成間隙點(diǎn)或置換點(diǎn)。3非平衡條件晶體生長(zhǎng)過(guò)程、塑性變形、輻照等非平衡條件都會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生。空位點(diǎn)定義晶格中缺少一個(gè)原子，形成的點(diǎn)缺陷。類(lèi)型可分為弗蘭克爾缺陷和肖特基缺陷。形成高溫，高壓，快速冷卻，輻射損傷等。影響影響材料的強(qiáng)度，塑性，電阻等。間隙點(diǎn)金屬晶格金屬晶格中原子排列緊密，間隙空間較小。間隙原子間隙原子是指小于金屬原子，可以進(jìn)入金屬晶格間隙中的原子。間隙點(diǎn)缺陷當(dāng)間隙原子進(jìn)入金屬晶格間隙時(shí)，就會(huì)形成間隙點(diǎn)缺陷。離位點(diǎn)1定義離位點(diǎn)指晶格中原子偏離其正常位置，但仍處于晶格內(nèi)部。2形成原因原子受到熱能或機(jī)械力的影響，導(dǎo)致其在晶格中位置發(fā)生改變。3類(lèi)型離位點(diǎn)根據(jù)原子偏移方向可分為弗蘭克爾缺陷和肖特基缺陷。4影響離位點(diǎn)會(huì)影響材料的力學(xué)性能、電學(xué)性能和光學(xué)性能。雜質(zhì)點(diǎn)缺陷替代式雜質(zhì)當(dāng)溶質(zhì)原子替換了晶格中的溶劑原子時(shí)，會(huì)形成替代式雜質(zhì)。如果溶質(zhì)原子的大小與溶劑原子的大小相似，則替代式雜質(zhì)可以很容易地被溶劑原子所取代。然而，如果溶質(zhì)原子的大小與溶劑原子的大小差異較大，則替代式雜質(zhì)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。此類(lèi)應(yīng)力會(huì)影響材料的機(jī)械性能，例如強(qiáng)度和延展性。間隙式雜質(zhì)當(dāng)溶質(zhì)原子進(jìn)入晶格中溶劑原子的間隙位置時(shí)，會(huì)形成間隙式雜質(zhì)。如果溶質(zhì)原子的大小小于溶劑原子，則間隙式雜質(zhì)可以很容易地被溶劑原子所容納。然而，如果溶質(zhì)原子的大小過(guò)大，則間隙式雜質(zhì)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，影響材料的性能。線缺陷的形成1晶格畸變晶體中原子排列的偏離2應(yīng)力集中晶格畸變導(dǎo)致應(yīng)力集中3位錯(cuò)產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致位錯(cuò)產(chǎn)生4晶體塑性變形位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致晶體塑性變形位錯(cuò)11.定義位錯(cuò)是晶體材料內(nèi)部的一種線缺陷。它是一種晶體結(jié)構(gòu)的局部畸變，是由于晶體內(nèi)部原子排列的局部錯(cuò)位造成的。22.形成位錯(cuò)是在晶體生長(zhǎng)、塑性變形、熱處理等過(guò)程中產(chǎn)生的。33.影響位錯(cuò)會(huì)影響材料的強(qiáng)度、韌性、硬度等機(jī)械性能。位錯(cuò)的分類(lèi)刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)是原子面錯(cuò)位形成的，原子排列類(lèi)似于刀刃。螺旋位錯(cuò)螺旋位錯(cuò)是原子面錯(cuò)位形成的，原子排列類(lèi)似于螺旋樓梯。面缺陷的形成1晶界不同晶粒之間的界面2孿晶界晶體結(jié)構(gòu)鏡像對(duì)稱(chēng)3堆垛層錯(cuò)晶體堆垛順序錯(cuò)誤面缺陷是二維的缺陷，存在于晶體結(jié)構(gòu)中，影響材料的力學(xué)性能和電學(xué)性能。晶界晶界定義晶界是不同晶粒之間的界面，是晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的地方。晶界特點(diǎn)晶界是材料中的缺陷，會(huì)影響材料的性能，例如強(qiáng)度、韌性和導(dǎo)電性。晶界類(lèi)型晶界可以是高角度晶界或低角度晶界，取決于晶界兩側(cè)晶粒的取向差。孿晶界晶體結(jié)構(gòu)中的對(duì)稱(chēng)性孿晶界是材料中的一種特殊界面，其兩側(cè)的晶體結(jié)構(gòu)彼此鏡像對(duì)稱(chēng)。這種對(duì)稱(chēng)性使材料在該界面處具有特殊的力學(xué)和物理性能。晶體結(jié)構(gòu)中的對(duì)稱(chēng)性孿晶界在金屬材料中普遍存在，它可以提高材料的強(qiáng)度和韌性。在金屬材料的塑性變形過(guò)程中，孿晶界可以幫助材料吸收能量，從而提高材料的抗沖擊性能。孿晶界的形成孿晶界可以通過(guò)機(jī)械變形或熱處理等方式形成。在機(jī)械變形過(guò)程中，晶體內(nèi)部的原子會(huì)發(fā)生重新排列，形成孿晶界。在熱處理過(guò)程中，晶體中的原子會(huì)進(jìn)行擴(kuò)散，形成孿晶界。堆垛層錯(cuò)定義堆垛層錯(cuò)是晶體結(jié)構(gòu)中的一種面缺陷，發(fā)生在密排晶格中，其中原子層排列順序發(fā)生局部偏差。形成堆垛層錯(cuò)通常由塑性變形、熱處理或晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的缺陷積累引起。影響堆垛層錯(cuò)會(huì)導(dǎo)致晶體強(qiáng)度和韌性的降低，影響材料的機(jī)械性能。體缺陷的形成晶體生長(zhǎng)過(guò)程在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，由于外界環(huán)境的變化，例如溫度波動(dòng)或雜質(zhì)的存在，可能會(huì)形成空洞或析出物。高溫?zé)崽幚懋?dāng)金屬材料在高溫下進(jìn)行熱處理時(shí)，原子會(huì)發(fā)生遷移和重排，可能會(huì)形成空洞或析出物。塑性變形金屬材料在塑性變形過(guò)程中，例如拉伸或彎曲，會(huì)產(chǎn)生大量的點(diǎn)缺陷和線缺陷，這些缺陷會(huì)聚集形成體缺陷。輻照金屬材料受到高能粒子的照射，例如中子或電子束，會(huì)導(dǎo)致晶格原子位移，形成空洞和間隙原子，最終形成體缺陷。體缺陷的形成空洞空洞是由材料內(nèi)部的原子缺失而形成的空穴，通常在高溫或高能輻射條件下產(chǎn)生。析出物析出物是由溶質(zhì)原子在固溶體中形成的第二相顆粒，通常在冷卻過(guò)程中出現(xiàn)。結(jié)構(gòu)缺陷的性質(zhì)點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷對(duì)材料的力學(xué)性能影響顯著，例如強(qiáng)度、韌性和延展性。線缺陷線缺陷的存在會(huì)降低材料的強(qiáng)度，但也可能提高其延展性。面缺陷面缺陷會(huì)影響材料的強(qiáng)度、硬度和塑性。體缺陷體缺陷會(huì)影響材料的電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)。點(diǎn)缺陷的性質(zhì)影響點(diǎn)缺陷對(duì)材料的物理和化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響。擴(kuò)散點(diǎn)缺陷的存在會(huì)加速原子擴(kuò)散，改變材料的電氣、熱學(xué)和機(jī)械性能。缺陷濃度點(diǎn)缺陷的濃度取決于溫度、壓力和其他因素，對(duì)材料的性能有直接影響。線缺陷11.影響強(qiáng)度線缺陷可以降低材料強(qiáng)度，使材料更容易斷裂。22.影響塑性線缺陷的存在使材料在受到外力作用時(shí)更容易發(fā)生塑性變形。33.影響電性能線缺陷可以影響材料的電導(dǎo)率和電阻率。44.影響磁性能線缺陷可以影響材料的磁化強(qiáng)度和磁導(dǎo)率。面缺陷晶界晶界是兩個(gè)晶粒之間的界面，它們具有不同的晶體取向。晶界會(huì)影響材料的機(jī)械強(qiáng)度、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率。孿晶界孿晶界是兩個(gè)晶粒之間的界面，它們具有鏡像對(duì)稱(chēng)的晶體結(jié)構(gòu)。孿晶界通常比晶界更強(qiáng)，因?yàn)樗峁┝烁鼜?qiáng)的結(jié)合力。體缺陷體缺陷是指在晶體中延伸到三維空間的缺陷。它們通常較大，可以影響材料的機(jī)械性能和熱性能。體缺陷的尺寸更大，通常是可見(jiàn)的。它們包括裂紋、孔洞、夾雜物和析出物。這些缺陷會(huì)降低材料的強(qiáng)度和韌性。固溶體的形成1原子擴(kuò)散溶質(zhì)原子擴(kuò)散到溶劑晶格中。2晶格畸變?nèi)苜|(zhì)原子尺寸與溶劑原子不同，導(dǎo)致晶格畸變。3固溶體形成溶質(zhì)原子在溶劑晶格中形成均勻分布，形成固溶體。固溶體的類(lèi)型置換型固溶體溶質(zhì)原子取代溶劑原子位置，形成的固溶體。間隙型固溶體溶質(zhì)原子填充溶劑原子間的空隙，形成的固溶體。固溶體模型理想固溶體非理想固溶體固溶體的性質(zhì)11.固溶強(qiáng)化溶質(zhì)原子能阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高材料強(qiáng)度和硬度。22.導(dǎo)電性固溶體可以改變材料的導(dǎo)電性，提高或降低導(dǎo)電性能。33.抗腐蝕性一些固溶體具有良好的抗腐蝕性，在酸性或堿性環(huán)境中更穩(wěn)定。44.抗氧化性某些固溶體能提高材料的抗氧化性，延長(zhǎng)使用壽命。結(jié)構(gòu)缺陷與性能強(qiáng)度和韌性空位點(diǎn)和位錯(cuò)可以降低材料的強(qiáng)度和韌性，因?yàn)樗鼈儠?huì)阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)?？瘴稽c(diǎn)使原子更易于遷移，降低材料的強(qiáng)度。位錯(cuò)的存在使材料更容易變形，降低材料的韌性。導(dǎo)電性點(diǎn)缺陷，如雜質(zhì)，