實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)

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1、第三節(jié)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)前面討論的晶體是所謂的理想晶體，即原子或分子在空間呈絕對(duì)規(guī)則的排列。但實(shí)際上晶體的某些區(qū)域總是存在原子或分子的不規(guī)則排列，這就是晶體結(jié)構(gòu)缺陷，以下簡(jiǎn)稱晶體缺陷。晶體缺陷對(duì)晶體的性能和物理化學(xué)變化(如強(qiáng)度、塑性、擴(kuò)散、固態(tài)相變等)都有著重大的影響。引言晶體結(jié)構(gòu)缺陷的類型缺陷的類型點(diǎn)缺陷線缺陷面缺陷其特點(diǎn)：在三維方向上的尺寸都很小，缺陷的尺寸處在一、兩個(gè)原子大小的級(jí)別，又稱零維缺陷。其特點(diǎn)：僅在一維方向上的尺寸較大，而另外二維方向上的尺寸都很小，故也稱一維缺陷，通常是指位錯(cuò)。其特點(diǎn)：僅在二維方向上的尺寸較大，而另外一維方向

2、上的尺寸很小，故也稱二維缺陷。點(diǎn)缺陷間隙原子、空位、置換原子面缺陷晶體表面、晶界、相界面等線缺陷位錯(cuò)（刃型、螺旋）晶體中的各種點(diǎn)缺陷1—大置換原子2—肖脫基空位3—異類間隙原子4—復(fù)合空位5—弗蘭克爾空位6—小的置換原子?點(diǎn)缺陷1空位形成原因：原子的熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致能量起伏，使一些原子脫離原有位置遷移到別處，在原位形成空結(jié)點(diǎn)。脫離平衡位置的原子去處：移至表面——肖脫基空位間隙——弗蘭克爾空位其它空位處——使空位變換位置┕是一種熱平衡缺陷空位肖脫基空位肖脫基空位:如原子在熱起伏過(guò)程中獲得足夠能量離開(kāi)平衡位置，跳躍到晶體的表面，在原位置上留下空位，這種

3、缺陷稱為肖脫基空位。┕金屬中大部分為此空位。弗蘭克爾空位：在晶格內(nèi)原子熱振動(dòng)時(shí)，一些能量足夠大的原子離開(kāi)平衡位置后，進(jìn)入晶格點(diǎn)的間隙位置，變成間隙原子，而在原來(lái)的位置上形成一個(gè)空位，這種缺陷稱為弗蘭克爾空位。弗蘭克爾缺陷處于不斷的運(yùn)動(dòng)、消失和形成過(guò)程中遇到周圍空位換位遷移至晶體表面消失遇到間隙原子消失空位的移動(dòng)：空位的移動(dòng)abcdef空位的濃度:溫度↑，濃度↑；溫度↓，濃度↓。但空位的平衡濃度是很小的(如銅：一般為10-5數(shù)量級(jí))。濃度隨溫度變化而改變?cè)诳瘴恢車脑訒?huì)偏離平衡位置出現(xiàn)彈性畸變區(qū)。┕晶格畸變空位引起的晶格畸變2間隙原子處于晶格

4、間隙中的原子間隙原子可以為晶格中的原子（發(fā)生嚴(yán)重晶格畸變），也可能為異類原子(如：H、N、C、B等，晶格畸變較空位嚴(yán)重）。間隙原子也是一種熱平衡缺陷┕平衡濃度為固溶度或溶解度┕產(chǎn)生晶格畸變?nèi)绻g隙原子是其它元素就稱為異類原子（雜質(zhì)原子）間隙原子間隙原子引起的晶格畸變3置換原子占據(jù)原來(lái)基體原子平衡位置的異類原子產(chǎn)生晶格畸變是一種熱平衡缺陷┕平衡濃度為固溶度或溶解度（比間隙原子的固溶度要大得多）三種點(diǎn)缺陷均為熱平衡缺陷，均造成晶格畸變，對(duì)金屬的性能產(chǎn)生影響。小原子置換引起的晶格畸變?線缺陷線缺陷：即位錯(cuò)(分為刃型位錯(cuò)和螺旋位錯(cuò))。它是指晶體中的原

5、子發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。特點(diǎn)：原子發(fā)生錯(cuò)排的范圍只在一維方向上很大，直徑為3～5個(gè)原子間距，長(zhǎng)數(shù)百個(gè)原子間距以上的管狀原子畸變區(qū)。1刃型位錯(cuò)形成及定義：晶體在大于屈服值的切應(yīng)力τ作用下，以ABCD面為滑移面發(fā)生滑移。滑移后產(chǎn)生額外半原子面EFGH，EF是晶體已滑移部分和未滑移部分的交線，EF線猶如砍入晶體的一把刀的刀刃，即刃位錯(cuò)(或棱位錯(cuò))。ABCDEFGH刃型位錯(cuò)示意圖刃型位錯(cuò)分類:正刃位錯(cuò)：額外半原子面位于晶體的上半部，“┻”負(fù)刃位錯(cuò)：額外半原子面位于晶體的下半部，“┳”正刃位錯(cuò)負(fù)刃位錯(cuò)刃型位錯(cuò)的重要特征：①刃型位錯(cuò)有一額外半原子面②位

6、錯(cuò)線是一個(gè)具有一定寬度的細(xì)長(zhǎng)晶格畸變管道，既有切應(yīng)變，又有正應(yīng)變，對(duì)于正刃型位錯(cuò)，滑移面之上晶格受到壓應(yīng)力，滑移面之下受到拉應(yīng)力。負(fù)刃型位錯(cuò)與此相反。注意：額外半原子面不一定是平面，可以是曲面。但是位錯(cuò)線一定是垂直于滑移方向的，這是刃型位錯(cuò)的特征之一。③位錯(cuò)線與晶體的滑移方向相垂直，位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)的方向垂直于位錯(cuò)線。ABCDττDADDAD位錯(cuò)線形成及定義：晶體在外加切應(yīng)力τ作用下，沿ABCD面滑移，由于位錯(cuò)線EF周圍的一組原子面形成了一個(gè)連續(xù)的螺旋形坡面，故稱為螺型位錯(cuò)。圖中EF線為已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的分界處。2螺型位錯(cuò)EF分類：有左螺旋和右螺

7、旋。根據(jù)螺旋面旋轉(zhuǎn)方向，符合右手法則（即以右手拇指代表螺旋面前進(jìn)方向，其他四指代表螺旋面的旋轉(zhuǎn)方向）的稱為右旋螺型位錯(cuò)。符合左手法則的稱為左旋螺型位錯(cuò).MQPON左旋螺型位錯(cuò)ABCDττDADDAD右旋螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)的重要特征：①螺型位錯(cuò)沒(méi)有額外半原子面。②位錯(cuò)線是一個(gè)具有一定寬度的細(xì)長(zhǎng)晶格畸變管道，其中只有切應(yīng)變，沒(méi)有正應(yīng)變。③位錯(cuò)線EF與晶體的滑移方向相平行。位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)的方向垂直于位錯(cuò)線。位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向位錯(cuò)線FE刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)的區(qū)別：—螺型位錯(cuò)沒(méi)有額外半原子面，而刃型位錯(cuò)有；—螺型位錯(cuò)只有切應(yīng)變，沒(méi)有正應(yīng)變，而刃型位錯(cuò)均有；—螺型位

8、錯(cuò)的位錯(cuò)線與晶體的滑移方向相平行，而刃型位錯(cuò)則垂直?！行臀诲e(cuò)的滑移面是唯一的，而螺型位錯(cuò)可以從一個(gè)滑移面滑移到另一個(gè)滑移面。⑴在實(shí)際晶體中，從距離位錯(cuò)一定距離的任