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1、.材料缺陷對材料性能的影響女神維納斯因為她的“無臂”之美而廣為人知，但是在日常的生產(chǎn)生活中，人們更追求的是無誤差的完美。那么究竟缺陷能夠在材料中造成什么影響呢，在此我將進(jìn)行簡單的概述。材料具有多種性能，大致分為兩類，一是使用性能，包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能等；二是工藝性能，例如鑄造性、可鍛性、可焊性、切削加工性以及熱處理性等等。在我們生產(chǎn)中經(jīng)常用到的材料，其性能常常因為微觀上小小的差異而變得迥然不同。我們就理想型的完整晶體進(jìn)行對于材料缺陷對材料性能的影響的研究與探索。晶體缺陷：在理想完整晶體中，原子按一定的次序
2、嚴(yán)格地處在空間有規(guī)則的、周期性的格點上。但在實際的晶體中，由于晶體形成條件、原子的熱運動及其它條件的影響，原子的排列不可能那樣完整和規(guī)則，往往存在偏離了理想晶體結(jié)構(gòu)的區(qū)域。這些與完整周期性點陣結(jié)構(gòu)的偏離就是晶體中的缺陷，它破壞了晶體的對稱性。晶體中存在的缺陷種類很多，根據(jù)幾何形狀和涉及的范圍?？煞譃辄c缺陷、面缺陷、線缺陷幾種主要類型。點缺陷：是指三維尺寸都很小，不超過幾個原子直徑的缺陷。主要有空位和間隙原子在一般情形下，點缺陷主要影響晶體的物理性質(zhì)，如比容、比熱容、電阻率等比容的定義:為了在晶體內(nèi)部產(chǎn)生一個空位，需將
3、該處的原子移到晶體表面上的新原子位置，這就導(dǎo)致晶體體積增加。比熱容的定義:由于形成點缺陷需向晶體提供附加的能量（空位生成焓），因而引起附加比熱容。電阻率:金屬的電阻來源于離子對傳導(dǎo)電子的散射。在完整晶體中，電子基本上是在均勻電場中運動，而在有缺陷的晶體中，在缺陷區(qū)點陣的周期性被破壞，電場急劇變化，因而對電子產(chǎn)生強(qiáng)烈散射，導(dǎo)致晶體的電阻率增大。此外，點缺陷還影響其它物理性質(zhì)：如擴(kuò)散系數(shù)、內(nèi)耗、介電常數(shù)等?！痹趬A金屬的鹵化物晶體中，由于雜質(zhì)或過多的金屬離子等點缺陷對可見光的選擇性吸收，會使晶體呈現(xiàn)色彩。這種點缺陷便稱為色
4、心。..在一般情形下，點缺陷對金屬力學(xué)性能的影響較小，它只是通過和位錯交互作用，阻礙位錯運動而使晶體強(qiáng)化。但在高能粒子輻照的情形下，由于形成大量的點缺陷和擠塞子，會引起晶體顯著硬化和脆化。這種現(xiàn)象稱為輻照硬化。缺陷對物理性能的影響很大，可以極大的影響材料的導(dǎo)熱，電阻，光學(xué)，和機(jī)械性能，極大地影響材料的各種性能指標(biāo)，比如強(qiáng)度，塑性等?；瘜W(xué)性能影響主要集中在材料表面性能上，比如雜質(zhì)原子的缺陷會在大氣環(huán)境下形成原電池模型，極大地加速材料的腐蝕，另外表面能量也會受到缺陷的極大影響，表面化學(xué)活性，化學(xué)能等等。總之影響非常大，但
5、是如果合理的利用缺陷，可以提高材料某一方面的性能，比如人工在半導(dǎo)體材料中進(jìn)行摻雜，形成空穴，可以極大地提高半導(dǎo)體材料的性能。金屬材料的強(qiáng)度與位錯在材料受到外力的情況下如何運動有很大的關(guān)系。如果位錯運動受到的阻礙較小，則材料強(qiáng)度就會較高。實際材料在發(fā)生塑性變形時，位錯的運動是比較復(fù)雜的，位錯之間相互反應(yīng)、位錯受到阻礙不斷塞積、材料中的溶質(zhì)原子、第二相等都會阻礙位錯運動，從而使材料出現(xiàn)加工硬化。因此，要想增加材料的強(qiáng)度就要通過諸如：細(xì)化晶粒（晶粒越細(xì)小晶界就越多，晶界對位錯的運動具有很強(qiáng)的阻礙作用）、有序化合金、第二相強(qiáng)
6、化、固溶強(qiáng)化等手段使金屬的強(qiáng)度增加。以上增加金屬強(qiáng)度的根本原理就是想辦法阻礙位錯的運動。空位是指未被原子所占有的晶格結(jié)點。間隙原子是處在晶格間隙中的多余原子。點缺陷的出現(xiàn)，使周圍的原子發(fā)生靠攏或撐開，造成晶格畸變。使材料的強(qiáng)度、硬度和電阻率增加。所以金屬中，點缺陷越多,它的強(qiáng)度、硬度越高。除了點缺陷這一經(jīng)常討論的缺陷外，還有一些缺陷也產(chǎn)生了重要的作用。線缺陷：是指三維空間中在二維方向上尺寸較小，在另一維方面上尺寸較大的缺陷。屬于這類缺陷主要是位錯。位錯是晶體中的某處有一列或若干列原子發(fā)生了某種有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。..面
7、缺陷：是指二維尺寸很大而第三維尺寸很小的缺陷。通常是指晶界和亞晶界。晶界：晶粒之間的邊界稱為晶界。亞晶界：亞晶粒之間的邊界叫亞晶界。按缺陷的形成又可以分為本征缺陷和雜質(zhì)缺陷。本征缺陷——由晶體本身偏離晶格結(jié)構(gòu)形成的缺陷，是由于晶格結(jié)點上的粒子的熱運動產(chǎn)生的，也稱熱缺陷。如：空位缺陷：晶格結(jié)點缺少了某些原子（或離子）而出現(xiàn)了空位。間充缺陷：在晶格結(jié)點的空隙中，間充有原子（或離子）。錯位缺陷：在晶格結(jié)點上A類原子占據(jù)了B類原子所應(yīng)占據(jù)的位置。非整比缺陷：晶體的組成偏離了定組成定律的非整比性的缺陷。雜質(zhì)缺陷——雜質(zhì)粒子進(jìn)入
8、晶體形成的缺陷，如雜質(zhì)粒子和間隙粒子缺陷。晶體缺陷一般對晶體的化學(xué)性質(zhì)影響較小，而對晶體的一些物理性質(zhì)如導(dǎo)電性、磁性、光學(xué)性能及機(jī)械性能影響很大。工業(yè)上使用的金屬材料絕大多數(shù)都是多晶體。由于晶格空位和間隙原子的出現(xiàn)，原子間的作用力平衡被破壞，使其周圍的其它原子發(fā)生移動，偏離晶體的結(jié)點位置，這種現(xiàn)象稱為晶格畸變。以上都為可以影響材料性能的缺陷。在
