材料科学机械工程材料金属的晶体结构

1、会计学1材料科学机械工程材料金属的晶体结构材料科学机械工程材料金属的晶体结构2.1.2 材料原子的排列方式材料原子的排列方式2.1.3 关于晶体结构的基本概念关于晶体结构的基本概念 2.1.4 晶面指数和晶向指数晶面指数和晶向指数2.1.5 晶带和晶面族晶带和晶面族2.1 晶体学基础晶体学基础2.1.1 材料原子的键合特征材料原子的键合特征2.1.1 材料原子的键合特征材料原子的键合特征材材料料结结构构原子结构原子结构原子的原子的空间排列空间排列 显微组织显微组织 2.1.1 材料原子的键合特征材料原子的键合特征材材料料结结构构原子结构原子结构原子的原子的空间排列空间排列 显微组织显微组织 原

2、子空间排列方原子空间排列方式是有序还是无式是有序还是无序显著影响材料序显著影响材料性能。性能。 2.1.1 材料原子的键合特征材料原子的键合特征材材料料结结构构原子结构原子结构原子的原子的空间排列空间排列 显微组织显微组织 45钢钢8600C油淬组织，油淬组织，500 45钢完全淬火组织钢完全淬火组织 合金相的种类、合金相的种类、数量和分布和晶数量和分布和晶粒大小等显著影粒大小等显著影响材料性能响材料性能 。 2.1.1 材料原子的键合特征材料原子的键合特征金属键金属键2.1.1 材料原子的键合特征材料原子的键合特征离子键离子键共价键共价键每个原子贡献出价电子形成电子云，正每个原子贡献出价电子

3、形成电子云，正离子组成的晶格靠电子云联接离子组成的晶格靠电子云联接金属键金属键无方向性和饱和性。无方向性和饱和性。2.1.1 材料原子的键合特征材料原子的键合特征金属键金属键离子键离子键共价键共价键金属特性：金属特性：正的电阻温度系数；正的电阻温度系数；金属光泽；金属光泽；良好的导电性；良好的导电性；良好的导热性；良好的导热性；良好的塑性；良好的塑性；2.1.1 材料原子的键合特征材料原子的键合特征金属键金属键离子键离子键共价键共价键2.1.1 材料原子的键合特征材料原子的键合特征金属键金属键离子键离子键共价键共价键范德瓦尔斯键范德瓦尔斯键 2.1.1 材料原子的键合特征材料原子的键合特征2.

4、1.1 材料原子的键合特征材料原子的键合特征2.1.2 材料原子的排列方式材料原子的排列方式2.1.3 关于晶体结构的基本概念关于晶体结构的基本概念 2.1.4 晶面指数和晶向指数晶面指数和晶向指数2.1.5 晶带和晶面族晶带和晶面族2.1.2 材料原子的排列方式材料原子的排列方式2.1 晶体学基础晶体学基础非晶态无序玻璃态2.1.2 材料原子的排列方式材料原子的排列方式晶体晶体基元基元在三维空间呈规律性排列在三维空间呈规律性排列长程有序长程有序2.1.2 材料原子的排列方式材料原子的排列方式2.1 晶体学基础晶体学基础2.1.1 材料原子的键合特征材料原子的键合特征2.1.2 材料原子的排列

5、方式材料原子的排列方式2.1.3 关于晶体结构的基本概念关于晶体结构的基本概念 2.1.4 晶面指数和晶向指数晶面指数和晶向指数2.1.5 晶带和晶面族晶带和晶面族2.1.3 关于晶体结构的基本概念关于晶体结构的基本概念2.1.3 关于晶体结构的基本概念关于晶体结构的基本概念空间点阵空间点阵是一个几何概念，它由一是一个几何概念，它由一维、二维或三维规则排列维、二维或三维规则排列的阵点组成。的阵点组成。刚球模型刚球模型用刚球代表空间排列的原子用刚球代表空间排列的原子2.1.3 关于晶体结构的基本概念关于晶体结构的基本概念晶格晶格刚球抽象为质点，构成的空间格架刚球抽象为质点，构成的空间格架晶胞晶胞

6、保持点阵几何特征的基本单元保持点阵几何特征的基本单元 2.1.3 关于晶体结构的基本概念关于晶体结构的基本概念布拉菲在布拉菲在19481948年根据年根据“每个阵点环每个阵点环境相同境相同”的要求，用数学分析法证的要求，用数学分析法证明晶体的空间点阵只有明晶体的空间点阵只有1414种，称为种，称为布拉菲点阵布拉菲点阵，分属，分属7 7个晶系。空间个晶系。空间点阵虽然只有点阵虽然只有1414种，但晶体结构是种，但晶体结构是多种多样、千变万化的。多种多样、千变万化的。 2.1.3 关于晶体结构的基本概念关于晶体结构的基本概念晶系晶系 轴轴(棱边棱边)之间的夹角之间的夹角三斜晶系三斜晶系单斜晶系单斜

7、晶系斜方晶系斜方晶系正方晶系正方晶系菱方晶系菱方晶系六方晶系六方晶系立方晶系立方晶系2.1.3 关于晶体结构的基本概念关于晶体结构的基本概念晶体结构晶体结构构成晶体的基元在三维构成晶体的基元在三维空间的具体的排列方式空间的具体的排列方式。2.1.3 关于晶体结构的基本概念关于晶体结构的基本概念空间点阵空间点阵= +基元基元2.1 晶体学基础晶体学基础2.1.1 材料原子的键合特征材料原子的键合特征2.1.2 材料原子的排列方式材料原子的排列方式2.1.3 关于晶体结构的基本概念关于晶体结构的基本概念 2.1.4 晶面指数和晶向指数晶面指数和晶向指数2.1.5 晶带和晶面族晶带和晶面族2.1.4

8、 晶面指数和晶向指数晶面指数和晶向指数2.1.4 晶面指数和晶向指数晶面指数和晶向指数晶向晶向晶体中任意两个原子间连线所指的方向晶体中任意两个原子间连线所指的方向2.1.4 晶面指数和晶向指数晶面指数和晶向指数晶向指数晶向指数 以晶胞的边长作为单位长度，建立右旋坐标系；以晶胞的边长作为单位长度，建立右旋坐标系； 将数据约成互质整数，如将数据约成互质整数，如果某数为负值，在其上方果某数为负值，在其上方标负号。用一方括号将该标负号。用一方括号将该组数字括起来表示晶向。组数字括起来表示晶向。2.1.4 晶面指数和晶向指数晶面指数和晶向指数晶向指数晶向指数 以晶胞的边长作为单位长度，建立右旋坐标系；以

9、晶胞的边长作为单位长度，建立右旋坐标系； 在所要确定的晶向上选取两点，并求其坐标；在所要确定的晶向上选取两点，并求其坐标； 用末点坐标减去始点坐标用末点坐标减去始点坐标，得到一组三个数字；，得到一组三个数字；A(101)B(011)101通常以通常以uvw表示晶向指数的普遍形式。表示晶向指数的普遍形式。2.1.4 晶面指数和晶向指数晶面指数和晶向指数晶向指数的普遍表示方法晶向指数的普遍表示方法在以晶胞边长作为单位长度的右旋坐标系中取该晶面在各坐标轴上的截距。取截距的倒数。将倒数约成互质整数，加一圆括号。 通常以（通常以（hkl）表示晶向指数的普遍表示晶向指数的普遍形式。若所求晶面在坐标轴的截距

10、为负形式。若所求晶面在坐标轴的截距为负值，则在相应指数上冠以负号。值，则在相应指数上冠以负号。2.1.4 晶面指数和晶向指数晶面指数和晶向指数晶面指数晶面指数2.1.4 晶面指数和晶向指数晶面指数和晶向指数六方晶系指数六方晶系指数六方晶系采用六方晶系采用4个指数，个指数，即（即（hkil）来表示晶向和）来表示晶向和晶面更为方便。标定指数晶面更为方便。标定指数时采用时采用c、a1、a2、a3 四晶四晶轴系统，轴系统，a1、a2、a3之间的之间的夹角为夹角为120，c 与其他三与其他三个轴垂直。标定程序与前个轴垂直。标定程序与前述三指数的程序相同。述三指数的程序相同。2.1.4 晶面指数和晶向指数

11、晶面指数和晶向指数六方晶系指数六方晶系指数三维空间独立的坐三维空间独立的坐标轴只能有三个。故标轴只能有三个。故在前三个指数中只有在前三个指数中只有两个是独立的，即：两个是独立的，即：i= -(h+k)h+k+i=0因此因此 i 可以略去可以略去，（hkil）可写成可写成(hkl)2.1 晶体学基础晶体学基础2.1.1 材料原子的键合特征材料原子的键合特征2.1.2 材料原子的排列方式材料原子的排列方式2.1.3 关于晶体结构的基本概念关于晶体结构的基本概念 2.1.4 晶面指数和晶向指数晶面指数和晶向指数2.1.5 晶带和晶面族晶带和晶面族2.1.4 晶带和晶面族晶带和晶面族晶带晶带平行或相交

12、于同一直线的一平行或相交于同一直线的一组晶面构成一个晶带，这组晶面叫做组晶面构成一个晶带，这组晶面叫做共共带面带面，而该直线叫做，而该直线叫做晶带轴晶带轴。2.1.4 晶带和晶面族晶带和晶面族晶带轴晶带轴共带面共带面设有一晶带，晶带轴为设有一晶带，晶带轴为uvw,其中任意晶面为其中任意晶面为(hkl)，则，则：2.1.4 晶带和晶面族晶带和晶面族0lwkvhu两个非平行晶面的共带轴指数为两个非平行晶面的共带轴指数为： 122112211221khkhwhlhlvlklku晶带定理晶带定理在同一晶体结构中，有些晶面虽然在空间的位在同一晶体结构中，有些晶面虽然在空间的位向不同，但其原子排列情况完全

13、相同，这些晶面属向不同，但其原子排列情况完全相同，这些晶面属于一个晶面族，其晶面指数用于一个晶面族，其晶面指数用hkl表示。表示。2.1.4 晶带和晶面族晶带和晶面族晶面族晶面族 001010100100100100晶面族：晶面族：2.1.4 晶带和晶面族晶带和晶面族110110晶面族：晶面族： 111111111111111111111晶面族：晶面族： 1101010110111011101102.1 晶体学基础晶体学基础2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构2.3 合金相结构合金相结构2.4 晶体缺陷晶体缺陷第第2 2章章 金属的晶体结构金属的晶体结构2.2 金属典型的晶体结构金属典

14、型的晶体结构三种典型晶体结构三种典型晶体结构体体心心立立方方面面心心立立方方密密排排六六方方2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构Cr, V, Mo, W和和-Fe等等30多种金属多种金属具有体心立具有体心立方结构。方结构。体心立方（体心立方（bccbcc）结构）结构2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构体心立方（体心立方（bccbcc）结构）结构2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构体心立方晶格参数体心立方晶格参数晶胞原子数：晶胞原子数：21881n2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构配位数：配位数：ararAA43342.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构体

15、心立方晶格参数体心立方晶格参数原子半径原子半径- -晶胞中原子密度最大的方向晶胞中原子密度最大的方向111上相邻原上相邻原子间平衡距离的一半。子间平衡距离的一半。68. 0433423423333aaarVnvKA致密度：致密度：2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构体心立方晶格中的间隙体心立方晶格中的间隙八面体间隙八面体间隙2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构体心立方晶格中的间隙体心立方晶格中的间隙四面体间隙四面体间隙Al、Cu、Ni和和-Fe等等20多多种金属具有面心立方晶体结种金属具有面心立方晶体结构。构。2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构面心立方（面心立方（fc

16、cfcc）结构）结构4881621n2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构面心立方晶格参数面心立方晶格参数晶胞原子数：晶胞原子数：配位数：配位数：12ararAA422474. 0423443443333aaarVnvKA2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构面心立方晶格参数面心立方晶格参数原子半径：原子半径：致密度：致密度：2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构面心立方晶格中的间隙面心立方晶格中的间隙八面体间隙八面体间隙2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构面心立方晶格中的间隙面心立方晶格中的间隙四面体间隙四面体间隙Mg、Zn、Cd、Be等等20多种金属具多种金属具有

17、密排六方晶体结构。有密排六方晶体结构。2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构密排六方立方结构密排六方立方结构632211261n74. 0K2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构密排六方晶格参数密排六方晶格参数晶胞原子数：晶胞原子数：配位数：配位数：12致密度：致密度：2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构密排六方晶格参数密排六方晶格参数原子半径：原子半径：arA21原子的堆垛方式原子的堆垛方式ABABABAB堆垛方式堆垛方式ABCABCABCABC堆垛方式堆垛方式原子的堆垛方式原子的堆垛方式密排六方结构密排六方结构体心立方结构体心立方结构面心立方结构面心立方结构当外部的温度

18、和压强改变时，具有多晶型性的金属会当外部的温度和压强改变时，具有多晶型性的金属会由一种晶体结构向另一种晶体结构转变，这种现象称由一种晶体结构向另一种晶体结构转变，这种现象称为多晶型转变，又称同素异构转变。为多晶型转变，又称同素异构转变。多晶型性多晶型性有些金属，如有些金属，如FeFe、MnMn、TiTi、CoCo等，具有两种或几种晶等，具有两种或几种晶体结构，这种现象称为多晶型。体结构，这种现象称为多晶型。2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构多晶型转变多晶型转变石英（晶体）和氧化硅玻璃的线膨胀系数石英（晶体）和氧化硅玻璃的线膨胀系数铁的多晶型转变铁的多晶型转变2.2 金属典型的晶体结构

19、金属典型的晶体结构FeFeFeCC9121394铁的多晶型转变铁的多晶型转变2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构2.1 晶体学基础晶体学基础2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构2.3 合金相结构合金相结构2.4 晶体缺陷晶体缺陷第第2 2章章 金属的晶体结构金属的晶体结构2.3 合金相结构合金相结构合金合金两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结或其它方法组合而成，并具有金属特性的物质。、烧结或其它方法组合而成，并具有金属特性的物质。组成合金最基本的独立的物质，通常组元就是组成合金的元素组成合金最基本的独

20、立的物质，通常组元就是组成合金的元素。 是合金中具有同一聚集状态、相同晶体结构，成分和性能均一是合金中具有同一聚集状态、相同晶体结构，成分和性能均一，并以界面相互分开的组成部分，并以界面相互分开的组成部分 组元组元相相2.3 合金相结构合金相结构合金的组元之间以不同的比例混合合金的组元之间以不同的比例混合，形成的固相晶体结构与组成合金，形成的固相晶体结构与组成合金的某一组元的晶体结构相同，这种的某一组元的晶体结构相同，这种相称为相称为固溶体固溶体。与固溶体结构相同。与固溶体结构相同的组元叫做的组元叫做溶剂溶剂，其他组元称为，其他组元称为溶溶质质。固溶体固溶体中间相中间相( (金属化合物金属化合

21、物) )相相2.3 合金相结构合金相结构固溶体固溶体中间相中间相( (金属化合物金属化合物) )相相2.3 合金相结构合金相结构两组元两组元A和和B组成合金时，可能形成新化合物，称中间相组成合金时，可能形成新化合物，称中间相。这种化合物具有一定金属性质，也称金属间化合物。这种化合物具有一定金属性质，也称金属间化合物。1. 固溶体的分类固溶体的分类按溶质原子在晶格中所占的位置分：按溶质原子在晶格中所占的位置分：1）置换固溶体置换固溶体溶质原子位于溶剂晶格的结点位置。溶质原子位于溶剂晶格的结点位置。2）间隙固溶体间隙固溶体溶质原子填入溶剂原子的间隙处。溶质原子填入溶剂原子的间隙处。2. 3.1 固

22、溶体固溶体1. 固溶体的分类固溶体的分类按固溶度分类：按固溶度分类：1）有限固溶体有限固溶体在一定条件下，溶质组元在固溶体中的浓在一定条件下，溶质组元在固溶体中的浓度有一定限度，超过这一限度就不再溶解，此时固溶体称度有一定限度，超过这一限度就不再溶解，此时固溶体称为有限固溶体。大部分固溶体属于有限固溶体。为有限固溶体。大部分固溶体属于有限固溶体。2. 3.1 固溶体固溶体2）无限固溶体无限固溶体此种固溶体的溶质能以任意比溶入溶剂，此种固溶体的溶质能以任意比溶入溶剂，溶解度可达溶解度可达100%，如，如Cu-Ni（fcc晶体结构）。晶体结构）。2. 固溶体的结构固溶体的结构 1）晶格畸变）晶格畸

23、变由于溶质与溶剂原子半径不同，因而正在溶质原子由于溶质与溶剂原子半径不同，因而正在溶质原子附近的局部范围内形成弹性应力场，造成晶格畸变。附近的局部范围内形成弹性应力场，造成晶格畸变。2. 固溶体的结构固溶体的结构 2）溶质偏聚与短程有序）溶质偏聚与短程有序研究表明，当同种原子的结合力较大时溶质原子倾研究表明，当同种原子的结合力较大时溶质原子倾向于成群地聚在一起，形成许多偏聚区；当异种原向于成群地聚在一起，形成许多偏聚区；当异种原子结合力较大时，溶质原子在固溶体中的分布呈短子结合力较大时，溶质原子在固溶体中的分布呈短程有序。程有序。2. 固溶体的结构固溶体的结构 3）长程有序）长程有序某些具有短

24、程有序的固溶体，当其成分接近一定原某些具有短程有序的固溶体，当其成分接近一定原子比时（如子比时（如1：1），可在低于某一临界温度时，转），可在低于某一临界温度时，转变为长程有序结构，这种固溶体称为有序固溶体。变为长程有序结构，这种固溶体称为有序固溶体。 2. 3.2 合金相结构合金相结构两组元两组元A和和B组成合金时，形成固溶体，当溶质含量超组成合金时，形成固溶体，当溶质含量超过其溶解度时，可能形成新物质（化合物），其成分处过其溶解度时，可能形成新物质（化合物），其成分处于于A在在B中或中或B在在A中最大溶解度之间，故称中最大溶解度之间，故称中间相中间相。在该化合物中，除离子键、共价键外，金属

25、键也参与。在该化合物中，除离子键、共价键外，金属键也参与作用，因而具有一定金属性质，故称金属间化合物。作用，因而具有一定金属性质，故称金属间化合物。固溶体固溶体金属化合物金属化合物正常价化合物电子化合物间隙相间隙化合物2. 3.2 合金相结构合金相结构固溶体固溶体金属化合物金属化合物正常价化合物电子化合物间隙相间隙化合物2. 3.2 合金相结构合金相结构电子浓度为21/14时具有体心立方结构固溶体固溶体金属化合物金属化合物正常价化合物电子化合物间隙相间隙化合物2. 3.2 合金相结构合金相结构电子浓度为21/13时具有-黄铜结构固溶体固溶体金属化合物金属化合物正常价化合物电子化合物间隙相间隙化

26、合物2. 3.2 合金相结构合金相结构是指按照一定价电子浓度的比值组成一定晶格类型的化合物。电子化合是指按照一定价电子浓度的比值组成一定晶格类型的化合物。电子化合物的熔点和硬度都很高，而塑性较差，是有色金属中的重要强化相。物的熔点和硬度都很高，而塑性较差，是有色金属中的重要强化相。电子浓度为21/12时具有密排六方结构固溶体固溶体金属化合物金属化合物正常价化合物电子化合物间隙相间隙化合物2. 3.2 合金相结构合金相结构当当C C、N N、O O、B B等尺寸较小的非金属与过渡族金属等尺寸较小的非金属与过渡族金属原子半径比值小于原子半径比值小于0.590.59时，形成具有简单晶体结时，形成具有

27、简单晶体结构的金属间化合物构的金属间化合物. .间隙相具有很高的熔点和极高的硬度，是一些合间隙相具有很高的熔点和极高的硬度，是一些合金工具钢和硬质合金中重要的强化相，另外，可金工具钢和硬质合金中重要的强化相，另外，可用作特殊的表面处理。用作特殊的表面处理。 固溶体固溶体金属化合物金属化合物正常价化合物电子化合物间隙相间隙化合物2. 3.2 合金相结构合金相结构2.1 晶体学基础晶体学基础2.2 金属典型的晶体结构金属典型的晶体结构2.3 合金相结构合金相结构2.4 晶体缺陷晶体缺陷第第2 2章章 金属的晶体结构金属的晶体结构2.4 晶体缺陷晶体缺陷2.4 晶体缺陷晶体缺陷点缺陷点缺陷线缺陷线缺

28、陷面缺陷面缺陷点缺陷点缺陷空位空位间隙原子间隙原子置换原子置换原子点缺陷的种类：点缺陷的种类：空位、间隙原子、置换原子空位、间隙原子、置换原子点缺陷是一种平衡缺陷，在一定温度下有一平衡浓度点缺陷是一种平衡缺陷，在一定温度下有一平衡浓度。对于置换原子或异类间隙原子，这一平衡浓度为固。对于置换原子或异类间隙原子，这一平衡浓度为固溶度或溶解度。溶度或溶解度。1 1）点缺陷造成晶格畸变，使金属屈服强度升高，电）点缺陷造成晶格畸变，使金属屈服强度升高，电阻增大，体积膨胀等；阻增大，体积膨胀等；2 2）点缺陷的存在加速了金属中的扩散过程，凡与扩）点缺陷的存在加速了金属中的扩散过程，凡与扩散有关的相变、化学

29、热处理、高温下塑性变形和散有关的相变、化学热处理、高温下塑性变形和断裂等都与点缺陷的存在和运动密切相关。断裂等都与点缺陷的存在和运动密切相关。点缺陷对金属性能的影响点缺陷对金属性能的影响点缺陷的性质点缺陷的性质点缺陷点缺陷线缺陷线缺陷面缺陷面缺陷线缺陷线缺陷2.4 晶体缺陷晶体缺陷1. 刃型位错刃型位错刃型位错的特征刃型位错的特征1）刃型位错有一额外半原子面；）刃型位错有一额外半原子面；2）位错线是一个具有一定宽度的细长的晶格畸变管道，其中）位错线是一个具有一定宽度的细长的晶格畸变管道，其中既有正应变，又有切应变。对于正刃型位错，滑移面之上既有正应变，又有切应变。对于正刃型位错，滑移面之上晶格

30、受到压应力；负刃型位错与之相反。晶格受到压应力；负刃型位错与之相反。刃型位错的特征刃型位错的特征3）位错线与错运动方向及晶体滑移方向垂直。）位错线与错运动方向及晶体滑移方向垂直。刃型位错的特征刃型位错的特征4）位错攀移。）位错攀移。2. 螺型位错螺型位错螺型位错的特征螺型位错的特征1）螺型位错无额外半原子面；）螺型位错无额外半原子面；2）螺型位错线是一个具有一定宽度的细长的晶格畸变管道，螺型位错线是一个具有一定宽度的细长的晶格畸变管道，其中只有切应变，没有正应变。其中只有切应变，没有正应变。3）位错线与滑移方向平行，位错线运动方向与位错线垂直。位错线与滑移方向平行，位错线运动方向与位错线垂直。

31、 在实际晶体中，从距位错一定距在实际晶体中，从距位错一定距离的任一原子离的任一原子M M出发，以至相邻原出发，以至相邻原子为一步，沿逆时针方向环绕位子为一步，沿逆时针方向环绕位错线做一闭和回路；错线做一闭和回路； 在完整晶体中以同样方法和步骤在完整晶体中以同样方法和步骤做相同回路，回路没有封闭；做相同回路，回路没有封闭； 由完整晶体的回路终点由完整晶体的回路终点Q Q到起点到起点M M引一矢量，使回路闭和，即为柏引一矢量，使回路闭和，即为柏氏矢量氏矢量M(Q)QMb3. 伯氏矢量伯氏矢量柏氏矢量是由柏格斯在柏氏矢量是由柏格斯在1939年提出的，用来表征位错性年提出的，用来表征位错性质及位错区晶

32、格畸变特征的一个矢量。质及位错区晶格畸变特征的一个矢量。确定方法确定方法l可用来判断位错类型：位错线与柏氏矢量垂直为刃型位错；可用来判断位错类型：位错线与柏氏矢量垂直为刃型位错；位错线与柏氏矢量平行为螺型位错；位错线与柏氏矢量平行为螺型位错；l柏氏矢量的大小表示位错区晶格畸变总量大小；柏氏矢量的大小表示位错区晶格畸变总量大小；l柏氏矢量用来表示晶体滑移的方向和大小：滑移方向为柏氏柏氏矢量用来表示晶体滑移的方向和大小：滑移方向为柏氏矢量方向，滑移大小为柏氏矢量大小。矢量方向，滑移大小为柏氏矢量大小。伯氏矢量的特征伯氏矢量的特征在实际晶体中，位错线一般是弯曲的，而柏氏矢量只有在实际晶体中，位错线一

33、般是弯曲的，而柏氏矢量只有一个，此时位错线与柏氏矢量呈一定角度，称为混合型位错一个，此时位错线与柏氏矢量呈一定角度，称为混合型位错。AbBC4. 混合型位错混合型位错刃型位错刃型位错螺型位错螺型位错混合位错混合位错混合位错原子组态混合位错原子组态5. 位错对金属性能的影响位错对金属性能的影响NiNi基高温合金经固溶处理和形变后的位错组态基高温合金经固溶处理和形变后的位错组态未变形200, 形变2%-196, 形变2%NiNi基高温合金高温蠕变后的位错组态基高温合金高温蠕变后的位错组态未强化纯金属未强化纯金属（退火态）（退火态）加工硬化态加工硬化态（10111012cm/cm3）金属晶须金属晶须

34、位错密度强度金属强度与位错密度的关系金属强度与位错密度的关系 5. 位错对金属性能的影响位错对金属性能的影响u 位错运动是金属变形的重要机制；位错运动是金属变形的重要机制；u 位错密度（位错密度（通常用单位体积中所包含的位错线总长度来表通常用单位体积中所包含的位错线总长度来表示示 =L/V=L/V）是影响材料性能的重要指标。）是影响材料性能的重要指标。理论强度理论强度点缺陷点缺陷线缺陷线缺陷面缺陷面缺陷面缺陷面缺陷2.4 晶体缺陷晶体缺陷1. 外表面外表面与内部原子相比，表面原子的配位数较少，使得表面原子与内部原子相比，表面原子的配位数较少，使得表面原子偏离正常位置，在表面层产生了晶格畸变（弛

35、豫），导致能量偏离正常位置，在表面层产生了晶格畸变（弛豫），导致能量升高。单位表面积上升高的能量称为升高。单位表面积上升高的能量称为比表面能比表面能，简称表面能。，简称表面能。表面能也可以用单位长度上的表面张力（表面能也可以用单位长度上的表面张力（Nm）表示。为了）表示。为了降低表面能，在一定条件下表面原子可以重构。降低表面能，在一定条件下表面原子可以重构。金金(111)(111)表面重构的高分辨电子像表面重构的高分辨电子像 2. 晶界晶界单晶体单晶体若材料的晶体结构和空间取向都相同，则称该材若材料的晶体结构和空间取向都相同，则称该材料为单晶体。料为单晶体。多晶体多晶体由许多晶粒组成，每个晶粒

36、可以看作一个微小的由许多晶粒组成，每个晶粒可以看作一个微小的单晶体。单晶体。晶界晶界晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面称为晶晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面称为晶粒间界，简称晶界。粒间界，简称晶界。小角度晶界：小角度晶界：当相邻晶粒当相邻晶粒的位向差小于的位向差小于10 时，晶界时，晶界称为小角度晶界。称为小角度晶界。小角度小角度晶界由位错组成。晶界由位错组成。晶界分类晶界分类大角度晶界：大角度晶界：当相邻晶粒当相邻晶粒的位向差大于的位向差大于10 时，晶界时，晶界称为大角度晶界。大角度称为大角度晶界。大角度晶界结构复杂。晶界结构复杂。1）由于晶格畸变，使晶界具有界面能。高的界面能有

37、向低界）由于晶格畸变，使晶界具有界面能。高的界面能有向低界面能转化的趋势，导致界面运动。晶粒长大和晶界的平直面能转化的趋势，导致界面运动。晶粒长大和晶界的平直化都能减少晶界总面积，从而降低总界面能。晶界迁移是化都能减少晶界总面积，从而降低总界面能。晶界迁移是原子扩散过程，只有在一定温度下才能进行。原子扩散过程，只有在一定温度下才能进行。晶界特性晶界特性12%Cr铁素体不锈钢焊接接头附近组织2）当金属中存在降低界面能的异类原子时，它们将向晶界偏）当金属中存在降低界面能的异类原子时，它们将向晶界偏聚，这种现象称为内吸附；如果存在提高界面能的原子，聚，这种现象称为内吸附；如果存在提高界面能的原子，它们将会晶粒内部偏聚，称为反内吸附。它们将会晶粒内部偏聚，称为反内吸附。晶界特性晶界特性晶界过渡结构示意图纳米材料剖面结构示意图3）由于晶界上存在晶格畸变，在室温下对金属材料的塑性变）由于晶界上存在晶格畸变，在室温下对金属材料的塑性变形起阻碍作用，在宏观上表现为使金属材料具有更高的强形起阻碍作用，在宏观上表现为使金属材料具有更高的强度和硬度。度和硬度。晶界特性晶界特