晶体缺陷与固态相变复习资料

1、1晶体缺陷：晶体中原子排列的不规则性及不完整性。2晶体缺陷的种类：点缺陷、线缺陷、面缺陷。3点缺陷：缺陷尺寸在三维方向上都很小且与原子尺寸相当的缺陷4导致晶体缺陷产生的原因结晶时的生长条件原子在晶体内部的热振动 加工过程辐射。5对于弗伦克尔缺陷，间隙原子和空格点是成对产生，晶体的体积不发生改 变；而肖特基缺陷使晶体体积增加。6空位的最终结果，运动会引起自扩散：使得空位消失或是聚集形成空位 片。7离开平衡位置的原子去处：表面、间隙、其他空位8点缺陷的存在使晶体燔值增大，稳定性增加；但造成点阵畸变，使稳定性 减弱。1点缺陷的类型：空位、间隙原子、异类原子。2点缺陷与扩散的关系：空位、间隙原子自扩散

2、异类原子弥扩散3点缺陷对性能的影响：点缺陷的存在，使得金属的电阻增加，体积膨胀， 密度减小，使离子晶体的导电性改善。过饱和点缺陷，如淬火空位、辐照缺陷，还 可以提高金属的屈服强度。4过饱和点缺陷的方法：辐照、高温淬火、加工变形0线缺陷在两个方向上尺寸很小，另外一个方向上延伸较长，也称为一维缺 陷，如各类位错。1位错：位错是晶体排列的一种特殊组态，晶体中沿某一原子面及某一原子 方向发生了某种有规律的错排现象；从位错的儿何结构来看，位错是已滑移区与未 滑移区在滑移面上的交界线，称为位错线；从伯氏矢量角度来看，位错是伯氏矢量 不为零的晶体缺陷。2位错的三种基本类型：刃型位错、螺型位错和混合位错。它们

3、与柏氏矢量的关系：刃型位错：柏氏矢量与位错线垂直。螺型位错：柏 氏矢量与位错线平行。混合位错：柏氏矢量与位错线既不平行也不垂直，而是与位错线相交成任意 角度。伯氏矢量的守恒性：伯氏矢量与回路起点及其具体途径无关。一根位错线不能终止于晶体内部，而只能中止在晶体的表面或晶界上。若它 终止于晶体内部，则形成位错环或者三维位错网络。3位错的运动形式或方式有哪些？位错的基本运动形式是滑移，此外，刃型位错还有攀移，螺型位错还有交滑 移。刃型位错在垂直于滑移面方向的运动称为攀移。对于螺型位错，山于所有包含位错线的晶面都可成为其滑移面，因此，当某 一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相

4、交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。如果交滑移后的位错再转回和原滑移面 平行的滑移面上继续运动，则称为双交滑移。4扭折、割阶的定义；割阶对位错运动有什么影响？一个运动的位错线，特别是在受到阻碍的悄况下，有可能通过其中一部分线 段（n个原子间距）首先进行滑移。若由此形成的曲折线段就在位错的滑移面上 时，称为扭折；若该曲折线段垂直于位错的滑移面时，则称为割阶。刃型位错的割阶部分仍为刃型位错，而扭折部分则为螺型位错;螺型位错中的 扭折和割阶线段，由于均与伯氏矢量垂直，故均属于刃型位错。扭折与原位错线在同一滑移面上，可随主位错线一道运动，儿乎不产生阻 力，而且扭折在线张力作用下易于消失。但

5、割阶则与原位错线不在同一滑移面，故 除非割阶产生攀移，否则割阶就不能随主位错线一道运动，成为位错运动的障碍， 通常称此为割阶硬化。带割阶位错的运动，按割阶高度的不同，乂可分为三种情况：割阶高度只 有广2个原子间距，螺型位错可以把割阶拖着走，在割阶后面留下一排点缺陷； 割阶高度约在20nm以上，它们可以各自独立的在各自的滑移面上滑移，并以割阶 为轴，在滑移面上旋转；割阶高度介于上述两种情况之间时，位错不可能拖着割 阶运动，割阶之间的位错线弯曲而在其后形成位错 环。5不全位错的柏氏矢量的特点如下：1）不全位错的四周不完全是完整的结构，有一部分有层错；2）不全位错的 柏氏回路必须从层错开始，回路最后

6、还要穿过层错；3）不全位错的柏氏矢量不是 完整的最短点阵矢量；4）不全位错的矢量也有守恒性。6单位位错：柏氏矢量恰好等于单位点阵矢量的位错。不全位错：柏氏矢量不等于单位点阵矢量或其整数倍的位错。扩展位错：通常把一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错 的整个位错组态称为扩展位错。7层错与不全位错的关系若堆垛层错不是发生在晶体的整个原子面上而是只是部分区域存在，则在层 错与完整晶体的交界处就存 当层错存在时，层错与完整晶体的边界为肖克利不全位错 与抽出型层错联系的不全位错通常称为负弗兰克不全位错，而与插入型联 系的则称为正弗兰克不全位错。弗兰克不全位错乂称为不滑动位错或固定位错。8扩散

7、与位错如果扩散元素沿位错管道迁移，所需要的激活能较小，所以扩散速率较 高。在高温下，位错对晶体的总扩散的贡献并不大，只有在较低温度下才能显示 岀其重要性。冷变形会增加金属材料的界面和位错密度，也会加速扩散过程的进 行。9笫二相粒子与位错的关系：绕过机制，切过机制绕过机制：位错绕过不易形变粒子，粒子对位错的斥力足够大，运动位错线 在粒子前受阻、弯曲。随外加切应力增加，留下位错环，其余位错继续滑移。通常 称为奥罗万机制。切过机制：短程交互作用和长程交互作用。通常将第二相粒子强化分为沉淀强化与弥散强化两类。10汤普森四面体(点、线、面)ffi 3 . *10 Thcgeun 评 At 体 己号S分别

8、代表与A , B , C , D点相对面的中心，把4个面以三角形ABC为底展开，得图3. 40(c) o由图中可见:(1) 四面体的4个面即为4个可能的滑移面:(1 1 1)411 1),(1H)J1 11)面。(2) 四面体的6个棱边代表12个晶向，即为面心立方晶体中全位错12个可 能的柏氏矢量。(3) 每个面的顶点与其中心的连线代表24个7<"2>型的滑移矢量，它们相当于面心立方晶体中可能的24个肖克莱不全位错的柏氏矢 量。(4) 4个顶点到它所对的三角形中点的连线代表8个型的滑移矢最，它们相当于面心立方晶体中可能有的8个弗兰克不全位错的柏氏矢 量。(5) 4个面中心

9、相连即a P , ciy，a 5 , 0丫，P 5 , 丫 6为扑°)是压杆位错的一种。11罗麦-柯索尔位错（位错方向）罗麦位错：ffwilf 110,即位错方向110柯垂尔位错：在（111）面上：y011 = -112H |121在_（111）面上,即位错方向110两扩展位错在各自的滑移面上相向移动，当每个扩展位错中的一个不全位错 达到滑移面的交截线时，就会通过位错反应生成新的先导位错（亦为不全位错）， 这个新位错豈110是纯刃型的，其伯氏矢量位于（001）面上，其滑移面是（001）,但fee的滑移面 应是111,因此，这个位错是固定位错，乂称压杆位错，这种形成于两个111面 之间

10、的面角上，由三个不全位错和两片层错所构成的位错组态称为“ Lomer- Cottrell位错"，也称为面角位错。12位错增殖的5种机制：F-R位错源、双交滑移、单边F-R位错源、刃型位错线部分攀移、空位片塌陷13位错密度与强度关系（图）ac的关崇1»论披反；2昶毀強度s，一*僅 化的牝金X农廃X令金化、如工錘 化应码 处理的倉金fiuir1）山上图可得随着缺陷数U的增加，金属的强度下降。原因是缺陷破坏了原 子间结合力，从宏观上看，即随缺陷数H增加，强度下降。2）随着缺陷数U的增加，金属的强度增加。原因是位错交割缠结，使位错运 动的阻力增加，强度增加。山此可见，强化金属的方向

11、有两个：一是制备无缺陷的理想晶体，其强度最 高，但实际上很难；另一种是制备缺陷数LI多的晶体，例如：纳米晶体，非晶态晶 体等。1基本概念与类型，对性能的影响面缺陷，其特征是在一个方向上尺寸很小，另外两个方向上扩展很大，也称 为二维缺陷。类型：外表面和内界面。外表面：固体材料与气体或液体的分界面。内界 面：晶界.亚品界、李品界、层错和相界面等。晶界：属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面。根据位向差0的大小不 同可将晶界分为两类：（I）小角度晶界一一相邻晶粒的位向差小于10°晶界，亚 晶界均属小角度晶界，一般小于2° ；（2）大角度晶界相邻晶粒的位向差大于10°晶界

12、，多晶体中90%以上的晶界属于此类。亚晶界：位向稍有差异的相邻亚晶粒间的界面。挛晶界：两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成镜面对称的 位向关系，这两个晶体就称为"李晶，此公共晶面就称李晶面；李晶界可分为两 类：共格李晶界和非共格李晶界。相界：具有不同结构的两相之间的分界面；相界面可分为共格相界、半共格 相界和非共格相界三种类型。2. 晶界的位错结构（1）小角度晶界的结构：对称倾斜晶界：晶界两侧晶体互相倾斜的结果，相邻两晶粒间的位向差0角 很小，晶界可看成是由一列平行的刃型位错所构成；不对称倾斜晶界：倾斜晶界的界面绕x轴转了一角度"，两晶粒之间的位向 差仍为0角，

13、山两组柏氏矢量相互垂直的刃位错交错排列而构成；扭转晶界：两部分晶体绕某一轴在一个共同的晶面上相对扭转一个0角所构 成，由互相交叉的螺型位错网络所组成；倾斜晶界：转轴在晶界内；扭转晶界：转轴垂直于晶界。（2）大角度晶界的结构多晶体材料中各晶粒之间的晶界通常为大角度晶界；分界面山不规则的台阶 组成。面缺陷对性能的影响：（晶界的特性）1晶界处点阵畸变大，存在着晶界能。2. 晶界处原子排列不规则，在常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍作 用，宏观表现为晶界较晶内具有较高的强度和硬度。3. 晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，并且晶界处存在较多的缺 陷，故晶界处原子的扩散速度比在晶内快的多。4. 相变过程中，山于晶界能量较高且原子活动能力较大，所以新相易于在晶 界处优先形核。5. 由于成分偏析和内附现象，故在加热过程中，会出现“过热”现象。6. 山于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，故晶界的腐蚀速度较快。1固态相变的特点？（1）固态相变阻力大（2）新相-母相