材料科学基础 晶体缺陷

1、1 二、金属晶体结构及几何特征二、金属晶体结构及几何特征1. 1. 常见的三种晶体结构常见的三种晶体结构面心立方体心立方密排六方既是晶体结构，又是点阵 仅是晶体结构，不是点阵 简单六方2 1) 1) 面心立方（面心立方（fcc fcc 或或 A1A1）1/881/2 6 4 方向12aR42ad22%7461433adk3 2)2)体心立方（体心立方（bcc bcc 或或 A2A2）1/881 2aR43ad23 方向8%6861233adk4 3)3) 密排六方（密排六方（hcp hcp 或或 A3A3）1/6121/22663 6aR21%74232166163caadkad 方向0211

2、5 2 2晶体结构中的间隙晶体结构中的间隙 0.414 ABrr八面体间隙尺寸：八面体间隙数目： 1/4 12 + 1 = 46 0.225 ABrr四面体间隙尺寸：四面体间隙数目： 1 8 = 87 八面体间隙尺寸：八面体间隙数目： 1/2 6 + 1/4 12 = 6 扁八面体0.15 ABrr8 四面体间隙尺寸：四面体间隙数目： 1/2 4 6 = 120.29 ABrr9 四面体间隙数目： 1/3 12 + 1 6 10八面体间隙数目： 1 6 = 6 10 1. fcc与hcp相比，间隙尺寸相同，分布位置不同。 2. fcc与bcc相比，间隙数量少，致密度大。 八面体间隙 四面体间隙

3、 数量 尺寸 数量 尺寸 fcc 4 0.414 8 0.225 bcc 6 0.15 12 0.29 hcp 6 0.414 12 0.225 11 1. 离子晶体结构离子晶体结构规则负离子配位多面体规则 鲍林第一规则 电价规则 鲍林第二规则 关于负离子多面体共用点、棱的规则 鲍林第三规则12 典型离子晶体结构NaCl型 CsCl型 立方ZnS型（闪锌矿） 六方ZnS型（纤锌矿） CaF2型（萤石） TiO2型（金红石） 二元离子晶体不等径刚球密堆理论13 2. 共价晶体结构（原子晶体）典型共价晶体结构金刚石型（单质型） ZnS型（AB型） SiO2型（AB2型）14 15 16 17 kT

4、EevAeNnc18 19 20 21 22 23 2004-7-18 西北工业大学 材料科学基础CAI课件 王永欣主编 24 b25 b2004-7-18 西北工业大学 材料科学基础CAI课件 王永欣主编 26 27 cwbvauuvwnab模：222wvunabaab2221001|1001ab 11022ab aab22) 1(012|222228 1126111343abab 、110202121)626161()313131(1126111343acbacbacbaaabb0112110265abab 、11020112110265aaabb29 30 LbLb31 bLbL32 V

5、SAn33 34 35 36 b正刃负刃左螺右螺37 38 39 40 （1）方式）方式41 42 43 （1）应力分量与应变分量）应力分量与应变分量44 （a）单元体应力分量）单元体应力分量45 （b）单元体应变分量）单元体应变分量46 （c）柱坐标下分量）柱坐标下分量与直角坐标的关系：zzxyarctgyxr，2247 022yrryrrzzrrzzzyrGbGrb应力：仅轴向有应变应变：48 （b）刃位错应力场）刃位错应力场0)()()()()()()3(222222222222222zyyzzxxzyxxyyyxxzzyyxxyxyxxAyxyxyAyxyxyA)1 (2GbA49 0

6、2ln4)(rRGbLWwSS02ln)1 (4)(rRGbLWwEE0222ln4sincosrRkGbwwwESm夹角为混合位错的位错线与，bk2cos1150 4 . 03 . 05 . 1)1 (其中：SESEwwww2Gbw51 22bwGbw52 )(21zrzrzzrrzzzzrrrrVWdVdWzz21rbrGbLdrrdVzz222LdrrGbLdrrrbrGbdW4222212 53 即：rdrGbLWdLdW42积分rdrGbLWdLWRr0204得：02ln4rRGbLWwSS54 （1）作用在位错线上的力）作用在位错线上的力55 （a）公式推导）公式推导外力使长为l的

7、位错移动了ds， 作功dw1 bdsldw)(1假想有一力F作用于位错上，则F 作功dw2dsFdw2lbFdsFbdsldwdw21有单位长度位错线上的力：blFFd56 57 58 202)(ln4kGbcrRkGbT刃位错螺位错11k59 rGbkrkGbrTbdTrdbdrddsdTdsb25 . 02222sin2sin22时，当，很小时，取当60 2GbwblFFd202)(ln4kGbcrRkGbT61 （1）相互平行的位错之间的交互作用）相互平行的位错之间的交互作用22 |Gbwb总其能量：相距很远时，两位错224)2(|2|GbbGwbb总的大位错，其能量：看成相距较近时，两

8、位错同号位错相斥体系能量下降（a）同号位错：）同号位错：62 63 64 两柏氏矢量相互平行的刃位错相互交截65 两柏氏矢量相互垂直的刃位错相互交截66 刃位错、螺位错相互交截67 割阶对螺位错的钉扎68 一对扭折的侧向展开n070 71 1）问题的提出：）问题的提出：一定温度位错数量一定 （热力学平衡条件）72 73 rkGbrkGbrTb 2得：lGbrllrGbk 22 5 . 0得：，则半圆时若两固定点间距离为时：近似地取74 75 76 1001112aa1123 ,1108 ,1116 ,1113aaaa1102a ,1103 ,1113 ,1126aaa0001 ,32113 ,

9、02113caa01103 ,32206 ,00012aac77 1102a1112a02113a78 79 80 fcc晶体的层错类型：抽出型：插入型：（2）特点）特点畸变很小，但仍有畸变能。 材料的层错能越低，层错数量越多。81 82 氏矢量在滑移面上错运动克莱位错类型错线、柏氏矢量、滑移面共面83 氏矢量垂直于滑移面错运动兰克位错类型以是空间曲线84 反应前后柏氏矢量和相等（方向、大小）反应后能量降低22bwGbw 知由求反应前后各位错 |b|2 的和85 bcc 中，当11121ab 与11122ab 相遇时，能否合并为0103ab 01000)212121()212121(11121

10、11221abcbacbaaabb0103ab 321bbb即：243)111(4|222221aab2212243|abb2222223)010(|aab232221|bbb满足几何条件和能量条件，反应可以发生（自发进行）即：86 fcc 中，有211611260112321ababab、问，能否321bbb即：满足几何条件和能量条件，反应可以发生（自发进行）即：011203362116112632aaaabb01121ab 321bbb222222121)101(4|aab6)112(36|2222222aab6|22322abb232221|bbb87 晶 界孪晶界相 界小角度晶界大角度晶界外表面内表面88 1) 类型类型（1）对称倾侧晶界）对称倾侧晶界相邻晶粒各转/2同号刃位错垂直排列（2）不对称倾侧晶界）不对称倾侧晶界相互垂直的两组刃位错垂直排列89 （3）扭转晶界）扭转晶界两组螺位错构成90 91 10以上，一般在3040重合点阵模型 重合点阵+台阶模型 重合点阵+台阶+小角晶界模型92 1）