【材料科学基础】重点论述题总结（二）

【材料科学基础】重点论述题总结(二)(1)平衡点缺陷热起伏促使原子脱离点阵位置而形成的点缺陷(2)过饱和点缺陷淬火：高温时晶体中的空位浓度很高，经过淬火后，空位来不及通过扩散达到平衡浓度，在低温下仍保持了较高的空位浓度。冷加工：金属在室温下进行压力加工时，由于位错交割所形成的割阶发生攀移，从而使金属晶体内空位浓度增加。辐照：当金属受到高能粒子辐照时，晶体中的原子将被击出，挤入晶格间隙中，由于被击出的原子具有很高的能量，因此还有可能发生连锁作用，在晶体中形成(1)电阻增大：纯铜导电性由于黄铜，青铜(2)提高机械性能：柯氏气团，铃木气团的形成(3)有利于原子扩散：空位是引入促进扩散(4)体积膨胀，密度减小：空位引入，晶体密实度下降(5)改变晶体能带结构，发光性能：比如石墨烯掺杂元素能带改变(6)抗腐蚀性减弱：晶体表面致密度降低，促进与外界物质反应(1)空位运动。(2)间隙原子迁移。(3)空位和间隙原子相遇，两缺陷同时消失。(4)逸出晶体到表面，或移到晶界，点缺陷消失。(1)有一额外原子面(2)刃位错的滑移面是唯一；(3)半原子面在上为正刃位错⊥;在下为负刃型位错T;(4)刃位错的位错线不一定是直线；(5)刃型位错周围的晶体产生畸变；(6)刃位错可看成是线缺陷。(1)无额外半原子面(2)位错线与滑移矢量平行，且一定为直线(3)滑移面不唯一(4)螺型位错线的运动方向与滑移矢量相垂直(5)螺型位错也是包含几个原子宽度的线缺陷型伯氏矢量b切应力t的方向位错运动方向晶体滑移方向晶体滑移量大小和b的关系刃型垂直于位错线与b一致垂直于位错线与b一致唯一螺型平行于位错线与b一致垂直于位错线与b一致多个混合型存在一定夹角与b一致垂直于位错线与b一致唯一位错名称全位错肖克莱位错弗兰克位错柏氏矢量位错类型刃、螺、混刃、螺、混纯刃位错线形状空间曲线{111}面上任意曲线{111}面上任意曲线可能的运动方式滑移、攀移只能滑移，不能攀移只能攀移，不能滑移8.晶界的分类(1)小角度晶界(<10°)亚晶界(<2°)①对称倾侧晶界：最简单的晶界其两侧的晶体有位向差θ,相当于晶界两边的晶体绕平行于位错线的轴各自旋转了一个方向相反的角而成的，所以称为对称倾侧晶界。是由一系列相隔一定距离的刃型位错垂直排列而构成。这种晶界只有一个变量θ,是一个自由度晶界。晶界中位错的间距D可按下式求式中b为柏氏矢量。当θ值很小时：②不对称倾侧晶界：如果倾侧晶界的界面绕X轴转了一个角度φ,两晶粒之间的倾侧角度为θ,0角仍然很小，但是，界面相对于两晶粒是不对称的，所以称为不对称倾侧晶界。;·;·与左半晶体会合在一起，形成扭转晶界。这种晶界是由两组螺型位错交叉网所构(2)大角度晶界(θ>10°):晶界可看成是好区与坏区交替相间组合而成的。随着位向差θ的增大，坏区的面积将相应增加。纯金属中，一般大角度晶界的宽度一般不超过三个原子间距。9.相界及其分类相界具有不同结构的两相之间的分界面称为相界(1)共格界面：错配度δ<0.05(2)半共格相界：0.05<δ<0.25(3)非共格相界：δ>0.05分别展开：①共格相界所谓“共格”是指界面上的原子同时位于两相晶格的结点上，即两相的晶格是彼此衔接的，界面上的原子为两者共有。如图a所示是一种无畸变的具有完全共格的相界，其界面能很低。但是理想的完全共格界面，只有在孪晶界，且孪晶界即为孪晶面时才可能存在。对相界而言，其两侧为两个不同的相，即使两个相的晶体结构相同，其点阵常数也不可能相等，因此在形成共格界面时，必然在相界附近产生一定的弹性畸变。晶面间距较小者发生伸长，较大者产生压缩(图b),以互相协调，使界面上原子达到匹配。显然，这种共格相界的能量相对于具有完善的共格关系的界面(如孪晶界)的能量要高。②半共格相界(考过)若两相邻晶体在相界面处的晶面间距相差较大，则在相界面上不可能做到完全的一一对应，于是在界面上将产生一些位错，以降低界面的弹性应变能，这时界面上两相原子部分地保持匹配，这样的界面称为半共格界面或部分共格界面。半共格相界上位错间距取决于相界处两相匹配晶面的错配度。错配度δ定义为：式中aα和ap分别表示相界面两侧的α相和β相的点阵常数。由此可求得位错间当δ很小时，D很大，a和β相在相界面上趋于共格，即成为共格相界；当δ很大时，D很小，a和β相在相界面上完全失配，即成为非共格相界。③非共格相界当两相在相界面处的原子排列相差很大时，即δ很大时，只能形成非共格界面。这种相界与大角度晶界相似，可看成是由原子不规则排列的很薄的过渡层构成。10.表面及界面分类11.11.简述位错与塑性、强度之间的关系位错的滑移阻力(P-N力)表征材料强度，而有效滑移系的多少表征塑性高低。位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。晶体塑性变形的方式有滑移和孪晶，多数都以滑移方式进行。滑移的本质就是位错在滑移面上的运动，大量位错滑移的结果造成了晶体的宏观塑性变形。位错滑移的结果造成了晶体的宏观塑性变形，使材料发生屈服，位错越容易滑移，强度越低，因此增加位错移动的阻力，可以提高材料的强度。溶质原子造成晶格畸变还可以与位错相互作用形成柯氏气团，都增加位错移动的摩擦阻力，使强度提高。晶界、相界可以阻止位错的滑移，提高材料的强度。所以细化晶粒、第二相弥散分布可以提高强度。12.位错密度对金属强度有何影响?为什么?12.位错密度对金属强度有何影响?为什么?如果金属内部没有位错，那么其强度很高，随着位错密度增大，其可以通过位错滑移进行塑性变形，强度降低。再随着位错密度增大，位错交割形成割阶，阻碍位错运动；位错反应形成固定位错，阻碍位错运动；位错增殖提高位错密度，阻碍位错运动。因此塑性变形变难，强度增大。晶界影响到材料的各个方面，具有晶界能，影响到多晶材料中的第二相的形状，晶界可以运动，有晶界偏聚，晶界电荷变化，承担载荷传递作用，晶界熔点低，(2)原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；(3)相变时新相优先在晶界出形核；(4)晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；(5)晶界易于腐蚀和氧化；(6)常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度间隙原子、置换原子与位错相互作用形成柯氏气团，柯氏气团增加位错移动的阻力；溶质原子造成晶格畸变，增加位错移动的摩擦阻力，使强度提高，这就是固溶强化的机理。晶界越多，晶粒越细，根据霍尔—佩奇关系式σs=σo+Kd-1/2晶粒的平均直径d越小，材料的屈服强度