【正文】 合物種類(lèi)很多，主要包括三種： ? 正常價(jià)化合物 ? 電子化合物 ? 間隙相和間隙化合物 正常價(jià)化合物 正常價(jià)化合物 是指符合化合物原子價(jià)規(guī)律的金屬間化合物。它們具有 嚴(yán)格的化合比 ， 成分固定不變 。 它的結(jié)構(gòu)與相應(yīng)分子式的 離子化合物晶體結(jié)構(gòu)相同 ，如分子式具有 AB型的正常價(jià)化合物其晶體結(jié)構(gòu)為 NaCl型。 正常價(jià)化合物常見(jiàn)于 陶瓷材料 ，多為離子化合物。 例如： Mg2Pb、 Mg2Sn、 Mg2Ge、Mg2Si 等等 電子化合物（休姆 羅塞里相） HumeRothery phase 電子化合物 是指按照一定價(jià)電子濃度的比值組成一定晶格類(lèi)型的化合物，即 電子濃度決定晶體結(jié)構(gòu) 。 電子化合物 不符合化學(xué)價(jià)規(guī)律 ，原子間以金屬鍵為主，具有明顯的 金屬特性 。 如：價(jià)電子濃度（ e/a）： 3/2 — 體心立方（ ? 相） ； 7/4 — 密排六方晶格（ ? 相）； 21/13 — 復(fù)雜立方（ ? 相）； 電子化合物的 熔點(diǎn)和硬度都很高 ，而 塑性較差 ，是有色金屬中的重要 強(qiáng)化相 。 間 隙 相 當(dāng)非金屬原子半徑（ rX）與金屬原子半徑（ rM）的比值rX/rM ，將形成具有 簡(jiǎn)單晶體結(jié)構(gòu) 的 金屬間化合物 ，稱(chēng)為 間隙相 。 在晶隙相晶格中 金屬原子 位于 晶格結(jié)點(diǎn) 位置，而 非金屬 原子則位于晶格的 間隙 處。 間隙相中原子間結(jié)合鍵為 共價(jià)鍵 和 金屬鍵 。間隙相具有 極高的熔點(diǎn)和硬度 ，同時(shí)其脆性也很大，是高合金鋼和硬質(zhì)合金中的重要 強(qiáng)化相 。 通過(guò)化學(xué)熱處理或氣相沉積等方法，在鋼的表面形成 致密的間隙相薄層 ，可顯著提高鋼的 耐磨性或耐腐蝕性 。 間隙化合物 當(dāng)非金屬原子半徑與金屬原子半徑的比值 rX/rM ，將形成具有 復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu) 的 金屬間化合物 ，其中非金屬原子也位于晶格的間隙處，故稱(chēng)之為 間隙化合物 。 例如 Fe3C是鐵碳合金中的重要組成相，稱(chēng)為 滲碳體 ，具有復(fù)雜的 正交晶格 。 Fe3C中的 Fe原子可以部分地被其它金屬原子（ Mn、 Cr、 Mo、W）所置換，形成 (Fe、 Mn)3C等，稱(chēng)為 合金滲碳體 。 間隙化合物中原子間結(jié)合鍵為 共價(jià)鍵 和 金屬鍵 。間隙化合物也具有 很高的熔點(diǎn)和硬度 ， 脆性較大 ，也是鋼中重要的 強(qiáng)化相 之一。但 與間隙相相比 ，間隙化合物的熔點(diǎn)、硬度、以及化學(xué)穩(wěn)定性都要低一些。 第三章 晶體缺陷 概念 肖脫基空位、弗侖克爾空位、刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、柏氏矢量、位錯(cuò)密度、位錯(cuò)的滑移及攀移、弗蘭克 瑞德源、湯普森四面體、位錯(cuò)反應(yīng)、擴(kuò)展位錯(cuò)、表面能、界面能、重整位置點(diǎn)陣、失配度、對(duì)稱(chēng)傾側(cè)晶界、非共格晶界。 計(jì)算 點(diǎn)缺陷濃度，位錯(cuò)密度。 分析判斷 位錯(cuò)反應(yīng)條件，位錯(cuò)受力分析。 缺 陷 種 類(lèi) Imperfections, Defects 點(diǎn)缺陷（ Point defects）： 最簡(jiǎn)單的晶體缺陷，在結(jié)點(diǎn)上或鄰近的微觀區(qū)域內(nèi)偏離晶體結(jié)構(gòu)的正常排列。在空間三維方向上的尺寸都很小，約為一個(gè)、幾個(gè)原子間距，又稱(chēng) 零維缺陷 。 包括空位、間隙原子、雜質(zhì)、溶質(zhì)原子等。 線(xiàn)缺陷（ Linear defects）： 在一個(gè)方向上的缺陷擴(kuò)展很大，其它兩個(gè)方向上尺寸很小，也稱(chēng)為 一維缺陷 。 主要為位錯(cuò) 。 面缺陷（ Interfacial defects）： 在兩個(gè)方向上的缺陷擴(kuò)展很大，其它一個(gè)方向上尺寸很小，也稱(chēng)為 二維缺陷 。 包括晶界、相界、孿晶界、堆垛層錯(cuò)等。 點(diǎn)缺陷的形成條件 — 原子熱運(yùn)動(dòng) 點(diǎn)缺陷的平衡濃度： 設(shè)由 N個(gè)原子組成的晶體中含有 n個(gè)空位，形成一個(gè)空位所需能量為 Ev，振動(dòng)熵為 ΔSf， k為波爾茲曼常數(shù)，則空位在 T溫度時(shí)的 空位平衡濃度 C： 類(lèi)似的， 間隙原子平衡濃度 C’ ： 一般，晶體中 間隙原子 的形成能比 空位 的形成能 大 34倍 ，間隙原子的量與空位相比可以忽略。 熱平衡缺陷（ thermal equilibrium defects） ： 由于熱起伏促使原子脫離點(diǎn)陣位置而形成的點(diǎn)缺陷。 ?????? ???????? ????????? ??? kTEAkTEkSNnC vvf e x pe x pe x p?????? ???????? ????????? ??? kTEAkTEkSNnC vvf 39。e x p39。39。e x p39。e x p39。39。39。刃型位錯(cuò) 螺型位錯(cuò) 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是位錯(cuò)的重要性質(zhì)之一，它與晶體的力學(xué)性能，如強(qiáng)度、塑性、斷裂等密切相關(guān) 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方式主要是： 滑移 slip 攀移 climb 位錯(cuò)的滑移（守恒運(yùn)動(dòng)）： 在外加切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不斷作少量位移（小于一個(gè)原子間距）而逐步實(shí)現(xiàn) 位錯(cuò)滑移的特點(diǎn) 1) 刃型位錯(cuò)：滑移的 切應(yīng)力方向 與 位錯(cuò)線(xiàn) 垂直； 螺型位錯(cuò)：滑移的 切應(yīng)力方向 與 位錯(cuò)線(xiàn) 平行。 2) 刃型位錯(cuò)： 滑移方向 與 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向 一致； 螺型位錯(cuò)： 滑移方向 與 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向 垂直。 3) 螺型位錯(cuò)：如果在原滑移面上運(yùn)動(dòng)受阻時(shí)，有可能轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面上繼續(xù)滑移，這稱(chēng)為 交滑移 。 ?//位錯(cuò)滑移的切應(yīng)力 位錯(cuò)滑移方向 柏氏矢量 位錯(cuò)線(xiàn)方向 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向 //運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的交割： 扭折： 位錯(cuò)交割形成的曲折線(xiàn)段在位錯(cuò)的滑移面上。 割階： 該曲折線(xiàn)段垂直于位錯(cuò)的滑移面。 位錯(cuò)反應(yīng)： 位錯(cuò)線(xiàn)之間可以合并或分解 幾何條件： 反應(yīng)前后諸位錯(cuò)的柏氏矢量之和相等， b → b 1 + b2 能量條件： 反應(yīng)后位錯(cuò)的總能量小于反應(yīng)前位錯(cuò)的能量 ∣ b∣ 2 ∣b 1∣ 2 +∣b 2∣ 2 位錯(cuò)的應(yīng)變能 位錯(cuò)的能量： 位錯(cuò)周?chē)c(diǎn)陣畸變引起的彈性應(yīng)力場(chǎng)，導(dǎo)致晶體能量的增加 ? 位錯(cuò)中心畸變能 Ec (大約為總應(yīng)變能的 1/101/15) ? 位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)引起的彈性應(yīng)變能 Ee (主要部分 ) 單位長(zhǎng)度 刃型位錯(cuò) 的應(yīng)變能 : 02ln)1(4 rRGbE ee ??? ??單位長(zhǎng)度 螺型位錯(cuò) 的應(yīng)變能 : 02 ln4 rRGbE se ?? ?簡(jiǎn)化的單位長(zhǎng)度位錯(cuò)的 總應(yīng)變能 ： E = αGb2 α約為 1 單位長(zhǎng)度 混合位錯(cuò) 的應(yīng)變能 : 02 ln4 rRKGbE me ?? ?G — 切變模量 K — 角度因素 ? — 幾何系數(shù) b — 柏氏矢量 ? — 泊松比 作用在位錯(cuò)的力 ? 在 外切應(yīng)力 ? 的作用下，位錯(cuò)的移動(dòng)可以理解為有一個(gè)垂直于位錯(cuò)線(xiàn)的力 Fd 作用于位錯(cuò)線(xiàn)上。 Fd = ? b ? Fd 的方向總是與 位錯(cuò)線(xiàn)相垂直 ，并指向滑移面的未滑移部分 ? 作用在位錯(cuò)上的力只是 一種組態(tài)力 ，它不代表位錯(cuò)附近原子實(shí)際所受力，也區(qū)別于作用在晶體上的力，其方向 與外切應(yīng)力方向不一定一致 ? 一根位錯(cuò)具有唯一的柏氏矢量，只要作用在晶體上的切應(yīng)力是均勻的，則各段 位錯(cuò)所受的力大小相同 ? ? Fd Fd ? ? 位錯(cuò)的線(xiàn)張力 ? 線(xiàn)張力 T可以理解為使位錯(cuò)增加單位長(zhǎng)度所需的能量， 故： T = kGb2， k 約為 ? 若位錯(cuò)長(zhǎng)度為 ds，單位長(zhǎng)度位錯(cuò)線(xiàn)所受的力為 ?b， 則： ?b?ds = 2Tsin(dθ/2)， 由于 ds = rdθ，當(dāng) dθ 很小時(shí)， sin（ dθ/2） ≈（ dθ/2） 因此： ?b = T/r ≈ Gb2/2r ? 兩端固定的位錯(cuò)在切應(yīng)力 ? 作用下 與位錯(cuò)線(xiàn)彎曲度 r 的關(guān)系 ? = Gb/2r 位錯(cuò)間的交互作用力 1）兩平行 螺位錯(cuò) 的交互作用 rbGbbf?? 22121 ??2）兩平行 刃位錯(cuò) 的交互作用 沿 x方向 的切應(yīng)力分量（滑移） ： 沿 y方向 的正應(yīng)力分量（攀移） ： 22222212 )()()1(2 yxyxxbGbbfyxx ?????? ???22222212 )()3()1(2 yx yxybGbbfxxy ??????? ??? 在同一滑移面上的位錯(cuò)， 同性相斥、異性相吸（見(jiàn)右圖） 在不同滑移面上的位錯(cuò)， 小角度晶界 的形成。 相互平行的螺位錯(cuò)和刃位錯(cuò)之間不發(fā)生相互作用 （柏氏矢量相互垂直） 混合位錯(cuò)，先分解、再疊加 位錯(cuò)的生成和增殖 位錯(cuò)的密度 Density of dislocations： 位錯(cuò)密度是 單位體積 晶體中所含的位錯(cuò)線(xiàn)的 總長(zhǎng)度 ： ρ= L/V（ 1/cm2） 一般，位錯(cuò)密度也定義為 單位面積 所見(jiàn)到的 位錯(cuò)數(shù)目 ? 充分退火的多晶體金屬中， ρ= 106 – 108 cm2 ? 劇烈冷變形的金屬中： ρ= 1010 – 1012 cm2 ? 超純金屬單晶體： ρ＜ 103 cm2 面 缺 陷 Interfacial Defects — 表面及界面 Surface、 Interface、 Boundary 界面： 通常包含 幾個(gè)原子層厚 的區(qū)域，其原子排列及化學(xué)成分 不同于晶體內(nèi)部 ，可視為二維結(jié)構(gòu)分布，也稱(chēng)為晶體的 面缺陷 。 界面對(duì)晶體的物理、化學(xué)和力學(xué)等性能產(chǎn)生重要的影響 ? 外表面： 指固體材料與氣體或液體的分界面。它與摩擦、吸附、腐蝕、催化、光學(xué)、微電子等密切相關(guān) ? 內(nèi)界面： 分為晶粒界面、亞晶界、孿晶界、相界面等 晶界分類(lèi) (根據(jù)相鄰晶粒位相差 ) 小角度晶界 Lowangle grain boundary： 相鄰晶粒的位 相差小于 10186。，亞晶界一般為 2186。左右。 大角度晶界 Highangle grain boundary： 相鄰晶粒的位相差 大于 10186。 晶界能 晶界上原子畸變引起的系統(tǒng)自由能的升高，單位： J/m2 小角度晶界 能量主要來(lái)自 位錯(cuò)能量 ，與位相差 θ 有關(guān)： ? = ?0θ(Alnθ) 大角度晶界能量基本為定值，與晶粒之間位相差θ無(wú)關(guān) ： ~ J/m2 作業(yè)題答案： 試分析在（ 111）面上運(yùn)動(dòng)的柏氏矢量為 的螺型位錯(cuò)受阻時(shí)，能否通過(guò)交滑移轉(zhuǎn)移到 面中的某個(gè)面上繼續(xù)運(yùn)動(dòng)？為什么？ 相關(guān)知識(shí)： ]101[2ab ??)111(),111(),111(a b f e