【正文】 合物種類很多，主要包括三種： ? 正常價化合物 ? 電子化合物 ? 間隙相和間隙化合物 正常價化合物 正常價化合物 是指符合化合物原子價規(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型的正常價化合物其晶體結(jié)構(gòu)為 NaCl型。 正常價化合物常見于 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 是指按照一定價電子濃度的比值組成一定晶格類型的化合物，即 電子濃度決定晶體結(jié)構(gòu) 。 電子化合物 不符合化學(xué)價規(guī)律 ，原子間以金屬鍵為主，具有明顯的 金屬特性 。 如：價電子濃度（ 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 熔點和硬度都很高 ，而 塑性較差 ，是有色金屬中的重要 強化相 。 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 簡單晶體結(jié)構(gòu) 的 金屬間化合物 ，稱為 間隙相 。 在晶隙相晶格中 金屬原子 位于 晶格結(jié)點 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 共價鍵 和 金屬鍵 。間隙相具有 極高的熔點和硬度 ，同時其脆性也很大，是高合金鋼和硬質(zhì)合金中的重要 強化相 。 通過化學(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，故稱之為 間隙化合物 。 例如 Fe3C是鐵碳合金中的重要組成相，稱為 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，稱為 合金滲碳體 。 間隙化合物中原子間結(jié)合鍵為 共價鍵 和 金屬鍵 。間隙化合物也具有 很高的熔點和硬度 ， 脆性較大 ，也是鋼中重要的 強化相 之一。但 與間隙相相比 ，間隙化合物的熔點、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、螺型位錯、柏氏矢量、位錯密度、位錯的滑移及攀移、弗蘭克 瑞德源、湯普森四面體、位錯反應(yīng)、擴展位錯、表面能、界面能、重整位置點陣、失配度、對稱傾側(cè)晶界、非共格晶界。 計算 點缺陷濃度，位錯密度。 分析判斷 位錯反應(yīng)條件，位錯受力分析。 缺 陷 種 類 Imperfections, Defects 點缺陷（ Point defects）： 最簡單的晶體缺陷，在結(jié)點上或鄰近的微觀區(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、幾個原子間距，又稱 零維缺陷 。 包括空位、間隙原子、雜質(zhì)、溶質(zhì)原子等。 線缺陷（ Linear defects）： 在一個方向上的缺陷擴展很大，其它兩個方向上尺寸很小，也稱為 一維缺陷 。 主要為位錯 。 面缺陷（ Interfacial defects）： 在兩個方向上的缺陷擴展很大，其它一個方向上尺寸很小，也稱為 二維缺陷 。 包括晶界、相界、孿晶界、堆垛層錯等。 點缺陷的形成條件 — 原子熱運動 點缺陷的平衡濃度： 設(shè)由 N個原子組成的晶體中含有 n個空位，形成一個空位所需能量為 Ev，振動熵為 ΔSf， k為波爾茲曼常數(shù)，則空位在 T溫度時的 空位平衡濃度 C： 類似的， 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陣位置而形成的點缺陷。 ?????? ???????? ????????? ??? 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 螺型位錯 位錯的運動 位錯運動是位錯的重要性質(zhì)之一，它與晶體的力學(xué)性能，如強度、塑性、斷裂等密切相關(guān) 位錯的運動方式主要是： 滑移 slip 攀移 climb 位錯的滑移（守恒運動）： 在外加切應(yīng)力作用下，位錯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（小于一個原子間距）而逐步實現(xiàn) 位錯滑移的特點 1) 刃型位錯：滑移的 切應(yīng)力方向 與 位錯線 垂直； 螺型位錯：滑移的 切應(yīng)力方向 與 位錯線 平行。 2) 刃型位錯： 滑移方向 與 位錯運動方向 一致； 螺型位錯： 滑移方向 與 位錯運動方向 垂直。 3) 螺型位錯：如果在原滑移面上運動受阻時，有可能轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面上繼續(xù)滑移，這稱為 交滑移 。 ?//位錯滑移的切應(yīng)力 位錯滑移方向 柏氏矢量 位錯線方向 位錯運動方向 //運動位錯的交割： 扭折： 位錯交割形成的曲折線段在位錯的滑移面上。 割階： 該曲折線段垂直于位錯的滑移面。 位錯反應(yīng)： 位錯線之間可以合并或分解 幾何條件： 反應(yīng)前后諸位錯的柏氏矢量之和相等， b → b 1 + b2 能量條件： 反應(yīng)后位錯的總能量小于反應(yīng)前位錯的能量 ∣ b∣ 2 ∣b 1∣ 2 +∣b 2∣ 2 位錯的應(yīng)變能 位錯的能量： 位錯周圍點陣畸變引起的彈性應(yīng)力場，導(dǎo)致晶體能量的增加 ? 位錯中心畸變能 Ec (大約為總應(yīng)變能的 1/101/15) ? 位錯應(yīng)力場引起的彈性應(yīng)變能 Ee (主要部分 ) 單位長度 刃型位錯 的應(yīng)變能 : 02ln)1(4 rRGbE ee ??? ??單位長度 螺型位錯 的應(yīng)變能 : 02 ln4 rRGbE se ?? ?簡化的單位長度位錯的 總應(yīng)變能 ： E = αGb2 α約為 1 單位長度 混合位錯 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 作用在位錯的力 ? 在 外切應(yīng)力 ? 的作用下，位錯的移動可以理解為有一個垂直于位錯線的力 Fd 作用于位錯線上。 Fd = ? b ? Fd 的方向總是與 位錯線相垂直 ，并指向滑移面的未滑移部分 ? 作用在位錯上的力只是 一種組態(tài)力 ，它不代表位錯附近原子實際所受力，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 位錯所受的力大小相同 ? ? Fd Fd ? ? 位錯的線張力 ? 線張力 T可以理解為使位錯增加單位長度所需的能量， 故： T = kGb2， k 約為 ? 若位錯長度為 ds，單位長度位錯線所受的力為 ?b， 則： ?b?ds = 2Tsin(dθ/2)， 由于 ds = rdθ，當(dāng) dθ 很小時， sin（ dθ/2） ≈（ dθ/2） 因此： ?b = T/r ≈ Gb2/2r ? 兩端固定的位錯在切應(yīng)力 ? 作用下 與位錯線彎曲度 r 的關(guān)系 ? = Gb/2r 位錯間的交互作用力 1）兩平行 螺位錯 的交互作用 rbGbbf?? 22121 ??2）兩平行 刃位錯 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， 同性相斥、異性相吸（見右圖） 在不同滑移面上的位錯， 小角度晶界 的形成。 相互平行的螺位錯和刃位錯之間不發(fā)生相互作用 （柏氏矢量相互垂直） 混合位錯，先分解、再疊加 位錯的生成和增殖 位錯的密度 Density of dislocations： 位錯密度是 單位體積 晶體中所含的位錯線的 總長度 ： ρ= L/V（ 1/cm2） 一般，位錯密度也定義為 單位面積 所見到的 位錯數(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，也稱為晶體的 面缺陷 。 界面對晶體的物理、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 (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 能量主要來自 位錯能量 ，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無關(guān) ： ~ J/m2 作業(yè)題答案： 試分析在（ 111）面上運動的柏氏矢量為 的螺型位錯受阻時，能否通過交滑移轉(zhuǎn)移到 面中的某個面上繼續(xù)運動？為什么？ 相關(guān)知識： ]101[2ab ??)111(),111(),111(a b f e