【正文】 。表面能也可以用單位長度上的表面張力 (N/m )表示。 ?晶體本身的 結(jié)合能 高，則表面能大。 ? 對于日常廣泛應(yīng)用的大塊材料來說，它們的 比表面 (單位體積晶體的表面積 )很小，因此表面對晶體性能的影響不如晶界重要。晶粒內(nèi)又可分為位向差只有幾分到幾度的若干小晶塊、這些小晶塊可稱為 亞晶粒 ，相鄰亞晶粒之間的界面稱為 亞晶界 。扭轉(zhuǎn)型小角度晶界，是由 相交的螺位錯網(wǎng)絡(luò) 所構(gòu)成。 65 65 Figure (a) The atoms near the boundaries of the three grains do not have an equilibrium spacing or arrangement. (b) Grains and grain boundaries in a stainless steel sample. 66 66 Figure The small angle grain boundary is produced by an array of dislocations, causing an angular mismatch θ between lattices on either side of the boundary. 圖 222 對稱傾轉(zhuǎn)型小角度晶界 67 67 晶界特性 ? 晶粒長大和晶界的平直化都可減少晶界的總面積，從而降低晶界的總能量。凡是提高界面能的原子，將會在晶粒內(nèi)部偏聚，這種現(xiàn)象叫做 反內(nèi)吸附 。 68 68 Figure The effect of grain size on the yield strength of steel at room temperature. 69 69 晶界的觀察 ? 光學(xué)顯微鏡分析是一種可以觀察 2022倍以下的顯微組織（包括晶界）的技術(shù)。根據(jù)樣品表面腐蝕的程度，反射或散射來自光學(xué)顯微鏡的光線。 ? 圖像分析 程序不僅可以確定晶粒度，還可以得到平均晶粒尺寸、晶粒分布，孔隙率和第二相等定量數(shù)據(jù)。通常把產(chǎn)生單位面積層錯所需的能量稱為 層錯能 。 ? 金屬的層錯能越小，則層錯出現(xiàn)的幾率越大，如在奧氏體不銹鋼中，可以看到大量的層鍺，而在鋁中則根本看不到層錯。孿晶界的運(yùn)動也會導(dǎo)致金屬的變形。 ? 在共格界面上，兩相的原子間距多少存在著一些差異，從而必然導(dǎo)致彈性畸變。 ? 非共格界面的界面能最高，半共格的次之，共格界面的界面能最低。當(dāng)相界的應(yīng)變能高至不能維持共格關(guān)系時，則共格關(guān)系破壞，變成 非共格相界 。 界面能 (10－ 7 ) Al Cu Pt Fe 堆垛層錯 200 75 95 孿晶界 120 45 195 190 晶界 625 645 1000 780 表 25 金屬中面缺陷的界面能 73 73 Figure 225 Application of a stress to the perfect crystal (a) may cause a displacement of the atoms, (b) causing the formation of a twin. Note that the crystal has deformed as a result of twinning. 圖 225 對一個完整晶體施加應(yīng)力（ a）引起原子移動（ b）產(chǎn)生孿晶，注意由此，晶體而產(chǎn)生相應(yīng)的變形（ c）黃銅內(nèi)部的孿晶的顯微形貌 ( 250) 74 74 Figure 225 (c) A micrograph of twins within a grain of brass (x250). 圖 225 對一個完整晶體施加應(yīng)力（ a）引起原子移動（ b）產(chǎn)生孿晶，注意由此，晶體而產(chǎn)生相應(yīng)的變形（ c）黃銅內(nèi)部的孿晶的顯微形貌 ( 250) 75 75 76 76 相界 ? 具有不同晶體結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面稱為 相界 。這種對稱界面就是 孿晶面 ，也是 孿晶界 。因此，層錯能的能量比晶界能量要低得多。 70 70 Figure Microstructure of palladium (x 100). 71 71 堆垛層錯（ Stacking Faults） ? 堆垛層錯 （層錯），就是晶體中的原子按正常堆垛次序發(fā)生了差錯而出現(xiàn)的面缺陷。 ? 在陶瓷材料樣品中，可以采用 熱腐蝕 或 熱刻蝕（ thermal grooving） 的技術(shù)來觀察晶界。 ? 金相樣品的制備包括使用砂紙進(jìn)行粗磨和細(xì)磨，拋光成鏡面。 ? 由于界面能的存在，使晶界的熔點(diǎn)低于晶粒內(nèi)，且易于腐蝕和氧化。所以，大角度晶界的遷移速率較小角度晶界大。 2. 大角度晶界 (θ＞ 10176。 ) 多晶體各晶粒之間的晶界 ?對稱傾轉(zhuǎn)型 (title boundary)： 它是由一列豎直排列的刃型位錯構(gòu)成，亦稱“ 位錯墻 ”。 ? 粉末的表面能數(shù)值相當(dāng)可觀，成為不少過程的驅(qū)動力，例如粉末在高溫下可燒結(jié)為整體，其驅(qū)動力就來自于高的表面能。 Section Surface Defects 面缺陷 63 63 晶體表面 ? 外表面是非常粗糙的，比材料內(nèi)部活性更大。 ?當(dāng)裸露的表面是密排晶面時，則表面能最小，非密排晶面的表面能則較大，因此， 晶體易于使其密排晶面裸露在表面 。 ? X射線衍襯象方法、場離子顯微鏡觀測方法和計(jì)算機(jī)模擬也可以用來觀測分析晶體的位錯。許多晶體對于可見光和紅外線是透明的。當(dāng)大量的位錯線移動到晶體表面，就產(chǎn)生了可以在透射電鏡下看到的 滑移線 。這些位錯腐蝕區(qū)域在光學(xué)顯微鏡下表現(xiàn)為 蝕坑 (Etch pits)。 位錯的運(yùn)動 48 48 Figure The perfect crystal in (a) is cut and an extra plane of atoms is inserted (b). The bottom edge of the extra plane is an edge dislocation (c). A Burgers vector b is required to close a loop of equal atom spacings around the edge dislocation. 49 49 Figure A mixed dislocation. The screw dislocation at the front face of the crystal gradually changes to an edge dislocation at the side of the crystal. 50 50 Figure Schematic of slip line, slip plane, and slip (Burgers) vector for (a) an edge dislocation and (b) for a screw dislocation. (Adapted from . Verhoeven, Fundamentals of Physical Metallurgy, Wiley, 1975.) 51 51 Figure (a) When a shear stress is applied to the dislocation in (a), the atoms are displaced, causing the dislocation to move one Burgers vector in the slip direction (b). Continued movement of the dislocation eventually creates a step (c), and the crystal is deformed. (d) Motion of caterpillar is analogous to the motion of a dislocation. 52 52 53 53 Calculate the length of the Burgers vector in copper. Example Burgers Vector Calculation Figure (a) Burgers vector for FCC copper. (b) The atom locations on a (110) plane in a BCC unit cell 54 54 The length of the Burgers vector, or the repeat distance, is: b = 1/2( nm) = nm Example SOLUTION Copper has an FCC crystal structure. The lattice parameter of copper (Cu) is nm. The closepacked directions, or the directions of the Burgers vector, are of the form . The repeat distance along the directions is onehalf the face diagonal, since lattice points are located at corners and centers of faces ??110 ??110 55 55 The planar density of the (112) plane in BCC iron is ? 1014 atoms/cm2. Calculate (1) the planar density of the (110) plan