[理學(xué)]第三章 晶體缺陷(文件)
【正文】 位錯(cuò)。 、外表面 ：就是晶體的外表面，一般是指晶體與氣體 (氣相或液相 )的分界面。晶體的表面能在有些意義和大家已知液體表面張力是一樣的。 ：在 晶體形成的過(guò)程中，為了使系統(tǒng)的自由能最低，盡量降低表面的總能量，即 ΣσA最小。每種材料有特定的 x值下表面能最低，其中 x=，大多數(shù)的金屬材料是屬于粗糙表面； x值僅在 0或 1附近穩(wěn)定的稱為平滑表面，大多是非金屬材料?？煽闯墒且幌盗腥形诲e(cuò)排列成墻，晶界中位錯(cuò)排列愈密，則位向差愈大。這時(shí)兩側(cè)的晶體應(yīng)處于某寫特定角度。然面晶粒的長(zhǎng)大和晶界的平直化均需通過(guò)原子的擴(kuò)散來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，隨著溫度升高和保溫時(shí)間的增長(zhǎng)，均有利于這兩過(guò)程的進(jìn)行。 (4) 在固態(tài)相變過(guò)程中，由于晶界能量較高且原子活動(dòng)能力較大，所以新相易于在晶界處優(yōu)先形核。 孿晶界 孿晶：是指兩個(gè)晶體 (或一個(gè)晶體的兩部分 )沿一個(gè)公共晶面構(gòu)成鏡面對(duì)稱的位向關(guān)系，這兩個(gè)晶體就稱為“孿晶”，此公共晶面就稱孿晶面。它是指成分相同、(晶體 )結(jié)構(gòu)相同、有界面和其它部分分開的物質(zhì)的均勻組成部分。 小結(jié) 名詞概念 單晶體與多晶體 晶粒與晶界 點(diǎn)缺陷 線缺陷 面缺陷 空位 位錯(cuò) 柏氏矢量 刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò) 滑移與攀移 內(nèi)容要求 1. 定性說(shuō)明晶體平衡時(shí)為什么存在一定的空位濃度。 。 3. 位錯(cuò)滑移運(yùn)動(dòng)的條件及其結(jié)果。非共格界面類似大角度晶界，而完全的共格是困難的，共格面兩邊微少的差別可以用晶格的畸變來(lái)調(diào)整，界面兩邊差別不十分大時(shí)，將可以補(bǔ)充一定的位錯(cuò)來(lái)協(xié)調(diào)，組成半共格界面。液體的表面是液相和氣相的分界面；晶體的表面是晶體和氣相 (或液相 )的分界面；兩個(gè)不同的固相之間的分界面也是相界面，在我們的課程中主要是指后者。 (5) 由于成分偏析和內(nèi)吸附現(xiàn)象，特別是晶界富集雜質(zhì)原子情況下，往往晶界熔點(diǎn)較低，故在加熱過(guò)程中，因溫度過(guò)高將引起晶界熔化和氧化，導(dǎo)致“過(guò)熱”現(xiàn)象產(chǎn)生。晶粒愈細(xì)，材料的強(qiáng)度愈高，這就是細(xì)晶強(qiáng)化；而高溫下則相反，因高溫下晶界存在一定的粘滯性，易位相鄰晶粒產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。 界面能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系： 晶界的特性 (1)晶界處點(diǎn)陣畸變大，存在著晶界能。關(guān)于大角度晶界的結(jié)構(gòu)說(shuō)法不一，晶界可視為 2— 3(5)個(gè)原子的過(guò)渡層，這部分的原子排列盡管有其規(guī)律，但排列復(fù)雜，暫以相對(duì)無(wú)序來(lái)理解。 ： 晶界就是空間取向 (或位向 )不同的相鄰晶粒之間的分界面。例如 fcc結(jié)構(gòu)的晶體自由生長(zhǎng)就為 14面體。另一種設(shè)想為一完整的晶體，按某晶面為界切開成兩半，形成兩個(gè)表面，切開時(shí)為破壞原有的結(jié)合鍵單位面積所吸收的能量。計(jì)量單位為J/m2。為此，反應(yīng)后各位錯(cuò)的總能量應(yīng)小于反應(yīng)前各位錯(cuò)的總能量。 晶體中出現(xiàn)層錯(cuò)的幾率與層錯(cuò)能有關(guān)，層錯(cuò)能越高則幾率越小。 全位錯(cuò) ：柏氏矢量等于點(diǎn)陣矢量或其整數(shù)倍的位錯(cuò)。其主要來(lái)源有； ①由于熔體中雜質(zhì)原子在凝固過(guò)程中不均勻分布使晶體的先后凝固部分成分不同，從而點(diǎn)陣常數(shù)也有差異，可能形成位錯(cuò)作為過(guò)渡； ②由于溫度梯度、濃度梯度、機(jī)械振動(dòng)等的影響，致使生長(zhǎng)著的晶體偏轉(zhuǎn)或彎曲引起相鄰晶塊之間有位相差，它們之間就會(huì)形成位錯(cuò)； ③晶體生長(zhǎng)過(guò)程中由于相鄰晶粒發(fā)生碰撞或因液流沖擊，以及冷卻時(shí)體積變化的熱應(yīng)力等原因會(huì)使晶體表面產(chǎn)生臺(tái)階或受力變形而形成位錯(cuò)。 薄膜透射電鏡觀察 將試樣減薄到幾十到數(shù)百個(gè)原子層 (500nm以下 )，利用透射電鏡進(jìn)行觀察，可見到位錯(cuò)線。 需要特別指出的是作用于位錯(cuò)的力只是一種組態(tài)力，它不代表位錯(cuò)附近原子實(shí)際所受到的力，也區(qū)別于作用在晶體上的力。所以位錯(cuò)的線張力 T可近似地用下式表達(dá)： 作用在位錯(cuò)上的力 在外切應(yīng)力的作用下，位錯(cuò)將在滑移面上產(chǎn)生滑移運(yùn)動(dòng)。 注意，這里當(dāng) r→0 時(shí)， τzθ → ∞，顯然與實(shí)際情況不符，這說(shuō)明上述結(jié)果不適用位錯(cuò)中心的嚴(yán)重畸變區(qū)。 (1) 割階與扭折 (2) 幾種典型的位錯(cuò)交割 位錯(cuò)的彈性性質(zhì) 位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng) （ 1） 螺型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng) 因此，螺型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)具有以下特點(diǎn)： (1)只有切應(yīng)力分量，正應(yīng)力分量全為零，這表明螺位錯(cuò)不引起晶體的膨脹和收縮。位錯(cuò)攀移需要熱激活，
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