【正文】 界面兩邊原子排列相差越大，則彈性畸變?cè)酱?，從而使相界的能量提高? 金屬 Ag Au Cu Al Ni 不銹鋼 層錯(cuò)能 20 45 75 200 240 13 表 24 部分面心立方金屬的層錯(cuò)能（ 10－ 7J/cm2） 72 72 孿晶界（ Twin Boundaries） ? 晶面原子完全是共格的，而且兩側(cè)的晶體以界面為對(duì)稱面成鏡面對(duì)稱，這樣一對(duì)晶體稱為 孿晶 （或把兩個(gè)對(duì)稱面之間的與母體成鏡面對(duì)稱的一部分晶體稱為孿晶）。光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡都可以配備圖像分析系統(tǒng)。 金相學(xué) (Metallography)就是金屬樣品的制備和顯微組織的觀察分析的過程。大角度晶界的界面能遠(yuǎn)高于小角度晶界的界面能。 1．小角度晶界 ( θ＜ 10176。 熔點(diǎn) 高，則結(jié)合能大，因而表面能也往往較高。 ? 由于綴飾法需要將晶體進(jìn)行退火處理，故只適用于研究回復(fù)或高溫變形后的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)，而不適于研究低溫形變金屬中的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)。 ? 透射電鏡（ TEM）也用于觀察晶體中位錯(cuò)。顯然切應(yīng)力是無效的，只有正應(yīng)力才會(huì)協(xié)助位錯(cuò)實(shí)現(xiàn)攀移，在半原子面兩側(cè)施加壓應(yīng)力時(shí)，有利于原子離開半原子面，使位錯(cuò)發(fā)生正攀移；相反，拉應(yīng)力使原子間距增大，有利于原子擴(kuò)散至半原子面下方，使位錯(cuò)發(fā)生負(fù)攀移。正攀移，可吸收空位，或者釋放間隙原子。 ?陶瓷材料的增韌性方法：（ a）相變（稱為相變?cè)鲰g，例如全穩(wěn)定氧化鋯）（ b）機(jī)械孿晶 （ c）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) （ c）晶界滑動(dòng)。所以說， 滑移最容易沿著晶體中最密晶面上的最密晶向進(jìn)行。它也是晶體點(diǎn)陣對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，即滑移阻力。退火態(tài)的強(qiáng)度較低。這種位錯(cuò)環(huán)都是刃型位錯(cuò)，猶如從周圍水平插入一圈“半原子面”，故其滑移面是垂直并通過位錯(cuò)環(huán)的一個(gè)柱面，其柏氏矢量也與環(huán)面垂直（“柱面位錯(cuò)”） 。 ?t與 b既不平行又不垂直，即為混合位錯(cuò)。 ? 位錯(cuò)線不能終止在晶體內(nèi)部，只能終止在表面或界面，或與其它位錯(cuò)線連成結(jié)點(diǎn)。 ? 位錯(cuò)線 t的方向是人為的，故而 b的方向也是相對(duì)的。 ?如果把位錯(cuò)單純看成一種缺陷，它反映了位錯(cuò)周圍點(diǎn)陣畸變的狀況。 位錯(cuò)的基本類型 32 32 3. 混合位錯(cuò) ?已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的分界線（圖中 AB虛線），與切應(yīng)力或滑移矢量既不平行又不垂直。 位錯(cuò)的基本類型 29 29 圖 26 螺型位錯(cuò)示意圖 圖 27 螺型位錯(cuò)滑移面上下原子排列的俯視圖 30 30 Figure the perfect crystal (a) is cut and sheared one atom spacing, (b) and (c). The line along which shearing occurs is a screw dislocation. A Burgers vector b is required to close a loop of equal atom spacings around the screw dislocation. 31 31 ?螺型位錯(cuò)與刃型位錯(cuò)不同，它沒有額外半原子面。 ?在已滑移區(qū) ABEF與未滑移區(qū) EFDC的交界線 EF處，就形成了一個(gè)被扭成螺旋面的一維畸變區(qū)。 位錯(cuò)的基本類型 26 26 圖 25 刃型位錯(cuò)示意圖 27 27 ? 位錯(cuò)線周圍的晶格畸變區(qū)看成是存在著一個(gè) 彈性應(yīng)力場(chǎng) 。 金屬理論強(qiáng)度和位錯(cuò)學(xué)說的產(chǎn)生 25 25 1. 刃型位錯(cuò) (Edge dislocation) ? 刃型位錯(cuò) 和 刃型位錯(cuò)線 。計(jì)算結(jié)果，晶體的 理論剪切強(qiáng)度 應(yīng)為 這個(gè)計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值 相差 3~4個(gè)數(shù)量級(jí) 。假定銅空位形成能 Qv,為 20,000卡/mol，銅的晶格常數(shù)為 ?？瘴坏拇嬖谶€使晶體的 密度下降 ，體積膨脹。 空位與間隙原子的平衡濃度 13 13 晶體中的點(diǎn)缺陷濃度可能高于平衡濃度，稱為 過飽和點(diǎn)缺陷 ，或 非平衡點(diǎn)缺陷 。 ? 間隙原子的平衡濃度比空位低很多，可忽略不計(jì)?？瘴辉黾?，振動(dòng)熵也增加。 分類 9 9 ?形成一個(gè)空位（或間隙原子）所需要的能量，稱為 空位形成能 （或 間隙原子形成能 ）。異類間隙原子，多由半徑很小的異類原子形成。 ? 面缺陷 —在一個(gè)方向尺寸很小，而另兩個(gè)方向尺寸很大的缺陷，即 二維缺陷 。包括空位、間隙原子、置換原子等。 2．間隙原子 (interstitial atom) 晶體點(diǎn)陣的間隙位置出現(xiàn)的原子稱為 間隙原子 。因而在點(diǎn)缺陷的周圍，就出現(xiàn)了一定范圍的點(diǎn)陣畸變區(qū)，或稱 彈性應(yīng)變區(qū) 。 n個(gè)空位在 N個(gè)位置上的組合方式的數(shù)目，若用 ω即產(chǎn)生 n個(gè)空位的幾率表示，則 玻爾茲曼研究出熵的統(tǒng)計(jì)學(xué)表達(dá)式為 點(diǎn)缺陷對(duì)體系熱力學(xué)能和熵的影響 ? ?!!!nn NnNnNn N nPCP? ? ? ? ?lnSK ?? 10 10 n個(gè)空位造成系統(tǒng)排列熵的改變?yōu)? ? 若 N不變，當(dāng) nN/2時(shí) , ΔS 0 。 K為 Boltzman常數(shù)，約為 1023J/K或者 105ev/K。 ? 在一定溫度下，存在一個(gè)使系統(tǒng)自由能最低的空位濃度，稱為該溫度下的 空位平衡濃度 。在高能粒子輻照的情況下，由于形成大量的點(diǎn)缺陷，而會(huì)引起金屬顯著硬化和脆化，該現(xiàn)象稱為 輻照硬化 。點(diǎn)缺陷的其它性質(zhì)如生成焓、生成熵、擴(kuò)散激活能（或遷移率）、以及它引起的晶體體積變化等，都可以通過各種物理實(shí)驗(yàn)測(cè)定。gerVink notation A system used to indicate point defects in materials. The main body of the notation indicates the type of defect or the element involved. Other Point Defects 20 20 Figure When a divalent cation replaces a monovalent cation, a second monovalent cation must also be removed, creating a vacancy. 21 21 1926年弗蘭克 (Frank)估算了晶體的理論強(qiáng)度。 ?位錯(cuò) 是滑移傳遞過程中已滑移部分和未滑移部分的交界線，一根位錯(cuò)線掃過滑移面，滑移面兩邊的晶體才完成一個(gè)原子間距的相對(duì)切動(dòng)。 ? 刃型位錯(cuò)是晶體內(nèi)的滑移面上已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交界線。刃型位錯(cuò)往往總是攜帶著大量的溶質(zhì)原子，形成柯垂?fàn)枺?Cottrell）氣團(tuán) 或者 柯氏氣團(tuán) 。即以右手四指為旋轉(zhuǎn)方向，則前進(jìn)方向同右手拇指方向）。這種在螺位錯(cuò)周圍擇優(yōu)分布的溶質(zhì)原子，叫做 史諾克 (Snook)氣團(tuán) 。 位錯(cuò)線與滑移矢量垂直，為刃位錯(cuò)，二者平行，為螺位錯(cuò)，既不垂直又不平行，為混合位錯(cuò)。其步驟是： ? 人為規(guī)定位錯(cuò)線的正向，用 t或 表示（以位錯(cuò)線外為正） ? 環(huán)繞位錯(cuò)線，在完整晶體區(qū)域作右旋閉合回路．即以右手拇指朝向位錯(cuò)線正向，按四指握旋方向作回路。 柏氏矢量和柏氏回路 37 37 既然同一根位錯(cuò)線的運(yùn)動(dòng)，引起晶體原子切動(dòng)的大小和方向是相同的，因此，無論圍繞位錯(cuò)線的哪一段作柏氏回路，無論柏氏回路的起點(diǎn)和途徑怎么選擇，所得柏氏矢量都是一樣的。 ?t與 b垂直，即為刃型位錯(cuò)。最簡(jiǎn)單的晶界就是由位錯(cuò)壘積的“墻”。 ? 晶須 是由實(shí)驗(yàn)室制備的極細(xì)而幾乎沒有缺陷的金屬晶體。 上述兩點(diǎn)差別可以用位錯(cuò)的柏氏矢量予以統(tǒng)一。金屬和合金的密排方向滿足此條件，因此也是滑移方向。在滑移中，同性離子相遇還會(huì)產(chǎn)生排斥作用。攀移時(shí)位錯(cuò)線的運(yùn)動(dòng)方向正好與柏氏矢量垂直。 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) 47 47 ? 由于空位的數(shù)量及其運(yùn)動(dòng)速率對(duì)溫度十分敏感。這些位錯(cuò)腐蝕區(qū)域在光學(xué)顯微鏡下表現(xiàn)為 蝕坑 (Etch pits)。許多晶體對(duì)于可見光和紅外線是透明的。 ?當(dāng)裸露的表面是密排晶面時(shí)，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 。 ? 粉末的表面能數(shù)值相當(dāng)可觀，成為不少過程的驅(qū)動(dòng)力，例如粉末在高溫下可燒結(jié)為整體，其驅(qū)動(dòng)力就來自于高的表面能。 2. 大角度晶界 (θ＞ 10176。 ? 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。 ? 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。因此，層錯(cuò)能的能量比晶界能量要低得多。 界面能 (10－ 7 ) Al Cu Pt Fe 堆垛層錯(cuò) 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(duì)一個(gè)完整晶體施加應(yīng)力（ a）引起原子移動(dòng)（ 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