【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （ b） （ c） 密排六方晶胞 （ a） 模型； （ b） 晶胞； （ c） 晶胞原子數(shù) 配位數(shù)： 12；致密度： （與面心立方相同） 晶胞中的間隙 由致密度計(jì)算結(jié)果可知，晶體中應(yīng)存在一定數(shù)量的間隙。例如，對(duì)于體心立方，致密度 k＝ ， 說(shuō)明僅有 68％的體積被原子占有，存在 32％的間隙。這些間隙對(duì)金屬的性能，合金的相結(jié)構(gòu)，擴(kuò)散以及相變等都有重要的影響。從幾何形狀上看，晶格中有兩種間隙：八面體間隙和四面體間隙。 金屬原子 八面體間隙 金屬原子 四面體間隙 (a) (b) 體心立方結(jié)構(gòu)中的間隙 (a) 八面體間隙 (b) 四面體間隙 面心立方晶格中也有八面體間隙與四面體間隙兩種，如圖所示，它們分別是正八面體間隙和正四面體間隙 金屬原子 八面體間隙 金屬原子 四面體間隙 (a) (b) 面心立方結(jié)構(gòu)中的間隙 (a) 八面體間隙 (b) 四面體間隙 原子的堆垛方式 前面已指出，面心立方晶格和密排六方晶格的致密度與配位數(shù)完全一致，均屬于最密排列晶格，但是晶格類(lèi)型卻不同，為了搞清這個(gè)問(wèn)題，就需要了解原子的堆垛方式。 面心立方結(jié)構(gòu)的原子堆垛方式 密排六方的原子堆垛方式 A層 B層 C層 A層 B層 C層 面心立方晶胞原子堆垛方式 密排六方晶胞原子堆垛方式 二、實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu) 單晶體與多晶體 晶體中原子排列規(guī)律相同，晶格位向一致的晶體，稱(chēng)為 單晶體 。在實(shí)際應(yīng)用中金屬材料中較少的用單晶體金屬，工程上使用的金屬材料，幾乎都是多晶體材料。 通常使用的金屬都是由很多小晶體組成的，這些小晶體內(nèi)部的晶格位向是均勻一致的，而它們之間，晶格位向卻彼此不同，這些外形不規(guī)則的顆粒狀小晶體稱(chēng)為 晶粒 。每一個(gè)晶粒相當(dāng)于一個(gè)單晶體。晶粒與晶粒之間的界面稱(chēng)為 晶界 。這種由許多晶粒組成的晶體稱(chēng)為 多晶體 。 點(diǎn)缺陷 點(diǎn)缺陷是指在晶體空間中，其長(zhǎng)、寬、高尺寸都很?。ㄏ喈?dāng)于原子尺寸）的一種缺陷。晶體的點(diǎn)缺陷主要包括三種形式：晶體空位、間隙原子和置換原子，如圖所示。 晶體中的點(diǎn)缺陷 －空位； －間隙原子； －置換原子 線缺陷 線缺陷是指在三維空間中兩維方向的尺寸較小，在另一維方向的尺寸相對(duì)較大的缺陷，所以又稱(chēng)為一維缺陷。晶體中最普通的線缺陷就是位錯(cuò)。 位錯(cuò)是晶格中的某處有一列或若干列原子發(fā)生了某些有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。這種錯(cuò)排現(xiàn)象是晶體內(nèi)部局部滑移造成的，根據(jù)局部滑移的方式不同，可以形成不同類(lèi)型的位錯(cuò)，最簡(jiǎn)單、最基本的類(lèi)型有 刃型位錯(cuò) 和 螺型位錯(cuò) 兩種，由它們組合可以構(gòu)成混合位錯(cuò)和不全位錯(cuò)等線缺陷。 刃型位錯(cuò) （ a)立體模型 （ b） 平面圖 刃型位錯(cuò)示意圖 G H E F 晶體局部滑移造成的刃型位錯(cuò) τ τ 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)示意 螺型位錯(cuò) C B A D (b) （ a） 立體模型 ； （ b） 平面圖 螺型位錯(cuò)示意圖 A B C D (a ) 螺型位錯(cuò)示意圖 螺型位錯(cuò)示意圖 柏氏矢量 柏氏矢量是描述位錯(cuò)幾何特性最重要的參數(shù)之一。柏氏矢量由柏氏回路確定。 b l l b 柏氏矢量的物理意義： 柏氏矢量代表晶體的滑移方向。 面缺陷 晶體中的面缺陷是指在兩個(gè)方向尺寸很大而第三方向尺寸很小，呈面狀分布的缺陷。這類(lèi)缺陷主要是晶粒邊界和亞晶界。 晶界 晶界是兩相鄰晶粒間的過(guò)渡界面。由于相鄰晶粒間彼此位向各不相同，故晶界處的原子排列與晶內(nèi)不同，它們因同時(shí)受到相鄰兩側(cè)晶粒不同位向的綜合影響，而做無(wú)規(guī)則排列或近似于兩者取向的折衷位置的排列，這就形成了晶體中的重要的面缺陷。 晶界是晶體中的一種重要的缺陷。由于晶界上的原子排列不規(guī)則，脫離平衡位置，所以晶界具有較高的能量，使其具有一系列不同于晶粒內(nèi)部的特征。例如，晶界比晶粒容易被腐蝕，熔點(diǎn)較低；原子沿晶界擴(kuò)散速度快；在常溫下晶界對(duì)金屬的塑性變形起阻礙作用。因此，金屬材料晶粒愈細(xì)小，則晶粒愈多，其室溫強(qiáng)度愈高。 亞晶界 實(shí)驗(yàn)表明，在實(shí)際金屬的一個(gè)晶粒內(nèi)部晶格位向也并非一致，而是存在一些位向略有差異的小晶塊（位向差一般不超過(guò) 2176。 ），如圖 1－ 27所示。這些小晶塊稱(chēng)為亞結(jié)構(gòu)。亞結(jié)構(gòu)之間的界面稱(chēng)為亞晶界。亞晶界實(shí)際上是由一系列的位錯(cuò)所組成。亞晶界上原子排列也不規(guī)則，具有較高的能量，與晶界類(lèi)似的特征，故細(xì)化亞結(jié)構(gòu)，可顯著提高金屬的強(qiáng)度。 晶界示意圖 亞晶界示意圖 固溶體 固溶體是指固態(tài)下以某一合金組元為溶劑，在其晶格中溶入其他組元原子（溶質(zhì)）后形成的一種合金相，其特點(diǎn)是固溶體具有溶劑組元的晶格類(lèi)型。 置換固溶體 溶劑原子 溶質(zhì)原子 置換固溶體示意圖 固溶體中溶質(zhì)原子引起的晶格畸變示意圖 （ a） 正畸變 （ b） 負(fù)畸變 (a) (b) 間隙固溶體 當(dāng)溶質(zhì)與溶劑原子半徑的比值 rb/ra＜ ，形成間隙固溶體。溶質(zhì)原子填充到溶劑晶格的間隙中形成間隙固溶體，如圖所示。形成間隙固溶體的溶質(zhì)原子通常都是一些原子半徑小的非金屬元素，如氫（ ）、氧（ ）、氮（ ）、碳（ ）、硼（ ），溶劑則大多數(shù)是過(guò)渡族元素。 溶劑原子 溶質(zhì)原子 間隙固溶體示意圖 金屬間化合物 在合金中，溶質(zhì)原子濃度超過(guò)固溶體的固溶極限時(shí)，將會(huì)形成一種晶格結(jié)構(gòu)，特性完全不同任一組元的新相，因其具有金屬性質(zhì)，稱(chēng)之為金屬間化合物。由于它們常處在相圖的中間位置，所以又被稱(chēng)為中間相。中間相分為正常價(jià)化合物、電子化合物和間隙化合物三種。 正常價(jià)化合物 正常價(jià)化合物就是符合原子價(jià)規(guī)律的，受電負(fù)性控制的一種金屬化合物。如 MnS、 MgS、 Mg2Si 等。正常價(jià)化合物的熔點(diǎn)，硬度及脆性均較高。 電子化合物 電子化合物通常是 IB族或過(guò)渡族元素與 Ⅱ B、 Ⅲ A、 Ⅳ A和 Ⅴ A族元素所組成，它們不遵守化合價(jià)規(guī)律而是按照一定電子濃度比值形成金屬間化合物。電子濃度不同，晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型也不同。 間隙相 間隙相具有比較簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)，如面心立方、密排六方和簡(jiǎn)單六方等。金屬占據(jù)晶格中的正常結(jié)點(diǎn)位置，而非金屬位于晶格的間隙之中。 間隙化合物 間隙化合物主要是過(guò)渡族元素和碳原子所形成的碳化物。在合金鋼中常見(jiàn)的主要是 M3C型（如 F3C）， M7C3型（如 Cr7C3）等。間隙化合物的晶體結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜，部分金屬元素往往會(huì)被另外一種或幾種元素所置換，而形成更為復(fù)雜的化合物，如 (Fe、 Mn)3C等 。 V原子 C原子 (a) (b) 間隙相和間隙化合物的晶體結(jié)構(gòu) （ a）間隙相 VC （ b）間隙化合物 第四節(jié) 高分子材料的結(jié)