【正文】 運(yùn)動(dòng)是位錯(cuò)性質(zhì)的一個(gè)重要方面，沒有位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，就沒有晶體的形變。 ? 式中， n是截面積中的位錯(cuò)數(shù)， A是截面面積， l是每根位錯(cuò)線的長(zhǎng)度。 ? 式中， ρ是晶體的位錯(cuò)線密度； S是晶體中位錯(cuò)線總長(zhǎng)度； V是晶體體積。位錯(cuò)線可以再晶體內(nèi)部成環(huán)，或終止于晶體的表面。如圖 510所示。從圖 5 58可得到解釋，因此有： 第五章 晶體缺陷 ? ①一條位錯(cuò)線只有一個(gè)柏氏矢量。其方向表示位錯(cuò)的性質(zhì)與位錯(cuò)線的取向，而其模表示位錯(cuò)的強(qiáng)度。 ? ②螺型位錯(cuò) ? 當(dāng)位錯(cuò)線的方向與柏氏矢量的方向相同時(shí)，為右螺型位錯(cuò)；反之，為左螺型位錯(cuò)。其中 食指 代表 位錯(cuò)的方向 ， 中指代表 柏氏矢量 方向， 拇指 代表 多余半個(gè)原子面的 方向。 ? （ 2） 柏氏矢量的模： ? （ 3） 柏氏矢量遵循矢量運(yùn)算法則 。 圖 59 混合位錯(cuò)的柏氏矢量 oo 900 ???? ?sinbbe ??cosbbs ?第五章 晶體缺陷 ? ? （ 1）立方晶系的柏氏矢量： ? 式中： a 為晶格常數(shù)； n 為位錯(cuò)所跨越的晶格常數(shù)的倍數(shù)（ n=1,2,3,…… ） ， u， v， w表示該晶向的坐標(biāo) 。 圖 59中 ， 垂直分量 為刃型位錯(cuò)；平行分量 為螺型位錯(cuò) 。 圖 58 螺型位錯(cuò)柏氏矢量的確定 a)實(shí)際晶體的柏氏回路 b)完整晶體的相應(yīng)回路 第五章 晶體缺陷 ? 混合型位錯(cuò)：解釋圖 59及補(bǔ)充圖 52。 ? ? 從柏氏矢量的定義，我們可以知道： （ 1）刃型位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線垂直。 ? （ 1）規(guī)定位錯(cuò)線正向； ? （ 2）在實(shí)際晶體中選擇 ? 一個(gè)出發(fā)點(diǎn)，做回路，始點(diǎn) ? 與終點(diǎn)重合； ? （ 3）在理想晶體中，選 ? 擇同樣的出發(fā)點(diǎn)，做回路， ? 始點(diǎn)與終點(diǎn)不重合； ? （ 4）在理想晶體中，由終點(diǎn)向始點(diǎn)引一矢量，即為柏氏矢量。 ? 柏氏矢量通常用 b表示，其模｜ b｜表示位錯(cuò)的強(qiáng)度。 解釋圖 56。 圖 55 螺型位錯(cuò)模型 a)立體模型 b)原子組態(tài) c)螺旋面 第五章 晶體缺陷 除了刃型位錯(cuò)和螺位錯(cuò)這兩種典型的基本位錯(cuò)外，還有就是這兩種位錯(cuò)的混合型，稱為混合型位錯(cuò)。舉例位錯(cuò)線越遠(yuǎn)，晶格畸變?cè)叫　? ? 從圖中可以看出， EF線與 aa/之間形成了一個(gè)上下兩層原子相對(duì)錯(cuò)動(dòng)的區(qū)域。 第五章 晶體缺陷 第五章 晶體缺陷 ? ? 如圖 55所示。刃型位錯(cuò)周圍的點(diǎn)陣畸變關(guān)于半原子面左右對(duì)稱。一般說來，位錯(cuò)是以位錯(cuò)線為中心，晶體畸變超過 20%的范圍。 EF 是多余半原子面和滑移面的交線，與滑移方向垂直，像一把刀刃，所以稱為刃型位錯(cuò)。割開面 ABCD 就是滑移面，滑移矢量為 d ，其方向?yàn)?x，與 EF 垂直。含有多余半原子面的晶體受壓，原子間距小于正常點(diǎn)陣常數(shù)；不含多余半原子面的晶體受張力，原子間距大于正常點(diǎn)陣常數(shù)。 ? 位錯(cuò)在晶體中引起的畸變?cè)谖诲e(cuò)線中心處最大，隨著離位錯(cuò)中心距離的增大，晶體的畸變逐漸減小。類似于將半個(gè)原子面硬插入整個(gè)完整的晶體中，刃口處的原子列稱之為刃型位錯(cuò)線。 ? 位錯(cuò)分為刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)和混合型位錯(cuò)。 ? 一、位錯(cuò)的基本知識(shí) ? 特征：兩個(gè)方向尺寸小，一個(gè)方向尺寸大。 第五章 晶體缺陷 ? 第二節(jié) 位錯(cuò) ? 線缺陷：實(shí)際晶體在外部因素（雜質(zhì)、溫度變化、振動(dòng)應(yīng)力、打擊、切削、研磨等機(jī)械力）作用下，使晶體內(nèi)部點(diǎn)陣不再符合理想晶格的有序排列，形成現(xiàn)狀的缺陷，即為線缺陷。 ? （二）應(yīng)用：正是由于點(diǎn)缺陷的存在，才使原子或分子的擴(kuò)散成為可能。 ? 。完整晶體中，電子在均勻電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。形成點(diǎn)缺陷需要向晶體提供附加能量，因此會(huì)產(chǎn)生附加比熱容。當(dāng)晶體內(nèi)部產(chǎn)生純空位時(shí)，該處的原子需要移動(dòng)到晶體表面，導(dǎo)致晶體體積增加。 第五章 晶體缺陷 ? 三、點(diǎn)缺陷的應(yīng)用（點(diǎn)缺陷的材料行為） ? （一）點(diǎn)缺陷對(duì)金屬物理行為和力學(xué)行為的影響 ? 點(diǎn)缺陷主要影響晶體的物理性質(zhì)，如比體積、比熱容、電阻率等。 ? ? 采用高能粒子輻照晶體，能同時(shí)形成數(shù)量相等的空位和間隙原子。當(dāng)條件逆向時(shí)，過飽和點(diǎn)缺陷會(huì)恢復(fù)平衡狀態(tài)。因?yàn)橄到y(tǒng)都具 有最小自由能的傾向 ，由此確定的點(diǎn)缺陷 濃度即為該溫度下的 平衡濃度。 (2)另一方面，由于點(diǎn)缺陷的形成，增加了點(diǎn)陣排列的混亂度，系統(tǒng)的微觀狀態(tài) 數(shù)目發(fā)生變化，使體 系的組態(tài)熵增加，引 起自由能下降。；是與振動(dòng)熵有關(guān)的常數(shù)為波爾茨曼常數(shù)；量變化值；為每增加一個(gè)空位的能為結(jié)點(diǎn)總數(shù)；為平衡空位數(shù)；式中，TAKENn V?第五章 晶體缺陷 補(bǔ)充：對(duì)點(diǎn)缺陷的平衡濃度如何來理解？從熱力學(xué)的觀點(diǎn)：點(diǎn)缺陷平衡濃度是矛盾雙方的統(tǒng)一。 ? ，系統(tǒng)的自由能最小。略。此時(shí)，點(diǎn)缺陷的濃度，稱為該溫度下點(diǎn)缺陷的 平衡濃度 。 ? （ 4）任何一種點(diǎn)缺陷，都破壞了原有的原子間力的平衡，點(diǎn)缺陷周圍的原子必然會(huì)離開原有的平衡位置，作相應(yīng)的微量位移，產(chǎn)生晶格畸變，使晶體內(nèi)能升高。 ? （ 3）點(diǎn)缺陷將不斷產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)和消亡。因此，肖脫基缺陷較多。 2022年 2月第 2版， 29頁(yè)）；弗蘭克爾缺陷則是離子晶體中尺寸較小的離子擠入相鄰的同號(hào)離子位置（即兩個(gè)離子同時(shí)占據(jù)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置），形成間隙離子和空位對(duì)。 ? （ 2）離子晶體。 圖 51 空位及自間隙 原子示意圖 圖 52 合金中的點(diǎn)缺陷類型 a) 間隙原子 b)、 c)置換原子 第五章 晶體缺陷 ? ，點(diǎn)缺陷的區(qū)別 ? （ 1）金屬晶體。 ? 對(duì)于外來原子（合金）：當(dāng)溶質(zhì)原子半徑小時(shí)，產(chǎn)生 自間隙原子 ；當(dāng)溶質(zhì)原子半徑與溶劑原子半徑相當(dāng)時(shí)，產(chǎn)生置換原子。 ? （ 3）現(xiàn)象：原子逃逸到晶體表面，產(chǎn)生了空結(jié)點(diǎn) ——肖脫基空位；逃逸到點(diǎn)陣內(nèi)部的間隙中，產(chǎn)生了空結(jié)點(diǎn)及 自間隙原子 ——弗蘭克空位（空位 自間隙原子 成對(duì)出現(xiàn)）；由一個(gè)空位逃逸到另外一個(gè)空位。 ? （ 1）特征：三個(gè)方向上尺寸都很小。 第一節(jié) 點(diǎn)缺陷 ? ：空位、 自間隙原子 、置換原子。 圖 415 金剛石晶體結(jié)構(gòu) 圖 416 SiO2晶體四面體結(jié)構(gòu) 第五章 晶體缺陷 ? 晶體缺陷（結(jié)構(gòu)缺陷）：實(shí)際晶體中的原子，偏離規(guī)則排列的位置，從而形成的不完整的區(qū)域。 ? 、中間相。 ? 本章小結(jié) ? 、非晶體、晶面、晶向。 ? 。 第四章晶體結(jié)構(gòu) ? 二、共價(jià)晶體結(jié)構(gòu) ? （一）結(jié)構(gòu)與類型 ? 要點(diǎn)： ? ? 、 SiO2型以及 ZnS型。 ? 。 ? （二）特性與作用 ? ，絕緣性好；高溫下導(dǎo)電性好。 ? ，正離子位于負(fù)離子的空隙。 ? 。 ? 、間隙相、間隙化合物的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)。 ? 彌散強(qiáng)化的優(yōu)點(diǎn)就是“揚(yáng)棄”。一般用來制造高合金工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼、耐熱鋼等。 ? ③結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： M可以是一種金屬，也可以是幾種金屬固溶在內(nèi)。 第四章晶體結(jié)構(gòu) ? （ 2）間隙化合物 ? ①晶體結(jié)構(gòu)：具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。 ? ⑤說明：間隙相與間隙固溶體有著本質(zhì)區(qū)別。 ? ④性能特點(diǎn)及應(yīng)用：具有極高的熔點(diǎn)和硬度、脆性大、具有金屬特性。 ? ③結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：可以溶解組元元素、可以溶解其他間隙相；具有相同結(jié)構(gòu)的間隙相之間甚至可以形成無限固溶體。 ? 由于間隙相中晶格的間隙不一定都被填滿，因此間隙相的成分可以在一定范圍內(nèi)變化；同事，可能存在缺陷固溶體。多數(shù)為面心立方和密排六方。（見圖 41 12）。 ? H、 N的原子半徑比較小，因此金屬的氫化物和氮化物都是間隙相；一部分金屬的碳化物如 VC、 TiC、 WC、 ZrC等式間隙相；另外一部分如 Fe3C等，則是間隙化合物。 相。 ? 硬度高、脆性大、塑性低、金屬性強(qiáng)。 ? 。多具有較高的硬度及脆性。包括了離子鍵、共價(jià)鍵過渡到金屬鍵的一系列化合物。 ? 。該類新相的晶格類型和性能不同于任何一個(gè)組元，當(dāng)其具有金屬性質(zhì)時(shí)，稱為金屬化合物。 子數(shù)每個(gè)主組元原子的價(jià)電 子數(shù)，每個(gè)副組元原子的價(jià)電副組元的原子百分?jǐn)?shù)，? ??u vx1 0 0)1 0 0( xuvxaec ????電子第四章晶體結(jié)構(gòu) ? （三）固溶體的性能 ? ? 固溶強(qiáng)化：在固溶體中，由于溶質(zhì)元素的溶入而使其強(qiáng)度和硬度提升，稱為固溶強(qiáng)化。 ? 當(dāng)異類原子價(jià)電子數(shù)之差較大時(shí)，有利于形成化合物；反之，有利于形成固溶體。電負(fù)性相差越大，越容易形成化合物；反之，容易形成固溶體。元素電負(fù)性數(shù)值越大，原子在形成化學(xué)鍵時(shí)對(duì)成鍵電子的吸引力越強(qiáng)。 AABr rrr ???的原子半徑。當(dāng)相對(duì)半徑差小于15%時(shí)，有利于形成有顯著固溶度的代位固溶體；當(dāng)相對(duì)半徑差大于 41%時(shí)，有利于形成有相當(dāng)固溶度的間隙固溶體。 ? （二）影響固溶度的因素 原子尺寸、電負(fù)性、電子濃度、晶體結(jié)構(gòu)等。 ? （ 2）有序固溶體。 圖 410 固溶體的兩種基本類型 a)置換固溶體 b)間隙固溶體 圖 410 固溶體的兩種基本類型 a)置換固溶體 b)間隙固溶體 第四章晶體結(jié)構(gòu) ? ? （ 1）無序固溶體。在二次固溶體中，當(dāng)化合物的組元之一溶入化合物時(shí)，另一組元的一些原子位置形成空位。溶質(zhì)原 ? 子進(jìn)入溶劑的間隙中，形成的固溶體。溶質(zhì)原 ? 子占據(jù)著與溶劑原子等同的點(diǎn) ? 陣位置。此時(shí)，溶質(zhì)和溶劑可以互換，但一般都將超過 50%的組元稱為溶劑。如 CuNi、AgAu等。 第四章晶體結(jié)構(gòu) ? （ 2）無限固溶體。在一定條件下，溶質(zhì)組元在固溶體內(nèi)的濃度，只能在一個(gè)有限的范圍內(nèi)變化，存在溶解極限。另外一種是某種化合物作為溶劑，可以溶解另外一種化合物，如 Fe3C可以作為溶劑，溶解 Mn3C，或相反。分為兩種情況。 ? （ 2）二次固溶體。 ? （一）固溶體的分類 ? ? （ 1）一次固溶體。 第四章晶體結(jié)構(gòu) ? 一、固溶體 ? 溶質(zhì)：構(gòu)成固溶體的組元中，失去其本身晶體結(jié)構(gòu)的組元。 ? 化合物（中間相）：組成合金的異類原子有固定的比例，而且晶體結(jié)構(gòu)與組成組元均不形同，這種合金相稱為化合物或中間相。 ? 多相合金：由幾種不同相組成的合金。 ? 相：合金中結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均一并以界面相互分開的組成部分。 圖 48 面心立方結(jié)構(gòu)中的間隙 a)八面體間隙 b)四面體間隙 第四章晶體結(jié)構(gòu) 圖 49 體心立方結(jié)構(gòu)中的間隙 a) 八面體間隙 b) 四面體間隙 第四章晶體結(jié)構(gòu) ? 第四節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu) ? 合金：由兩種或兩種以上的金屬、金屬與非金屬，經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)。間隙的大小，對(duì)于純金屬及合金的性能，都存在不同程度的影響。具體參考王章忠主編 《 機(jī)械工程材料 》 2022年 1月第 1版 p43頁(yè)。 ? 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是材料后天通過熱處理改進(jìn)性能的內(nèi)因。 第四章晶體結(jié)構(gòu) ? 二、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 ? 某些元素（如 Fe、 Mn、 Ti、 Co等）在外界條件（主要是溫度和壓力）發(fā)生變化時(shí)，會(huì)由一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。晶面間距最大的晶面通常是原子最密排晶面。由于各個(gè)晶面和晶向的原子密度不同，因此，晶體的性能呈現(xiàn)：各向異性！ ? （ 10）晶面間距：相鄰兩個(gè)平行晶面間的距離。 ? 如 [111] ⊥ (111)。而滿足上述條件的晶向，稱為晶帶軸。 ooaccba 1 2 0,90。 ar 43?%1233????? a dVnvK ?圖 46 體心立方結(jié)構(gòu) a)剛球模型 b)晶胞模型 c)晶胞中的原子數(shù) 第四章晶體結(jié)構(gòu) （三）密排六方晶格 ? ： ； ? ： 6*1/6*2+2*1/2+3=6； ? ： ； ? ： CN=12；