晶體缺陷ppt課件(參考版)
2025-05-03 18:47本頁面
【正文】 五 . 孿晶界面課堂作業(yè)1. 刃型位 錯(cuò) 的滑移運(yùn) 動(dòng) ；2. 表面能的來源。3. 多晶體 材料的晶界均屬于大角晶界，界面能大致相等，盡管在交 匯處應(yīng) 互成 120o，但晶粒大小不同， 鄰 近晶粒數(shù)也不等，晶界不成直 線 ，而形成不同方向的曲 線 (曲面 )。 2. 第二 相 處 于晶界 時(shí) ，一方面界面能不相等，另一方面 為 減小總 界面能，形成 圖 示的透 鏡 狀，其中二切 線 的 夾 角 θ，且 調(diào) 整到滿 足3. 第二 相 處 于三晶粒交會(huì) 處時(shí) ，依接觸角不同其形狀也不同。 ，三晶粒交會(huì)點(diǎn)應(yīng)滿足圖中公式的關(guān)系。四、晶界的平衡形貌 平衡形貌：以二維空間為例，可以理解三維的狀態(tài)。他 認(rèn)為這 是晶界的位 錯(cuò)結(jié) 構(gòu)某種程度的殘留，因而提出了一種大角度晶界的 圖 象，其特點(diǎn)是晶界 結(jié) 構(gòu)隨 ?角作 連續(xù)變化。 斯莫留 喬 符斯基 （ Smoluchowski）根據(jù)原子沿晶界 擴(kuò) 散 實(shí)驗(yàn)結(jié) 果，提出了 對(duì) 小 島模型的 補(bǔ) 充。無序群具有 較 大的流 動(dòng) 性。這 些 島嶼 的直徑 約為 數(shù)個(gè)原子 間 距，用小 島 模型也可以解 釋 晶界滑 動(dòng) 的 現(xiàn) 象 。5) 大角晶界 的結(jié)構(gòu)最主要的模型有下列兩種：(1)非晶 態(tài) 模型 這 種 理 論認(rèn)為 晶界 層 中原子 排列接近于 過 冷的液體或非晶 態(tài) 物 質(zhì) ，在 應(yīng) 力作用下可以引起粘滯性流 動(dòng) (溫度相 對(duì)較高 時(shí) )；在低溫 時(shí) 表 現(xiàn) 出高的 強(qiáng) 度及低的可塑性。4) 小 角度晶界的移動(dòng) 根據(jù) 位 錯(cuò) 模型，小角度的 對(duì) 稱 傾側(cè) 晶界是由一列平行的具有相同滑移面的刃型位錯(cuò) 所 組 成的。? 更常 見 的是形成半共格相界。 這 種相界面能量很小。無 論 那種情況，界面都存在自己的界面能，都將 對(duì) 材料的 結(jié) 構(gòu)形貌 (組織 )帶 來明 顯 的影響。 3)相界面的主要特性：相界面的 結(jié) 構(gòu)和晶界有一定的共性，也有一些明 顯 的差 別 。 1)相：在物理化學(xué)中已有了明確的解 釋 。三、相界面 2)相界面：兩種不同相的分界面。 一般 講 ，如果溶 質(zhì) 原子在晶粒內(nèi)和在晶界 層 中的能量差 為 ?E， 則 晶粒內(nèi)的溶 質(zhì) 原子 濃 度 C0和晶界 層 中的溶 質(zhì)原子 濃 度 C應(yīng)滿 足以下的關(guān)系。 產(chǎn) 生的原因可參 見 位 錯(cuò) 與點(diǎn)缺陷的作用，一般 雜質(zhì)原子與晶體的尺寸或性 質(zhì) 差 別 愈大， 這 種偏聚愈嚴(yán) 重。 利用 τ=bτ0/r ，可得 〔 2—229 〕積 分后得 〔 2—230 〕式中 A是 積 分常數(shù)。dEIII＝ 0 (面 積 增大，但能量密度 變 小 )。根據(jù) ?=b/D及 R=kD，可以得到如下關(guān)系： (2—228)dEI＝ 0 (與位 錯(cuò) 無關(guān) )。網(wǎng)絡(luò)的間距 D也可用下式求出；? （ 2—225） 晶界 面上的原子相 對(duì) 正常晶體內(nèi)部的原子而言，均 處 于 較 高的能量狀 態(tài) ，因此，晶界也存在界面能。關(guān)于大角度晶界的 結(jié) 構(gòu) 說 法不一，晶界可 視為 23(5)個(gè)原子的 過 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) 無序來理解?？煽闯墒且幌盗腥形?錯(cuò) 排列成墻 ，晶界中位 錯(cuò) 排列愈密， 則 位向差愈大。1. 晶界：晶界就是空 間 取向 (或位向 )不同的相 鄰 晶粒之 間 的分界面。每種材料有特定的 x值 下表面能最低，其中 x=面 穩(wěn) 定稱 為 粗糙表面，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。例如 fcc結(jié) 構(gòu)的晶體自由生 長(zhǎng) 就 為 14面體。 間 的關(guān)系 ： 在 晶體形成的 過 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。由于 不同的晶面原子的排列方式不同，切開破壞的化學(xué) 鍵 的量也不同，所以用不同的晶面作表面 對(duì)應(yīng) 的表面能也不 相同。 3. 表面能 的來源 ： 材料 表面的原子和內(nèi)部原子所 處 的 環(huán) 境不同，內(nèi)部在均勻的力 場(chǎng) 中，能量 較 低，而表面的原子有一個(gè)方向沒有原子 結(jié) 合， 處 在與內(nèi)部相比 較 高的能量水平 。表面能就是表面 張 力， 單 位 為 N/m。 ： 同 體 積 晶體的表面高出晶體內(nèi)部的能量稱 為 晶體的表面自由能或表面能。 四 、 位錯(cuò)的分解與合成 晶體中的界面 ? 面缺陷： 在三 維 空 間 的兩個(gè)方向上的尺寸很大 (晶粒數(shù)量級(jí) )，另外一個(gè)方向上的尺寸很小 (原子尺寸大小 )的晶體缺陷。當(dāng)其方向相反時(shí)，也表現(xiàn)為互相吸引，有條件時(shí)相互靠近，最后可能互相中和而消失。 一對(duì)平行的螺位錯(cuò)，按幾何規(guī)律，其共有面可作為其滑移面。 一 對(duì) 在同一滑移面上平行刃位 錯(cuò) ，當(dāng)其方向相同 時(shí) ，表 現(xiàn)為互相排斥，有條件 時(shí) 相互移 動(dòng) 來增加其距離。 空位會(huì)使刃位 錯(cuò)發(fā) 生攀移運(yùn) 動(dòng) 。 晶體 內(nèi)同 時(shí) 含存在位 錯(cuò) 和點(diǎn)缺陷 時(shí) (特
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