实际金属的晶体结构

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1、第三节实际金属的晶体结构前面讨论的晶体是所谓的理想晶体，即原子或分子在空间呈绝对规则的排列。但实际上晶体的某些区域总是存在原子或分子的不规则排列，这就是晶体结构缺陷，以下简称晶体缺陷。晶体缺陷对晶体的性能和物理化学变化(如强度、塑性、扩散、固态相变等)都有着重大的影响。引言晶体结构缺陷的类型缺陷的类型点缺陷线缺陷面缺陷其特点：在三维方向上的尺寸都很小，缺陷的尺寸处在一、两个原子大小的级别，又称零维缺陷。其特点：仅在一维方向上的尺寸较大，而另外二维方向上的尺寸都很小，故也称一维缺陷，通常是指位错。其特点：仅在二维方向上的尺寸较大，而另外一维方向

2、上的尺寸很小，故也称二维缺陷。点缺陷间隙原子、空位、置换原子面缺陷晶体表面、晶界、相界面等线缺陷位错（刃型、螺旋）晶体中的各种点缺陷1—大置换原子2—肖脱基空位3—异类间隙原子4—复合空位5—弗兰克尔空位6—小的置换原子点缺陷1空位形成原因：原子的热运动导致能量起伏，使一些原子脱离原有位置迁移到别处，在原位形成空结点。脱离平衡位置的原子去处：移至表面——肖脱基空位间隙——弗兰克尔空位其它空位处——使空位变换位置┕是一种热平衡缺陷空位肖脱基空位肖脱基空位:如原子在热起伏过程中获得足够能量离开平衡位置，跳跃到晶体的表面，在原位置上留下空位，这种

3、缺陷称为肖脱基空位。┕金属中大部分为此空位。弗兰克尔空位：在晶格内原子热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置后，进入晶格点的间隙位置，变成间隙原子，而在原来的位置上形成一个空位，这种缺陷称为弗兰克尔空位。弗兰克尔缺陷处于不断的运动、消失和形成过程中遇到周围空位换位迁移至晶体表面消失遇到间隙原子消失空位的移动：空位的移动abcdef空位的浓度:温度↑，浓度↑；温度↓，浓度↓。但空位的平衡浓度是很小的(如铜：一般为10-5数量级)。浓度随温度变化而改变在空位周围的原子会偏离平衡位置出现弹性畸变区。┕晶格畸变空位引起的晶格畸变2间隙原子处于晶格

4、间隙中的原子间隙原子可以为晶格中的原子（发生严重晶格畸变），也可能为异类原子(如：H、N、C、B等，晶格畸变较空位严重）。间隙原子也是一种热平衡缺陷┕平衡浓度为固溶度或溶解度┕产生晶格畸变如果间隙原子是其它元素就称为异类原子（杂质原子）间隙原子间隙原子引起的晶格畸变3置换原子占据原来基体原子平衡位置的异类原子产生晶格畸变是一种热平衡缺陷┕平衡浓度为固溶度或溶解度（比间隙原子的固溶度要大得多）三种点缺陷均为热平衡缺陷，均造成晶格畸变，对金属的性能产生影响。小原子置换引起的晶格畸变线缺陷线缺陷：即位错(分为刃型位错和螺旋位错)。它是指晶体中的原

5、子发生了有规律的错排现象。特点：原子发生错排的范围只在一维方向上很大，直径为3～5个原子间距，长数百个原子间距以上的管状原子畸变区。1刃型位错形成及定义：晶体在大于屈服值的切应力τ作用下，以ABCD面为滑移面发生滑移。滑移后产生额外半原子面EFGH，EF是晶体已滑移部分和未滑移部分的交线，EF线犹如砍入晶体的一把刀的刀刃，即刃位错(或棱位错)。ABCDEFGH刃型位错示意图刃型位错分类:正刃位错：额外半原子面位于晶体的上半部，“┻”负刃位错：额外半原子面位于晶体的下半部，“┳”正刃位错负刃位错刃型位错的重要特征：①刃型位错有一额外半原子面②位

6、错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，既有切应变，又有正应变，对于正刃型位错，滑移面之上晶格受到压应力，滑移面之下受到拉应力。负刃型位错与此相反。注意：额外半原子面不一定是平面，可以是曲面。但是位错线一定是垂直于滑移方向的，这是刃型位错的特征之一。③位错线与晶体的滑移方向相垂直，位错线运动的方向垂直于位错线。ABCDττDADDAD位错线形成及定义：晶体在外加切应力τ作用下，沿ABCD面滑移，由于位错线EF周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，故称为螺型位错。图中EF线为已滑移区与未滑移区的分界处。2螺型位错EF分类：有左螺旋和右螺

7、旋。根据螺旋面旋转方向，符合右手法则（即以右手拇指代表螺旋面前进方向，其他四指代表螺旋面的旋转方向）的称为右旋螺型位错。符合左手法则的称为左旋螺型位错.MQPON左旋螺型位错ABCDττDADDAD右旋螺型位错螺型位错的重要特征：①螺型位错没有额外半原子面。②位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中只有切应变，没有正应变。③位错线EF与晶体的滑移方向相平行。位错线运动的方向垂直于位错线。位错线运动方向位错线FE刃型位错与螺型位错的区别：—螺型位错没有额外半原子面，而刃型位错有；—螺型位错只有切应变，没有正应变，而刃型位错均有；—螺型位

8、错的位错线与晶体的滑移方向相平行，而刃型位错则垂直。—刃型位错的滑移面是唯一的，而螺型位错可以从一个滑移面滑移到另一个滑移面。⑴在实际晶体中，从距离位错一定距离的任