第三讲实际金属晶体结构

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1、第三讲实际金属的晶体结构第三节实际金属的晶体结构一、主要内容：晶体缺陷的概念，研究晶体缺陷的意义，晶体缺陷的种类点缺陷的概念、种类，点缺陷产生的原因，晶格畸变的概念，间隙原子，置换原子，晶格空位，线缺陷的概念，线缺陷的种类，刃型位错、螺型位错的特征，正刃型位错、负刃型位错，左螺型位错、右螺型位错，混合型位错，位错周围的应力场，位错周围的晶格畸变，柏氏矢量的概念，柏氏矢量的确定、表示方法，用柏氏矢量判断位错的类型，位错密度，位错在晶体中的特性。面缺陷的种类，晶体表面，晶界，小角度晶界，大角度晶界，亚晶界，堆垛层错，相界，晶界的特性。二、要点

2、：缺陷的概念及缺陷的种类。三、方法说明;晶体内部的缺陷确实存在，晶体内部的缺陷对金属的性能有很大的影响甚至起着决定性的作用。应该了解晶界与相界的区别，晶界的特性。重点概念：是晶格畸变，间隙原子，置换原子，位错，亚结构。难点：是螺型位错，用模型讲述会更清楚。授课内容：一、点缺陷点缺陷的类型及特点：金属晶体中常见的点缺陷有：空位、间隙原子、置换原子等。晶体中位于晶格结点上的原子并非静止不动的，而是以其平衡位置为中心作热运动。当某一瞬间，某个原子具有足够大的能量，克服周围原子对它的制约，跳出其所在的位置，使晶格中形成空结点，称空位。挤入间隙的原

3、子叫间隙原子；占据在原来晶格结点的异类原子叫置换原子。1、空位空位是一种热平衡缺陷,即在一定温度下,空位有一定的平衡浓度。空位在晶体中的位置不是固定不变的,而是不断运动变化的。空位是由原子脱离其平衡位置而形成的，脱离平衡位置的原子大致有三个去处：(1)迁移到晶体表面上,这样所产生的空位叫肖脱基空位；(2)迁移到晶格的间隙中,这样所形成的空位叫弗兰克尔空位；(3)迁移到其他空位处,这样虽然不产生新的空位,但可以使空位变换位置。晶格畸变：由于空位的存在。其周围原子失去了一个近邻原子而使相互间的作用失去平衡，因而它们朝空位方向稍有移动，偏离其平

4、衡位置，就会在空位周围出现一个涉及几个原子间距范围的弹性畸变区，叫晶格畸变。2、间隙原子处于晶格间隙中的原子即为间隙原子。在形成弗兰克尔空位的同时,也形成一个间隙原子，另外溶质原子挤入溶剂的晶格间隙中后，也称为间隙原子,他们都会造成严重的晶体畸变。间隙原子也是一种热平衡缺陷，在一定温度下有一平衡浓度，对于异类间隙原子来说，常将这一平衡浓度称为固溶度或溶解度。3、置换原子占据在原来基体原子平衡位置上的异类原子称为置换原子。由于原子大小的区别也会造成晶格畸变，置换原子在一定温度下也有一个平衡浓度值，一般称之为固溶度或溶解度，通常它比间隙原子的

5、固溶度要大的多。一、线缺陷线缺陷的类型及特点：线缺陷有刃型位错，螺型位错和混合型位错1、刃型位错的定义：晶体中已滑移区与未滑移区的边界线（即位错线）若垂直于滑移方向，则会存在一多余半排原子面，它象一把刀刃插入晶体中，使此处上下两部分晶体产生原子错排，这种晶体缺陷称为刃型位错。多余半排原子面在滑移面上方的称正刃型位错，记为“┻”；相反，半排原子面在滑移面下方的称负刃型位错，记为“┳”。2、刃型位错的结构特征1）有一额外的半原子面，分正和负刃型位错；2）可理解为是已滑移区与未滑移区的边界线，可是直线也可是折线和曲线，但它们必与滑移方向和滑移矢

6、量垂直；3）只能在同时包含有位错线和滑移矢量的滑移平面上滑移；4）位错周围点阵发生弹性畸变，有切应变，也有正应变；5）位错畸变区只有几个原子间距，是狭长的管道，故是线缺陷。3、螺型位错的定义晶体中已滑移区与未滑移区的边界线（即位错线）若平行于滑移方向，则在该处附近原子平面已扭曲为螺旋面，即位错线附近的原子是按螺旋形式排列的，这种晶体缺陷称为螺型位错。根据原子旋转方向的不同,螺型位错可分为左螺型和右螺型位错,通常用拇指代表螺旋前进方向，其余四指代表螺旋方向，符合右手法则的称右螺旋位错；符合左手法则的称为左螺旋位错。　4、螺型位错的结构特征1

7、）无额外的半原子面，原子错排程轴对称，分右旋和左旋螺型位错；2）一定是直线，与滑移矢量平行，位错线移动方向与晶体滑移方向垂直；3）滑移面不是唯一的，包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面；4）位错周围点阵也发生弹性畸变，但只有平行于位错线的切应变而无正应变，即不引起体积的膨胀和收缩；5）位错畸变区也是几个原子间距宽度，同样是线位错。5、刃型位错与螺形位错的不同(1)螺形位错没有额外半原子面；刃形位错有一个额外半原子面。(2)螺形位错线是一个具有一定宽度的细长的晶格畸变管道,其中只有切应变,而无正应变；刃形位错线是一个具有一定宽度的细长晶

8、格畸变管道,其中既有正应变,又有切应变。(3)位错线与滑移方向平行,位错线运动的方向与位错线垂直；位错线与晶体滑移的方向垂直,即位错线运动的方向垂直于位错线6、混合型位错晶体中已滑移区与未滑移