1.2 无机材料的塑性形变

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1、1.2无机材料的塑性形变塑性：使固体产生变形的力，在超过该固体的屈服应力后，出现能使该固体长期保持其变形后的形状或尺寸，即非可逆性能。塑性形变：一种在外力移除后不能恢复的形变。材料经塑性变形而不破坏的能力叫延展性。无机材料的塑性形变比金属困难，在常温时大都缺乏延展性。1.2无机材料的塑性形变Kbr和MgO晶体弯曲试验的应力-应变曲线补充知识：相变增韧含CeO2（氧化铈）的四方ZrO2的多晶瓷在应力超过一定值后，由于四方相转变为单斜相，表现出很大的塑性变形，称为相变塑性。ZrO2晶粒具有3种同质异构体，即立方晶相、四方晶相和单斜晶相。各相稳定存在的大致温度范围是：立方相大于2300℃，四方相大

2、于1100℃，单斜相小于1100℃。在烧成温度下，ZrO2颗粒一般以四方相存在。当冷却到某一温度时，即发生相变，转变成单斜ZrO2，并伴随着一定的体积膨胀和晶粒形状的变化。但是当ZrO2颗粒弥散在其他陶瓷基体中，受到周围基体的束缚时，它的相变也受到抑制有可能使四方ZrO2保持到室温。只有在基体受到外力作用，使基体对ZrO2颗粒的束缚作用松弛后，才触发了它向单斜相转变，从而达到相变增韧的效果。1.2.1晶体的塑性形变晶体中塑性形变的两种基本方式：滑移和孪晶。在晶体中最常见的是滑移。孪晶是指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面（即特定取向关系）构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为“孪

3、晶”，此公共晶面就称孪晶面。（P18)晶格滑移：晶体的一部分相对另一部分平移滑动。在晶体中有许多族平行晶面，每一族晶面都有一定面间距，且晶面指数小的面，原子密度越大，滑动较小的距离就能使晶体结构复原，比较容易滑动。1.晶格滑移＋－＋－＋－－＋－＋－＋＋－＋－＋－－＋－＋－＋产生滑移的条件：面间距大；每个面上是同一种电荷的原子，相对滑动面上的电荷相反；滑移矢量（柏格斯矢量）小。（P19归纳为几何因素和静电作用因素）＋－＋－＋－－＋－＋－＋＋－＋－＋－－＋－＋－＋（补充知识）柏氏回路与柏氏矢量：柏氏矢量可通过柏氏回路（Burgerscircuit）来确定。在含有位错的实际晶体中作一个包含位

4、错发生畸变的回路，然后将这同样大小的回路置于理想晶体中，此时回路将不能封闭，需引一个额外的矢量b连接回路，才能使回路闭合，这个矢量b就是实际晶体中位错的柏氏矢量。柏氏矢量反映位错区域点阵畸变总累积的大小。柏氏矢量越大，位错周围晶体畸变越严重。柏氏矢量方向代表滑移方向，其大小一般是一个原子间距。滑移系统：包括滑移方向和滑移面，即滑移按一定的晶面和方向进行。滑移方向与原子最密堆积的方向一致，滑移面是原子最密堆积面。(P19NaCl结构）2.滑移系统和临界分解剪切应力（1）滑移系统[01]滑移面（111）滑移面（110）滑移面（112）滑移面（123）方向[111]面心格子体心格子体心格子体心格子

5、abc1-滑移面面积：S/cos；F在滑移面上分剪力：Fcosλ；滑移面上分剪应力：=Fcosλ/(S/cos)=(F/S)cosλcos在同样外应力作用下，引起滑移面上剪应力大小取决于cosλcos的大小；滑移系统越多，cosλcos大的机会就多，达到临界剪切应力(0)的机会也越多。F滑移面滑移方向λS（2）临界分解剪切应力金属非金属由一种离子组成组成复杂金属键无方向性共价键或离子键有方向结构简单结构复杂滑移系统多滑移系统少（3）金属与非金属晶体滑移难易的比较（P20）从原子尺度变化解释塑性形变：当构成晶体的一部分原子

6、相对于另一部分原子转移到新平衡位置时，晶体出现永久形变，晶体体积没有变化，仅是形状发生变化。如果所有原子同时移动，需要很大能量才出现滑动，该能量接近于所有这些键同时断裂时所需的离解能总和；由此推断产生塑变所需能量与晶格能同一数量级；实际测试结果：晶格能超过产生塑变所需能量几个数量级。3.塑性形变的机理（位错运动理论）完整晶体的势能曲线有位错时，晶体的势能曲线(对称)（h小于h）加剪应力后的势能曲线(不对称)（H()小于h）······hhH()滑移面势能空位位错运动激活能H()，与剪切应力有关，剪应力大，H()小；小，H()大。当=0时，H()最大,H()

7、=h.原子具有激活能的几率（或原子脱离平衡位置的几率）与波尔兹曼因子成正比，其运动速度与波尔兹曼因子成正比。(位错运动速度等同于原子运动速度)v=v0exp[-H()/kT]v0------与原子热振动固有频率有关的常数；k------波尔兹曼常数，为1.38×10-23J/K原子运动的速度=0，T=300K则kT=4.14×10-21J=4.14×1021×6.24×1018eV=0.026eV金属材