文档介绍：第七章晶体缺陷
第一章所述的晶体结构是理想晶体的结构,但是在实际应用的金属中,总是
不可避免地存在着不完整性,即原子的排列都不是完美无缺的。实际金属中原子
排列的不完整性称为晶体缺陷。按照晶体缺陷的几何形态特征,可以将其分为以
下三类:
(1)点缺陷(point defect) 其特征是三个方向上的尺寸都很小,相当于原
子的尺寸,例如空位(vacancy)、间隙原子(interstitial atom)、置换原子
(substitional atom)等;
(2)线缺陷(line defect) 其特征是在两个方向上的尺寸很小,另一个方
向上的尺寸相对很大。属于这一类缺陷的主要是位错(dislocation);
(3)面缺陷(interfacial defect) 其特征是在一个方向上的尺寸很小,另两个
方向上的尺寸相对很大,例如晶界、亚晶界(subgrain boundary)等。
7-1 点缺陷
常见的点缺陷有三种,即空位、间隙原子和置换原子,如图 所示。
间隙原子
空位
置换原子
图 晶体中的点缺陷
一、空位
在实际晶体的晶格中,并不是每个平衡位置都为原子所占据,总有极少数位
置是空着的,这就是空位。由于空位的出现,使其周围的原子偏离平衡位置,发
生晶格畸变(distortion),所以说空位是一种点缺陷。
二、间隙原子
间隙原子就是处于晶格空隙中的原子。晶格中原子间的空隙是很小的,一个
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原子硬挤进去,必然使周围的原子偏离平衡位置,造成晶格畸变,因此间隙原子
也是一种点缺陷。间隙原子有两种,一种是同类原子的间隙原子,另一种是异类
原子的间隙原子。
三、置换原子
许多异类原子溶入金属晶体时,如果占据在原来基体原子的平衡位置上,则
称为置换原子。由于置换原子的大小与基体原子不可能完全相同,因此其周围临
近原子也将偏离其平衡位置,造成晶格畸变,因此置换原子也是一种点缺陷。
由上可知,不管是哪类点缺陷,都会造成晶格畸变,这将对金属的性能产生
影响,如使屈服强度升高、电阻增大、体积膨胀等。此外,点缺陷的存在,还将
加速金属中的扩散过程,从而影响与扩散有关的相变化、化学热处理、高温下的
塑性变形和断裂等。
7-2 线缺陷
晶体中的线缺陷就是各种类型的位错。位错是一种极重要的晶体缺陷,它是
在晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的位错现象,使长度达几百至几
万个原子间距、宽约几个原子间距范围内的原子离开其平衡位置,发生了有规律
的错动。位错有多种类型,其中最简单、也是最基本的有两种:刃型位错(edge
dislocation)和螺型位错(screw dislocation),如图 所示。
(a)完整晶体(b)刃型位错(c)螺型位错
图 完整晶体和位错
一、刃型位错
刃型位错如图 (b)所示。由图可见,晶体的上半部分已经发生了局部滑移,
左边是未滑移区,右边是已滑移区,原子向左移动了一个原子间距。在已滑移区