文档介绍：§ 面缺陷?面缺陷的定义?面缺陷:在两个方向上尺寸很大,在一个方向上尺寸很小的缺陷。?面缺陷的类型?金属中常见的面缺陷有表面、晶界、亚晶界和相界。 1 ?从原子结合的角度看,表面原子的结合键数减少,因此表面原子有强烈的倾向与环境中的原子或分子相互作用。?晶体表层原子在不均匀力场作用下会偏离其平衡位置而移向晶体内部,但是正、负离子(或正、负电荷)偏离的程度不同,结果在晶体表面产生了双电层。图离子晶体表面的双电层§ 表面 2 ?晶体内部的原子处于其他原子的包围中,处于均匀的力场中,总合力为零,处于能量最低的状态。而表面原子却不同,它与气相(或液相)接触,处于不均匀的力场之中,其能量较高,高出的能量称为表面自由能。?晶体中不同晶面的表面能数值不同,这是由于表面能的本质是表面原子的不饱和键,而不同晶面上的原子密度不同, 密排面的原子密度最大,则该面上任一原子与相邻晶面原子的作用键数最少,故以密排面作为表面时不饱和键数最少, 表面能量低。晶体总是力图处于最低的自由能状态,所以一定体积的晶体的平衡几何外形应满足表面能总和为最小。 3 自然界的有些矿物或人工结晶的盐类等常有规则的几何外形,他们的表面常由最密排面及次密排面组成,这是一种低能的几何形态。考虑其他因素的影响→大多数的晶体并不具有规则的几何外形晶体的宏观表面可以加工的十分光滑,但从原子的尺度来看仍是十分粗糙而凸凹不平。不管表面是否平行于密排面, 宏观表面基本上由一系列平行的原子密排面及相应的台阶组成,台阶的密度取决于表面和密排面的夹角。 4 ?属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界;而每个晶粒有时又由若干个位向稍有差异的亚晶粒所组成,相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界。图晶界与亚晶界示意图§ 晶界与相界根据晶界两侧晶粒位相差的不同可分为小角度晶界和大角度晶界。亚晶界属于小角度晶界。 5 ?相邻晶粒的位向差小于 10°的晶界称为小角度晶界。?根据形成晶界时的操作不同,晶界分为倾斜晶界( tilt boundary )和扭转晶界( twist boundary )。图倾斜晶界与扭转晶界示意图 6 倾斜晶界又包括对称倾斜晶界和不对称倾斜晶界。下面先以简单立方晶体为例讨论: 7 简单立方结构晶体的对称倾斜晶界倾斜晶界为( 100 )面(晶界)。投影面为( 001 )面。两侧晶体的位向差为θ,相当于相邻晶粒绕[001] 轴反向各自旋转θ/2而成。转轴是[001] 几何特征是相邻两晶粒相对于晶界作旋转,转轴在晶界内并与位错线平行。为了填补相邻两个晶粒取向之间的偏差,使原子的排列尽可能接近原来的完整晶格,每隔几行就插入一片原子。图简单立方晶体中的对称倾斜晶界 8 对称倾斜晶界是最简单的小角度晶界( symmetrical tilt boundary ), 这种晶界的结构特点是由一系列平行等距离排列的同号刃位错所构成。位错间距离 D、伯氏矢量 b与取向差θ之间满足下列关系由上式知,当θ小时,位错间距较大,若 b= ,θ=1 o,则 D=14nm ;若θ> 10 o,则位错间距太近,位错模型不再适应。???bbDD b???2 sin 2 ; 22 sin9结构特点是: 由两组相互垂直的刃位错所组成。简单立方晶体中的不对称倾斜晶界形成: 界面是绕[001] 轴旋转角度φ的任意面, 相邻两晶粒的取向差仍是很小的θ角, 但界面两侧晶粒是不对称的。界面与左侧晶粒轴向夹角为φ-θ/2, 与右侧晶粒的[100] 成φ+θ/2 ]00 1[晶界平面是任意面转轴是[001] 10