第八节面缺陷

A：不属于任一晶粒 的原子； D：同时属于两个晶 粒的原子； B：受压缩的区域； C：受拉伸的区域。
大角晶界模型
二、亚晶界
亚晶界：晶粒内部位向差很小(通常<1°)的亚 结构之间的交界。属于小角晶界。 晶粒平均直径：约 0.015~0.24mm(15~240μ m); 亚结构平均直径：约 0.001mm(1μ m)。 亚结构的形成：在凝固、变形、再结晶以及固 态相变等过程中形成。
三、孪晶界
孪晶：指相邻两个晶粒(或一个晶粒内的两个 部分)的原子相对于一个公共晶面呈镜面对称排 列。 孪晶面：孪晶间的公共晶面。 孪晶界：孪晶之间的界面。 共格界面：界面上的原子所占位置恰好是相 邻两晶粒点阵的共有位置。 共格孪晶界：孪晶界与孪晶面一致的孪晶界。 非共格孪晶界：孪晶界与孪晶面不一致的孪 晶界。
晶界能：可以以界面张力的形式表现出来，且
可以通过界面交角的测定求出它们的相对值。
纯金属及单相合金中， 大角晶界：γ12=γ23=γ31， 则 θ12=θ23=θ31=120°。 说明三个晶粒交界时，界面角趋向于最稳 定的120°。 故在平衡条件下（退火状态），单相合金 金相试样中观察到三叉晶界，确实接近120°。
五、界面能
界面能：由于界面上原子排列不规则，产 生点阵畸变，引起的能量增量。 用单位面积上的能量γ(J/m2)表示。 纯金属及单相合金： 大角度晶界----晶界能最高； 小角度晶界----晶界能较低； 共格孪晶界----晶界能最低。 多相合金中: 非共格相界面----界面能最高； 共格相界面界----面能最低； 半共 格相界面----界面能居中。
六、晶界的特性
金属的许多现象和变化过程都与晶界有关， 金属材料的力学性能和破坏事故，晶界往往 起着很大的、有时甚至是决定性的作用。
晶界处原子排列不规则，存在较多的空位、
位错等，点阵畸变较大，原子偏离其平衡位置，具有较高的动能。晶 Nhomakorabea具有的特性：
① 晶粒长大和晶界平直化在热力学上是自发过程。
当然需要动能，温度越高，越有利于晶粒长大 和晶界平直化，如奥氏体晶粒随加热温度的升 高而增大。 ② 常温下晶界的强度高于晶内。 ③ 晶界处原子的扩散速度比晶内快。 ④ 晶界的熔点较晶内低。 ⑤ 固态相变首先发生于晶界。 ⑥ 晶界的腐蚀速度比晶内快。 ⑦ 晶界处易富集某些微量元素。如B、C、N等。
金属晶体中各晶面的原子排列密度不同，各 个面的表面能也不同。 面心立方金晶体表面能极图：图中径向矢量 等于垂直于该矢量的晶体表面上表面张力的大小。 原子密排表面{111}具有最小的表面能。 若以密排晶面作表面，晶体能量较低。 晶体的外表面： 通常尽可能是这类低 表面能的晶面。
表面与低能晶面成一定角度： 表面成台阶状。 台阶的平面：低表面能的晶面。 台阶的密度：取决于表面与低能面的交角。 微观尺度上：表面是“粗糙”的。
模型： 扭转晶界：由两组 交叉的螺型位错构成 的网络组成。 晶界两侧的原子位 置在位错处不吻合， 而其余处是吻合的。
小结：
单纯的倾侧晶界和扭转晶界是小角 度晶界的两种特殊情况。 一般的小角度晶界更复杂，但都存 在位错网络。
2、大角晶界
模型：相邻晶粒在邻接处由不规则的台阶组成。 晶界上的原子同时受到位向不同的两个晶粒中的 原子作用。 纯金属中大角度晶界的厚度不超过3个原子间距。 基本特点： (1)过渡层厚度仅几个原子间距; (2)原子排列很混乱; (3)原子排列相对稀疏。
四、相界
相界：相邻两个相之间的界面。 共格相界：相邻两个晶粒的原子在界面上一 对一地相互匹配形成的相界面。 理想的具有完善共格关系的相界少见；具有 弹性畸变的共格相界常见。 非共格相界：不存在点 阵匹配规则性的相界 面。 半共格相界：两相的原子在界面上部分匹配 的相界面。其特征是沿相界面，每隔一定距离产 生一个刃型位错，相界上其余原子是共格的。
若θ =1°=0.0175rad（弧度），b=2.5A°， D=142A°； 若θ =10°=0.175rad时，D=14.2A ° ，每 隔5~6个原子就有一个位错，此时位错密度过 大（约为4×1015/m2，相当于经过剧烈冷变 形后的位错密度）。 若 θ >10°，此模型不适用。
(2)扭转晶界：
七、晶体的外表面
表面原子一侧没有固体原子与之键合，有较 高能量几个原子层厚，与周围气相或液相接触 的面，其结构、性能与晶体内部不相同。 晶体表面原子与周围原子键合数减少，多余 的未结合的键使内能增加。 表面能：晶体表面的单位面积自由能的增量 γ(J/m2)。 表面能也可以用单位长度上的表面张力 (N/m)表示。
第八节 面缺陷
外表面：固体与气体(液体)的界面。 面缺陷 内界面 晶界： 相邻晶粒晶体结构、化 学成分、点阵常数相同， 但位向不同。 相界：相邻晶粒成分不同， 结构不同；若结构相 同，点阵常数也会有 较大差别。 面缺陷对材料的物理、化学和力学性能 都有重要影响。
一、晶界
晶界：相邻晶粒之间的界面。 根据相邻晶粒位向差的大小，晶界可分为： 小角度晶界：相邻晶粒位向差<10°。 大角度晶界：相邻晶粒位向差>10°，一般在 30~40°范围。
界面能与位相差的关系：
小角晶界： 界面能：与位向 差有关，
0 ( B ln )
γ0=Gb/4π(1-υ )，为常数，取决于 材料的切变模量G和位错的b； B－积分常数，取决于位错中心原 子错排能。 γ随θ 的增加而增大。
大角晶界： 位向差θ ：一般都在30～40°左右。 界面能：与位向差θ 无关，大体上为一 常数(约0.25~1.0J/m2)。 故两晶粒间的界面能γ • A将取决于界面 面积A。
1、小角度晶界
(1)对称倾侧晶界：相邻两晶粒位向差θ 角 很小。
晶界看成由一系列相隔一定 距离的刃型位错垂直排列而成。 晶界平面是两个相邻晶粒的 对称平面，两边晶粒绕其各自旋 转了方向相反的θ/2。 θ：倾侧角。 如相邻位错距离为D，则 ：
b 2 sin D 2
当θ很小时， b sin , D 2 2 随θ的增大，位错间距将减小。
晶体表面台阶