3.3 面缺陷
《材料科学基础》课程教学大纲
《材料科学基础》课程教学大纲一、《材料科学基础》课程说明（一）课程代码：08131015（二）课程英文名称：Fun dame ntals of Materials Scie nee（三）开课对象：材料物理专业（四）课程性质：《材料科学基础》是材料科学与工程系各专业本科生的一门重要的专业基础课，以介绍工程材料的基础理论为目的，既具有较强的理论性，又与生产实际有紧密的联系。
研究材料的成份、组织结构、性能及三者间的关系。
（五）教学目的：掌握有关工程材料的基本理论和知识，训练用所学理论分析实际问题的方法和思路。
初步掌握材料的科学实验方法和有关的实验技术；掌握定量、半定量地解决工程材料问题的方法。
（六）教学内容：本课程主要包括工程材料中的原子排列、固体中的相结构、凝固、相图、固体中的扩散、塑性变形、回复与再结晶、固态相变、复合效应与界面，以上内容都是材料科学的基础理论，它对于发展新材料、培养学生创新能力具有深远的意义。
（七）学时数、学分数及学时数具体分配学时数：72学时分数：4 学分学时数具体分配：（八）教学方式：以讲授为主的教学方式。
（九）考核方式和成绩记载说明：考核方式为考试。
严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。
综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40%，期末成绩占60%。
二、讲授大纲与各章的基本要求第一章工程材料中的原子排列教学要点：通过本章的学习使学生掌握固体中原子的排列方式和分布规律，包括固体中的原子是如何相互作用并结合起来的，晶体的特征及其描述方法，晶体结构的特点，各种晶体间的差异，以及晶体结构中缺陷的类型及性质。
这些都是本章重点介绍的内容。
这些知识不仅是学习材料学科课程的基础，也是学习其他专业课程比不可少的基础。
1. 掌握晶面、晶向的表示方法2 •熟悉三种典型的晶体结构3 •晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本性质4•位错的应力场和应变能；位错的运动与交互作用教学时数：13 学时教学内容：第一节原子键合一、固体中的原子的结合键（金属键、共价键、离子键、分子键、氢键）二、工程材料的分类第二节原子的规则排列一、晶体学基础（晶体、结构、空间点阵、布拉菲点阵晶面指数、晶向指数、晶面间距）二、晶体结构及其几何特征（金属中常见晶体结构、陶瓷的晶体结构）第三节原子的不规则排列一、点缺陷（平衡浓度、形成、结构和能量）二、线缺陷（位错的基本类型、柏氏矢量、位错密度、作用在位错上的力及位错的运动、位错的应力场与应变能位错之间的交互作用、位错的增值、塞积与交割、实际晶体中的位错）三、面缺陷（晶界、亚晶界、挛晶界和相界）考核要求：1、原子键合1.1 固体中的原子的结合键（识记）1.2 工程材料的分类（领会）2、原子的规则排列2.1 晶体学基础（领会）2.2 晶体结构及其几何特征（识记）3、原子的不规则排列3.1点缺陷（应用）3.2线缺陷（应用）3.3面缺陷（领会）第二章固体中的相结构教学要点：通过本章的学习使学生掌握固熔体、化合物、陶瓷晶体相、玻璃相及分子相等五类。
面缺陷的名词解释
面缺陷的名词解释面缺陷，即指在产品表面出现的不完美现象，无论是工业制品还是日常物品，都可能存在面缺陷。
这些缺陷可以包括但不限于凹凸不平、划伤、气孔、氧化、裂纹等。
面缺陷是由于制造过程中的各种原因所引起的。
首先，可能是材料本身的问题，如材料的质量不佳、成分不均匀等。
其次，制造工艺中的技术问题也会导致面缺陷的产生，例如生产设备的精确度不足、加工工艺的不合理等。
此外，环境因素如温度、湿度等也可能对产品表面造成影响。
面缺陷的存在不仅影响产品的美观，还可能对产品的功能和性能产生负面影响。
在一些行业，如汽车制造和电子设备制造等，高质量的表面质量是至关重要的，因为它们直接关系到产品的品牌形象和市场竞争力。
同时，在一些高端产品中，如奢侈品和精密仪器，表面质量的完美无瑕更是追求的目标，任何面缺陷都可能导致产品价值的大幅下降。
为解决面缺陷问题，许多制造企业已经采取了一系列的措施。
首先，他们加强质量控制和质量检查，确保在产品制造过程中尽量减少面缺陷的产生。
其次，他们积极引进新的技术和设备，提高生产工艺的精确度和效率。
例如，利用激光切割、数控加工等先进的制造技术，可以更好地控制材料的形状和尺寸，减少面缺陷的发生。
此外，一些企业还使用了涂料、表面处理剂等特殊材料，提高产品的耐用性和表面质量。
尽管制造企业在面缺陷问题上做出了许多努力，但仍然难以完全解决这一问题。
面缺陷的产生是一个复杂的过程，受到许多因素的影响，有时候即使在制定了严格的质量控制流程下，仍然无法避免。
因此，改进制造工艺和控制手段，研发新型材料以及提高生产设备的精确度仍然是未来的方向。
除了制造企业的努力，消费者也扮演着重要的角色。
消费者应该对产品的质量有一定的了解，并且在购买时仔细检查产品表面是否存在明显的面缺陷。
同时，消费者也应该提高对产品质量的要求，选择那些表面质量较好的产品，这不仅有助于保护自己的权益，也可以推动制造企业进一步提高产品质量。
总之，面缺陷是制造过程中一个常见且困扰制造企业的问题。
晶体结构缺陷-类型-面缺陷-固溶体-5
（2） MgO溶解到Al2O3晶格中
2 MgO 2 Mg VO 2OO Al Al2O3
(1－4)
Mgi 3OO 3 MgO 2 Mg Al
Al2O3
(1－5)
（1－5〕较不合理。因为Mg2+进入间隙位置不易发生。
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(2) 间隙原子 间隙（interstitial）原子用Mi、Xi表示M或X原子 处于间隙位置。
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(3) 错位原子 错位原子用MX、XM等表示，MX表示M原子占 据X的位置。 (4) 自由电子和电子空穴 在典型离子晶体中，电子（electron）或电子 空穴（hole）是属于特定的离子，可以用离子价来 表示。但在有些情况下，有的电子或空穴可能并不 属于某一特定的离子，在外界的光、电、热作用下， 可以在晶体中运动，这样的电子与孔空称为自由电 子和电子孔空，分别用e’和h表示。其中右上标分 别表示一个单位的负电荷和一个单位正电荷。
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3.2 点缺陷
3.2.1 点缺陷的符号表征－Kroger-Vink符号
(1)空位 空位（Vacancy）用V来表示，则VM、VX分别表示M 原子和X原子空位。符号中的右下标表示缺陷所在位置， VM、VX分别表示M或X位置是空的。
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(4) 电荷缺陷
质点排列的周期性未受到破坏，但因电子或
3.3 面缺陷
推广：一般的小角度晶界，其旋转轴和界面可以有任意的取向关系，因 此结构特点是由刃位错、螺位错或混合位错组成的二维位错网所组成。 ——此为小角度晶界的位错模型
2.大角度晶界
相邻晶粒的位向差大于10°
的晶界称为大角度晶界。 大角度晶界的结构较复杂， 原子排列很不规则，由不规则 的台阶组成的。晶界可看成坏 区与好区交替相间组合而成。
，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，
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
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
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 [1 00] 轴向夹角为φ-θ/2， 与右侧晶粒的[100]成φ+θ/2
晶界平面是任意面 转轴是[001]
结构特点是： 由两组相互垂直的刃位错所组 成。
简单立方晶体扭转晶界
旋转θ角 晶面平面是（001）面，转轴是[001] 两者互相垂直 形成：扭转后，为了降低原子错排引起的 能量增加，晶面内的原子会适当位移以确 保尽可能多的原子恢复到平衡位置（此即 结构弛豫），不能回到平衡位置的，最后 形成两组相互垂直分布的螺位错。 结构特点： 晶界是由两组相互垂直的螺位错构成的网络
晶体结构缺陷
4）溶质原子：LM表达L溶质处于M位置，SX表达S溶质处 于X位置。 例：Ca取代了MgO晶格中旳Mg写作CaMg， Ca若填隙在MgO晶格中写作Cai。
5）自由电子及电子空穴：自由电子用符号e′表达。电子空 穴用符号h·表达。它们都不属于某一种特定旳原子全部， 也不固定在某个特定旳原子位置。
VO••
3OO
1 2
O2
例2：CaCl2溶解在KCl中：
产生K空位 ，合 理
CaCl2 KCl CaK• VK' 2ClCl
CaCl2 KCl CaK• Cli' ClCl
Cl-进入填隙位， 不合理
CaCl2 KCl Cai•• 2VK' 2ClCl
Ca进入填 隙位，不合
理
例3：MgO溶解到Al2O3晶格内形成有限置换型固溶体：
荷。为了保持电中性，会产生阴离子空位或间隙阳离子； 2、高价阳离子占据低价阳离子位置时，该位置带有正电
荷，为了保持电中性，会产生阳离子空位或间隙阴离子。
举例：
例1：TiO2在还原气氛下失去部分氧，生成TiO2-x旳反应能 够写为：
2TiO2
2TiT' i
VO••
3OO
1 2
O2
2Ti
4OO
2TiT' i
克罗格-明克符号系统
1、 缺陷符号旳表达措施 （以MX离子晶体为例） 1）空位：VM和VX分别表达M原子空位和X原子空位，V表达缺陷种类，
下标M、X表达原子空位所在位置。
VM〞=VM +2eˊ VX‥ = VX +2 h·
2）填隙原子：Mi和Xi分别表达M及X原子 处于晶格间隙位置 3）错放位置：MX表达M原子被错放在X位置上， 这种缺陷较少。
ch3.3 晶体缺陷--面缺陷(表面与界面)(07级)
第三章 晶体缺陷
3. 晶界能
晶界能：形成单位面时，系统的自由能变化。 晶界能 ： 形成单位面时， 系统的自由能变化 。 它等于界面 区单位面积的能量减去无界面时该区单位面积的能量。J/㎡ 区单位面积的能量减去无界面时该区单位面积的能量。J/㎡。 • 小角度晶界的能量：主要来自位错能量( 小角度晶界的能量：主要来自位错能量(形成位错的能量和 将位错排成有关组态所作的功) 将位错排成有关组态所作的功)，而位密度又决定于晶粒间的 位向差，所以晶界能量与θ有关： 位向差，所以晶界能量与θ有关： 错中心的原子错排能。 错中心的原子错排能。 小角度晶界的晶界能是随位向差增加而增大， 小角度晶界的晶界能是随位向差增加而增大 ， 但该公式只 适用于小角度晶界，而对大角度晶界不适用。 适用于小角度晶界，而对大角度晶界不适用。 • 大角度晶界能量： 与 θ 无关， 基本上为一恒定值, 0 . 25— 大角度晶界能量 ： 无关 ， 基本上为一恒定值 , 25 1.0J/㎡ J/㎡ 的各面角均趋与稳定状态 • 在平衡状态时，三叉晶界的各面角均趋与稳定状态， 在平衡状态时 ，三叉晶界的各面角均趋与稳定状态，此时 φ1 = φ2 = φ3 = 120º。 。
第三章 晶体缺陷
3.3 表面与界面
第三章 晶体缺陷
面缺陷类型： 面缺陷类型： • 表面(crystal surface)：固体材料与气体或液体的分界面 表面( surface)： • 内界面(interface)：晶界、亚晶界、孪晶界、相界、层错 内界面(interface)：晶界、亚晶界、孪晶界、相界、 • • 晶界(grain boundaries)：位向不同的相邻晶粒之间的界面。 晶界(grain boundaries)：位向不同的相邻晶粒之间的界面。 亚晶界(sub boundaries)：晶粒又可分为更小的亚晶粒。 (sub亚晶界(sub-boundaries)：晶粒又可分为更小的亚晶粒。一般晶粒 尺寸为15~25μm。 亚晶粒尺寸为 1μm 。 亚晶粒之间的界面称为亚晶 尺寸为 15~25μm。亚晶粒尺寸为1μm。 15 μm 界。 • • • 孪晶界(twin 孪晶界(twin boundaries) ：相邻两晶粒的原子，相对一定晶面呈 相邻两晶粒的原子， 镜面对称排列，这两晶粒间的界面叫孪晶界。 镜面对称排列，这两晶粒间的界面叫孪晶界。 相界(phase 相界(phase boundaries) :合金的组织往往由多个相组成，不同的 合金的组织往往由多个相组成， 相具有不同的晶体结构和化学成分，两个相之间的界面。 相具有不同的晶体结构和化学成分，两个相之间的界面。 层错(stacking 层错(stacking faults) :
材料科学基础 第三章 晶体缺陷 (七)解读
图 离子晶体表面的双电层
3.3.1 外 表 面
表面 (crystal surface)
偏离平衡位置的并造成表层点阵畸变的且影响到邻 近的能量比内部高的几层高能量的原子层。
表面能(γ）：晶体表面单位面积自由能的增加
dW dS
T L
被割断的结合键数目 能量 形成单位新表面 每个键
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。
图 晶界与亚晶界示意图
3.3.2 晶界和亚晶界
确定晶界位置用：二维点阵中晶界位置可用 两个晶粒的位向差 θ和晶界相对于一个点阵某 一平面的夹角 φ来确定。根据相邻晶粒之间位 向差θ角的大小不同可将晶界分为两类： 按θ的大小分类： 小角度晶界θ<10º 大角度晶界θ>10º
依附界面，长大依靠界面迁移；因此，界面的结构和特性
影响凝固和相变过程; 由于界面的重要影响，受到广泛的重视，成为材料科学的 重要组成内容。
3.3.3 孪晶界
孪晶（ twin ）的定义：
孪晶是指两个晶体(或一个晶体
的两部分)沿一个公共晶面构成 镜面对称的位向关系，这两个 晶体就称为“孪晶(twin)”，此 公共晶面就称孪晶面。
（7）晶界具有不同与晶内的物理性质。
亚晶界属与小角度晶界，为各种亚结构的交界，大小 和尺寸与热加工条件有关。
亚晶界
5、界面对材料性能的影响
界面是晶体中的面缺陷，对晶体材料的性质和转变过程有重要影响;
界面阻碍位错运动，引起界面强化，提高材料的强度。界面阻碍变
形，使变形分布均匀、提高材料的塑性，强度、塑性的提高相应使 材料韧性也得到改善。因此，界面的增加，得到细晶组织，可大大 改善材料的力学性能; 界面具有高的能量，化学介质不稳定，产生晶界腐蚀，故影响材料
外壳外观检验标准
1、目的：经过适当的检验，建立判定标准，以确保产品品质。
2、适用范围：检验规范适用于本公司塑胶外壳产品之检验标准。
3、定义：3.1 测量面定义A面：暴露在外面且在正常使用中可直接看到的主要表面，B面：暴露在外面且在正常使用中不直接看到的次要表面及产品配件的外表面，C面：正常使用时看不到，只能在装卸电池时才可看到的内表面，D面：塑胶壳内部，在正常使用情况下用户看不到的表面。
3.2 缺陷分类定义A. 严重缺陷（CRI.）：可能对机器或装备的操作员造成伤害；潜在危险性的效应，会导致与安全有关的失效或不符合政府法规；影响机械或电气性能，产品在组装后或在客户使用时会发生重大品质事件的缺陷。
B. 主要缺陷（MAJ.）：性能不能达到预期的目标，但不至于引起危险或不安全现象，导致最终影响使用性能和装配；客户很难接受或存在客户抱怨风险的。
C. 次要缺陷（MIN.）：不满足规定的要求但不会影响产品使用功能的；客户不易发现，发现后通过沟通能是客户接受的。
3.3 注塑缺陷不良定义缩水：塑件表面局部由于填充不足或注塑压力不够而形成的凹坑。
熔接线：塑料熔体在型腔中流动时，遇到阻碍物（型芯等物体）时，熔体在绕过阻碍物后不能很好的融合，而在塑料件的表面形成一条明显的线。
顶出痕：由于塑料件的抱紧力，顶杆区域受到顶出力所产生的痕迹或凸起。
破裂：因内应力或机械损伤而造成在塑料件表面上的裂纹。
油渍：在塑料件表面残留的油污。
翘起或变形：塑料件成型时由于受力不均或应力而造成塑料件的变形。
飞边：由于注塑工艺或模具原因，造成在塑料件的边缘分型面处产生的废边。
划痕：由于硬物摩擦而造成塑料件表面现行划伤。
凹凸点：由于模具的损坏等原因造成塑料件表面出现的高低不平。
斑点：在塑料件表面和内部的细微粒和杂质。
3.4装配组件缺陷不良定义段差：装配组合件装配后在接缝处配合面产生的错位。
缝隙：装配组合件装配时的间隙超过标准间隙而产生的缝隙。
变形：由于装配尺寸误差，毛边等原因而造成装配组合件变形现象。
第3章 晶体缺陷 笔记及课后习题详解 (已整理 袁圆 2014.8.6)
第3章晶体缺陷3.1 复习笔记一、点缺陷1．点缺陷的定义点缺陷是在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构正常排列的一种缺陷。
2．点缺陷的特征尺寸范围约为一个或几个原子尺度，故称零维缺陷，包括空位、间隙原子、杂质或溶质原子。
3．点缺陷的形成晶体中，位于点阵结点上的原子以其平衡位置为中心作热振动，当某一原子具有足够大的振动能而使振幅增大到一定限度时，就可能克服周围原子对它的制约作用，跳离其原来的位置，使点阵中形成空结点，称为空位。
离开平衡位置的原子有三个去处：（1）迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置上，而使晶体内部留下空位，称为肖特基（Schottky）缺陷；（2）挤入点阵的间隙位置，而在晶体中同时形成数目相等的空位和间隙原子，则称为弗仑克尔（Frenkel）缺陷；（3）跑到其他空位中，使空位消失或使空位移位；（4）在一定条件下，晶体表面上的原子也可能跑到晶体内部的间隙位置形成间隙原子图3.1 晶体中的点缺陷（a）肖特基缺陷（b）弗伦克尔缺陷（c）间隙原子4．点缺陷的平衡浓度（1）点缺陷存在的影响①造成点阵畸变，使晶体的内能升高，降低了晶体的热力学稳定性；②由于增大了原子排列的混乱程度，并改变了其周围原子的振动频率，引起组态熵和振动熵的改变，使晶体熵值增大，增加了晶体的热力学稳定性。
晶体组态熵的增值：最小，即式中，Q f为空位形成能，单位为J/mol，R为气体常数，R=8.31J/(mol·K)。
（2）点缺陷浓度的几个特点对离子晶体而言，无论是Schottky缺陷还是Frenkel缺陷均是成对出现的事实；同时离子晶体的点缺陷形成能一般都相当大，故在平衡状态下存在的点缺陷浓度是极其微小的。
二、线缺陷1．位错的定义晶体中某一列或若干列原子有规律的错排。
2．线缺陷的特征在两个方向上尺寸很小，另外一个方向上延伸较长，也称一维缺陷。
3．位错（1）位错的分类①刃型位错：晶体的一部分相对于另一部分出现一个多余的半排原子面。
塑胶机壳产品检验标准
☆测试对象：UV、PU、橡胶漆、金属漆、电镀件、镜片、印刷产品、金属装饰件。
☆测试环境：35° C☆测试设备：盐雾实验机☆实验措施：溶液含量：5%旳氯化钠溶液。
将产品用绳子悬挂起来放在实验箱内，让实验水雾能均匀旳喷射到产品旳被测表面。
实验时间为48个小时，实验过程中产品不得被半途取出，如果急需取出测试，要严格记录测试时间，该实验需向后延迟相似时间。
取出产品，常温下放置48小时进行干燥，并对其进行外观检查。
☆检查原则：手机外壳表面及装饰件无明显腐蚀等异常现象为合格。
6.6.6温度冲击测试（Thermal shock）☆测试环境：低温箱：-30° C ；高温箱：+70° C。
☆测试设备：冷热冲击实验箱☆实验措施：将产品放置于高温箱内持续30分钟后，在15秒内迅速移入低温箱并持续30分钟，循环32次。
实验结束后将产品从温度冲击箱中取出，并恢复2小时后进行外观检查。
☆检查原则：产品测试表面无起皮、起泡、裂纹和脱落等异常现象为合格。
6.6.7湿热测试（Humidity Test）☆测试环境：+60° C ，90%RH。
☆实验设备：恒温恒湿箱☆实验措施：将产品旳测试表面朝上放置在温度实验箱内旳架子上，持续48个小时之后取出，常温下放置4小时后，然后进行外观、检查。
☆检查原则：产品测试表面无起皮、起泡、裂纹和脱落等异常现象为合格6.8.对供应商提出旳报告和样品规定6.8.1 1模全尺寸检测报告 (附样品) ；6.8.2 5模重点尺寸检测报告 (附样品) ；6.8.3 外观检查与实验报告 (附样品) ；6.8.4 实验、封样用样品：15模6.8.5 可靠性实验报告6.8.6 包装方式6.8.7 材质证明6.8.8 认定报告（Qualify）6.8.9 出货质量原则7. 附件无。
制程检验标准
生效日期1.0目的为了使制程中的半成品检验时,品质判定有据可依、有序可循，以保证产品质量。
若所定标准与顾客标准有异依双方约定为准。
2.0适应范围适用于本公司外发加工之半成品来料检验和测试之品质判定。
3.0定义3.1致命缺陷（Critical defect）：指该缺陷能导致产品的功能完全丧失，或对人体能造成危害的缺陷均属之。
（简称为：CR）3.2严重缺陷（Major defect）：指该缺陷能导致产品的功能故障、适用性能或影响装配等缺陷均属之。
（简称为：MA）3.3轻微缺陷（Minor defect）：反映该缺陷不影响功能适用性和装配的一般外观性缺陷均属之。
（简称为：MI）3.4接触角（θ）：角焊缝与焊盘图形端接头之间的浸润角。
接触角通过画一条与角焊缝相切的直线来测量，该直线应通过处在角焊缝与端接头或焊盘图形之间的相交平面上的原点。
≤90°的接触角（正浸润角）是合格的，>90°的接触角（负接触角）则是不合格的。
3.5立碑：元器件的一端离开焊盘而向上斜立或直立。
3.6短路（桥接、连焊）：两个或两个以上不应相连的焊点之间的焊料相连，或焊点的焊料与相邻的导线相连。
3.7偏位：元件在焊盘的平面内横向（水平）、纵向（垂直）或旋转方向偏离预定位置（以元件的中心线和焊盘的中心线为基准）。
3.7.1横向（水平）偏位—元件沿焊盘中心线的垂直方向移动为横向偏位；3.7.2纵向（垂直）偏位—元件沿焊盘中心线的平行方向移动为纵向偏位；3.7.3旋转偏位—元件中心线与焊盘中心线呈一定的夹角（θ）为旋转偏位。
3.8漏焊：焊盘上未沾锡，未将零件与焊盘焊接在一起。
3.9零件脱落：焊锡作业或贴过回流焊之后，零件因为外力或红胶工艺时，胶材选择或点胶作业不当）而不在 应有的位置上。
生效日期生效日期平行浮起制程检验标准机型：适合公司所有的PCBA（客户特定要求除外）文件编号版本页次生效日期深圳瑞斯康达科技发展有限公司上锡生效日期生效日期制程检验标准机型：适合公司所有的PCBA（客户特定要求除外）文件编号版本页次生效日期深圳瑞斯康达科技发展有限公司摆 放制程检验标准机型：适合公司所有的PCBA（客户特定要求除外）文件编号版本页次生效日期深圳瑞斯康达科技发展有限公司为纵向偏位；）为旋转偏位。
苹果标准
本标准的附录A为规范性附录。 本标准由北京市园林绿化局提出。 本标准由北京市农业标准化技术委员会果林分会归口。 本标准起草单位：北京市农林科学院林业果树研究所、农业部果品及苗木质量监督检验测试中心（北 京）。 本标准主要起草人：魏钦平、王小伟、刘军、鲁韧强、冯晓元、李文生。
I
DB11/T 599—2008
注 1：只有果锈为其固有特征的品种才能有果锈缺陷。
注 2：果面缺陷，一级不超过 2 项，二级不超过 3 项。
4.2 果实大小规格的规定
鲜苹果果实大小规格按单果重划分，以 25g 为级差，设立以下规格：
≥75g～＜100g，≥100g～＜125g，≥125g～＜150g，≥150g～＜175g，≥175g～＜200g，≥200g～
GB 8855 新鲜水果和蔬菜的取样方法 GB 10651-2008 鲜苹果 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1 新鲜 fresh 果实无失水皱皮、色泽变暗等。 3.2 果梗 stalk 果实上连着枝条的部分。 3.3 果面缺陷 superficial defects 由于自然因素或人为机械的作用，对果实表面造成的各项损伤。 3.4 单果重 weight of a fruit 单个果实的质量，是确定果实大小的依据，以g为单位。 4 要求 4.1 外观等级 鲜苹果果实外观等级应符合表 1 的规定。
ICS 67.080.10 X 24 备案号：23818-2009
北京
市
地
DB
方标准
DB11/T 599—2008
北京果品等级 鲜苹果
Beijing fruit grades fresh apples
2008-11-14 发布
2009-03-01 实施
第三章 晶体缺陷
将晶体加热到高温，形成较多的空位，然后从高温 急冷(Rapid Quenching)到低温，使空位在冷却过程 中来不及消失。在低温时保留下来，形成过饱和空位。
2.辐照法
用高能粒子，如快中子、重粒子等辐照晶体时，由 于粒子的轰击，同时形成大量的等数目的间隙原子和 空位。
3.塑性变形
晶体塑性变形时，通过位错的相互作用也可产生大 量的过饱和点缺陷。
考虑一具有N个点阵位置的晶体，形成n 个空位后，系统的自由能的变化为：
F = nEv-TS
(3-1)
S = Sc + nSv
(3-2)
每一项的物理意义为：F是系统的自由能
改变；Ev是空位形成能；Sc是形成一个空位 后，系统的组态熵；Sv是形成一个空位引起 振动熵的变化。
公式(3-1)可用图3-2来表示：n=ne时的空位浓度对 应于平衡空位浓度Cv 。
刃型位错
图3-5示意了晶体中形成刃型位错的过程。
图3-5 晶体中刃型位错形成示意图
EF就是线缺陷--刃型位错。割开面ABCD就是滑移面，滑移
矢量为d，其方向为-x与EF垂直。
这种位错在晶体中有一个多余半原子面。EF 是多余半原子面和滑移面的交线，与滑移方向 垂直，像一把刀刃，所以称为刃位错，如图36所示。
(3-6)
严格地说ρv与ρs是不同的。一般来说ρv >ρs。
实验结果给出下面一些数量级的概念
1.剧烈冷加工的晶体：ρs = 1012 cm-2。 2.充分退火的金属晶体：ρs = 104～108 cm-2。 3.精心制备超纯半导体：ρs = 102 cm-2。 通过计算可知，即使在ρs=1012 cm-2的情况下，试样 的任一平面上，约每1000个原子中有一个位错露头， 缺陷所占的比例仍然很小。
材料科学基础第3-4章小结及习题课讲解
b a u2 v2 w2 n
六方晶系中: b=（a/n）[uvtw]
同一晶体中，柏氏矢量愈大，表明该位错导致点阵畸变愈 严重，它所在处的能量也愈高。
3.2.3 位错的运动
基本形式:滑移和攀移
滑移（slip）:三种位错的滑移过程 攀移（climb）：在垂直于滑移面方向上运动，
第三章 晶体缺陷
晶体缺陷分类及特征（几何形态、相对于晶体的尺寸、影响范围） ：
1. 点缺陷：特征是三维空间的各个方面上尺寸都很小，尺寸
范围约为一个或几个原子尺度，包括空位、间隙原子、杂质 和溶质原子。
2. 线缺陷：特征是在两个方向上尺寸很小，另外一个方面上
很大，如各类位错。
3. 面缺陷：特征是在一个方向上尺寸很小,另外两个方向上
晶界：属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面 称为晶界。
亚晶界：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。
确定晶界位置方法： (1)两晶粒的位向差θ (2)晶界相对于一个点阵某一平面的夹角φ。
晶界分类（按θ的大小）： 小角度晶界θ<10º 大角度晶界θ>10º
（3）刃型位错标记 正刃型位错用“⊥”表示，负刃型位错用“┬”表示；其
正负只是相对而言。
（4）刃型位错特征： 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；
表面能(γ）：产生单位面积新表面所做的功。 表示法：①γ= dw/ds ②γ= T/L （N/m） ③γ= [被割断的结合键数/形成单位新表面]×[能量/每个键] 影响γ的因素： (1)晶体表面原子排列的致密程度。 (2)晶体表面曲率。 (3)外部介质的性质。 (4)晶体性质。
缺陷的类型
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4. 电荷缺陷
指质点排列的周期性未破坏，但因电子 或孔穴的产生，使周期性势场发生畸变而 产生的缺陷。
由能带理论，非金属固体具有价带、禁 带或导带。温度接近0K时，其价带中电子 全部排满，导带中全空。若价带中电子获 得足够能量跃过禁带进入导带，则导带中 的电子、价带中的孔穴使晶体势场畸变而 电荷缺陷 产生电荷缺陷。
精第选p三pt 章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型 21
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3.指非组化成上学偏计离量化缺学中陷的（定比非定化律学所形计成量的化缺陷合。物）
实质：由基质晶体与介质中某些组分发生交换而产生，如 TiO2-x 、Fe1-xO、Zn1+xO等晶体中的缺陷。
特点:其化学组成和缺陷浓度随周围气氛性质及分压大小而 变化，是一种半导体材料。
精第选p三pt 章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型 16
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（a）弗仑克尔缺陷的形成 （空位与间隙质点成对出现）
（b）单质中的肖特 基缺陷的形成
热缺陷产生示意图
精第选p三pt 章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型 17
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2）肖特基缺陷（Schottky defect）
对于某种特定材料： ➢ 温度一定，热缺陷浓度一定； ➢ 随温度升高，热缺陷浓度呈指数增加。
精第选p三pt 章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型 19
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（3）缺陷形成和晶体结构的关系
➢晶体结构中空隙较小，且正、负离子半径相差较小 → 肖氏缺陷 如，NaCl型：NaCl、MgO、CaO等。
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外观及一般检验标准
外观及⼀般检验标准附件3：外观及⼀般检验标准1.0 缺陷定义1.1 外观缺陷定义：1.1.1点：⽩点/⿊点/凸点/凹点/亮点；同⾊点/异⾊点1.1.2线：划伤/熔接线/⽔纹线/⽑纤。
1.1.3异物：产品表⾯所粘有的或者内部夹杂的⼀些不必要的、有损外观的物质。
1.1.4不饱模：未满⾜试模成形条件，出现未填充⽽凝固或因外界⼒量使之缺损的现象。
1.1.5熔接线：塑料熔体在型腔中流动时，遇到阻碍物（型芯等物体）时，熔体在绕过阻碍物后不能很好的融合，⽽在塑料件的表⾯形成⼀条明显的线。
1.1.6飞边：由于注塑⼯艺或模具原因，造成在塑料件的边缘分型⾯处所产⽣的废边。
1.1.7破裂：因内应⼒或机械损伤⽽造成在塑料件表⾯上的裂纹。
1.1.8⾊差：成型或喷漆时因⾊料分散不均匀⽽出现颜⾊上的差异。
1.1.9变形：成形产品因各部收缩率差异⽽形成的扭曲的现象。
1.1.10⽓泡：由于原料在成型前充分⼲燥，⽔分在⾼温的树脂中⽓化⽽形成⽓泡。
1.1.11流纹：产品表⾯上以浇⼝为中⼼⽽呈现出的年轮状条纹。
1.1.12积漆：在喷漆件表⾯上出现局部的油漆堆积现象。
1.1.13掉漆：塑胶壳因表⾯处理不当等原因或在外⼒作⽤下喷漆后出现的漆体脱落。
1.1.14刮痕：原材料相互摩擦或受外界⼒轻轻碰撞时产⽣的痕迹。
1.1.15断差：装配组合件装配后在接缝处配合⾯产⽣的错位。
1.1.16缝隙：装配时形成的缝与设计固有的缝的叠加。
1.1.17丝印：印刷的清晰与美观效果。
1.1.18缩⽔纹：成型时形成的⽔纹状缺陷1.1.19腐蚀：⾦属接触点⽣锈。
1.1.20软划伤：有划痕但⼏乎没有什么深度，与光线成⼀定⾓度才可以看到的。
1.1.21硬划伤：有⼀定深度不论是否与光线成⼀定⾓度都可以看到的。
1.2检验⾯等级定义：1.2.1 AA⾯：⼿机上显⽰信息的重要区域，应包括：LENS的透明区和LCD的透明区。
1.2.2 A⾯：移动电话正⾯、显⽰屏周围区域、键盘区域。
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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。
§3.3.1 表面
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
推广：一般的小角度晶界，其旋转轴和界面可以有任意的取向关系，因 此结构特点是由刃位错、螺位错或混合位错组成的二维位错网所组成。 ——此为小角度晶界的位错模型
2.大角度晶界
相邻晶粒的位向差大于10°
的晶界称为大角度晶界。 大角度晶界的结构较复杂， 原子排列很不规则，由不规则 的台阶组成的。晶界可看成坏 区与好区交替相间组合而成。
3.晶界能与位向差
4.晶粒和第二相颗粒的稳定形状
• 总界面能=比界面能和界面面积的乘积 • 对于非共格大角度界面，比界面能几乎是各向同性的，即 常数。
• 为了降低总的界面能，应该缩小界面面积。弯曲界面趋向
于平直化。 • 界面能影响晶粒和第二相的形状。
三个颗粒交界处的界面张力平衡
•根据力的平衡关系，12与23的合 力应与31相平衡。三者可以构成一 个三角形.
可大大改善材料的力学性能;
界面具有高的能量，化学介质不稳定，产生晶界腐蚀，故影响材 料的化学性能;
界面也影响材料的物理性能，如材料组织中晶粒增大，界面减少， 可提高导磁率，降低矫顽力;
在高温下界面强度降低，成为薄弱环节;
界面影响形变过程及形变金属加热时发生的再结晶过程。界面增
大变形阻力，增加变形储能，影响到再结晶时的形核，细小晶粒组 织可增大再结晶的形核率，再结晶时晶核的长大和再结晶后晶粒的 长大都是界面迁移过程;
§3.3.2 晶界与相界
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。 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。
图 晶界与亚晶界示意图
1.小角度晶界
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
往往为球(等轴)形。
• 第二相位于晶界上 • • • 当， 当， 当， 透镜状； 近球状； 片状
• 第二相位于界棱上(见下图） • 当， 两相界面夹角120°；
•
•
当，
当，
两相界面夹角180°(近球状)；
两相界面夹角0°§3.3.4 Nhomakorabea晶界特性
1.晶界处点阵畸变大，存在晶界能。晶粒的长大和晶界
boundary）和扭转晶界（twist boundary）。
图 倾斜晶界与扭转晶界示意图
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：
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]
的平直化都能减少晶界面积，从而降低晶界的总能量。
2.晶界处原子排列不规则，在常温下晶界的存在会对位 错的运动起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高，宏观表现
为晶界较晶内具有较高的强度和硬度。晶粒越细,材料的强
度越高，这就是细晶强化。 3.晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，并且晶 界处存在较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等，故晶界 处原子的扩散速度比在晶内快得多。
4.在固态相变过程中,由于晶界能量较高且原子活动能力 较大,所以新相易于在晶界处优先形核.原始晶粒越细,晶界 越多,则新相形核率也相应越高。 5.由于成分偏析和内吸附现象，特别是晶界富集杂质原子 的情况下，往往晶界熔点较低，故在加热过程中，因温度过 高将引起晶界熔化和氧化，导致“过热”现象产生。 6.由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，以及晶界富
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
b 2 sin ; 2 D
D
b 2 sin
2
b
由上式知，当θ小时，位错间距较大，若b=0.25nm，θ=1o，则
D=14nm；若θ＞10o，则位错间距太近，位错模型不再适应。
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，
结晶凝固和固态相变都是新相生核和核心长大过程，形核依附界
面，长大依靠界面迁移；因此，界面的结构和特性影响凝固和相变 过程; 由于界面的重要影响，受到广泛的重视，成为材料科学的重要组成 内容。
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 [1 00] 轴向夹角为φ-θ/2， 与右侧晶粒的[100]成φ+θ/2
晶界平面是任意面 转轴是[001]
结构特点是： 由两组相互垂直的刃位错所组 成。
简单立方晶体扭转晶界
旋转θ角 晶面平面是（001）面，转轴是[001] 两者互相垂直 形成：扭转后，为了降低原子错排引起的 能量增加，晶面内的原子会适当位移以确 保尽可能多的原子恢复到平衡位置（此即 结构弛豫），不能回到平衡位置的，最后 形成两组相互垂直分布的螺位错。 结构特点： 晶界是由两组相互垂直的螺位错构成的网络
集杂质原子的缘故，与晶内相比晶界的腐蚀速度一般较快。
这就是用腐蚀剂显示金相样品组织的依据，也是某些金属材 料在使用中发生晶间腐蚀破坏的原因。
界面对材料性能的影响
界面是晶体中的面缺陷，对晶体材料的性质和转变过程有重要影
响;
界面阻碍位错运动，引起界面强化，提高材料的强度。界面阻碍 变形，使变形分布均匀、提高材料的塑性，强度、塑性的提高相 应使材料韧性也得到改善。因此，界面的增加，得到细晶组织，
相
共格 界面 共格 界面
相
界面处原子间距不同时的共格界面
图 半共格界面
图 非共格界面
§3.3.3 界面能
• 概念:形成（或扩大）单位面积界面所做的非体积功（或 自由焓增量）称为（比）界面能 • 界面能的来源：与内部原子相比，界面原子所处的环境不
同
– 化学能：界面原子周围原子数或类型变化，引起键能 的变化； –应变能：界面原子偏离平衡位置引起弹性应变能。
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
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
孪晶是指两个晶体(或一 个晶体的两部分)沿一个公 共晶面构成镜面对称的位向
关系，这两个晶体就称为“
孪晶(twin)”，此公共晶面 就称孪晶面。
图 孪晶界
4.相界
具有不同结构的两相之间的分界面称为“相界”。按结构 特点，相界面可分为共格、半共格和非共格相界三种类型。
图 具有完善共格关系的相界
图 具有弹性畸变的共格相界
1. 界面能与界面张力
• 界面张力是作用在单位长度界面边界上的力。
• 界面张力数值上等于界面能。
• 作用在界面的切线方向，指向界面缩小的方向
• 影响因素：材料种类、成分、温度、具有各向异
性
2.界面能影响单晶的外形
• 界面能主要是化学能，近似等于
破坏的结合键的总键能 形成的表面积
• 面上原子排列不同，具有明显的各向异性。例如 fcc晶体的低能面{111}等，bcc晶体为{100}、 {110}； • 单晶体往往有规则的外形。
图 大角度晶界模型
大角度晶界的“重合位置 点阵”模型。在二维正方点 阵中，当两个相邻晶粒的位 向差为37°时，设想两晶粒 的点阵彼此通过晶界向对方 延伸，其中一些原子将出现 有规律的相互重合，由这些 原子重合位置所组成比原来 晶体点阵大的新点阵，通常 称为重合位置点阵。
图 重合位置点阵模型
3.孪晶界
•利用三角形的正弦定理，以及诱导公式
sin(180 ) sin
单相合金的二维截面
• 对于各向同性的大角度晶界，因为界面能恒定，三个角 度均为120度。稳定形状是6边形。 • 加热时小于六边形的晶粒要缩小，直至消失。
• 大于六边形的晶粒要长大，并逐渐演变为平衡晶粒形貌。
单相合金晶粒的空间形状
• 晶粒的空间形状是较多6边形表面的多面体
第二相颗粒的形状
• 晶内形成第二相时，第二相形状取决于两个因素： 基体与第二相的界面能 第二相产生的弹性应变能 • 两相原子尺寸差别>5％时，应变能决定第二相形状，第二 相一般为薄片（盘或碟）状。
• 两相原子尺寸差别小时，界面能决定第二相形状，第二相
共格界面
界面两侧两相点阵原子在界面处完全吻合的 界面称为共格界面。
相
共格 界面 共格 界面
共格 界面
相
共格 界面
相
相
两相结构相同、界面处 原子间距也相同时的共格界面
两相结构不相同、界面处 原子间距相同时的共格界面
形成条件： 结构条件－界面处两相原子排列相同或相近；
点阵参数条件－界面处两相原子间距相等或相近； 界面处两相原子间距 不相等时，形成共格 界面需要原子位置的 调整，此时的共格界 面具有较高的弹性应 变能。
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。