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2.3 面缺陷
固态材料的界面：表面、晶界、亚晶界、相界
2.3.1 外表面
∙由于另一侧无原子，配位数少于晶体内部，表面几层原子点阵畸变，能量高于晶体内部
∙表面能γ－－晶体表面单位面积能量的增加，与表面张力σ相等
∙不同的晶面为外表面时，被破坏的结合键的数目不同=>表面能各向异性
∙密排面的表面能低：体心立方 {110} 与 {100} ，面心立方 {111} 与 {100} 表面能最低
∙外表面杂质的吸附显著影响表面能 T 杂质在外表面的物理吸附 ( 分子键 ) ，化学吸附 ( 离子键、共价键 )
2.3.2 晶界与亚晶界
∙多晶体中，每一个晶粒就是一个小单晶
∙相邻晶粒的位向不同，交界面叫晶粒界，简称晶界
∙晶粒内部位向差极小的亚结构，交界为亚晶界
∙晶界的结构、性质与相邻晶粒的位向差有关。

位向差小于10o，小角度晶界； 10o以上，大度角晶界
∙晶界处原子排列紊乱，能量增高=>晶界能
1. 小角度晶界
∙对称倾侧晶界是最简单的小角度晶界
∙θ接近 10o时，得到的位错密度太大，模型不适用
∙同号位错垂直排列，刃位错的压应力场和拉应力场抵消，能量很低
∙扭转晶界是另一类型的小角度晶界
∙一般小角晶界由刃型位错和螺形位错构成，能量主要能源于位错的能量
晶界是两组互相垂直的螺位错构成的网络
2. 大角度晶界
∙
晶界中原子过于密集的区域为压应力区，原子过于松散的区域为拉应力区 ∙
大角度晶界晶界能较高，在 0.5-0.6J/m 2，与相邻位向无关 ∙ 某些特殊位向的大角度晶界界面能很低－－重合位置点阵模型，两晶粒有 1/n 原子处在重合位
置，构成 1/n 重合位置点阵
两个晶粒有 1/5 的
原子是在另一晶粒
点阵的延伸位置；
重合位置构成重合
位置点阵
晶界与重合位置点
阵的密排面重合或
以台阶方式与重合
位置点阵的几个密
排面重合时，晶界
上的重合位置多，
晶界的畸变下降，
晶界能降低
引入一组重合位置点阵的位错，对一般位向的大角度晶界进行讨论，使大角度晶界变成重合位置阵点的小角度晶界。

3. 孪晶界
∙孪晶－－相邻两晶粒或晶粒内部相邻部分沿同一个公共晶面 ( 孪晶界 ) ，构成镜面对称的位向关系
∙孪晶界是最简单的一种晶界
∙孪晶界与堆垛层错有密切关系
∙共格孪晶界原子没有错排，不会引起弹性应变能，界面能很低， Cu 的共格孪晶界界面能
0.025J/m2
∙非共格孪晶界界面能约为大角度晶界的 1/2
4. 相界
∙三种相界结构：共格界面、半共格界面、非共格界面
∙共格界面：两相必须有特殊的位向关系，而且原子的排列、晶面间距相差不大，大多数情况下共格界面产生弹性应变和应力，使界面原子匹配
∙半共格界面：相邻晶面间距相差较大，界面上原子不能完全对应
∙失配度δ＝ ( αα - αβ)/ αα
∙失配度越大，界面位错间距D 越小：
δ<0.05 为完全共格。

δ =0.05~0.25 为半共格界面
δ>0.25 ，完全失去匹配能力，成为非共格界面共格界面界面能最低，非共格界面界面能最高，
半共格界面界面能居中
5. 晶界特性
∙当晶体中存在能降低界面能的异类原子时，这些原子将向晶界偏聚－－内吸附
∙晶界上原子具有较高的能量，且存在较多的晶体缺陷，使原子的扩散速度比晶粒内部快得多
∙常温下，晶界对位错运动起阻碍作用，故金属材料的晶粒越细，则单位体积晶界面积越多，其强度，硬度越高
∙晶界比晶内更易氧化和优先腐蚀
∙大角度晶界界面能最高，故其晶界迁移速率最大。

晶粒的长大及晶界平直化可减少晶界总面积，使晶界能总量下降，故晶粒长大是能量降低过程，由于晶界迁移靠原子扩散，故只有在较高温度
下才能进行
∙由于晶界具有较高能量，固态相变时优先在母相晶界上形核。