材料的结构与缺陷
材料的缺陷结构和应力分析
材料的缺陷结构和应力分析材料是工程领域中的重要组成部分，它们广泛地应用于各种工业生产中。
在实践中，材料的缺陷结构和应力分析是理解材料特性和应用的基础。
缺陷结构和应力分析都是深奥而复杂的领域，需要深入学习和研究才能真正理解。
本文将探讨材料的缺陷结构和应力分析的基础知识，以及它们对材料的性能和应用的影响。
1. 缺陷结构缺陷是材料中不完美或无法实现理想结构的部分。
这些缺陷可以是原始的（包括缺陷和材料中的污染物），也可以是在制造过程中产生的（如晶界和位错）。
缺陷结构是由材料内部的物理和化学交互作用来驱动的。
晶体中的缺陷晶体中的原子通常有一个非常规则的排列方式。
然而，由于一些原因，它们可能会形成额外的排列模式。
这种额外的排列模式被称为缺陷。
晶体中的缺陷通常分为点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。
点缺陷是由于一个或多个晶格位置的失配而产生的。
最常见的点缺陷是原子位移，其中一个原子偏离了其正常位置。
这种偏移有时会导致位错。
位错是一种线缺陷，由两个不同的晶格结构之间的不匹配引起的。
面缺陷包括晶界、层错和薄板。
晶界是两个不同的晶体粒子之间的边界。
层错是一种晶体中的平面缺陷，其中两个晶格错位。
薄板是一种二维晶体，与三维晶体不同，它只有一个有限的厚度，同时，长和宽可以被无限地扩展。
应力导致的缺陷除了材料内在的缺陷之外，还有一种类型的缺陷是由于应力感应的，称为应力缺陷。
这些缺陷是由于材料承受外部压力，引起微观结构发生变化引起的。
2. 应力分析如何设计材料和结构，以便在应用时能够承受适当的载荷和应力，需要进行应力分析。
材料的应力分析包括对材料性能和应用的理解以及材料制造工艺的推导。
载荷和应力在进行应力分析之前，需要知道载荷和应力的基本概念。
载荷是材料所受到的力，在工程和科学中通常用于描述压力和张力。
应力是材料中受到的力有能力抵抗的程度。
应力可以是压应力或张应力，单位为赫兹（Pa）。
应变和杨氏模数在材料承受压力或张力时，它会发生变形。
tio2 缺陷结构
tio2 缺陷结构
TIO2（二氧化钛）是一种常见的半导体材料，晶体结构主要
有锐钛矿型（Rutile）、金红石型（Anatase）和布列斯特型（Brookite）等。
这些晶体结构中都存在一些缺陷。
常见的TIO2缺陷结构包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
1. 点缺陷：点缺陷是晶体中原子位置存在缺陷造成的。
例如，氧空位是一种常见的点缺陷。
它指的是晶体中某些氧原子位置上缺少氧原子的情况。
此外，还有钛空位和氧空位相互配对的Frenkel缺陷。
2. 线缺陷：线缺陷是晶体中存在着一维缺陷的区域。
例如，晶体中某些原子沿着某个方向排列出现错位或空缺，形成了位错或孤立线缺陷。
3. 面缺陷：面缺陷是晶体中存在着二维缺陷的区域。
例如，晶体中的晶界和位错墙就是一种面缺陷。
晶界是晶体中两个晶粒的交界处，位错墙是晶体中沿某个方向存在位错的平面。
这些缺陷结构在TIO2的性质和应用中起到重要作用。
它们可
以影响材料的机械性能、光学性质、电学性质等，也对光催化、光伏等应用具有一定的影响。
因此，研究和控制TIO2的缺陷
结构对于提高其性能和开发新的应用具有重要意义。
晶体结构与缺陷
晶体结构与缺陷晶体是一种有着高度有序排列的原子、离子或分子的固体材料。
晶体的结构对其性质和应用具有重要影响，而缺陷则是晶体中不完美的部分。
本文将探讨晶体结构、晶格缺陷和它们在材料中的影响。
一、晶体结构晶体结构是指晶体中原子、离子或分子的排列方式。
晶体的结构可以通过晶体学方法（如X射线衍射）来表征。
根据晶体的结构特征，可以将晶体分为多种类型，包括立方晶系、正交晶系、单斜晶系等。
晶体结构的基本单位是晶胞，晶胞由晶体中最小的重复单元构成。
在晶体结构中，晶胞有各种不同的排列方式，例如简单立方晶胞、面心立方晶胞和体心立方晶胞。
这些不同的排列方式导致了不同类型的晶体结构。
二、晶格缺陷晶格缺陷是指晶体中原子、离子或分子位置的非理想性质。
晶格缺陷可以通过外部环境和材料制备过程中的条件引入。
晶格缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。
1. 点缺陷点缺陷是指晶体中少数几个原子、离子或分子的位置与理想排列位置有所偏离。
最常见的点缺陷是空位缺陷和杂质缺陷。
空位缺陷是指晶体中某个位置上的原子或离子缺失，而杂质缺陷是指原子或离子被其他类型的原子或离子替代。
点缺陷可以对晶体的性质和行为产生重要影响。
例如，在半导体材料中，控制杂质缺陷的浓度可以改变材料的电导率。
在金属材料中，点缺陷可以影响金属的硬度、延展性和热导率等物理性能。
2. 线缺陷线缺陷是指晶体中沿某个方向出现的缺陷线。
常见的线缺陷包括位错和螺旋位错。
位错是晶体中原子排列顺序的偏移，而螺旋位错则是沿某个方向上原子排列的扭曲。
线缺陷可以导致晶体的塑性变形和断裂行为。
位错的运动可以使晶体发生滑移，从而导致材料的塑性变形。
而螺旋位错则可以在晶体中形成螺旋状的断裂。
3. 面缺陷面缺陷是指晶体中的平面缺陷。
最常见的面缺陷是晶界和孪晶。
晶界是两个晶粒之间的界面，它们的晶体结构可能有所不同。
孪晶是指两个对称的晶体结构在某个面上镜面对称的结合。
面缺陷可以对晶体的物理性能产生重要影响。
晶界可以影响晶体的弹性模量和导电性能。
《材料科学基础》 第03章 晶体缺陷
第三节 位错的基本概念
三、位错的运动
刃位错的攀移运动：刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动。 刃位错发生攀移运动时相当于半原子面的伸长或缩短，通常把 半原子面缩短称为正攀移，反之为负攀移。 滑移时不涉及单个原子迁移，即扩散。刃型位错发生正攀 移将有原子多余，大部分是由于晶体中空位运动到位错线上的 结果，从而会造成空位的消失；而负攀移则需要外来原子，无 外来原子将在晶体中产生新的空位。空位的迁移速度随温度的 升高而加快，因此刃型位错的攀移一般发生在温度较高时；另 外，温度的变化将引起晶体的平衡空位浓度的变化，这种空位 的变化往往和刃位错的攀移相关。切应力对刃位错的攀移是无 效的，正应力的存在有助于攀移(压应力有助正攀移，拉应力 有助负攀移)，但对攀移的总体作用甚小。
第一节 材料的实际晶体结构
二、晶体中的缺陷概论
晶体缺陷按范围分类：
1. 点缺陷 在三维空间各方向上尺寸都很小，在原 子尺寸大小的晶体缺陷。
2. 线缺陷 在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶 粒数量级)，另外两个方向上的尺寸很小(原子尺 寸大小)的晶体缺陷。其具体形式就是晶体中的 位错Dislocation 。
说明：这是一个并不十分准确的定义方法。柏氏矢量的方向与位错线方向的定义有关，应该首 先定义位错线的方向，再依据位错线的方向来定柏氏回路的方向，再确定柏氏矢量的方 向。在专门的位错理论中还会纠正。
第三节 位错的基本概念
二、柏氏矢量
柏氏矢量与位错类型的关系：
刃型位错 柏氏矢量与位错线相互垂直。(依方向关系可 分正刃和负刃型位错) 螺型位错 柏氏矢量与位错线相互平行。(依方向关系可 分左螺和右螺型位错) 混合位错 柏氏矢量与位错线的夹角非0或90度。
过饱和空位 晶体中含点缺陷的数目明显超过平衡 值。如高温下停留平衡时晶体中存在一平衡空位， 快速冷却到一较低的温度，晶体中的空位来不及移 出晶体，就会造成晶体中的空位浓度超过这时的平 衡值。过饱和空位的存在是一非平衡状态，有恢复 到平衡态的热力学趋势，在动力学上要到达平衡态 还要一时间过程。
金属材料的结构与缺陷
➢晶带定理： 在立方晶系中，若晶面（hkl）的晶带轴 是[uvw]，则必有 hu+kv+lw=0 反之亦然。
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晶带定理的应用：
根据两不平行晶面的指数（h1 k1 l1）， （h2 k2 l2） 可以求出它们所在晶带的晶带轴[uvw]。
➢u=k1l2 - k2l1 ➢v=l1h2 - l2h1 ➢w=h1k2 - h2k1
一定变化范围 ➢金属键 ➢硬度高脆性大 ➢有色金属中的弥散强化相
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➢间隙相与间隙化合物
➢过渡金属与H,B,C,N等形成 ➢不是固溶体
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➢间隙相
➢Rx/Rm<0.59时形成的结构简单的金属化合 物
➢成分可表现为一定范围 ➢极高的硬度和熔点 ➢硬质合金、高速钢的强化相
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➢间隙化合物
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2. 晶胞 ➢晶胞：构成点阵的最基本单元。 ➢晶胞选择的依据：——反映点阵的规律
➢ 反映点阵对称性。 ➢ 平衡六面体内各角与棱尽量相等。 ➢ 棱之间尽量为直角。 ➢ 晶胞体积最小。
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晶胞的选择 晶胞参数
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3. 晶胞参数：
➢ 晶格常数 ａ、ｂ、ｃ ➢ 晶轴间角 α、β、γ
4. 七个晶系与十四种Bravis点阵
➢Rx/Rm>0.59，结 构较复杂
➢过渡金属的碳化物 ➢比间隙相略低的熔
点和硬度 ➢钢中弥散强化相
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➢中间相的性能与应用
➢硬度高，熔点高 ➢可作弥散强化相 ➢提高合金的强度、硬度、耐磨性、耐热性 ➢用于耐热合金、硬质合金、有色合金、钢
的强化
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➢良好的合金组织是什么样的？
➢性能要求：强度高，有适中的塑性和韧性 ➢组织：基体——固溶体
钢结构材料的瑕疵与缺陷分析
钢结构材料的瑕疵与缺陷分析1. 引言钢结构是目前广泛应用于建筑、桥梁和其他工程中的一种重要结构材料。
然而，钢结构材料在生产和使用过程中往往会出现一些瑕疵和缺陷，这些问题对结构的安全性和可靠性造成了不可忽视的影响。
因此，深入了解钢结构材料的瑕疵与缺陷，并进行有效的分析和控制，对于确保结构的正常运行具有重要意义。
2. 钢结构材料的常见瑕疵与缺陷2.1 气孔气孔是钢结构材料中常见的瑕疵之一。
在钢材的冷却过程中，由于快速凝固和固态相变导致液态钢中的气体无法完全顶出，从而形成气孔。
气孔的存在会导致钢材的强度和韧性下降，从而影响结构的承载能力和耐久性。
2.2 夹杂物夹杂物是指钢材中存在的杂质。
常见的夹杂物有碳化物、氧化物、硫化物等。
夹杂物会降低钢材的冲击韧性和断裂韧性，从而影响结构的抗震性能和耐久性。
2.3 晶界偏差晶界偏差是指钢材中晶格的错位和变形。
晶界偏差会引起钢材的局部应变集中，在外力作用下易发生断裂和损伤，影响结构的强度和稳定性。
2.4 疲劳裂纹疲劳裂纹是钢结构材料常见的缺陷之一。
在结构长时间受到循环载荷作用下，钢材会产生疲劳裂纹。
疲劳裂纹会导致结构的强度和稳定性下降，甚至引发结构的破坏。
3. 钢结构材料瑕疵与缺陷的分析方法3.1 目视检查目视检查是最常用的瑕疵与缺陷分析方法之一。
通过对钢材外观的检查，可以初步判断瑕疵和缺陷的类型和程度。
目视检查需要依靠专业的检验人员，并结合经验判断瑕疵和缺陷的严重性以及对结构安全性的影响。
3.2 无损检测无损检测是钢结构材料瑕疵与缺陷分析中常用的方法之一。
通过应用超声波、射线、涡流、磁粉等无损检测技术，可以发现钢材内部的瑕疵和缺陷，获取结构材料的内部情况，并评估其对结构安全性的影响。
无损检测具有操作简便、快速、准确等特点，被广泛应用于结构材料瑕疵与缺陷的分析。
3.3 机械性能测试机械性能测试是对钢结构材料进行瑕疵与缺陷分析的重要手段之一。
通过对钢材的拉伸、冲击、硬度等机械性能测试，可以评估材料的强度、韧性和硬度等性能指标，揭示瑕疵和缺陷对机械性能的影响程度。
复合材料结构中的缺陷检测与评估
复合材料结构中的缺陷检测与评估第一章绪论复合材料是由两个或更多不同材料的组合物构成的新材料。
由于其高强度、高刚度和低密度等优点，复合材料广泛应用于航空、航天、汽车、建筑等领域。
在复合材料的生产和应用过程中，缺陷问题是一个重要的技术难题。
如何及早检测和评估复合材料结构中的缺陷，对于确保其性能和安全具有重要的意义。
本章将介绍复合材料的基本概念和结构特点，以及复合材料结构中常见的缺陷类型和成因。
第二章复合材料结构中的缺陷类型复合材料结构中的缺陷可以根据其类型分为以下几类：1.孔隙：孔隙是指复合材料中没有填充材料的空洞或气泡。
这种缺陷通常由于材料填充不均匀、挤压不当等原因造成。
2.夹杂物：夹杂物是指复合材料中存在的杂质或异物。
这些杂质或异物会削弱复合材料的力学性能。
3.毛刺：毛刺是指复合材料表面存在的尖锐物质。
这些毛刺容易导致应力集中，从而导致复合材料的破坏。
4.裂纹和缺陷：裂纹和缺陷是指复合材料中存在的裂纹、裂口或缺损。
这种缺陷通常是由于材料受力过大或者材料本身缺陷造成的。
第三章复合材料结构中的缺陷评估方法为了及早发现和评估复合材料结构中的缺陷，需要采用一些有效的检测方法。
常用的检测方法包括：1.光学检测：光学检测能够用于检测复合材料表面的缺陷，如毛刺和裂纹等。
光学检测的主要优点是快速、非接触和高分辨率。
2.超声波检测：超声波检测能够用于检测更深层的缺陷，如孔隙和夹杂物等。
超声波检测的主要优点是高灵敏度和非破坏性。
3.X射线检测：X射线检测能够用于检测复合材料内部的缺陷，如裂纹和缺损等。
X射线检测的主要优点是高分辨率和无损伤。
4.热红外检测：热红外检测能够用于检测复合材料表面的缺陷，如毛刺和裂纹等。
热红外检测的主要优点是快速、非接触和高分辨率。
第四章复合材料结构中缺陷修复方法如果复合材料结构中存在缺陷，需要及时采取修复措施，以确保其性能和安全。
常用的修复方法包括：1.填充：通过填充材料来填补孔隙或夹杂物等缺陷。
材料缺陷对材料性能影响
材料缺陷对材料性能影响
材料缺陷可以对材料的性能产生重大影响。
以下是几种常见的材料缺陷及其影响：
1. 晶格缺陷：晶格缺陷是指晶体中原子的排列出现错误或者缺失。
这会导致材料的晶体结构出现问题，从而影响材料的力学性能、导电性能、热导性能等。
例如，点缺陷（如空位、插入原子、替代原子等）会降低材料的强度和导电性能。
2. 晶界：晶界是相邻晶体之间的界面区域，它们通常会存在错配原子、位错和位移等缺陷。
晶界会对材料的力学性能和导电性能产生很大影响，因为它们可以提供额外的强度来阻止位错滑移和晶体的塑性变形。
3. 孔洞：孔洞是材料中的空隙或孔穴，它们会导致材料的密度降低，并使材料在应力下更容易发生形变或破裂。
孔洞也会降低材料的导热性能和机械强度。
4. 氧化物：材料中的氧化物是一种常见的缺陷，它们可以形成在材料的表面或内部。
氧化物会降低材料的机械强度和导电性能，并影响材料的化学稳定性。
总之，材料缺陷可以显著影响材料的性能，包括力学性能、导电性能、热导性能和化学稳定性等。
因此，在材料设计和制备过程中，需要尽量减少或修复材料缺陷，以提高材料的性能。
金属材料缺陷的特点
金属材料缺陷的特点金属材料是工业生产中常用的一种材料，但是在生产和使用过程中，金属材料会出现各种缺陷，这些缺陷会直接影响到金属材料的性能和使用寿命。
因此，了解金属材料缺陷的特点对于保证产品质量和安全具有重要意义。
一、金属材料缺陷的分类1. 内部缺陷：内部缺陷是指金属材料内部存在的各种不良组织或结构，包括气孔、夹杂物、晶界、析出物等。
2. 表面缺陷：表面缺陷是指金属表面存在的各种不良组织或结构，包括划痕、裂纹、氧化皮等。
3. 尺寸偏差：尺寸偏差是指制造过程中由于加工误差或测量误差而导致零件尺寸与设计要求不符合的情况。
二、金属材料缺陷的特点1. 内部缺陷：（1）气孔：气孔是指金属内部存在的大小不等的空洞。
气孔通常由于熔体中残留的气体没有完全排出或者在冷却过程中气体溶解度降低而形成。
气孔会降低材料的强度和韧性，导致材料易于断裂。
（2）夹杂物：夹杂物是指金属内部存在的非金属物质，如氧化物、硫化物、碳化物等。
夹杂物会影响金属的力学性能和耐腐蚀性能。
（3）晶界：晶界是指相邻晶粒之间的界面。
晶界缺陷包括错位、堆垛缺陷等，会影响金属的强度和延展性。
（4）析出物：析出物是指在固溶体中析出的第二相组织，如硬质相、脆性相等。
析出物会影响金属的力学性能和耐腐蚀性能。
2. 表面缺陷：（1）划痕：划痕是指金属表面被尖锐或硬质物体刮擦后形成的线状或点状凹槽。
划痕会影响产品外观和表面质量。
（2）裂纹：裂纹是指金属表面或内部存在的断裂面。
裂纹会降低材料的强度和韧性，导致材料易于断裂。
（3）氧化皮：氧化皮是指金属表面被氧化后形成的一层薄膜。
氧化皮会影响产品外观和表面质量，同时也会降低金属的耐腐蚀性能。
3. 尺寸偏差：尺寸偏差包括公差、误差等。
公差是指零件尺寸与设计要求之间的允许范围，误差是指实际测量值与理论值之间的偏差。
尺寸偏差会影响产品的精度和可靠性。
三、金属材料缺陷的检测方法1. X射线探伤：X射线探伤可以检测金属内部存在的各种缺陷，如气孔、夹杂物、晶界等。
材料结构与缺陷第二部分4
晶体取向的表达方式: Euler角ØBunge 定义的欧拉角：从起始取向出发，按ϕ1、Φ、ϕ2的顺序所作的三个转动，可以实现任意晶体取向，因此取向g 可以表示成：g=(ϕ1，Φ，ϕ2）Ø显然对于起始取向e 有：e=(0, 0, 0)取向的欧拉转动[010]立方金属轧板常见取向的欧拉角取向空间v 用一组ϕ1，φ，ϕ2值即可表达晶体的一个取向，且有：0≤ϕ1≤2π，0≤φ≤π，0≤ϕ2≤2π。
v 用ϕ1，φ，ϕ2作为空间直角坐标系的三个变量就可以建立起一个取向空间，即欧拉空间。
取向空间v立方晶系：板材内的织构相对于轧板坐标系（轧向、横向、板法向）具有正交对称性222。
v立方晶系自身通常具有的对称性432，所以一个取向在上述取向空间内会多次出现在不同的地方。
这种多重性用Z表示。
v对于一般取向其Z值为96，对高对称性的取向其Z值可能会是48或24等。
取向空间v因此分析取向分布函数取向时可大大缩减取向空间的范围。
通常取0≤ϕ≤π/2，0≤φ≤π/2，1≤π/2。
0≤ϕ2v这个范围仍可划分成三个小的子空间，它对应着<111>方向的三次对称性。
取向空间立方晶系取向子空间划分取向分布函数Ø取向有3个自由度，因此需要用3维空间表达取向分布。
Ø极图或极密度分布函数p(α, β)所使用的是一个二维的空间，它上面的一个点不足以表示三维空间内的一个取向，用极图分析多晶体的织构或取向时会产生一定的局限性和困难。
取向分布函数Ø为了细致、精确并定量地分析织构，需要建立一个利用三维空间描述多晶体取向分布的方法，这就是取向分布函数(Orientation Distribution Function)分析法，简称ODF法。
Ø尽管极图有很大的局限性，但它通常是计算取向分布函数的原始数据基础，所以不可缺少。
因为计算取向分布函数非常繁杂，实际工作中极图还是经常使用，极图分析和取向分布函数法二者可以互相补充。
复合材料的结构及制造缺陷_概述及解释说明
复合材料的结构及制造缺陷概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文旨在探讨复合材料的结构及制造缺陷，并对其进行解释和说明。
复合材料是由两种或更多种类的材料组成，通过它们的物理或化学性质相互作用形成的一种新型材料。
复合材料具有优异的机械性能和独特的物理化学特性，因此广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑工程等领域。
1.2 文章结构本文分为五个部分，包括引言、复合材料的结构、复合材料的制造缺陷、解释说明复合材料结构及制造缺陷的影响以及结论。
其中，引言部分主要介绍文章内容和目标，为读者提供必要的背景信息。
1.3 目的本文旨在全面了解复合材料的结构及制造缺陷，并明确其对复合材料性能产生影响的机理。
通过深入研究和分析，我们可以更好地评估和修补这些缺陷，提高复合材料产品质量和可靠性。
未来研究方向将针对如何提高制造技术以减少缺陷，并进一步探索改进复合材料结构的方法，以满足不断发展的工程需求。
通过这些工作，我们有望实现复合材料的更广泛应用和更高水平的性能。
以上就是本文引言部分的内容。
2. 复合材料的结构2.1 基本概念复合材料是由两个或更多种不同类型的材料组合而成，通过相互作用形成具有协同性能的新材料。
它通常由增强相和基体相组成。
增强相主要负责承受载荷，并提供高强度和刚度，而基体相则起到结构支撑和保护增强相的作用。
2.2 组成成分复合材料的组成成分可以是各种不同的物质，如纤维、颗粒、薄片或泡沫等。
在复合材料中，增强相通常是纤维或颗粒形式的，如碳纤维、玻璃纤维或陶瓷颗粒等。
而基体相则可以是金属、塑料或陶瓷等。
2.3 结构分类根据复合材料中各个组分之间的排列方式和特点，可以将其结构分类为以下几类：（1）层板型结构：这种结构由多层纤维增强片层和基体层交替堆叠而成。
其优点是方便制造和加工，并可以实现不同方向上的力学性能调节。
（2）颗粒型结构：这种结构由多个颗粒状增强相均匀分散在基体相中形成。
它具有良好的热导性和耐腐蚀性能，适用于一些高温和腐蚀环境下的应用。
稀土材料的晶体结构与缺陷研究
稀土材料的晶体结构与缺陷研究引言稀土材料是一类具有特殊性质和广泛应用的材料。
其在电子、光电子、催化和磁性等领域有着重要的应用。
了解稀土材料的晶体结构和缺陷对于深入理解其性质和改进应用至关重要。
本文将介绍稀土材料的晶体结构和缺陷的研究现状。
稀土材料的晶体结构稀土元素是指周期表中原子序数为57至71之间的元素，具有相似的电子结构和化学性质。
稀土材料通常由稀土元素及其化合物组成。
其晶体结构可以分为六种类型，包括简单立方结构、面心立方结构、体心立方结构、八面体和非八面体结构、层状结构以及磁性结构。
稀土材料的晶体结构对其物理和化学性质具有重要影响。
例如，铈酸盐是一种常用的稀土材料，其晶体结构中铈离子存在两种氧化态，可实现在低温下高温储氧的催化反应。
另外，稀土材料中复杂的晶体结构还在光学和电子学领域中发挥重要作用，例如在荧光材料和显示器件中的应用。
稀土材料的缺陷研究晶体缺陷是晶体中不符合理想原子排列的位置，包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
稀土材料的缺陷研究对于理解其物理化学性质和优化材料性能至关重要。
点缺陷是晶体中最常见的缺陷类型，包括空位、间隙和氧化还原缺陷等。
空位缺陷是指晶体中原子位置上的缺失，即晶格点上没有被占据。
间隙缺陷是指不属于晶体理想网格的原子或离子，其存在导致晶体的非均匀性增加。
氧化还原缺陷是指晶体中存在的原子氧化态不同的缺陷。
线缺陷是沿晶体内部一维延伸的缺陷，如晶体内的位错和蠕变等。
位错是晶体中出现的晶格错位，会导致晶体机械性能的改变。
蠕变是晶体的长期应力作用下，晶界滑移和位错运动引起的组织结构变化。
面缺陷是沿晶体内部二维面延伸的缺陷，如晶界、孪生和层错等。
晶界是晶体中两个晶粒之间的界面，可以影响晶体的力学性能和电子传输。
孪生是晶体内部的镜面对称性结构，会对晶体的磁性和光学性能产生影响。
层错是晶体中原子平面的错位，通常与晶体的堆垛方式有关。
稀土材料晶体结构与缺陷的关系研究稀土材料晶体结构与缺陷的关系研究可以揭示材料性能与结构之间的关联，并为优化材料性能提供指导。
各种材料的常见缺陷
各种材料的常见缺陷各种材料的常见缺陷材料是人类生产、生活中不可或缺的重要基础，包括各种金属、非金属、聚合物等。
然而，无论何种材料，都会存在一些缺陷，这些缺陷会影响到材料的性能和寿命。
下面将介绍各种材料的常见缺陷。
1. 金属材料的常见缺陷(1) 气孔：指金属材料中存在的气体空腔。
气孔的存在会影响材料的强度和韧性，同时也会引起材料的腐蚀。
产生气孔的原因可能是材料熔化温度不足、气体未能完全排出等。
(2) 针孔：指金属材料内部存在的细小孔隙。
针孔虽然很小，但会导致材料在受力时出现脆性断裂。
(3) 夹杂物：指金属材料中未能完全溶解的杂质。
夹杂物会影响材料的强度和塑性，同时也会引起材料的腐蚀。
(4) 结构不均匀：指金属材料内部结构不均匀的缺陷。
这可能是由于金属加工不当或热处理不均匀等原因造成的。
结构不均匀会导致材料发生变形、疲劳等现象。
2. 非金属材料的常见缺陷(1) 孔洞：指非金属材料中的空腔。
孔洞的存在降低了材料的强度和韧性，同时也会引起材料的腐蚀。
(2) 杂质：指非金属材料中存在的不纯物质。
杂质会影响材料的物理、化学性质，导致材料的强度下降和易脆断。
(3) 晶界：指非金属材料晶粒之间的边界。
晶界可以降低材料的强度和韧性，引起材料的疲劳。
(4) 孪晶：指非金属材料中存在的晶体缺陷，使晶体发生旋转或翻转。
孪晶会导致非金属材料的脆性增加。
3. 聚合物材料的常见缺陷(1) 孔洞：指聚合物材料中存在的微小空腔。
孔洞会导致聚合物材料的强度和韧性下降。
(2) 气泡：指聚合物材料中存在的气体泡沫。
气泡会减低聚合物材料的密度，同时也会影响聚合物材料的强度和韧性。
(3) 假晶：指聚合物材料中存在的结晶缺陷。
假晶会导致聚合物材料变得易脆。
(4) 分子链断裂：指聚合物材料中分子链的断裂。
分子链断裂会导致聚合物材料的塑性下降。
总之，无论何种材料，都存在一些缺陷，这些缺陷会影响材料的性能和寿命。
因此，在材料的生产和使用过程中，必须严谨控制和处理有关缺陷，以使材料的性能更加优越，满足各种工业和生活方面的要求。
芯片制造中的工艺缺陷分析与改进方法
芯片制造中的工艺缺陷分析与改进方法芯片制造是现代电子产业中至关重要的环节之一。
在芯片制造过程中，由于各种原因可能产生工艺缺陷，这些缺陷会对芯片性能和稳定性造成不可忽视的影响。
因此，对芯片制造中的工艺缺陷进行深入分析，并提出改进方法，对于提高芯片质量和可靠性具有重要意义。
一、工艺缺陷的分类及其原因在芯片制造过程中，常见的工艺缺陷可以分为以下几类：材料缺陷、结构缺陷、工艺偏差和设备问题。
1. 材料缺陷：材料缺陷是指芯片制造过程中材料本身存在的问题，如晶粒度不均匀、杂质含量过高等。
这些问题可能是由于材料生产工艺不合理导致的。
例如，晶圆生长过程中的温度控制不当，可能导致晶粒度不均匀，进而影响芯片的电性能。
2. 结构缺陷：结构缺陷是指芯片中组成元素之间的结构不完整或存在错误。
这可能是由于制造工艺的误操作、设备故障等原因造成的。
例如，当在制造过程中出现掩模剥离或成膜不完整等问题时，就会导致芯片中的结构缺陷，进而影响芯片的功能。
3. 工艺偏差：工艺偏差是指制造过程中参数设置或操作方法存在偏差，与设计要求不符。
这种偏差可能是由于人为因素、设备问题或工艺参数不合理等原因引起的。
例如，在光刻工艺中，如果曝光时间、温度等参数设置不准确，就会导致芯片的工艺偏差。
4. 设备问题：设备问题是指制造过程中使用的设备存在故障或其性能不稳定。
这种问题可能导致芯片制造过程中的工艺缺陷。
例如，当使用的离子注入设备能量不稳定时，就会导致芯片中的掺杂不均匀，从而影响芯片的性能。
二、工艺缺陷分析方法为了准确识别芯片制造过程中的工艺缺陷，可以采用以下几种分析方法：1. 非破坏性测试：非破坏性测试是指通过对芯片进行一系列的物理、电学特性测试，从而了解芯片制造过程中的问题。
例如，通过扫描电子显微镜观察芯片表面的形貌，可以判断是否存在结构缺陷。
还可以通过电学测试检测芯片的电阻、电容等参数，从而分析是否存在工艺偏差。
2. 破坏性测试：破坏性测试是指通过将芯片及其组件进行破坏性实验，以获取更全面、详细的信息。
材料的微观结构
材料的微观结构材料的微观结构是指材料内部的原子、分子或晶体的排列方式和组织结构。
了解和研究材料的微观结构对于理解材料的性质和特性以及开发新的材料具有重要意义。
下面将以金属材料为例，简要介绍材料的微观结构。
金属材料的微观结构主要由晶粒和晶界构成。
晶粒是由原子按着一定的规则排列而成的，呈多面体的形状。
每个晶粒内部具有相同的晶体结构。
晶界是相邻晶粒之间的边界，它是由均匀排列的原子突变而成的。
晶界的存在给材料的力学性能和电导率等性质带来了一系列的影响。
金属材料的微观结构决定了其力学性质和导电性能。
对于同一材料而言，晶粒尺寸越小，晶界的数目就越多，材料的强度和硬度就越高，但导电性能会降低。
相反，晶粒尺寸越大，晶界数目就越少，材料的强度和硬度就越低，但导电性能会增加。
因此，在材料的制备过程中，常常会通过控制晶粒尺寸来调节材料的性能。
除了晶粒和晶界，材料的微观结构还包括缺陷和其他相。
缺陷是指材料中存在的错误排列的原子或空位。
常见的缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷是指单个原子位置的变化，如空位、插入原子等。
线缺陷是指原子排列的错误形成的线状缺陷，如位错。
面缺陷是指晶粒界面的排列错误形成的面状缺陷，如晶界。
这些缺陷对材料的力学性能和导电性能有着重要的影响。
此外，材料的微观结构还可以存在其他相，即不同的晶体结构共存的情况。
这些相的存在会导致材料的性质和特性发生变化，例如硬度、强度、导电性能等。
总之，材料的微观结构是由原子、分子或晶体的排列方式和组织结构决定的。
了解和研究材料的微观结构对于理解材料的性质和特性具有重要意义。
通过控制晶粒尺寸、缺陷的发生和其他相的存在，可以调节材料的性能，为材料的应用提供有力的支撑。
各种材料的常见缺陷
各种材料的常见缺陷1. 金属材料的常见缺陷晶粒缺陷金属材料中的晶粒缺陷是指晶体内部的结构不完善或是存在缺陷的部分。
常见的晶粒缺陷有晶内夹杂、晶粒尺寸不均匀和晶界错配等。
晶内夹杂是指杂质原子或非金属夹杂物被困在晶体内部，影响金属材料的力学性能。
晶界错配是指晶界上相邻晶粒的晶格方向不一致，会导致晶粒边界弱化。
晶体缺陷晶体缺陷是指金属晶体中原子排列的错误或是缺失。
常见的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷是指晶体中有一些原子的位置与理想位置不一致，常见的点缺陷有空位缺陷和间隙原子缺陷。
线缺陷是指沿晶体中某个方向上有一条或多条缺陷线，常见的线缺陷有位错和蚀孔。
面缺陷是指晶体中的一些平面不符合晶体的原子排列规律，常见的面缺陷有晶面凹陷和晶面堆垛。
晶体无序晶体无序指的是金属晶体中原子排列的无序性。
晶体无序会导致金属材料的结构不稳定和力学性能下降。
晶体无序常见的形式有晶格缺陷和晶面缺陷等。
晶格缺陷是指金属晶体中原子间的距离不一致或原子在晶格中位置偏离理想位置，常见的晶格缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷。
晶面缺陷是指晶体表面的结构不完整，常见的晶面缺陷有表面凹陷和表面堆垛等。
2. 陶瓷材料的常见缺陷晶粒缺陷陶瓷材料中的晶粒缺陷与金属材料中的晶粒缺陷类似，包括晶内夹杂和晶界错配。
但由于陶瓷材料的晶粒尺寸较小和晶界能的高，晶粒缺陷对陶瓷材料的性能影响更加明显。
晶内夹杂会降低陶瓷材料的强度和韧性，而晶界错配会导致陶瓷材料易于脱粒。
晶体缺陷陶瓷材料中的晶体缺陷与金属材料中的晶体缺陷也有类似之处，包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷主要是指晶格中的原子位置不完整，线缺陷是指晶体中的一条或多条缺陷线，面缺陷是指晶体的表面结构不完整。
断裂缺陷陶瓷材料容易出现断裂缺陷，这是因为陶瓷材料的断裂韧性较低。
常见的断裂缺陷有裂纹、破损和脆性破坏等。
裂纹是指陶瓷材料中的微小裂缝，会导致材料的强度和韧性降低。
破损是指陶瓷材料表面的磨损或划伤等缺陷，会降低材料的表面质量和性能。
半导体材料的基础知识
半导体材料的基础知识半导体材料是一种在现代电子学和信息技术中应用广泛的材料。
它的基础性质和应用原理可以说是当代物理学和电子技术的重要研究内容。
在本文中，我们将介绍半导体材料的基础知识。
1. 半导体材料的基本结构半导体材料通常由硅，锗，蓝宝石，碳化硅等多种材料组成。
半导体材料的结构比较复杂，但是可以分为三个主要部分：晶格结构，杂质、缺陷与材料表面。
（1）晶格结构半导体材料是由晶体结构组成的，它具有一定的周期性和对称性。
硅族元素和氮族元素晶格结构通常为立方晶系，锗和砷的晶格结构则为钻石晶系。
晶格结构的大小和组成决定了材料的物理性质。
（2）杂质、缺陷和材料表面半导体材料的表面和晶界可能存在杂质和缺陷。
杂质是指掺入半导体晶体中的不同元素，通常称为掺杂。
这种掺杂可以改变材料的特性，如电导率、热导率等，从而使其达到所需的性能。
缺陷则是材料的晶体中的结构性变化。
他们可以导致材料的导电性变化，从而影响整个电子系统的运行效果。
2. 半导体物理特性半导体材料数电子学通常被用于发展系统和设备。
因为半导体材料具有一些特殊的物理和电学特性。
（1）导电类型半导体材料的导电型别主要有p型和n型。
它们的特点在于材料中的掺杂浓度不同。
p型是指加入含有三个电子的元素，取代了材料中原来的元素。
这些三价元素可以在p型半导体中留下空位置，其中可以容纳自由电子，从而形成电子空穴。
n型半导体与p 型有所不同，它是通过向材料中掺入含有五个电子的元素来形成的，如磷、硒等元素。
这些五价元素可以提供更多的自由电子，从而导致电子流通的过程。
（2）禁带宽度半导体材料有一个固有的能带结构，这个能带称为禁带。
当材料导电时，电子从导带中被激发到价带中。
而导带和价带之间的距离称为禁带宽度。
这个宽度影响材料的电性质，并且也很重要，因为它决定了材料能否被用作半导体器件的基础。
3. 典型半导体器件半导体材料不仅可以作为电子元器件的基础材料，还可以制成各种各样的器件。
缺陷与材料性能关系的研究
缺陷与材料性能关系的研究引言：在材料科学领域，了解缺陷与材料性能之间的关系对于材料设计和性能改进至关重要。
缺陷是材料中存在的欠完整性或不规则性，可以影响材料的物理、化学和力学性能。
因此，研究缺陷与材料性能之间的关系有助于深入理解材料行为，并为材料设计与开发提供指导。
一、缺陷类型与材料性能：1. 结构缺陷：结构缺陷是指材料中原子、离子或分子排列的不完整或畸变。
例如，晶格常见的结构缺陷有晶格点缺陷和晶界。
- 晶格点缺陷包括空位、原子位错、夹杂等。
这些缺陷可以在材料中引入附加能量层级，影响材料的导电性、热导性、机械强度等性能。
- 晶界是相邻晶体之间的交界面，是由于晶体生长和形变过程中晶粒的错位而产生的。
晶界可以影响材料的塑性变形能力、应力传递等力学性能。
2. 化学缺陷：化学缺陷是指材料中原子或分子的不正常替代或缺失。
化学缺陷可以改变材料的电子结构、能带间隙、光学性质等。
- 替代原子缺陷是指在晶格中取代了原有原子的异位原子。
这些替代原子的尺寸、电性和序列可能与原子间的相互作用和化学键的稳定性有关，从而影响材料的导电性、磁性、光催化能力等。
- 缺失原子缺陷是指晶格中缺少了一些原子或离子。
缺失原子会改变晶格的完整性和稳定性，影响材料的热膨胀性、导热性等性能。
二、缺陷对材料性能的影响机制：1. 电子结构调控：缺陷可以改变材料的电子结构和能带间隙，进而影响材料的导电性、光学性质等。
例如，半导体材料中的施主和受主缺陷可以在能带中引入附加的能级，从而增加或减小材料的导电性能。
2. 力学性能调控：缺陷在材料中引入了额外的能量层级，可能影响材料的力学性能。
例如，晶界可以作为位错滑移的阻碍点，从而改变材料的塑性变形能力和硬度。
同样，材料中的微观缺陷和夹杂物也会影响材料的断裂韧性和抗疲劳性能。
3. 缺陷与化学反应：材料中的缺陷可以作为化学反应的活性位点，参与各种化学反应过程。
例如，催化材料中的表面缺陷可以吸附和催化反应物，从而改变反应速率和选择性。
复合材料及结构的缺陷与损伤-2缺陷与损伤的描述
课件制作：湖南工学院 曾盛渠
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缺陷位置 倾向于集中在几何不连续的位置
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缺陷类型的一般化
一般应力状态包括分层、横向基体裂纹、孔洞或纤 维断裂，以及设计差异（表2.5）。
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10
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23
破碎∶ 由冲击损伤导致的局部压痕或者表面凹痕。它可能是 内部有损伤的迹象，如分层、纤维断裂或基体开裂。
在部件的外表面，基体开裂和纤维断裂可以与破碎同 时发生。 在层压/蜂窝芯夹层结构中，破碎更加常见，如图 A2.9所示。
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24
切口和划痕∶ 切口（图A2.10）和划痕可以视作表面损伤。 表面划痕和缺口的严重程度取决于它们的宽度、深度 和与纤维或加载方向的取向。静力强度的大幅降低是 可能的，但在目前设计中允许的应变条件下，它们并 不是关键的。参见"裂纹"和"纤维断裂"。
紧固件孔洞∶紧固件孔洞缺陷有许多类型。图A2.17、 A2.18和 A2.19给出了几个典型紧固件孔洞损伤的例 子。
课件制作：湖南工学院 曾盛渠
35
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下面讨论不同紧固件孔洞缺陷。
紧固件拆卸和重新安装∶ 通过紧固件的拆卸和重新安装进行孔洞的返修可导致 局部层板损伤。对紧固件的拆卸和重新安装来说，抗 拉强度似乎不敏感，而抗压强度稍微敏感。
33
侵蚀∶因磨损而造成的表面材料的去除被称作侵蚀（图 A2.16）。在侵蚀过程中，外部基体材料和纤维被有效
材料结构的三个层次
材料结构的三个层次材料结构的三个层次：微观结构、介观结构和宏观结构微观结构是指材料的最基本的组成单位，如原子、分子和晶胞等。
材料的性能和行为往往与其微观结构密切相关。
例如，金属材料的微观结构由金属原子组成的晶体结构决定，晶体中原子的排列方式和晶体中的缺陷对材料的力学性能、导电性能和热传导性能等产生重要影响。
此外，非晶态材料的微观结构由无序排列的原子或分子组成，使其具有特殊的性质，如高强度、高硬度和优异的电学性能等。
介观结构是指在微观结构之上的结构特征，如晶粒、晶界、位错和孪晶等。
晶体材料的微观结构通常由许多小的晶粒组成，晶粒之间通过晶界相互连接。
晶粒的大小和形状对材料的性能具有重要影响。
例如，在金属材料中，较小的晶粒可以提高材料的强度和韧性，而较大的晶粒则会降低材料的塑性。
位错是晶体中的一种缺陷，可以看作是原子排列的畸变，它们对材料的强度、塑性和导电性等性能也产生重要影响。
孪晶是一种特殊的晶界结构，具有较高的强度和韧性，常用于提高金属材料的力学性能。
宏观结构是指材料的整体形态和组成。
材料的宏观结构决定了其宏观性能和用途。
不同材料的宏观结构表现为不同的形态，如块状、薄片状、纤维状等。
这些形态的差异导致了材料的不同性能和用途。
例如，纤维状材料具有较好的拉伸性能和抗疲劳性能，常用于制备复合材料和增强材料。
此外，材料的宏观结构还包括材料中的孔隙结构和缺陷结构等。
孔隙结构是指材料中的空隙或气孔，会降低材料的强度和刚度。
缺陷结构是指材料中的缺陷或裂纹，会导致材料的断裂和破坏。
材料结构的三个层次相互联系，共同决定了材料的性能和用途。
微观结构是材料的基础，介观结构是微观结构之上的结构特征，宏观结构是材料的整体形态和组成。
深入理解材料的结构层次，有助于我们设计和制备具有特定性能和用途的材料。
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➢空位聚集
18
➢结晶
19
2.2.1 位错的基本概念
➢3.柏氏矢量
➢反映位错造成的晶格畸变的大小和方向 ➢避免繁琐的原子模型
20
➢柏氏矢量的确定方法
➢规定
➢位错线垂直向外穿出纸面为正 ➢按右手法则作柏氏回路 ➢回路避开严重畸变区 ➢包含一个位错
21
➢ 刃型位错的柏氏矢量
bt
22
➢ 螺型位错的柏氏矢量
柏氏矢量方向）一致 ➢位错线的运动方向与位错线垂直 ➢一次滑移量为最近邻的原子间距（全位错
的柏氏矢量的模）
40
➢螺型位错的滑移
41
螺型位错的晶体滑移
42
➢螺型位错滑移的特点
➢滑移面可以是包含位错线的任意一个密排 面
➢位错的运动方向与晶体滑移方向（即柏氏 矢量方向）垂直
➢位错的运动方向与位错线垂直 ➢原子一次滑移量小于1个密排方向原子间距
金属材料及热处理
第一篇 材料的结构与缺陷
第二章 晶体缺陷
➢晶体缺陷 是指晶体结构中偏离完整晶格排列的
微观区域。 分为点缺陷，线缺陷，面缺陷。
➢本章提要
➢三类晶体缺陷的形式，分类 ➢晶体缺陷与晶体内相关变化过程的联系
2
2.1 点缺陷
➢ 三维尺度均很小的晶体缺陷。
3
➢2.1.1 空位
➢形成 结晶、高温或辐照
b Pt
23
➢混合位错的柏氏矢量
24
Atoms from upper and lower part of crystal are again aligned.
Positive edge
Slipped by 1 b. Positive screw
Negative screw
Negative Edge
➢影响塑性变形与强度、扩散与相变等
11
2.2.1 位错的基本概念
➢1.位错的基本类型
➢刃型位错 有正、负之分
12
➢TEM观察到的刃型位错
13
➢螺型位错 有左右之分
14
➢TEM
15
➢混合位错 具有螺型位错 与刃型位错的 特点
16
2.2.1 位错的基本概念
2.位错的产生
➢结晶过程 ➢空位聚集成片的边缘 ➢塑性变形
25
➢ 柏氏矢量的表示方法 立方晶系中：
bபைடு நூலகம்
1
[uvw]
n
如：
1
[110],
1
[111],
1
[11
2]等
2 36
26
b 的方向与大小
➢1/2<111> 1/2<110>
3a 2
2a 2
1/3<11-20> a
27
➢面心立方晶胞中的密堆积面
28
➢H.C.P.晶体中的密排面
29
➢柏氏矢量的意义及特征
46
2.2.2 位错的运动
➢3. 螺型位错的交滑移
螺型位错在滑移受阻时，转换到与原滑移面 相交的滑移面滑移。
47
位错运动总结
➢ 位错的运动是晶体塑性变形的主要原因 ➢ 不同的位错可表现出滑移、攀移、交滑移等
运动方式 ➢ 一条位错线在运动过程中总可以将晶体分为
已变形区域与未变形区域，晶格畸变则集中 于位错周围 ➢ 晶体的滑移方向与位错柏氏矢量方向一致 ➢ 位错滑移总是在晶体中面间距最大的密排面 上沿着密排晶向进行
66
➢本章重要知识点：
➢晶体缺陷的种类、形式 ➢位错滑移的基本特点 ➢柏氏矢量与位错线的关系、与晶体滑移的
关系
67
➢ 2.大角度晶界
取向差>10°
➢ 晶界能高， 且与取向差无关
部分特殊取向的晶 界界面能很低。
晶界模型：是CSL的小角度晶界。
55
➢重合位置点阵（CSL）
56
➢界面能与取向差
57
58
2.3.3 孪晶界
是两部分具有特殊镜面对称位向关系的晶 体的界面。
共格孪晶界面界面能低。
59
➢理想晶体
60
➢孪晶界面
异的亚结构之间的界面。
51
1.小角度晶界
➢对称倾侧晶界
晶界模型： 同号刃型位错墙
取向差<10°
无长程应力场 能量低、稳定
52
1.小角度晶界
➢扭转晶界
取向差<10°
晶界模型：两组交叉螺位错的网络
53
➢小角度晶界的能量 界面能低，主要是位错的能量。 位向差越大、位错密度越高，界面能
越高。
54
2.3.2 晶界与亚晶界
➢晶格畸变与缺陷强化 ➢电阻率升高 ➢加速扩散，影响相变
9
2.2 线缺陷
➢晶体中长度为数百到数万原子间距的管 线状原子错排区。又称位错。
➢知识点
➢位错的基本类型 ➢柏氏矢量 ➢位错的密度 ➢位错的运动
10
➢位错学说发展简史
➢矛盾提出——晶体理论剪切强度与实测值 的巨大差异
➢位错概念提出——1934年 ➢螺型位错概念，柏氏矢量概念——1939年 ➢F-R位错源——1950年 ➢TEM技术研究位错——50’s 以后 ➢… …
43
➢混合位错的滑移
44
➢ 滑移的共同特点
➢晶体滑移的方向就是位错柏氏矢量的方向 ➢滑移面是最密排面，滑移方向是最密排晶向
滑移的点阵阻力(派-纳力):
p
2G
2 a
e b(1 )
1
a :晶面间距
b : 滑移方向上的原子间距，即柏氏矢量
45
2.2.2 位错的运动
➢2. 刃型位错的攀移
刃型位错在垂直于滑移面方向的的运动。分 正攀移与负攀移。是非保守运动。
➢ 存在内吸附现象。异类原子可降低界面能时， 会向界面偏聚
➢ 界面阻碍位错运动，组织越细小，强度硬度 越高
➢ 界面能越大，界面迁移速度越大；晶粒长大 可以降低界面能。
65
晶体缺陷是研究晶体材料的一项基本内容
➢晶体缺陷的存在影响晶体的许多性质：
➢ 相变 ➢ 塑性变形 ➢ 材料强化 ➢ 其他物理化学性质
48
2.3 面缺陷
➢两个方向上有显著的畸变，畸变层厚度 仅有几个原子间距，又称二维缺陷。
49
2.3.1 外表面
➢表面及近表面层原子偏离平衡位置 ➢表面能
形成表面时单位面积表面上增加的能量称比表面 能（γ）
➢表面的吸附作用
➢能降低表面能的原子偏聚于表面使表面能降低
50
2.3.2 晶界与亚晶界
➢晶界：相邻晶粒的界面 ➢亚晶界：晶粒内部各排列方位有细微差
61
2.3.4 相界
两种不同晶体结构的相之间的界面 分为共格界面、半共格界面、非共格界面三类 共格界面界面能最低，弹性应变能最高。
62
失配度δ
a a
a
0.05：共格界面 0.05 0.25：半共格界面 0.25：非共格界面
界面能由低到高： 共格界面——半共格界面——非共格界面 弹性应变能由高到低： 共格界面——半共格界面——非共格界面 63
穿过单位面积的位错线的数目
n / A(1/ cm2 )
35
➢实际晶体中的位错网络
36
➢位错密度的显示-蚀坑法
37
2.2.2 位错的运动
➢1.位错的滑移
指位错沿着晶体滑移面的运动，又称保守运动 ➢刃型位错的滑移
38
刃型位错的晶体滑移
39
➢刃型位错滑移的特点
➢滑移面由柏氏矢量与位错线矢量唯一确定 ➢位错的运动方向与晶体滑移方向（即位错
➢反映位错的点阵畸变总量 ➢反映晶体的滑移量及方向 ➢具有守恒性 ➢与位错线有确定的位置关系
30
刃型位错 t , b 与多余半原子面间的右手关系
拇 指： 多余半原子面所在
食指： 位错线方向
中指：
柏氏矢量方向
31
螺型位错 t 与b间的方向关系
32
可用
b
判断位错线的类型
b 0刃型位错
b b右螺型位错
b b左螺型位错
33
2.2.1 位错的基本概念
4.位错的特征
➢位错是晶体变形与未变形区域的分界 ➢位错线不会中断于晶体内。 ➢位错具有易动性
位错是晶体内多种变化的原因：强化，塑变， 相变等
34
2.2.1 位错的基本概念
5.位错密度
表示晶体中位错的数量 单位体积中的位错线长度
S /V (cm / cm3)
➢类型 肖脱基空位、弗兰克尔空位
➢运动 迁移、复合
➢平衡浓度 c n Aexp( Ev)
N
kT
4
5
空位运动
6
➢2.1.2 间隙原子
➢形成 结晶、高温或辐照
➢平衡浓度 c n Aexp( Ev)
N
kT
➢弗伦克尔空位常与间隙原子伴生
7
➢2.1.3 置换原子
异类原子
8
➢2.1.4 点缺陷对性能的影响
2.3.5 堆垛层错(Stacking Fault, SF)
是原子的堆垛次序错误形成的缺陷。 层错能(SFE)：形成单位面积层错增加的能
量。层错能越高，形成层错越困难。
64
2.3.6 界面特性
➢ 界面处晶体缺陷集中，原子能量高
➢界面是氧化、腐蚀的优先发生地 ➢界面是固态相变的有效形核位置 ➢界面原子的扩散速度远高于晶内