晶体缺陷和强度
晶格的缺陷
晶格的缺陷晶格的缺陷是指晶体结构中存在的各种不完美或异常的位置或排列。
这些缺陷对晶体的物理、化学性质以及材料的性能都会产生重要影响。
本文将从点缺陷、线缺陷和面缺陷三个方面，介绍晶格缺陷的种类、产生原因以及对材料性能的影响。
一、点缺陷1. 点缺陷是指晶体中原子或离子的位置发生变化或缺失。
常见的点缺陷有原子间隙、空位、间隙原子、杂质原子等。
2. 原子间隙是指晶体中存在的原子无法占据的空间，通常是由于晶格结构的不完美而形成。
原子间隙的存在会导致晶体的密度降低，同时对电子和热的传导产生影响。
3. 空位是指晶体中原子位置上缺失了一个原子。
空位会导致晶格的局部变形，降低晶体的机械强度和热稳定性。
4. 间隙原子是指晶体中存在的非晶体或空气中的原子进入了晶体中的间隙位置。
间隙原子的存在会改变晶体的电子结构和热导率。
5. 杂质原子是指晶体中存在的与晶格原子不同种类的原子。
杂质原子的加入会改变晶体的导电性、磁性以及光学性质。
二、线缺陷1. 线缺陷是指晶体结构中存在的一维缺陷，通常是晶体中原子排列发生错位或缺失。
2. 赝位错是指晶体中两个晶格面之间的原子排列发生错位，即晶体中的原子位置发生了偏移。
赝位错会导致晶体的机械强度下降，同时也会引起晶体的局部形变。
3. 堆垛错是指晶体中两个晶格面之间的原子排列发生缺失或添加。
堆垛错会导致晶体局部的结构畸变，进而影响晶体的热稳定性和电子传导性能。
4. 螺错是指晶体中原子排列沿晶体的某一方向发生了扭曲，形成了一种螺旋形的缺陷。
螺错会导致晶体的机械强度下降，同时也会引起晶体的局部形变。
三、面缺陷1. 面缺陷是指晶体结构中存在的二维缺陷，通常是晶格面的错位、缺失或添加。
2. 晶界是指晶体中两个晶粒之间的界面。
晶界是晶体中最常见的面缺陷，其形成原因包括晶体生长过程中的结晶不完全以及晶体在变形过程中的再结晶。
晶界会对晶体的力学性能、电学性能以及化学反应产生显著影响。
3. 双晶是指晶体中存在两个晶界的结构。
晶体缺陷和材料性能
晶体缺陷和材料性能晶体缺陷是一种常见的材料学现象，它能够影响材料的力学、电学、热学等性能。
在材料科学中，深入了解晶体缺陷对材料性能的影响是非常重要的。
本文将介绍晶体缺陷的种类和其影响力学、电学、热学性能的机制。
一、晶体缺陷的种类晶体缺陷通常可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种：1.点缺陷：最简单的点缺陷是晶格中离子交换，如阴离子被阳离子占据。
空穴和插入的离子也属于点缺陷。
空穴是空出一个或多个原子位置的缺陷，它们造成晶体中电子和磁性的变化。
插入的离子是不同元素的原子，它们插入到晶体中取代其它原子位置。
2.线缺陷：线缺陷是晶格中的一条线，它与晶体中其它原子排列方式不同。
位错是最常见的线缺陷。
每个位错都是从一个或多个失配的原子重叠开始，其结果会改变晶体的物理特性。
3.面缺陷：面缺陷是晶体表面的缺陷，如晶界和小角度晶界。
晶界是两个或多个晶体的边界，它们对材料的物理和化学性质有很大影响。
小角度晶界也是晶界，它是两个晶体在晶界处缓慢旋转而形成的。
由于晶界存在，会导致晶体的力学和电学性质发生改变。
二、晶体缺陷对材料性能的影响晶体缺陷能够影响材料的力学、电学、热学等性能。
下面将介绍晶体缺陷对各种性能的影响机制：1.力学性能：晶体缺陷会影响材料的塑性、强度和韧性等机械性能。
在弹性形变的情况下，位错和其他线缺陷产生的内应力可以改变晶体的力学性质。
当材料受到应力时，点缺陷会导致晶体内部出现位移和形变。
靠近晶体表面的缺陷，比如晶界和表面缺陷，可以作为裂纹的萌芽点，从而引起材料的断裂。
2.电学性能：电学性能是指材料的导电性、电阻率等性质。
晶体缺陷可以对材料的电学性能产生显著影响。
二硫化钼（MoS2）是一种典型的半导体，在晶体中的点缺陷和线缺陷会导致其导电性变得更好或更差。
此外，晶体缺陷还可以影响材料的光谱特性、介电常数和色散等方面的性质。
3.热学性能：晶体缺陷还可以影响材料的热学性能，如热容量、导热性等。
点缺陷和线缺陷可以改变晶体的热传导和物理吸收特性。
晶体缺陷知识点
晶体缺陷知识点晶体缺陷是固体材料中晶格出现的非理想性质，通常由于外界因素或内部原子位置错配引起。
晶体缺陷可以对材料的性质和行为产生显著影响，因此对晶体缺陷的认识和理解对于材料科学和工程领域至关重要。
本文将主要介绍晶体缺陷的类别、产生原因以及对材料性能的影响等相关知识点。
一、点缺陷点缺陷是晶体中最常见的缺陷之一，它包括空位、附加原子和原子间隙等。
空位是晶体中原子缺失的位置，它可能由于热振动、离子辐照或经历一系列化学反应等因素而形成。
附加原子是晶体中多余的原子，它可以是来自杂质或外界加入的额外原子。
原子间隙是晶体中原子之间的间隙空间，它的存在会导致晶体结构的变形和变化。
二、线缺陷线缺陷是晶体中延伸成线状的缺陷，包括位错和螺旋排列。
位错是晶体中原子错位或排列不当导致的线性缺陷，它可以通过晶体的滑移和或扩散过程产生。
螺旋排列是沿晶体某个轴线方向发生的原子错位，在某些晶体材料中常见。
三、面缺陷面缺陷是晶体中存在的平面或界面缺陷，包括晶界、层错和孪晶等。
晶界是晶体中两个晶粒的交界面，它由于晶体生长或晶体结构不匹配引起。
层错是晶体中原子层次错位排列的缺陷，通常发生在层状晶体结构中。
孪晶是晶体中两个晶粒具有相同的晶格方向但是镜像对称的缺陷。
四、体缺陷体缺陷是晶体中三维空间内存在的缺陷，主要包括孔洞和包裹物。
孔洞是晶体中的空隙空间，可以影响晶体的密度和物理性质。
包裹物是晶体中包裹其他原子或分子的空间，它可以是点状、线状或面状。
晶体缺陷的产生原因多种多样，包括热力学因素、机械应力和外部影响等。
温度和压力的变化可以导致晶体中原子位置发生偏移或畸变，进而产生缺陷。
机械应力也可以引起晶体的位错和断裂等缺陷。
此外，电磁辐射、化学环境和放射性衰变等因素也会影响晶体的结构和缺陷形成。
晶体缺陷对材料的性能和行为产生重要影响。
例如，点缺陷的存在可以改变材料的电导率、热导率和光学性能。
线缺陷和面缺陷可以导致晶体的强度和塑性发生变化，并影响晶体的断裂行为。
资料-《晶体缺陷与强度理论》
在低碳钢中溶质或杂质原子造成晶格畸变，溶质原子的应力场和位错应力场会发生交互作用，使溶质原子聚集在位错线附近，形成可垂耳气团。由于这种交互作用，体系的能量处于较低状态，只有在较大的应力作用下，位错才能脱离溶质原子的钉扎，表现为应力-应变曲线的上屈服点；当位错继续滑移时，就不需要开始那么大的力，表现为应力-应变曲线的下屈服点；当继续变形时，应为应变硬化作用的结果，应力又出现升高的现象。
(2)使晶体发生孪生比使之发生滑移的τc高得多.因此,滑移系较多的fcc晶体易发生滑移而不易发生孪生;只有在滑移受阻的情况下才发生孪生;滑移系很少的hcp晶体容易发生孪生。
孪生变形的作用：靠孪生造成的晶体变形量很小,它最多能提供7-10%的变形量,晶体的变形量大部分是靠滑移提供的.但是,在晶体变形时,孪生往往又是滑移的补充.在滑移系取向变硬,滑移不能进行的情况下,往往通过孪生改变滑移系的取向,使滑移继续进行下去.晶体中的变形,往往是由滑移和孪生两种方式交替进行的。
<3>由空位聚集而形成。在高温时，晶体中空位浓度很高，它们有聚集成片以降低组态能的趋势。晶体中的空位片足够大时，两边晶体塌陷下来，在周围形成位错环。
4．为什么位错线不可能中断于晶体内部？
相交于一点的各位错,同时指向结点或同时离开结点时,各位错的柏氏矢量之和为零,即： =0（bi是各个位错的柏氏矢量）
3．晶体中形成位错的途径有哪些？
<1>在凝固过程中形成。树枝状晶体生长相遇后发生碰撞；液体流动时对晶体的冲击，使晶体表面发生错排形成大台阶；浓度起伏造成的点阵常数偏差，以及结晶前沿的障碍物造成的不同部分间的位向差，都会形成位错。
<2>由晶体在冷却时形成的局部内应力所造成，在完整的晶体中形成位错，需要极大的应力，其值大致为G/30，相当于理论强度。使整个晶体或某个晶面获得这样大的应力，是不可能的，但是，在晶体冷却过程中，由于温度梯度、成分起伏或结构的变化，使局部晶体形成这样的应力是可能的。在夹杂物周围，由于夹杂和基体的膨胀系数不同，造成二者收缩量不同，以致应力集中而产生位错环，就是一个典型的例子。
晶体缺陷对材料性能的影响机理探究
晶体缺陷对材料性能的影响机理探究晶体缺陷是材料中晶格结构的不完整部分，对材料的性能有着重要的影响。
本文将探究晶体缺陷对材料性能的影响机理。
首先，晶体缺陷可以导致材料的力学性能的变化。
晶体缺陷会引入应力场，改变原子之间的相互作用力。
例如，点缺陷，如原子空位和间隙原子可以导致局部应力的集中，从而降低材料的强度和韧性。
而线缺陷，如位错导致晶体内部的局部错配，会影响材料的塑性行为。
晶体缺陷还可以影响材料的断裂行为，使材料的断裂韧性降低。
其次，晶体缺陷还可以影响材料的导电性和热导性。
晶体缺陷可以改变材料的电子结构和载流子的运动方式。
一些晶体缺陷可以提高材料的电导率，增加材料的导电性能，而另一些缺陷则可能降低导电性能。
晶体缺陷还可以散射和散射热导的载流子，从而降低材料的热导率。
因此，对于材料的电子导电性和热传导性能的研究，需要考虑晶体缺陷的影响。
另外，晶体缺陷对材料的光学性能也有重要影响。
晶体缺陷可以影响材料的折射率、发光性能和吸收能力。
例如，点缺陷可以引起材料的颜色变化和光学吸收率的改变。
晶体中的某些缺陷还可以使材料发生光致发光或荧光现象。
因此，在光电子器件和光学材料的设计中，晶体缺陷的影响需要被充分考虑。
此外，晶体缺陷还可以影响材料的化学性能。
晶体缺陷可以改变材料的晶格常数、电子亲和能和反应活性等。
一些晶体缺陷可以提高材料的化学活性，使其更容易与其他物质发生反应。
而另一些缺陷则可能降低材料的反应活性。
因此，在材料的催化性能、电化学性能以及化学稳定性等方面的研究中，晶体缺陷起到重要的作用。
最后，晶体缺陷对材料的磁性能也有显著影响。
晶体缺陷可以改变材料的磁矩排列和磁矩耦合方式。
一些晶体缺陷可以引起磁矩的偏转和畸变，从而影响材料的磁化强度和磁滞回线。
另一些晶体缺陷则可能改变磁矩的相互作用，影响材料的磁化行为。
综上所述，晶体缺陷对材料性能的影响机理是多方面的。
晶体缺陷可以通过改变材料的力学性能、导电性、热导性、光学性能、化学性能和磁性能等方面，影响材料的整体性能。
金属材料的晶格缺陷对力学性能的影响
金属材料的晶格缺陷对力学性能的影响金属材料是工程中广泛应用的一类材料，其内部的晶格缺陷对其力学性能具有重要影响。
本文将从晶格缺陷的分类和形成机制入手，探讨晶格缺陷对金属材料力学性能的影响。
一、晶格缺陷的分类和形成机制晶格缺陷是指金属材料晶体内部的结构缺陷，主要包括点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。
点缺陷又可细分为空位、插入原子和间隙原子等。
晶格缺陷的形成机制包括自发缺陷形成、热激活缺陷形成和辐照缺陷形成等。
二、晶格缺陷对金属材料力学性能的影响1. 强度和塑性晶格缺陷对金属材料的强度和塑性具有显著影响。
点缺陷的存在会导致晶体的高密度位错，从而阻碍位错的滑移和蠕变过程，提高了材料的屈服强度和抗延展性。
此外，线缺陷和面缺陷也会在应力场中引起局部变形和局部应力集中，降低金属材料的塑性。
2. 弹性模量晶格缺陷会改变金属材料的弹性模量，即杨氏模量。
点缺陷引入了大量的弹性不匹配应力，降低了金属的整体弹性模量。
线缺陷和面缺陷则引起了局部弹性不匹配，导致金属材料在应力下发生变形，减小了弹性模量。
3. 疲劳寿命晶格缺陷是金属材料疲劳寿命的重要参数。
点缺陷通过阻碍位错的移动和延展来增强金属的疲劳寿命。
然而，当点缺陷密度过高时，会导致应力集中，从而降低疲劳寿命。
线缺陷和面缺陷也会在应力下产生局部应力集中，降低金属的疲劳寿命。
三、晶格缺陷的调控与应用晶格缺陷的类型和密度可以通过材料制备和加工工艺进行调控。
例如，通过控制退火温度和时间参数，可以调控金属材料中点缺陷的密度。
通过引入合适的合金元素或添加强化相，可以有效调控金属材料中的线缺陷和面缺陷。
晶格缺陷的调控在材料设计和制备中具有重要意义。
综上所述，晶格缺陷对金属材料的力学性能具有重要影响。
对晶格缺陷的分类和形成机制有深入理解，能够帮助我们在材料设计和应用方面做出准确的抉择。
通过调控晶格缺陷的类型和密度，我们可以优化金属材料的力学性能，提高其应用效能。
未来的研究也应重点关注晶格缺陷与力学性能之间的关系，以推动金属材料在工程领域的进一步应用和发展。
《材料科学基础》课件之第四章----04晶体缺陷
41
刃位错：插入半原子面，位错上方，原子间距变小， 产生压应变，下方原子间距变大，拉应变。过渡处 切应变，滑移面处有最大切应力，正应力为0。x NhomakorabeaGb
2 (1 )
y(3x2 (x2
y2) y2 )2
y
Gb
2 (1
)
y(x2 y2) (x2 y2)2
z ( x y )
x
xy
Gb
2 (1 )
21
刃位错b与位错线 垂直
螺位错b与位错线 平行
bb
l
l
正
负
b
b
右旋
左旋
任意一根位错线上各点b相同，同一位错只有一个b。
有大小的晶向指数表示
b a [uvw] 模 n
b a u2 v2 w2 n
22
Burgers矢量合成与分解：如果几条位错线在晶体内
部相交（交点称为节点），则指向节点的各位错的伯氏矢量 之和，必然等于离开节点的各位错的伯氏矢量之和 。
不可能中断于晶体内部（表面露头，终止与 晶界和相界，与其他位错相交，位错环）
半原子面及周围区域统称为位错
18
2. 螺位错
晶体在大于屈服值的切应力作用下，以某晶面为滑移面发生滑移。由于位错线周围 的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，故称为螺位错。
几何特征：位错线与原子滑移方向相平行；位错线周围原子的配置是螺旋状的。
d
34
六、位错应变能
位错原子偏移正常位置，产生畸变应力， 处于高能量状态，但偏移量很小，晶格为弹 性应变。
位错心部应变较大，超出弹性范围， 但这部分能量所占比例较小， <10%，可以近似忽略。
35
1. 理论基础：连续弹性介质模型
晶体缺陷
一、概述1、晶体缺陷：晶体中原子（离子、分子）排列的不规则性及不完整性。
种类：点缺陷、线缺陷、面缺陷。
1) 由上图可得随着缺陷数目的增加，金属的强度下降。
原因是缺陷破坏了警惕的完整性，降低了原子间结合力，从宏观上看，即随缺陷数目增加，强度下降。
2) 随着缺陷数目的增加，金属的强度增加。
原因是晶体缺陷相互作用（点缺陷钉扎位错、位错交割缠结等），使位错运动的阻力增加，强度增加。
3) 由此可见，强化金属的方向有两个：一是制备无缺陷的理想晶体，其强度最高，但实际上很难；另一种是制备缺陷数目多的晶体，例如：纳米晶体，非晶态晶体等。
二、点缺陷3、点缺陷：缺陷尺寸在三维方向上都很小且与原子尺寸相当的缺陷（或者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），称为点缺陷或零维缺陷。
分类：空位、间隙原子、杂质原子、溶质原子。
4、肖特基空位：原子迁移到晶体表面或内表面正常结点位置使晶体内形成的空位。
5、弗仑克尔空位：原子离开平衡位置挤入点阵间隙形成数目相等的空位和间隙原子，该空位叫做弗仑克尔空位。
6、空位形成能EV：在晶体中取出一个原子放在晶体表面上（不改变晶体表面积和表面能）所需的能量。
间隙原子形成能远大于空位形成能，所以间隙原子浓度远小于空位浓度。
7、点缺陷为热平衡缺陷，淬火、冷变形加工、高能粒子辐照可得到过饱和点缺陷。
8、复合：间隙原子和空位相遇，间隙原子占据空位导致两者同时消失，此过程成为复合。
9、点缺陷对性能的影响：点缺陷使得金属的电阻增加，体积膨胀，密度减小；使离子晶体的导电性改善。
过饱和点缺陷，如淬火空位、辐照缺陷，还可以提高金属的屈服强度。
三、线缺陷10、线缺陷：线缺陷在两个方向上尺寸很小，另外一个方向上延伸较长，也称为一维缺陷。
主要为各类位错。
11、位错：位错是晶体原子排列的一种特殊组态；位错是晶体的一部分沿一定晶面与晶向发生某种有规律的错排现象；位错是已滑移区和未滑移区的分界线；位错是伯氏矢量不为零的晶体缺陷。
晶体缺陷与强度课件4：金属的范性形变的三种基本形式-滑移孪生扭折
位错，并沿相同滑移方向运动。大量位错运动的积累结果 必然要在表面上显露出来，这是一个大约包含近100个原
子间距的台阶。通常看到的滑移带宽度的尺度是微米数量 级，因此它应是许多滑移线重叠的结果。因此.粗略地说
一根滑移线是上百根位错线运动所提供的滑移量，而滑移 带则是若干个平行滑移面上的上万根位错运动的贡献。
晶体拉伸时也能出现扭折,金相 照片上扭折区的滑移线呈平行 的S状,面心立方金属扭折带结 构可以看作以<211>方向为轴 相对于基体的局部晶格旋转。 形变度不大时，扭折带一般宽 度为0.05mm。带间距约为
1mm
金属与合金强化的位错机制
使合金强韧化的基本思路从根本上讲是通过各种热 加工处理和化学处理以及合金化等途径，改变合金 的组织结构，为位错的运动设置障碍.降低位错的活 动性，达到强化的目的。因为材料宏观可见的形 变，从微观看是位错运动及其与作为障碍的某些组 织结构单元(如晶界、第二相粒子等)相互作用各种 效果叠加的结果。降低位错活动性的途径，可以按 强化机理来分类，而强化机理又取决于障碍的种类 及其与位错相互作用的机制。
τ cbl = fmax （4-13）
位错运动中受溶质原子阻 碍而弯曲(Fleischer模型)
• b为位错柏氏矢量的大小，l是位错在运动过程中遇到的障
碍的平均间距。据位错基本理论，引入位错线张力T，溶
质原子的平均线尺寸a和溶质原子的浓度(原子分比)C0， 经过简单计算可以得到：
l = (2Ta2 / τ ccb)1/3
• 如图，设左右两个取向不同的晶粒，其界面处有一个台
阶.也可以是其它可以作为位错源的界面缺陷，在应力作 用下，台阶向右晶粒发射一根位错，如图 (b)。设单位晶 界面积上的位错总长度为s，若晶界全部位错均释放到晶 粒中去，使晶内位错密度达到ρ。假设晶粒为圆球形，直 径为a，则每个晶粒的表面积为4π(a/2)2=πa2，故释放位 错总长度为πsa2。但是每个晶界属于两个晶粒，故对一 个晶粒来说只有上述位错线长度的一半，即(πsa2)/2，由 此得到单位体积中位错线的长度(即位错密度)为：
晶体结构中的点缺陷及其对材料性能的影响
晶体结构中的点缺陷及其对材料性能的影响晶体是由原子或离子有序排列形成的固体材料。
在晶体结构中，点缺陷是一种常见的现象，它们对材料的物理和化学性质产生重要影响。
本文将探讨晶体结构中的点缺陷类型、形成原因以及对材料性能的影响。
晶体结构中的点缺陷可以分为两类：点陷和点间隙。
点陷是指晶体中存在于正常原子位置的替代物质或空位，而点间隙是指晶体中存在于正常间隙位置的其他原子或离子。
这些点缺陷的形成原因多种多样，可以是热运动、化学反应、辐射等外部因素的影响，也可以是由于材料的缺陷或不均匀性引起的。
例如，晶体中的离位原子可以通过热扰动从正常位置移动到别的位置，形成点陷；而晶体中的离位原子可以通过化学反应与其他原子或离子结合，形成点间隙。
点缺陷对材料性能的影响是多方面的。
首先，点缺陷可以改变材料的电子和磁性质。
以半导体材料为例，点陷在晶格中引入杂质原子，改变了材料的导电特性。
某些点缺陷也可以改变晶体的磁性质，使材料成为磁性材料。
其次，点缺陷可以影响晶体的力学性能。
晶体中的点缺陷可以导致材料的塑性变形，使其更易于发生变形或破裂。
点缺陷还可以改变材料的硬度、弹性模量等力学性质。
此外，点缺陷还可以影响材料的热性能。
晶体中的点缺陷可以影响材料的热导率和热膨胀系数，从而改变材料的热稳定性和导热性能。
点缺陷的类型和浓度对材料性能的影响是复杂的。
在某些情况下，点缺陷的存在可以改善材料的性能。
例如，通过控制点陷的添加量和类型，可以提高材料的导电性能。
在半导体材料中，适量的杂质原子可以形成能带结构，增加载流子浓度，从而提高材料的导电性能。
此外，点缺陷也可以增加材料的缺陷耐力，改善材料的抗拉强度和韧性。
然而，过量的点缺陷或不适当的类型可能导致材料性能的恶化。
过多的点陷会导致材料的电导率降低，抗拉强度和硬度下降。
过多的点间隙会导致材料内部空隙增多，从而降低材料的密度和强度。
综上所述，晶体结构中的点缺陷是一种常见的现象，对材料的物理和化学性质产生重要影响。
金属材料的晶格缺陷及其对性能的影响研究
金属材料的晶格缺陷及其对性能的影响研究金属材料是我们生活中离不开的一种材料，具有良好的导电性、导热性、延展性、可塑性和强度等优良特性，因此被广泛应用于制造业、建筑业、能源产业、航空航天等领域中。
但是，金属材料在使用过程中存在着晶格缺陷，这些缺陷会影响其性能和使用寿命。
本文就金属材料的晶格缺陷及其对性能的影响进行探讨。
一、晶格缺陷的概念晶体是由原子、离子或分子的周期排列构成的，它具有完美的结晶性和有序性。
但是，在晶体的生长、加工、热处理等过程中，会形成各种缺陷。
晶格缺陷是指晶体中的原子位置发生了变化而导致的缺陷。
晶格缺陷主要包括点缺陷、面缺陷和体缺陷三种。
其中，最常见的是点缺陷，即晶体中某个原子没了或多了一个，包括晶格空位、间隙原子、替位原子、杂质原子等。
二、晶格缺陷对金属材料性能的影响晶格缺陷既可能改善金属的性能，也可能破坏其性能，具体表现如下：1. 强度晶格缺陷对金属材料的强度会产生影响。
例如，错位位错材料具有较高的强度，因为它们的原子排列更紧密，形成了劳厄位错区域，阻碍了位错的运动。
然而，过多的位错会导致晶体变脆，强度降低。
此外，晶格缺陷还会增加材料内部应力，并在位错滑移过程中产生新的位错，进而损伤材料。
2. 塑性晶格缺陷对金属材料的塑性也会产生影响。
晶体中的空位、替位原子和杂质原子等缺陷可以增强材料的塑性。
原子替位可使材料的晶格畸变，增强位错的滑移，提高材料的塑性。
但是，空位、杂质原子和间隙原子等缺陷会阻碍位错的滑移，降低材料的塑性。
3. 热稳定性晶格缺陷会降低金属材料的热稳定性。
晶格缺陷会使晶界、位错和相界的能量降低，从而促进缺陷的形成和蔓延，影响材料的结构和性能。
特别是在高温条件下，缺陷会更加明显，因此材料的热稳定性会下降。
4. 电性能晶格缺陷对金属材料的电性能也会产生影响。
空位和间隙原子等缺陷可形成导电空穴，提高材料的导电性能。
替位原子和杂质原子等缺陷则会改变材料的导电性能，使之成为n型或p型半导体。
第二章---点缺陷---晶体缺陷和强度
Crystal Defect and Strength
王建华
材料科学与工程学院
2019.09.12
2019/10/14
1
第二章 点缺陷（ Point Defects）
原子尺度的缺陷（atomic size defects）
在晶体中可以热力学平衡态存在
点缺陷研究的发展——1926年Frankel提出
空位对于传导电子产生附加散射，而引起电阻率 ρ 的增
加。
例如：淬火温度越高，由于空位浓度越大，因而，电阻
率201越9/10大/14 。
32
2）密度的变化 简单地考虑肖脱基空位。一个空位形成，体积增加
v，v 为原子体积，n 个空位形成，晶体体积增加
V = n v，由此而将引起密度的减小。 (这里没有考虑空位形成后晶格的畸变) 3）机械性能的变化 空位对金属的机械性能影响较大，过饱和点缺陷 提高金属的屈服强度。为什么？
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• 晶格常数a与固溶体成分x之间的关系： • 式中，a1、a2分别为溶剂和溶质的晶格常数
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2.7 点缺陷对晶体性能的影响
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点缺陷引起的结构变化：
晶格畸变（如空位引起晶格收缩，间隙原 子引起晶格膨胀，置换原子可引起收缩或 膨胀。）
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点缺陷对化学性能的影响: 主要集中在材料表面性能上，比如杂质原子的缺 陷会在大气环境下形成原电池模型，极大地加速 材料的腐蚀，另外表面能量也会受到缺陷的极大 影响，表面化学活性，化学能等等。
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。
合金材料的晶体缺陷与强度
合金材料的晶体缺陷与强度合金作为一种重要的材料，具有较高的强度和优异的性能，广泛应用于各个领域。
然而，在合金的制备过程中，晶体缺陷是无法避免的。
晶体缺陷的存在对合金的性能会产生一定的影响，并直接关系到合金的强度。
本文将对合金材料的晶体缺陷与强度进行探讨。
一、晶体缺陷的种类及其影响晶体缺陷是指晶体结构中存在的与完美晶体结构不一致的部分。
合金材料中常见的晶体缺陷有点缺陷、面缺陷和体缺陷。
这些晶体缺陷会导致合金中的原子位置发生错位或者空隙，从而改变了合金的原子排列和结构。
1. 点缺陷点缺陷是指晶体中某个位置的原子缺失或者替代。
常见的点缺陷有原子间隙、空位和固溶体原子替代等。
点缺陷的存在会导致原子结构的不均匀，增加晶体网络的不规则性，从而降低了合金的强度。
2. 面缺陷面缺陷是指晶体中某个平面上的原子排列出现错误，例如层错和晶界。
面缺陷会对合金的强度和韧性产生显著影响。
层错会导致晶体中局部应力集中，容易引发晶体的滑移和断裂，从而降低了合金的强度。
晶界则会导致晶体结构的边界变得复杂，阻碍了晶体的位错运动，增加了合金的强度和硬度。
3. 体缺陷体缺陷是指晶体内部出现的空隙、间隙等缺陷。
这些缺陷会导致晶体结构的不完整，增加晶体中的缺陷密度，并对合金的机械性能产生明显的影响。
体缺陷的存在会导致合金的变形行为变得复杂，从而影响了合金的强度和可塑性。
二、晶体缺陷与强度的关系晶体缺陷的存在对合金的强度产生重要影响。
晶体缺陷会导致原子结构的不均匀，且增加合金中的位错密度，从而使合金的屈服强度、抗拉强度和硬度等机械性能发生变化。
1. 位错的产生与强度位错是晶体缺陷中最常见的一种形式。
在合金中，位错的产生与晶体的滑移运动密切相关。
当合金受到外力作用时，位错会迅速增多，通过滑移运动来平衡应力。
位错密度增加会导致合金的强度增加，抵抗外力的作用。
2. 晶界的作用晶界是晶体缺陷中较为明显的一种形式，也是合金中强度影响较大的因素之一。
晶界会阻碍原子的位错运动并改变其运动路径，增加了合金的塑性变形阻力，从而提高了合金的屈服强度和硬度。
晶体缺陷——精选推荐
晶体缺陷第3章晶体缺陷前⾔前⾯章节都是就理想状态的完整晶体⽽⾔，即晶体中所有的原⼦都在各⾃的平衡位置，处于能量最低状态。
然⽽在实际晶体中原⼦的排列不可能这样规则和完整，⽽是或多或少地存在离开理想的区域，出现不完整性。
正如我们⽇常⽣活中见到⽟⽶棒上⽟⽶粒的分布。
通常把这种偏离完整性的区域称为晶体缺陷（crystal defect; crystalline imperfection)。
缺陷的产⽣是与晶体的⽣成条件、晶体中原⼦的热运动、对晶体进⾏的加⼯过程以及其它因素的作⽤等有关。
但必须指出，缺陷的存在只是晶体中局部的破坏。
它只是⼀个很⼩的量(这指的是通常的情况)。
例如20℃时，Cu的空位浓度为 3.8×10－17，充分退⽕后铁中的位错密度为1012m-2（空位、位错都是以后要介绍的缺陷形态）。
所以从占有原⼦百分数来说，晶体中的缺陷在数量上是微不⾜道的。
但是，晶体缺陷仍可以⽤相当确切的⼏何图像来描述。
在晶体中缺陷并不是静⽌地、稳定不变地存在着，⽽是随着各种条件的改变⽽不断变动的。
它们可以产⽣、发展、运动和交互作⽤，⽽且能合并消失。
晶体缺陷对晶体的许多性能有很⼤的影响，如电阻上升、磁矫顽⼒增⼤、扩散速率加快、抗腐蚀性能下降，特别对塑性、强度、扩散等有着决定性的作⽤。
20世纪初，X射线衍射⽅法的应⽤为⾦属研究开辟了新天地，使我们的认识深⼊到原⼦的⽔平；到30年代中期，泰勒与伯格斯等奠定了晶体位错理论的基础；50年代以后，电⼦显微镜的使⽤将显微组织和晶体结构之间的空⽩区域填补了起来，成为研究晶体缺陷和探明⾦属实际结构的主要⼿段，位错得到有⼒的实验观测证实；随即开展了⼤量的研究⼯作，澄清了⾦属塑性形变的微观机制和强化效应的物理本质。
按照晶体缺陷的⼏何形态以及相对于晶体的尺⼨，或其影响范围的⼤⼩，可将其分为以下⼏类：1.点缺陷(point defects) 其特征是三个⽅向的尺⼨都很⼩，不超过⼏个原⼦间距。
晶体的缺陷名词解释
晶体的缺陷名词解释晶体学是研究晶体内部结构和缺陷的科学，晶体的缺陷是晶体中不规则排列的原子或离子，其存在对晶体的性质和性能产生重要影响。
本文将对晶体的缺陷名词进行解释和探讨。
一、位错位错是晶体中最常见的缺陷之一。
位错是晶体中原子或离子的断裂、错位或在晶体内偏离理想位置的缺陷。
位错分为直线位错、面内位错和体位错。
直线位错是沿着某个方向延伸的位错线，用于解释晶体中的滑移和塑性行为。
面内位错是紧邻平面的晶格原子错位，可以影响晶体的断裂和强度。
体位错是晶体中多个面内位错重叠形成的三维位错结构。
二、点缺陷点缺陷是晶体中存在的原子或离子缺陷，其大小仅为一个晶胞的量级。
点缺陷包括原子间隙、自间隙、离子空位和杂质原子。
原子间隙是晶体中某些原子的理想位置为空出的空间，可以容纳其他原子。
自间隙则是由原来的晶格原子跑到别处形成的间隙，导致了晶体中的晶格畸变。
离子空位是离子晶体中缺失的离子，结果是电荷不平衡。
杂质原子是非晶体中掺入的其他原子，可以显著改变晶体的化学和物理性质。
三、线缺陷线缺陷是晶体中存在的缺陷行，其宽度明显大于点缺陷。
线缺陷包括晶格扭曲、晶格错位带、螺旋位错带和阵列位错。
晶格扭曲是晶格不一致引起的畸变，主要表现为晶格常数的变化。
晶格错位带是晶格中原子错位所形成的缺陷带，常见于金属材料。
螺旋位错带是由于晶体中原子扭曲形成的螺旋线结构，可以影响晶体的力学性能。
阵列位错是沿某个方向连续形成的位错，会导致晶体的局部应力集中。
四、界面缺陷界面缺陷是晶体内部不同晶体区域之间的缺陷，包括晶界和相界。
晶界是晶体中两个晶粒之间的边界，常见于多晶材料中，可以影响晶体的导电性和力学性能。
相界则是晶体内部不同相之间的边界，会导致晶体中的相变和形态变化。
五、体缺陷体缺陷是晶体中三维空间的缺陷，其大小大于线缺陷和点缺陷。
体缺陷包括晶格空缺、晶格畸变和晶格间隙。
晶格空缺是晶体中空出的晶格位置，导致晶体中缺失原子的紧邻空位。
晶格畸变是晶体中晶格常数的变化，常见于热力学非平衡过程和应力作用下。
第二章---点缺陷---晶体缺陷和强度
• 杂质原子的特点：
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• 晶格常数a与固溶体成分x之间的关系：
• 式中，a1、a2分别为溶剂和溶质的晶格常数
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2019/2/3Leabharlann 292019/2/3
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2.7 点缺陷对晶体性能的影响
上式所包含的各项与空位数目之间的关系见图
在平衡态下体系的自由 能最小，G 0
n
得
C
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n n N N n S Ev exp( v ) exp( ) k kT Ev A exp( ) 18 kT
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2.5 过饱和点缺陷的形成
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2.6 杂质原子
• 与基体原子不同的外部杂质进入晶体内部构成的一种点缺 陷
• 分为替代式和间隙式两类
替代式，如Si、Ge中掺杂III、V族元素B、Al、Ga、In和P、 As、Sb等，控制导电类型和电阻率，结构上III、V族元素 与IV族元素相似 间隙式，Fe，Ni，O形成间隙式杂质，处于Si、Ge晶胞五 个较大的间隙
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金属 Cu
Cu
形成能/电子伏 0.8-1.0 1.3-1.5 0.6-0.92 0.6-0.77 4.0-5.0 2.5-2.6 3.0
作者 富米 亨丁顿 富米 富米 亨丁顿 特沃特 塞格等
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2.3 点缺陷的运动
对于一定的体系，平衡时点缺陷的数目是一定的， 但这仅仅是一种动态平衡和稳定。考虑到原子的热 运动和能量的起伏，一个原子可能脱离平衡位置而 占据另一空位。虽然空位数目不增加，但确实存在 原子的迁移。
晶体中的缺陷
晶体中的缺陷晶体中的缺陷及其对材料性能的影响前⾔晶体的主要特征是其中原⼦（或分⼦）的规则排列，但实际晶体中的原⼦排列会由于各种原因或多或少地偏离严格的周期性，于是就形成了晶体的缺陷，晶体中缺陷的种类很多，它影响着晶体的⼒学、热学、电学、光学等各⽅⾯的性质。
晶体的缺陷表征对晶体理想的周期结构的任何形式的偏离。
晶体缺陷的存在，破坏了完美晶体的有序性，引起晶体内能U和熵S增加。
按缺陷在空间的⼏何构型可将缺陷分为点缺陷、线缺陷、⾯缺陷和体缺陷，它们分别取决于缺陷的延伸范围是零维、⼀维、⼆维还是三维来近似描述。
每⼀类缺陷都会对晶体的性能产⽣很⼤影响，例如点缺陷会影响晶体的电学、光学和机械性能，线缺陷会严重影响晶体的强度、电性能等。
⼀、晶体缺陷的基本类型点缺陷1、点缺陷定义由于晶体中出现填隙原⼦和杂质原⼦等等，它们引起晶格周期性的破坏发⽣在⼀个或⼏个晶格常数的限度范围内，这类缺陷统称为点缺陷。
这些空位和填隙原⼦是由热起伏原因所产⽣的，因此⼜称为热缺陷。
2、空位、填隙原⼦和杂质空位：晶体内部的空格点就是空位。
由于晶体中原⼦热运动，某些原⼦振动剧烈⽽脱离格点跑到表⾯上，在内部留下了空格点，即空位。
填隙原⼦：由于晶体中原⼦的热运动，某些原⼦振动剧烈⽽脱离格点进⼊晶格中的间隙位置，形成了填隙原⼦。
即位于理想晶体中间隙中的原⼦。
杂质原⼦：杂质原⼦是理想晶体中出现的异类原⼦。
3、⼏种点缺陷的类型弗仑克尔缺陷：原⼦（或离⼦）在格点平衡位置附近振动，由于⾮线性的影响，使得当粒⼦能量⼤到某⼀程度时，原⼦就会脱离格点，⽽到达邻近的原⼦空隙中，当它失去多余动能后，就会被束缚在那⾥，这样产⽣⼀个暂时的空位和⼀个暂时的填隙原⼦，当⼜经过⼀段时间后，填隙原⼦会与空位相遇，并同空位复合；也有可能跳到较远的间隙中去。
若晶体中的空位与填隙原⼦的数⽬相等，这样的热缺陷称为弗仑克尔缺陷。
肖特基缺陷：空位和填隙原⼦可以成对地产⽣(弗仑克尔缺陷），也可以在晶体内单独产⽣。
金属晶格缺陷对材料性能及强度的影响机制
金属晶格缺陷对材料性能及强度的影响机制引言：金属作为一种常见的材料，在工业生产和科学研究中被广泛应用。
然而，金属在制备过程中难免存在晶格缺陷，这些缺陷可以对材料的性能和强度产生重要的影响。
本文将探讨金属晶格缺陷对材料性能及强度的影响机制。
一、晶格缺陷介绍晶格缺陷是指晶体中不规则排列的原子或晶界、孪生和位错等缺陷。
晶格缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。
其中最常见的点缺陷包括空位、插入原子和替代原子等。
二、晶格缺陷对材料性能的影响1. 电子结构改变晶格缺陷会导致材料的电子结构发生变化，从而影响其导电性和光学性质。
例如，点缺陷会引入额外的能级，影响能带结构，导致材料的导电性发生改变。
同时，晶格缺陷还会散射光线，影响材料的透光性和发光性能。
2. 机械性能变化晶格缺陷可以显著影响材料的机械性能，如强度、塑性和硬度等。
点缺陷会阻碍晶体的滑移和位错运动，从而增加材料的强度。
然而，在过多的晶格缺陷存在时，可能引起裂纹的生成和扩展，导致材料的脆性增加。
3. 热稳定性改变晶格缺陷可以改变材料的热稳定性。
例如，点缺陷会提高材料的扩散速率，降低材料的热稳定性。
此外，晶格缺陷还可能促使相变的发生，进一步改变材料的热性质。
三、晶格缺陷对材料强度的影响机制1. 提高位错密度晶格缺陷能够吸收和储存位错，从而增加位错密度，提高材料的强度。
点缺陷可以吸附和屏蔽位错，防止位错的运动和繁殖。
2. 阻碍位错运动晶格缺陷能够增加材料的内应力和阻力，从而限制位错的滑移和运动。
例如，点缺陷可以形成堆垛错和螺旋错，这些错位可以阻碍位错运动，增加材料的强度。
3. 形成固溶体或化合物晶格缺陷可以通过形成固溶体或化合物，改变材料的晶体结构和性质。
例如，点缺陷可以促使材料的固溶体形成，提高材料的塑性和强度。
四、晶格缺陷对材料性能和强度的优化策略1. 优化制备工艺通过优化材料的制备工艺，可以减少晶格缺陷的形成。
例如，合理控制材料的冷却速率、合金元素的掺杂浓度和材料的晶界结构等，可以有效减少晶格缺陷的产生。
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第一章 绪 言
晶体？ 晶体缺陷？ 强度？ 晶体缺陷与强度？
晶体
非晶体
晶体与非晶体的区别
晶 体 非晶体
无定形 无确定的熔点 各向同性
规则几何外形 确定的熔点 各向异性
对X射线的衍射效应 对称性
无 无
1.1晶体
晶体由许多质点（包括原子、离子或分子）在三维空间 呈周期性地规则排列所构成的固体。 晶体与非晶体的主要区别在于它们是否有三维长程有序 的原子结构。 晶体的基本共性： 均匀性 各向异性 自限性 对称性 固定的熔点
• 弹性极限（σe）：表示材料保持弹性变形，不产生永 久变形的最大应力，是弹性零件的设计依据。
• 屈服极限（ 屈服强度σs）：表示金属开始发生明显塑 性变形的抗力，铸铁等材料没有明显的屈服现象，则 用条件屈服点（σ0.2 ）来表示：产生0.2%残余应变时 的应力值。 • 强度极限（抗拉强度σb ）：表示金属受拉时所能承受 的最大应力。 σe 、σs 、σb 是机械零件和构件设计和选材的主要依据。
晶体缺陷与强度 Crystal Defect and Strength
曹建春
材料与冶金工程学院
2009. 2
Have You Ever Wondered?
为什么制造半导体的硅晶体含有大量的掺杂， 如磷或硼？ 为什么能制造比纯铁硬度和强度高的钢呢？
为什么面心立方金属（如铜、铝等）比体心立 方和密排六方金属的塑性好呢？ 金属的变形是怎样产生的？
点缺陷的形成能
• 空位形成能定义：在晶体内取出一个原子放 在晶体表面上（但不改变晶体的表面能）所 需要的能量。
• 包括畸变能和电子能
• 结合能愈大，熔点愈高，则空位形成能也愈 大。
贵金属中点缺陷的形成能（理论计算值）
缺陷类型 空位 Ag Au 间隙原子 Cu 金属 Cu 形成能/电子伏 0.8-1.0 1.3-1.5 0.6-0.92 0.6-0.77 4.0-5.0 2.5-2.6 3.0 作者 富米 亨丁顿 富米 富米 亨丁顿 特沃特 塞格等
当原子间的吸引力和排斥力达到平衡时，原子在平衡 位置以一定的频率和振幅振动（即原子的热振动）。 温度场对这一振动行为起主要作用。温度越高，振动 得越快，振幅越大。而且，每个原子在宏观统计上表 现出不同的振动频率和振幅。 也就是：原子被束缚在它的平衡位置上，但原子却在 做着挣脱束缚的努力。如果没有正常的格点供该原子 “栖身”，那么这个原子就处在非正常格点上即间隙 位置，形成间隙原子。由于原子挣脱束缚而在原来的 格点上留下了空位。这就是点缺陷形成的本质。
疲劳曲线
对称循环交变应力
疲劳极限(亦叫疲劳强度)：金属承受的交变应力越大， 则断裂时应力循环次数N越少。当应力低于一定值时, 试样可以经受无限周期循环而不破坏， 此应力值称 为材料的疲劳极限（疲劳强度），用σ-1 表示。
实际上，金属材料不可能作无限次交变载 荷实验。那么：
黑色金属：N＝107而试样不断裂时的σmax 为疲劳极限。 有色金属、不锈钢：N＝108而试样不断裂 时的σmax 为疲劳极限。
热平衡态的点缺陷
过饱和点缺陷的形成 杂质原子 点缺陷对晶体性能的影响
第二章 点缺陷
2.1 点缺陷的类型
包括空位、间隙原子、杂质或溶质原子，以及它们所组合成的复 杂缺陷（如空位对或空位群）。
• 基本类型：空位（Vacancy)和间隙原子(interstitial atom)
• 如果在晶体中抽去在正常点阵位置上的一个原子就造成了点 阵的空位，如果在点阵的间隙位置挤进一个原子，则形成一 个间隙原子。
晶格的14种型式
简单立方
体心立方
面心立方
简单四方
体心四方
简单六方
简单菱形
简单正交
底心正交
体心正交
面心正交
简单单斜
底心单斜
简单三斜
第一章 绪言
1.2晶体缺陷概述
晶体缺陷是指实际晶体晶体结构中和理想的点阵结构发
生偏差的区域。即在某些局部区域，原子排列是紊乱、 不规则的，这些原子排列规则性受到严重破坏的区域统 称为“晶体缺陷”。 相对于理想晶体结构的周期性和方向性而言，晶体缺陷 显得十分活跃，它的状态易受外界的影响，晶体缺陷的 数量及分布对材料的行为有十分重要的作用 。
强度的影响因素
化学成分
如:W(C) < 0.9%时，碳钢随含碳量的增加，其强度增 加。 钢中加入一些合金元素，低合金高强度合金钢。
加工工艺过程
纯Cu和纯Al的σb分别为60MPa和40MPa，经过冷加工 后强度明显增加。
热处理工艺 W(C) ＝0.4%的碳钢经淬火和高温回火（调质处理） 后，其强度由500MPa增至700~800MPa。
金属疲劳极限的影响因素：工作条件、 表面状态、材质、残余内应力等。
第一章 绪言
1.4 固体材料的性能与缺陷
按照缺陷对性能影响的程度大体划分为两类： （1）非结构敏感性的：如弹性模量、密度、热容量等 （2）结构敏感性的：如屈服强度、断裂强度等 结构敏感性反映了晶体中的缺陷对于性能的影响
绝对的非结构敏感的性能是不存在的，或多或少地都受到晶体 缺陷的影响。
• 赖祖涵，金属的晶体缺陷与力学性质，冶金工 业出版社 • 宋余九，金属的晶界与强度，西安交通大学出 版社
第二章 点缺陷（ Point Defects）
原子尺度的缺陷（atomic size defects）
在晶体中可以热力学平衡态存在 点缺陷研究的发展——1926年Frankel提出 本章内容： 点缺陷的类型 点缺陷的形成及形成能 点缺陷的运动
第一章 绪言
晶体缺陷分类
按照晶体缺陷区相对晶体的大小，可将晶体缺陷分为:
点缺陷（0-dimensional defects）
空位、间隙原子 线缺陷（1-dimensional Defects） 位错 面缺陷（2-dimensional Defects） 界面 体缺陷（3-dimensional Defects） 亚结构、沉淀相、空洞、气泡等
如切削加工性能、铸造性能、压力加工性能、焊接性能、
热处理性能等
第一章 绪言
1.3 固体材料的性能
材料的力学性能主要指材料在外加载荷作用下或载 荷与环境因素联合作用下所表现出的力学行为，这 些行为宏观上一般表现为变形和断裂。通常用材料 的弹性、塑性和强度等来描述。
强度是材料对塑性变形和断裂的抵抗力。 由于承受载荷的形式不同，强度可分为： 拉伸强度、压缩强度、弯曲强度
主要强度指标：抗拉强度、屈服强度、疲劳强度 评定高温强度时用蠕变强度和持久强度
材料的强度用拉伸试验测定
拉伸前
圆 形 拉 伸 试 样
拉伸后
应力 颈缩阶段 强化阶段 屈服阶源自 弹性变形阶段 应变低碳钢和铸铁的拉伸曲线
σ为应力, σ＝P / A0（MPa） ε为应变， l l l l l 100% 0 0 0 式中：P－载荷， A0 试样原始截面积，l0－试样原始 标距长度，l－试样变形后标距长度，△l －伸长量。
空位的移动过程
• 使空位移动所必需的能量——空位移动能 Em
• 空位作无规运动的跳动频率可表达为
a) Interstitial impurity atom, b) Edge dislocation, c) Self interstitial atom, d) Vacancy, e) Precipitate of impurity atoms, f) Vacancy type dislocation loop, g) Interstitial type dislocation loop, h) Substitutional impurity atom
材料的性能包括：
第一章 绪言
（1）使用性能：材料在使用条件下表现出的性能
力学性能——材料受到各种不同性质及大小的载荷作用时所反映出
来的性能。 物理性能——材料的密度、熔点、热膨胀性、导热性和导电性等。 化学性能——材料在室温或高温时抵抗各种化学侵蚀的能力。主要 有抗氧化性和抗腐蚀性。
（2）工艺性能：材料在加工过程中反映出的性能
晶体的基本对称性
• 对称性是晶体最重要的基本特征之一。
• 对称操作 使各原子的位置发生变换，变换后晶体的结构状态与变 换前正好相同的操作。 • 晶体基本的对称操作有点操作和平移操作。 点对称操作：在对称操作过程中保持空间至少有一个不 动点的操作。
根据实际晶体主要的点对称特征可以把所有晶体划分成 7种晶系，即三斜、单斜、正交、四方、立方、三方、 六方。
疲劳强度
交变应力(也称循环应力)：轴、齿轮、轴承、叶片、 弹簧等零件，在工作过程中各点的应力随时间作周期 性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为在交 变应力。 金属的疲劳：在交变应力作用下，虽然零件所承受的 应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作而产 生裂纹或突然发生完全断裂的过程。 疲劳曲线：表征材料承受的交变应力(σ )与材料断裂前 承受交变应力的循环次数(N)之间的关系。
点缺陷形成的驱动力？
温度是使原子脱离平衡位置的动力，是形成点缺陷的 外界条件，我们把它称之为点缺陷形成的驱动力。 点缺陷形成的驱动力还可以是其他方式，如：塑性变 形、高能粒子辐照、热处理等。 值得说明的是，在外界驱动力作用下，哪个原子能够 挣脱束缚，脱离平衡位置是不确定的，宏观上说这是 一种几率分布，每个原子都有这样的可能。
平移对称操作 • 晶体平移对称性表现为，晶体结构沿晶体单胞 边长方向a、b、c作平移操作，平移量为边长的 整数倍，且平移前后晶体结构状态相同。 • 在空间中由几何点排列成的无限阵列，其中每 一点与其它所有的这种点有完全相同的环境， 这种点的阵列称为点阵，点阵中规则排列的几 何点称为阵点。 • 若从晶体的平移对称特性出发，则所有晶体对 应着14种不同的点阵，称为14种布拉菲点阵。