1 晶格缺陷-1

Low Angle Grain Boundary －小角晶界
小角晶界可理解为位错墙 位向差θ<10°
亚结构
变形→位错密度增加→位错缠结 高位错密度区将位错密度低的区域隔开 → 晶粒内部出现“小晶粒” ，取向差不大→ 胞状亚结构
.
透射电镜 （TEM）
第一章 晶格缺陷 lattice defects
• 理想晶体 完全按照空间点阵有规则排列
• 实际晶体 不可能完全规则排列，存在晶体 缺陷 defect
• 晶体中的缺陷： 原子排列偏离完整性的区域
• 点缺陷－在三个方向上尺寸都很小 • 线缺陷－在二个方向上尺寸很小 • 面缺陷－在一个方向上尺寸很小
空位缺陷
间隙粒子缺陷 杂质缺陷
错位粒子缺陷 本征缺陷
晶体缺陷对晶体性质的影响
晶体缺陷引起晶格局部弹性变形称晶格畸变。
杂质粒子缺陷
空位缺陷
间隙粒子缺陷
点缺陷引起的三种晶格畸变
通过空位自扩散
点缺陷对材料性能的影响
原因：无论那种点缺陷的存在，都会使其附近的原子稍微偏
离原结点位置才能平衡，即造成小区域的晶格畸变。
螺型位错(screw dislocation)
特征： • 无多余半原子面，原子错排呈轴对称； • 螺型位错线与滑移矢量平行，因此一定是
直线； • 纯螺型位错的滑移面不唯一； • 螺型位错周围发生点阵畸变。
混合位错(mixed dislocation)
• 滑移矢量既不平行也不垂直于位错线，而 与位错线相交成一定角度。
螺型位错的原子模型
若将晶体的上半部分向后 移动一个原子间距，再按原子 的结合方式连接起来(c)，同样 除分界线附近的一管形区域例 外，其他部分基本也都是完好 的晶体。而在分界线的区域形 成一螺旋面，这就是螺型位错。
螺旋型位错示意图
Screw Dislocation 螺型位错
Spiral Stacking of crystal planes. The direction of motion is perpendicular to the shearing stress.
薄膜透射电镜观察 将试 样减薄到几十到数百个原 子层(500nm以下)，利用透 射电镜进行观察，可见到 位错线。
位错的观察－侵蚀坑
镍中的位错线（透射电镜照片）
位错的应用 applications
广泛用于金属材料科学的各个领域 • 金属的屈服、加工硬化、断裂等力学性质 • 扩散、相变、电磁性能
1.3 面缺陷 plane defect
多余原子面
刃型位错(edge dislocation)
特征： • 有一个多余的半原子面； • 是晶体中已滑移区和未滑移区的边界线，
不一定是直线； • 滑移面必须是同时包含有位错线和滑移矢
量的平面，在其它平面上不能滑移； • 刃型位错周围的点阵发生弹性畸变(elastic
distortion)； • 位错区域只有几个原子间距宽-线缺陷。
晶界特点
1） 晶界—畸变—晶界能—向低能量状态转化— 晶粒长大、晶界变直—晶界面积减小； 2） 阻碍位错运动— σ↑ 细晶强化； 3） 位错、空位等缺陷多—晶界扩散速度高； 4） 晶界能量高、结构复杂—容易满足固态相变 的条件—固态相变首先发生地； 5） 化学稳定性差—晶界容易受腐蚀； 6） 微量元素、杂质富集。
Mixed Dislocation 混合位错
Screw Dislocation
Edge Dislocation
Has both edge and
screw character.
位错的观察
位错在晶体表面的露头 抛光后的
试样在侵蚀时，由于易侵蚀而出现 侵蚀坑，其特点是坑为规则的多边 型且排列有一定规律。只能在晶粒 较大，位错较少时才有明显效果。
• 小角度晶界 low angle grain boundary
• 大角度晶界 high angle grain boundary
• 相界面 interphase boundary
晶界与相界
• 晶体内点阵相同而取向不同的两个晶粒之 间的相邻边界称为晶界。
• 晶体中两不同固相之间的界面称为相界。
grain boundaries
来自百度文库
点缺陷的类型 ：
1) 空位 在晶格结点位置应有原子的 地方空缺，这种缺陷称为“空位”。
2) 间隙原子 在晶格非结点位置，往 往是晶格的间隙，出现了多余的原 子。它们可能是同类原子，也可能 是异类原子。
3) 异类原子 在一种类型的原子组成 的晶格中，不同种类的原子替换原 有的原子占有其应有的位置。
杂质粒子缺陷
1. 1 点缺陷 point defects
• 空位 vacancy • 间隙原子 interstitial atom • 杂质原子 impurity atom
单晶体中的点缺陷
Extra atom
Missing atom
Foreign atom
Extra atom
Schematic illustration of types of defects in a single-crystal lattice: self-interstitial, vacancy, interstitial, and substitutional.
效果
1) 提高材料的电阻 定向流动的电子在点缺陷处受到非 平衡力(陷阱)，增加了阻力，加速运动提高局部温度 (发热)。
2) 加快原子的扩散迁移 空位可作为原子运动的周转站。
3) 形成其他晶体缺陷 过饱和的空位可集中形成内部的 空洞，集中一片的塌陷形成位错。
4) 改变材料的力学性能 空位移动到位错处可造成刃位 错的攀移，间隙原子和异类原子的存在会增加位错的 运动阻力。会使强度提高，塑性下降、
若将上半部分向上移动一个原子间距，之间插入半个原子面， 再按原子的结合方式连接起来，得到和(b)类似排列方式(转 90度)，这也是刃型位错。
刃型位错示意图
Edge Dislocation 刃型位错
Contains an additional plane of atoms which extends indefinitely along the crystal
1.２线缺陷 line defect
• 刃型位错 Edge dislocation • 螺型位错 Screw dislocation • 混合位错 Mixed dislocation
晶体中位错的几何特征
理想晶体原 子面堆积
含有刃型位错 晶体原子面堆 积
含有螺型位 错晶体原子 面堆积
刃型位错的原子模型