晶体缺陷及固态相变复习题

第一部分：晶体缺陷

晶体缺陷：晶体中原子排列的不规则性及不完整性。

晶体缺陷的种类：点缺陷、线缺陷、面缺陷。

一、点缺陷

定义：缺陷尺寸在三维方向上都很小且与原子尺寸相当的缺陷，称为点缺陷。

1点缺陷的类型：空位、间隙原子、异类原子。

2点缺陷与扩散的关系：⎪⎩

⎪⎨⎧−→−−→−弥扩散异类原子自扩散间隙原子空位 3点缺陷对性能的影响：点缺陷的存在，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。

4获得过饱和点缺陷的方法：辐照、高温淬火。

二、线缺陷

1定义：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，如各类位错。

位错：位错是晶体排列的一种特殊组态，晶体中沿某一原子面及某一原子方向发生了某种有规律的错排现象；位错是伯氏矢量不为零的晶体缺陷。

2位错的三种基本类型：刃型位错、螺型位错和混合位错。 它们与柏氏矢量的关系：

刃型位错：柏氏矢量与位错线垂直。

螺型位错：柏氏矢量与位错线平行。

混合位错：柏氏矢量与位错线既不平行也不垂直，而是与位错线相交成任意角度。

3位错的运动形式或方式有哪些？

位错的基本运动形式是滑移，此外，刃型位错还有攀移，螺型位错还有交滑移。

刃型位错在垂直于滑移面方向的运动称为攀移。

对于螺型位错，由于所有包含位错线的晶面都可成为其滑移而，因此，当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。4扭折、割阶的定义；割阶对位错运动有什么影响？

一个运动的位错线，特别是在受到阻碍的情况下，有可能通过其中一部分线段（n个原子间距）首先进行滑移。若由此形成的曲折线段就在位错的滑移面上时，称为扭折；若该曲折线段垂直于位错的滑移面时，则称为割阶。

扭折与原位错线在同一滑移面上，可随主位错线一道运动，几乎不产生阻力，而且扭折在线张力作用下易于消失。但割阶则与原位错线不在同一滑移面，故除非割阶产生攀移，否则割阶就不能随主位错线一道运动，成为位错运动的障碍，通常称此为割阶硬化。

5单位位错线所受到的滑移力、攀移力、应变能公式（只记公式结果）：

各类位错系数是多少？

6单位位错与不全位错的基本概念

单位位错：柏氏矢量恰好等于单位点阵矢量的位错。

不全位错：柏氏矢量不等于单位点阵矢量或其整数倍的位错。

7层错与不全位错的关系

不全位错出现于层错区和完整晶体的交界处。

肖克莱不全位错的滑移可引起层错面得扩大或缩小。

弗兰克不全位错的柏氏矢量与层错面垂直。

8扩散与位错

如果扩散元素沿位错管道迁移，所需要的激活能较小，所以扩散速率较高。

在高温下，位错对晶体的总扩散的贡献并不大，只有在较低温度下才能显示出其重要性。

冷变形会增加金属材料的界面和位错密度，也会加速扩散过程的进行。

9第二相粒子与位错的关系，绕过机制，切过机制

绕过机制：位错绕过不易形变粒子，粒子对位错的斥力足够大，运动位错线在粒子前受阻、弯曲。随外加切应力增加，留下位错环，其余位错继续滑移。通常称为奥罗万机制。

切过机制：短程交互作用和长程交互作用。

10汤普森四面体（点、线、面）

如果以α，β，γ，8 分别代表与A ，B ，C ，D 点相对面的，心，把4个面以三角形ABC 为底展开，得图3.40(c) 。由图中可见: (1)四面体的4个面即为4个可能的滑移面:(111) ，(111) ，(111) ，(111)面。

(2) 四面体的6个棱边代表12个晶向，即为面心立方晶体中全位错12 个可能的柏氏矢量。

(3) 每个面的顶点与其中心的连线代表24个1/6 <112> 型的滑移矢量，它们相当于面心立方晶体中可能的24 个肖克莱不全位错的柏氏矢量。

(4）4个顶点到它所对的三角形中点的连线代表8个1/3<111>型的滑移矢最，它们相当于面心立方晶体中可能有的8个弗兰克不全位错的柏氏矢量。

(5) 4个面中心相连即αβ，αγ，αδ，βγ，γδ，βδ为1/6<110>是压杆位错的一种。

11罗麦-柯索尔位错（位错方向）

位错方向[110]

形成于两个{111}面之间的面角上，由三个不全位错和两片层错所构成的位错组态称为“Lomer-Cottrell位错"，也称为面角位错。

12位错增殖的5种机制：F-R位错源、双交滑移、单边F-R位错源、刃型位错线部分攀移、空位片塌陷

13位错密度与强度关系（图）

三、面缺陷

1基本概念与类型，对性能的影响

基本概念：面缺陷，其特征是在一个方向上尺寸很小，另外两个方向上扩展很大，也称为二维缺陷。

类型：外表面和内界面。外表面：固体材料与气体或液体的分界面。

内界面：晶界、亚晶界、孪晶界、层错和相界面等。

对性能的影响：

（1）阻碍位错运动，引起界面强化，提高材料的强度。阻碍变形，使变形分布均匀，提高材料的塑性，强度、塑性的提高使材料的韧性也得到改善；

（2）具有较高的能量，在化学介质中不稳定，产生晶界腐蚀；（3）界面减少，晶粒增大，可提高导磁率，降低矫顽力；

（4）在高温下界面强度降低，成为薄弱环节；

（5）影响形变过程及形变金属加热时发生的再结晶过程；

（6）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。

2晶界的位错结构

（1）倾侧晶界①对称倾侧晶界：E=E0θ（A-lnθ）E0=Gb/[4π(1-v)] [Read-Shockley公式] ②不对称倾侧晶界：E=E0θ（A-lnθ）

E0=Gb（cosΦ+sinΦ）/[4π(1-v)]

（2）扭转晶界E=E0θ（A-lnθ）E0=Gb/2π

（3）一般小角度晶界

各段位错现均为螺形位错；晶界平面必须为（111）面；

第二部分固态相变

1固态相变的特点？相变阻力大等6个特点。？

（1）固态相变阻力大（2）原子迁移率低（3）非均匀形核（4）低温相变时会出现亚稳相（5）新相往往都有特定的形状（6）按新