(完整版)8第八章晶体界面的行为与物理化学诸现象
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对所有的{111}面，φ角是
相同的，为54.7°。
对[101]、[101]、[011] 和[011]方向， 角也是相 同的，为45°。
锥体底面上的两个<110> 方向和[001]垂直。
因此，锥体上有4×2个滑 移系具有相同的施密特因 子，当达到临界切应力时 可同时开动。
图 fcc晶体中复滑移
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4. 滑移时的晶体转动
图 滑移时的晶体转动 制示意图
28
5.多滑移
由于很多晶系具有多组滑移系，决定滑移系能否开动的前提条 件是其分切应力能否达到其临界值，当某组滑移系开动后，由于 不断发生晶面的转动，结果可能使得另一组滑移系的分切应力逐 渐增加，并最终达到其临界值，进而使得滑移过程能够沿两个以 上滑移系同时或交替进行，这种滑移过程就称为称多滑移。
晶粒长大并不是小晶粒的相互黏结，而是晶界移动的结果。
在晶界两边物质的吉布斯自由能之差是使界面向曲率中心移动的 驱动力。
晶界移动的速率是与晶界曲率以及系统的温度有关。温度升高和 曲率半径越小，晶界向其曲率中心移动的速率也越快， 气孔在晶 界上是随晶界移动还是阻止晶界移动，这与晶界曲率有关，也与气 孔直径、数量、气孔作为空位源向晶界扩散的速率、气孔内气体压 力大小、包围气孔的晶粒数等因素有关。
约束晶粒生长的另一个因素是有少量液相出现在晶界上。少量液 相使晶界上形成两个新的固-液界面，从而界面移动的推动力降低 和扩散距离增加。因此少量液相可以起到抑制晶粒长大的作用。
3
根据由许多颗粒组成的多晶体界面移动情况得到以下几条规则： 1.晶界上有界面能的作用，因此晶粒形成一个在几何学上与肥
皂泡相似的三维阵列。 2．晶粒边界如果都具有基本上相同的表面张力，晶粒呈正六边 形。 3．在晶界上的第二类夹杂物（杂质或气泡）,如果它们在烧结温度 下不与主晶相形成液相,则将阻碍晶界移动。 在烧结体内晶界移动有以下七种方式： 气孔靠晶格扩散移动； 气 孔靠表面扩散移动； 气孔靠气相传递； 气孔靠晶格扩散聚合； 气 孔靠晶界扩散聚合； 单相晶界本征迁移； 存在杂质牵制晶界移动。
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晶界在多晶体中不同晶粒之间的交界面，据估计晶界宽度约 为5-60nm。晶界上原子排列疏松霍乱，在烧结传质和晶粒生长 过程中晶界对坯体致密化起着十分重要的作用。由于烧结体中气 孔形状是不规则的，晶界上气孔的扩大、收缩或稳定与表面张力、 润湿角、包围气孔的晶粒数有关，还与晶界迁移率、气孔半径、 气孔内气压高低等因素有关。 在离子晶体中，晶界是阴离子快速 扩散的通道。离子晶体的烧结与金属材料不同。阴、阳离子必须 同时扩散才能导致物质的传递与烧结。晶界上溶质的偏聚可以延 伸晶界的移动名家素坯体致密化，为了从坯体中完全排除气孔， 获得致密烧结体,空位扩散必须在晶界上保持相当高的速率/只有 通过抑制晶界的移动才能使气孔在烧结的始终都保持在晶界上， 避免晶粒的不连续生长。利用溶质在晶界上偏析的特征，在坯体 中添加少量溶质（烧结助剂），就能达到抑制晶界移动的目的。
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6.交滑移
两个或两个以上滑移面沿着同一个滑移方向同时或交替进 行滑移的现象，称作交滑移。
交滑移
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7 孪生
单晶体中如果滑移系由于 某些情况而不能开动，就会 发生另一种重要的变形，这 就是孪生。
在金相显微镜下一般呈带 状，称为孪晶带。
32
（1）孪生的晶体学 孪晶是晶体内部的一种均匀切变过程。
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1. 滑移现象
如果对经过抛光的退火态工业纯铜多晶体试样施加适当的塑性 变形，然后在金相显微镜下观察，就可以发现原抛光面呈现出 很多相互平行的细线。
图 工业纯铜中的滑移线
19
在普通金相显微镜中发现的滑移线其实由多条平行的更细的线 构成，现在称前者为滑移带，后者为滑移线。
图 滑移带形成示意图
第八章 晶体界面的行为与物理化学诸现象
江苏大学 材料科学与工程学院
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第一节 晶界的移动与滑移
在原子水平上来分析界面现象，可以利用现 在的高技术分析手段来描述再结晶、晶界成长的 各过程，例如：晶界移动、晶界扩散、晶界滑移、 扩散蠕变等。虽然它们是各种相互独立的现象， 但在实际中都有相互密切的联系。
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第二节 晶界的塑性变形
虽然工程中应用的通常是多 但多晶体界面的变形是
和其中各个晶粒变形相关的。 因此，单晶体的变形是金属 变形的基础。
晶，
单晶受力后，在它晶面上可以分解出平行于晶面和垂直于 晶面的两个分量，前者称为切应力，后者称为正应力。
切应力产生塑性形变而正应力不产生塑性形变。
21
图 体心立方和面心立方晶体的滑移系
22
由于体心立方结构是一种非密排结构，因此其滑移面并不稳 定，一般在低温时多为{112}，中温时多为{110}，而高温时 多为{123}，不过其滑移方向很稳定，总为<111>，因此其 滑移系可能有12-48个。
图 bcc晶体{112} 和{123}面的滑移系
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2.滑移系
晶体中的滑移只能沿一定的晶面和该面上一定的晶体学方向 进行，我们将其称为滑移面和滑移方向。
滑移面和滑移方向往往是晶体中原子最密排的晶面和晶向， 这是由于最密排面的面间距最大，因而点阵阻力最小，容易发 生滑移，而沿最密排方向上的点阵间距最小，从而使导致滑移 的位错的柏氏矢量也最小。
每个滑移面以及此面上的一个滑移方向称为一个滑移系，滑 移系表明了晶体滑移时的可能空间取向。
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三、晶体晶界的移动机理
关于晶体晶界的移动机理从过去开始就有微观的、宏观的模型。 有古典反应论模型、双原子替换单原子模型、原子结构模型、移 动阻抗模型、原子空穴扩散控制模型等。
在能看到晶界原子结构的今天，我们以修改前人的理论为前提， 以晶界原子移动过程为重点做讲述.
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3.滑移的临界分切应力
对滑移真正有贡献的是在滑 移面上沿滑移方向上的分切 应力，也只有当这个分切应 力达到某一临界值后，滑移 过程才能开始进行，这时的 分切应力就称为临界分切应 力。
图 临界分析应力分析图
cos cos cos cos称为取向因子
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图 镁单晶屈服应力与晶体取向的关系
对所有的{111}面，φ角是
相同的，为54.7°。
对[101]、[101]、[011] 和[011]方向， 角也是相 同的，为45°。
锥体底面上的两个<110> 方向和[001]垂直。
因此，锥体上有4×2个滑 移系具有相同的施密特因 子，当达到临界切应力时 可同时开动。
图 fcc晶体中复滑移
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4. 滑移时的晶体转动
图 滑移时的晶体转动 制示意图
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5.多滑移
由于很多晶系具有多组滑移系，决定滑移系能否开动的前提条 件是其分切应力能否达到其临界值，当某组滑移系开动后，由于 不断发生晶面的转动，结果可能使得另一组滑移系的分切应力逐 渐增加，并最终达到其临界值，进而使得滑移过程能够沿两个以 上滑移系同时或交替进行，这种滑移过程就称为称多滑移。
晶粒长大并不是小晶粒的相互黏结，而是晶界移动的结果。
在晶界两边物质的吉布斯自由能之差是使界面向曲率中心移动的 驱动力。
晶界移动的速率是与晶界曲率以及系统的温度有关。温度升高和 曲率半径越小，晶界向其曲率中心移动的速率也越快， 气孔在晶 界上是随晶界移动还是阻止晶界移动，这与晶界曲率有关，也与气 孔直径、数量、气孔作为空位源向晶界扩散的速率、气孔内气体压 力大小、包围气孔的晶粒数等因素有关。
约束晶粒生长的另一个因素是有少量液相出现在晶界上。少量液 相使晶界上形成两个新的固-液界面，从而界面移动的推动力降低 和扩散距离增加。因此少量液相可以起到抑制晶粒长大的作用。
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根据由许多颗粒组成的多晶体界面移动情况得到以下几条规则： 1.晶界上有界面能的作用，因此晶粒形成一个在几何学上与肥
皂泡相似的三维阵列。 2．晶粒边界如果都具有基本上相同的表面张力，晶粒呈正六边 形。 3．在晶界上的第二类夹杂物（杂质或气泡）,如果它们在烧结温度 下不与主晶相形成液相,则将阻碍晶界移动。 在烧结体内晶界移动有以下七种方式： 气孔靠晶格扩散移动； 气 孔靠表面扩散移动； 气孔靠气相传递； 气孔靠晶格扩散聚合； 气 孔靠晶界扩散聚合； 单相晶界本征迁移； 存在杂质牵制晶界移动。
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晶界在多晶体中不同晶粒之间的交界面，据估计晶界宽度约 为5-60nm。晶界上原子排列疏松霍乱，在烧结传质和晶粒生长 过程中晶界对坯体致密化起着十分重要的作用。由于烧结体中气 孔形状是不规则的，晶界上气孔的扩大、收缩或稳定与表面张力、 润湿角、包围气孔的晶粒数有关，还与晶界迁移率、气孔半径、 气孔内气压高低等因素有关。 在离子晶体中，晶界是阴离子快速 扩散的通道。离子晶体的烧结与金属材料不同。阴、阳离子必须 同时扩散才能导致物质的传递与烧结。晶界上溶质的偏聚可以延 伸晶界的移动名家素坯体致密化，为了从坯体中完全排除气孔， 获得致密烧结体,空位扩散必须在晶界上保持相当高的速率/只有 通过抑制晶界的移动才能使气孔在烧结的始终都保持在晶界上， 避免晶粒的不连续生长。利用溶质在晶界上偏析的特征，在坯体 中添加少量溶质（烧结助剂），就能达到抑制晶界移动的目的。
30
6.交滑移
两个或两个以上滑移面沿着同一个滑移方向同时或交替进 行滑移的现象，称作交滑移。
交滑移
31
7 孪生
单晶体中如果滑移系由于 某些情况而不能开动，就会 发生另一种重要的变形，这 就是孪生。
在金相显微镜下一般呈带 状，称为孪晶带。
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（1）孪生的晶体学 孪晶是晶体内部的一种均匀切变过程。
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1. 滑移现象
如果对经过抛光的退火态工业纯铜多晶体试样施加适当的塑性 变形，然后在金相显微镜下观察，就可以发现原抛光面呈现出 很多相互平行的细线。
图 工业纯铜中的滑移线
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在普通金相显微镜中发现的滑移线其实由多条平行的更细的线 构成，现在称前者为滑移带，后者为滑移线。
图 滑移带形成示意图
第八章 晶体界面的行为与物理化学诸现象
江苏大学 材料科学与工程学院
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第一节 晶界的移动与滑移
在原子水平上来分析界面现象，可以利用现 在的高技术分析手段来描述再结晶、晶界成长的 各过程，例如：晶界移动、晶界扩散、晶界滑移、 扩散蠕变等。虽然它们是各种相互独立的现象， 但在实际中都有相互密切的联系。
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第二节 晶界的塑性变形
虽然工程中应用的通常是多 但多晶体界面的变形是
和其中各个晶粒变形相关的。 因此，单晶体的变形是金属 变形的基础。
晶，
单晶受力后，在它晶面上可以分解出平行于晶面和垂直于 晶面的两个分量，前者称为切应力，后者称为正应力。
切应力产生塑性形变而正应力不产生塑性形变。
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图 体心立方和面心立方晶体的滑移系
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由于体心立方结构是一种非密排结构，因此其滑移面并不稳 定，一般在低温时多为{112}，中温时多为{110}，而高温时 多为{123}，不过其滑移方向很稳定，总为<111>，因此其 滑移系可能有12-48个。
图 bcc晶体{112} 和{123}面的滑移系
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2.滑移系
晶体中的滑移只能沿一定的晶面和该面上一定的晶体学方向 进行，我们将其称为滑移面和滑移方向。
滑移面和滑移方向往往是晶体中原子最密排的晶面和晶向， 这是由于最密排面的面间距最大，因而点阵阻力最小，容易发 生滑移，而沿最密排方向上的点阵间距最小，从而使导致滑移 的位错的柏氏矢量也最小。
每个滑移面以及此面上的一个滑移方向称为一个滑移系，滑 移系表明了晶体滑移时的可能空间取向。
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三、晶体晶界的移动机理
关于晶体晶界的移动机理从过去开始就有微观的、宏观的模型。 有古典反应论模型、双原子替换单原子模型、原子结构模型、移 动阻抗模型、原子空穴扩散控制模型等。
在能看到晶界原子结构的今天，我们以修改前人的理论为前提， 以晶界原子移动过程为重点做讲述.
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3.滑移的临界分切应力
对滑移真正有贡献的是在滑 移面上沿滑移方向上的分切 应力，也只有当这个分切应 力达到某一临界值后，滑移 过程才能开始进行，这时的 分切应力就称为临界分切应 力。
图 临界分析应力分析图
cos cos cos cos称为取向因子
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图 镁单晶屈服应力与晶体取向的关系