晶体缺陷之面缺陷VIP专享VIP免费

晶体缺陷之面缺陷表面及界面●表面是指固体材料与气体或液体的分界面（三态分界面）。它与摩擦、吸附、腐蚀等相关●内界面分为晶粒界面、亚晶界、孪晶界、相界面等●界面通常包含几个原子层厚的区域，可视为二维结构分布，也称为晶体的面缺陷。（1）外表面表面能：晶体表面单位面积自由能的增加γ=dW/ds●原子密排的表面具有最小的表面能。●曲率越大，表面能越大。每个键能量形成单位新表面被割断的结合键数目近似表达（2）晶界和亚晶界单晶体：其内部晶格方位完全一致的晶体。多晶体：由许多彼此方位不同、外形不规则的小晶体组成的晶体结构。这些小晶体称之为晶粒。晶粒平均直径:0.015-0.25mm光学显微镜下纯铁组织晶粒示意图多晶体示意图晶界：在多晶粒物质中，属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面。亚晶粒：一个晶粒中若干个位向稍有差异的部分。平均直径：0.001mm亚晶界：相邻亚晶粒之间的界面。多晶体示意图晶界的几何描述：对二维点阵●两个晶粒位相差θ；●晶界的相对位置φ。总共两个自由度晶界的几何描述：对三维点阵●两个晶粒的位相差(x,y,z，三个位相角度)；●晶界的相对位置(x、z，两个)。总共五个自由度晶界分类(根据相邻晶粒位相差)：●小角度晶界相邻晶粒的位相差小于10º；亚晶界一般小于2º。●大角度晶界相邻晶粒的位相差大于10º，多晶体的晶界大都属于此类。1小角度晶界的结构a）对称倾斜晶界●晶界两侧晶体互相倾斜，晶界的界面对于两个晶粒是对称的●其晶界视为一列平行的刃型位错组成（位错墙）。●位错的间距D、柏氏矢量b和晶粒位相差θ之间的关系D≈b/θb）不对称倾斜晶界●晶界的界面对于两个晶粒是不对称的；可以视为对称倾斜晶界的界面绕某一轴转了一角度φ。●晶界的结构可以看成两组柏氏矢量相互垂直的刃型位错交错排列而成。c）扭转晶界：●两部分晶体绕某一轴在一个共同的晶面上相对扭转一个θ角●晶界结构：互相交叉的螺型位错d)一般情况下，小角度晶界均可视为两部分晶体绕某任意一轴旋转一小角度而形成，界面可看作一系列刃型位错、螺型位错或混合位错的网络所构成2大角度晶界的结构大角度晶界原子排列比较紊乱，结构复杂，不能用位错模型描述。纯金属中大角度晶界的宽度不超过3个原子间距（原子层）重合位置点阵模型：晶粒位相差为某一值时，设想晶粒的点阵彼此向对方延伸，其中一些原子将出现有规律的相互重合。由这些原子重合位置所组成的比原来晶体点阵大的新点阵，称为重合位置点阵。重合位置越多，原子排列畸变愈小，晶界能愈低。3晶界能晶界上原子畸变引起的系统自由能的升高，●小角度晶界：γ=γ0θ（A－lnθ）晶界能随位相差增加而增大●大角度晶界：0.25-1.0J/m2；基本为定值，与晶粒之间位相差无关γ=dF/dA单位：J/m2三叉晶界上的张力平衡晶粒１晶粒２晶粒３1-22-33-1j1j2j321313232111323221sinsinsin0coscos或4晶界的特性1)在适当温度下，晶粒的长大和晶界的平直化是一个自发的过程；2)常温下，晶界对位错运动的阻碍作用——细晶强化高温下，晶界存在粘滞性，易使晶粒相对滑动；3)晶界处有较多的缺陷，如空穴、位错等，具有较高的动能，原子扩散速度比晶内高；4)容易满足能量起伏、结构起伏条件，新相易在晶界处形核；5)由于成分偏析和内吸附现象，晶界容易富集杂质原子，晶界熔点低，腐蚀速率快（3）孪晶界孪晶：两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成镜面对称的位相关系，这两个晶体称为孪晶；这一公共晶面称为孪晶面共格孪晶界——与孪晶面一致，无畸变，界面能低非共格孪晶界——相对于孪晶面旋转一角度，有畸变●孪晶的形成与堆垛层错密切相关（堆垛顺序颠倒），层错能高的晶体不易产生孪晶。●根据孪晶形成原因，有形变孪晶、生长孪晶和退火孪晶。（4）相界具有不同结构的两相之间的分界面1共格相界●共格指界面上的原子同时位于两相晶格的结点上●理想完全共格界面畸变小，界面能低●具有弹性畸变的共格相界更具有普遍性理想完全共格相界具有弹性畸变的共格相界2半共格界面界面上的两相原子部分地保持匹配，这存在于...