材料缺陷对材料性能的影响

材料缺陷对材料性能的影响女神维纳斯以她“没有胳膊”的美而闻名，但在日常的生产生活中，要求无误的完美。 那么，缺陷对材料有什么样的影响呢，在这里简单地进行概述。材料具有多种性能，大致可分为两类。 一是使用性能，包括力学性能、物理性能和化学性能等，二是铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性、热处理性等工艺性能。 我们生产常用的材料，其性能在微观上往往因小差异而有很大差异。 我们对理想型的完整晶体进行了材料缺陷对材料性能影响的研究与探索。晶体缺陷：在理想的完整晶体中，原子按一定顺序严格位于空间规则周期晶格点。 然而，在实际晶体中，由于晶体形成条件、原子热运动和其他条件的影响，原子的排列往往不是那么完整和规则的，而是偏离理想晶体结构的区域。 这些与完全周期晶格结构的偏差是晶体中的缺陷，它损害了晶体的对称性。晶体中存在的缺陷种类很多，根据几何形状的相关范围可分为点缺陷、面缺陷、线缺陷等几种主要类型。点缺陷是指三维尺寸小，不超过原子直径的缺陷。 主要有空穴和间隙原子一般地，点缺陷主要影响晶体物理性质，例如比容积、比热容量、比电阻等比较定义：可以将晶体表面上的原子移至新的原子位置并且增加晶体体积，以在晶体内形成空穴。比热的定义：导致附加的比热，因为它需要向晶体提供额外的能量以形成点缺陷。电阻率：金属的电阻来自离子对传导电子的散射。 在完整的晶体中，电子基本上以均匀的电场运动，但是在有缺陷的晶体中，晶格的周期性在缺陷区域被破坏，电场急剧变化，因此电子产生强散射，晶体的电阻率增大。点缺陷还影响其它物理性质，如扩散系数、内部损耗和介电常数。 “在碱金属卤化物晶体中，杂质和过剩的金属离子等点缺陷选择性地吸收可见光，因此晶体呈现色彩。 这个缺陷叫做色心。一般情况下，点缺陷对金属力学性能的影响很小，只有与位错相互作用，才能阻碍位错运动，强化晶体。 但是，照射高能量粒子时，会形成大量的点缺陷和栓塞，引起晶体的显着硬化和脆化。 这种现象被称为辐射固化。缺陷对物理性能的影响很大，严重影响材料的热传导、电阻、光学、机械性能，严重影响材料的各种性能指标，如强度、塑性等。 化学性能的影响主要集中在材料的表面性能上，如杂质原子的缺陷在大气环境下形成一次电池模型，大大加速材料的腐蚀，表面能也受缺陷的较大影响、表面化学活性、化学能等。无论如何，影响非常大，但合理利用缺陷，可以提高材料某一面的性能，例如可以人工掺杂半导体材料形成孔，大大提高半导体材料的性能。金属材料的强度和位置偏移对材料施加外力时如何运动有很大的关系。 变位运动的阻碍小的话材料强度会变高。 实际材料塑性变形时，位错运动比较复杂，位错之间反应，阻碍位错堵塞，材料中的溶质原子、第二等价物阻碍位错运动，使材料加工硬化。 因此，为了增加材料的强度，必须通过使晶粒微细化(晶粒越微细的晶界越多，对晶界位置的运动有强烈的阻碍作用)、有序合金、第二相强化、固溶强化等手段来增加金属的强度。 以上金属强度增加的根本原理是探索阻碍位错运动的方法。空位是未被原子占据的格子节点。 间隙原子是晶格间隙中的多馀原子。 点缺陷的出现，使周围的原子接近或扩散，引起晶格畸变。 增加材料的强度、硬度和电阻率。 在金属中，点缺陷越多，其强度、硬度越高。除了点缺陷这一经常讨论的缺陷之外，一些缺陷也发挥着重要的作用。线缺陷：三维空间中二维方向尺寸小，其他一维方向尺寸大的缺陷。 属于这种缺陷的主要是位错。 位错是晶体某处有一列或几列原子的规则位错现象。面缺陷：二维尺寸大、三维尺寸小的缺陷。 通常指晶界和亚晶界。晶界：晶粒间的边界称为晶界。亚晶界：亚晶界的边界称为亚晶界。通过缺陷的形成可以分为本征缺陷和杂质缺陷。本征缺陷33到354使晶体本身脱离晶格结构的缺陷也被称为热缺陷，是由于晶格节点上的粒子的热运动引起的。 这将是：空穴缺陷：晶格节点缺少原子(或离子)形成了空穴。间充缺陷：晶格节点的空隙填充有原子(或离子)。位错缺陷：在晶格节点上a类原子占据了b类原子应该占据的位置。非整数比缺陷：晶体的组成偏离了组成规律的非整数比性缺陷。杂质缺陷杂质粒子进入结晶的缺陷，例如杂质粒子或间隙粒子缺陷。晶体缺陷通常对晶体化学性质的影响很小，但是对晶体的一些物理性质(如导电、磁、光学和机械性能)的影响很大。工业上使用的金属材料大多是多晶体。由于晶格空穴和间隙原子的出现，原子间的力的平衡被破坏，其周围的其他原子移动，从结晶的节点位置偏离的现象称为晶格变形。以上是影响材料性能的缺陷。在力学性能方面，通过改变晶体强度可以改变晶体缺陷的数量该图为晶体强度与晶体缺陷数量的关系工业上提高金属材料强度提高晶体强度与晶体缺陷数关系的基本方