第六章晶体理想形状和缺陷

1、第六章晶体理想形状和缺陷第六章第六章 晶体的理想形状和缺陷晶体的理想形状和缺陷第六章晶体理想形状和缺陷6.16.1单形单形一、单形的概念一、单形的概念单形单形:晶体中由对称要素联系起晶体中由对称要素联系起来的一组晶面的组合来的一组晶面的组合（即借助晶体中全部对称要素（即借助晶体中全部对称要素的作用相互重复的一组晶面）的作用相互重复的一组晶面）第六章晶体理想形状和缺陷结论：结论：（1 1）单形中所有晶面性质相同（物理性质、晶面）单形中所有晶面性质相同（物理性质、晶面花纹、晶面大小等）花纹、晶面大小等）( (见图见图A)A)（2 2）晶体中，相互间不能对称重复的晶面属于不）晶体中，相互间不能对称重

2、复的晶面属于不同单形同单形( (见图见图B B）AB第六章晶体理想形状和缺陷(4) (4) 在同一对称型中，由于晶面与对称要素之在同一对称型中，由于晶面与对称要素之间的位置不同可以导出不同的单形间的位置不同可以导出不同的单形(3) (3) 以单形中任意一个晶面作为原始晶面，通以单形中任意一个晶面作为原始晶面，通过对称型中全部对称要素的作用，一定会导出过对称型中全部对称要素的作用，一定会导出该单形的全部晶面。该单形的全部晶面。 (a)立方体立方体 (b)八面体八面体 (c)菱形十二面体菱形十二面体 (d)四角三八面体四角三八面体 第六章晶体理想形状和缺陷二、单形符号二、单形符号八面体的所有晶八面

3、体的所有晶面的晶面符号面的晶面符号(111)(111)(111)(111)(111)(111)(111)(111)(111)(111)(111)(111)(111)(111)(111)(111) 用简单数字符号形式表征单形中所有组成晶面用简单数字符号形式表征单形中所有组成晶面及其在晶体上取向的一种结晶学符号。及其在晶体上取向的一种结晶学符号。第六章晶体理想形状和缺陷 单形符号的表示单形符号的表示 按一定原则选择一代表性晶面，将该晶面的晶按一定原则选择一代表性晶面，将该晶面的晶面指数顺序连写于大括号面指数顺序连写于大括号hklhkl中，表示单形中，表示单形符号，简称形号。符号，简称形号。第六章晶

4、体理想形状和缺陷 晶面选择原则晶面选择原则 选择单形中正指数为最多的晶面，至少选择单形中正指数为最多的晶面，至少l l 为正，为正，在此前提下，要尽可能靠近前面，其次靠近右边，在此前提下，要尽可能靠近前面，其次靠近右边，再次靠近上边，即再次靠近上边，即h hk kl l具体原则：具体原则：中、低级：中、低级：“先上、次前、后右先上、次前、后右” 高级：高级：“先前、次右、后上先前、次右、后上” 第六章晶体理想形状和缺陷BCDEFA菱方双锥单形菱方双锥单形举例举例1 1：正交晶系：正交晶系mmmmmm对称型对称型ABE (321)ADE (321)BCE (321)DCE (321)ABF (3

5、21)ADF (321)BCF (321)DCF (321)XYZ第六章晶体理想形状和缺陷举例举例2：六八面体单形符号：六八面体单形符号XYZ第六章晶体理想形状和缺陷A单面单面B四方柱四方柱C四方锥四方锥举例举例1： L4对称型的单形推导对称型的单形推导三、单形的推导三、单形的推导第六章晶体理想形状和缺陷 L L2 22P 2P 的空间分布的空间分布举例举例2： L22P(mm2)对称型的单形推导对称型的单形推导A B/CD/EFG第六章晶体理想形状和缺陷四、结晶单形与几何单形四、结晶单形与几何单形结晶单形结晶单形:32:32种对称型逐一推导，如果不仅考种对称型逐一推导，如果不仅考虑形态，同时

6、考虑它的对称性，则单形共有虑形态，同时考虑它的对称性，则单形共有146146种，称为结晶单形。种，称为结晶单形。几何单形：几何单形：3232种对称型逐一推导，只考虑几种对称型逐一推导，只考虑几何形态，共有何形态，共有4747种，称为几何单形。种，称为几何单形。第六章晶体理想形状和缺陷下图为同为立方体几何单形的下图为同为立方体几何单形的5 5种不同对称型。种不同对称型。第六章晶体理想形状和缺陷6.26.2 4747种几何单形种几何单形一般说来，对于一个单形的描述，要注意晶面的数目、形状、一般说来，对于一个单形的描述，要注意晶面的数目、形状、相互关系、晶面与对称要素的相对位置及单形的横切面等。相互

7、关系、晶面与对称要素的相对位置及单形的横切面等。（1 1）整个单形的形状：如柱、锥、立方体等）整个单形的形状：如柱、锥、立方体等单形命名的依据：单形命名的依据：（2 2）横切面的形状：如四方柱、八面体等）横切面的形状：如四方柱、八面体等（3 3）晶面的数目：如单面、八面体）晶面的数目：如单面、八面体（4 4）晶面的形状：如菱面体、五角十二面体）晶面的形状：如菱面体、五角十二面体第六章晶体理想形状和缺陷l1 1低级晶族：共有七种。低级晶族：共有七种。A A、单面：晶面为一个平面。、单面：晶面为一个平面。B B、平行双面：晶面为一对相互平行的平面。、平行双面：晶面为一对相互平行的平面。C C、双面

8、：又分反映双面及轴双面，为一对相交平面。、双面：又分反映双面及轴双面，为一对相交平面。D D、斜方柱：由四个两两平行的晶面组成，晶棱平行，横切面为菱、斜方柱：由四个两两平行的晶面组成，晶棱平行，横切面为菱形。形。E E、斜方单锥：四个全等不等边三角形组成，晶面相交于一点，底、斜方单锥：四个全等不等边三角形组成，晶面相交于一点，底面为菱形，锥顶为面为菱形，锥顶为L L2 2出露点。出露点。F F、斜方四面体：由四个全等不等边三角形组成，晶面互不平行，、斜方四面体：由四个全等不等边三角形组成，晶面互不平行，每棱的中点为每棱的中点为L L2 2出露点，通过晶棱中点的横切面为菱形。出露点，通过晶棱中点

9、的横切面为菱形。G G、斜方双锥：由两个相同的斜方单锥底面对接而成。、斜方双锥：由两个相同的斜方单锥底面对接而成。第六章晶体理想形状和缺陷l2 2中级晶族：中级晶族：有一个高次轴的单形。晶面垂直高次轴可出现有一个高次轴的单形。晶面垂直高次轴可出现单面和平行双面。此外还有单面和平行双面。此外还有2525种。种。A A、柱类由若干晶面围成柱体，它们的棱相互平行，且平行于高、柱类由若干晶面围成柱体，它们的棱相互平行，且平行于高次轴，按切面形状分为次轴，按切面形状分为6 6种：种：三方柱、复三方柱，四方柱、复四三方柱、复三方柱，四方柱、复四方柱，六方柱、复六方柱方柱，六方柱、复六方柱。（复方柱之横切面

10、两相邻内角不等，。（复方柱之横切面两相邻内角不等，两相间内角相等）。两相间内角相等）。第六章晶体理想形状和缺陷lB B、单锥类、单锥类: :若干等腰三角形晶面相交高次轴于若干等腰三角形晶面相交高次轴于一点，底面垂直高次轴，形状与柱同，有一点，底面垂直高次轴，形状与柱同，有6 6种单种单形：三方单锥、复三方锥，四方单锥、复四方形：三方单锥、复三方锥，四方单锥、复四方单锥，六方单锥复六方单锥。单锥，六方单锥复六方单锥。第六章晶体理想形状和缺陷lC C、双锥类、双锥类: :两相同的单锥底面对接而成。有六两相同的单锥底面对接而成。有六种单形。三方双锥、复三方双锥，四方双锥、种单形。三方双锥、复三方双锥

11、，四方双锥、复四方双锥，六方双锥、复六方双锥。复四方双锥，六方双锥、复六方双锥。第六章晶体理想形状和缺陷lD、四面体类四面体类l四方四面体四方四面体由四个互不由四个互不平行的等腰三角形组成，平行的等腰三角形组成，相间二晶面的底相交，相间二晶面的底相交，棱的中点为棱的中点为L L2 2或或LiLi4 4的出的出露点，通过腰中点的横露点，通过腰中点的横切面为正方形。切面为正方形。复四方偏三角面体复四方偏三角面体将四将四面体的晶面平分为两个面体的晶面平分为两个不等边三角形，过中心不等边三角形，过中心的横切面为复四边形的横切面为复四边形。第六章晶体理想形状和缺陷lE E、菱面体类、菱面体类l菱面体，由

12、六个两两平菱面体，由六个两两平行的菱形晶面组成，上行的菱形晶面组成，上下错开。下错开。l复三方偏三角面体，将复三方偏三角面体，将菱面体晶面沿高次轴方菱面体晶面沿高次轴方向平分成两个三角形。向平分成两个三角形。第六章晶体理想形状和缺陷lF F、偏方面体：晶面为偏四方形，与双锥类似，、偏方面体：晶面为偏四方形，与双锥类似，上下与高次轴各交于上一点，但错开一定角度，上下与高次轴各交于上一点，但错开一定角度，此类有：三方偏方面体，四方偏方面体，六方偏此类有：三方偏方面体，四方偏方面体，六方偏方面体。且分左右形。方面体。且分左右形。第六章晶体理想形状和缺陷lA A、四面体组：晶面为四个、四面体组：晶面为

13、四个等边三角形或将等边三角等边三角形或将等边三角形分割成三个或六个三角形分割成三个或六个三角形、四边形、五边形形、四边形、五边形. .有四有四面体，三角三四面体，四面体，三角三四面体，四角三四面体，五角三四面角三四面体，五角三四面体，六四面体。体，六四面体。3.3.高级晶族单形高级晶族单形，共有共有1515个。个。第六章晶体理想形状和缺陷lB B、八面体组、八面体组l由八个等边三角形组成，晶面分割方式与四面体由八个等边三角形组成，晶面分割方式与四面体组完全相同。有八面体、三角三八面体、四角三组完全相同。有八面体、三角三八面体、四角三八面体、五角三八面体、六八面体。八面体、五角三八面体、六八面体

14、。第六章晶体理想形状和缺陷lC C、立方体组、立方体组l由六个正方形晶面组成，晶棱以直角相交。由六个正方形晶面组成，晶棱以直角相交。l有立方体及四六面体两种。有立方体及四六面体两种。第六章晶体理想形状和缺陷lD D、十二面体组、十二面体组五角十二面体五角十二面体1212个五边形组成，五边形有四边长相个五边形组成，五边形有四边长相等，另一边长不等。等，另一边长不等。偏方复十二面体垂直平分五角十二面体的不等长边偏方复十二面体垂直平分五角十二面体的不等长边所形成的二十四面体。所形成的二十四面体。 菱形十二面体，由菱形十二面体，由1212个菱形晶面组成，两平行，相个菱形晶面组成，两平行，相邻晶面成邻晶

15、面成120120度或度或9090度相交。度相交。 第六章晶体理想形状和缺陷1 1、一般形与特殊形、一般形与特殊形 凡晶面垂直或平行对称要素或与相同的对称要素等凡晶面垂直或平行对称要素或与相同的对称要素等角相交，则为特殊形。反之为一般形。角相交，则为特殊形。反之为一般形。一个对称型中只有一个一般形，这个对称型的晶类一个对称型中只有一个一般形，这个对称型的晶类名称即以这个一般形来命名。名称即以这个一般形来命名。6.36.3 单形的分类单形的分类第六章晶体理想形状和缺陷2 2、左形与右形、左形与右形形态完全类同，在空间的取向上正好彼此相反的两形态完全类同，在空间的取向上正好彼此相反的两个形体，它们互

16、为镜像，但不能借助于旋转或反伸个形体，它们互为镜像，但不能借助于旋转或反伸操作使之重合，此二同形反向体构成了左右对映形操作使之重合，此二同形反向体构成了左右对映形其中一个为左形，另一个为右形。其中一个为左形，另一个为右形。 第六章晶体理想形状和缺陷3 3、正形和负形、正形和负形 取向不同的两个相同单形，如果相互之取向不同的两个相同单形，如果相互之间能够借助于旋转操作彼此重合，则两者互间能够借助于旋转操作彼此重合，则两者互为正、负形为正、负形(positive(positive、negative form)negative form)。四面体四面体 第六章晶体理想形状和缺陷 4 4、开形与闭形、

17、开形与闭形 依单形晶面是否可以自行闭合而划分。依单形晶面是否可以自行闭合而划分。 凡单形晶面不能自形闭合者为开形，如面、柱单锥凡单形晶面不能自形闭合者为开形，如面、柱单锥 能自行闭合者为闭形。能自行闭合者为闭形。第六章晶体理想形状和缺陷 5 5、定形和变形定形和变形 一种单形其晶面间的角度为恒定者，称定形（一种单形其晶面间的角度为恒定者，称定形（constant constant formform）；反之，称变形（）；反之，称变形（various formvarious form）。）。 定形与变形也可根据单形符号区别：定形的单形符号中都定形与变形也可根据单形符号区别：定形的单形符号中都为数字

18、，如为数字，如111、100、110等，变形的单形等，变形的单形符号中由字母组成，如符号中由字母组成，如hkl、hk0等。等。属于定形的单形有单面、平行双面、三方柱、四方柱、六属于定形的单形有单面、平行双面、三方柱、四方柱、六方柱、四面体、八面体、菱形十二面体和立方体九种；其方柱、四面体、八面体、菱形十二面体和立方体九种；其余单形皆为变形。余单形皆为变形。第六章晶体理想形状和缺陷6.46.4一、概念一、概念两个或两个以上的单形聚合在一起形成的封闭空间外两个或两个以上的单形聚合在一起形成的封闭空间外形称为聚形形称为聚形(combination form)。 第六章晶体理想形状和缺陷这里的单形是指

19、结晶单形，因为聚形的对称型这里的单形是指结晶单形，因为聚形的对称型是已知的，已赋予一定的对称性，组成聚形的是已知的，已赋予一定的对称性，组成聚形的所有单形的对称型，都应该是该聚形所具有的所有单形的对称型，都应该是该聚形所具有的对称型。对称型。 单形的相聚不是任意的，必须是具有相同对称单形的相聚不是任意的，必须是具有相同对称性的单形才能相聚在一起；换句话说，聚形的性的单形才能相聚在一起；换句话说，聚形的必要条件是组成聚形的各个单形都必须属于同必要条件是组成聚形的各个单形都必须属于同一对称型。一对称型。第六章晶体理想形状和缺陷二、聚形分析二、聚形分析聚形分析步骤是：聚形分析步骤是：A、找出全部对称

20、要素，、找出全部对称要素，确定对称型确定对称型。每一对称型可能。每一对称型可能出现的单形的有限的（最多七种）。出现的单形的有限的（最多七种）。B、观察聚形上有、观察聚形上有几种同形等大的晶面几种同形等大的晶面，从而确定聚形，从而确定聚形是由几个单形组成的。是由几个单形组成的。C、数一下、数一下每种同形等大的晶面的数目每种同形等大的晶面的数目，确定每单形由，确定每单形由几个晶面构成。几个晶面构成。D、根据对称型及每一单形的晶面数目、晶面与对称要、根据对称型及每一单形的晶面数目、晶面与对称要素的相对位置素的相对位置确定每一单形的名称确定每一单形的名称（或查表）。（或查表）。第六章晶体理想形状和缺陷

21、6.5 缺陷分类方式：分类方式：几何形态：几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷等点缺陷、线缺陷、面缺陷等形成原因：形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等等第六章晶体理想形状和缺陷一、按缺陷的几何形态分类 1. 点缺陷点缺陷 2. 线缺陷线缺陷 3. 面缺陷面缺陷 4. 体缺陷体缺陷第六章晶体理想形状和缺陷1.点缺陷（零维缺陷）点缺陷（零维缺陷） 缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。方向上缺陷的尺寸都很小。包 括 ： 空 位 （包 括 ： 空 位 （ v a c a n c y ） 、 间 隙 质

22、点） 、 间 隙 质 点（interstitial particle）、杂质质点）、杂质质点（foreign particle）。）。 点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。的高温动力学过程等有关。第六章晶体理想形状和缺陷晶体中的点缺陷 (a)空位空位(b)杂质质点杂质质点(c)间隙质点间隙质点第六章晶体理想形状和缺陷2.线缺陷（一维缺陷）指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。如各种位错

23、方向较长，另外二维方向上很短。如各种位错（dislocation）。）。 线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。密切相关。 第六章晶体理想形状和缺陷图3-2 (a) 刃位错(b)螺位错 (a) (b)第六章晶体理想形状和缺陷刃型位错（1 1）刃型位错（）刃型位错（edge dislocationedge dislocation）的产生）的产生 完整晶体滑移完整晶体滑移的理论剪切强度要远高于的理论剪切强度要远高于实际晶体滑移实际晶体滑移的对的对应强度，从而促进了位错理论的产生和发展。应强度，从而促进了位错理论的产生和发展。（2 2） 刃型位错图示：刃型

24、位错图示： 刃型位错线：多余半原子面与滑移面的交线。刃型位错线：多余半原子面与滑移面的交线。（3 3）刃型位错特征：）刃型位错特征： 刃型位错有一个额外的（多余）半原子面。正刃型位刃型位错有一个额外的（多余）半原子面。正刃型位错用错用“”表示，负刃型位错用表示，负刃型位错用“”表示；其正负只是相对表示；其正负只是相对而言。判断用右手定则：食指指向位错线方向，中指指向柏而言。判断用右手定则：食指指向位错线方向，中指指向柏氏矢量方向，拇指指向多余半原子面方向。氏矢量方向，拇指指向多余半原子面方向。 刃型位错是刃型位错是直线直线、折线折线或或曲线曲线。它与滑移方向、柏氏。它与滑移方向、柏氏矢量垂直。

25、矢量垂直。第六章晶体理想形状和缺陷刃型位错立体示意图第六章晶体理想形状和缺陷刃型位错的分类 动画第六章晶体理想形状和缺陷 滑移面必须是同时包含有位错线和滑移矢量滑移面必须是同时包含有位错线和滑移矢量的平面。位错线与滑移矢量互相垂直的平面。位错线与滑移矢量互相垂直, ,它们构它们构成平面只有一个。成平面只有一个。 晶体中存在刃位错后晶体中存在刃位错后, ,位错周围的点阵发生弹位错周围的点阵发生弹性畸变性畸变, ,既有正应变既有正应变, ,也有负应变。点阵畸变相也有负应变。点阵畸变相对于多余半原子面是左右对称的，其程度随距对于多余半原子面是左右对称的，其程度随距位错线距离增大而减小。就正刃型位错而

26、言位错线距离增大而减小。就正刃型位错而言, ,上方受压上方受压, ,下方受拉。下方受拉。 在位错线周围的畸变区每个原子具有较大的在位错线周围的畸变区每个原子具有较大的平均能量。畸变区是一个狭长的管道。平均能量。畸变区是一个狭长的管道。第六章晶体理想形状和缺陷晶体局部滑移造成的刃型位错第六章晶体理想形状和缺陷螺型位错(1)(1)螺型位错（螺型位错（screw dislocationscrew dislocation）的图示）的图示第六章晶体理想形状和缺陷螺型位错示意图第六章晶体理想形状和缺陷晶体局部滑移造成的螺型位错第六章晶体理想形状和缺陷3.面缺陷 面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向面缺陷又

27、称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、表面、堆积层错、第三维方向上很小。如晶界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。镶嵌结构等。 面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。关。 第六章晶体理想形状和缺陷面缺陷晶界 第六章晶体理想形状和缺陷面缺陷堆积层错面心立方晶体中的抽出型层错(a)和插入型层错(b)第六章晶体理想形状和缺陷图3面缺陷共格晶面面心立方晶体中111面反映孪晶第六章晶体理想形状和缺陷

28、 外 表 面 l表面表面( (crystal surfacecrystal surface) )l表面能表面能( (）：晶体表面单位面积自由能的增加，定义）：晶体表面单位面积自由能的增加，定义为形成单位面积的新表面所需做的功。为形成单位面积的新表面所需做的功。 表示法：表示法：= dw/ds = T/L= dw/ds = T/L= = 被割断的结合键数被割断的结合键数/ /形成单位新表面形成单位新表面 能量能量/ /每个每个键键 影响影响的因素：的因素： (1)(1)与晶体表面原子排列的致密程度有关。原子密排与晶体表面原子排列的致密程度有关。原子密排的表面具有最小的表面能。的表面具有最小的表面

29、能。 (2)(2)还与晶体表面曲率有关。曲率半径小还与晶体表面曲率有关。曲率半径小, ,曲率大曲率大,愈大。愈大。 (3)(3)外部质的性质。介质不同外部质的性质。介质不同, ,则则不同。不同。 (4)(4)还与晶体性质有关。晶体本身结合能高，则还与晶体性质有关。晶体本身结合能高，则大。大。第六章晶体理想形状和缺陷第六章晶体理想形状和缺陷晶界和亚晶界 l晶界晶界( (grain boundarygrain boundary) )：两个空间位向两个空间位向不同的相邻晶粒之间的界面。不同的相邻晶粒之间的界面。第六章晶体理想形状和缺陷l确定晶界位置用确定晶界位置用： (1)(1)两晶粒的位向差两晶粒

30、的位向差 (2) (2)晶界相对于一个点阵某一平面的夹角晶界相对于一个点阵某一平面的夹角。l 按按的大小分类：的大小分类： 小角度晶界小角度晶界101010：晶粒位向差大于晶粒位向差大于10度的晶界。度的晶界。其结构为几个原子范围内的原子的混乱排列，可其结构为几个原子范围内的原子的混乱排列，可视为一个过渡区。视为一个过渡区。第六章晶体理想形状和缺陷第六章晶体理想形状和缺陷第六章晶体理想形状和缺陷小角度晶界 小角度晶界（小角度晶界（low angle grain boundarieslow angle grain boundaries ）：）：由一系列相隔一定距离的刃型位错所组成。由一系列相隔一

31、定距离的刃型位错所组成。 分类：分类： (1)(1)对称倾斜界面对称倾斜界面（tilt boundarytilt boundary）：晶界平面为）：晶界平面为两个相邻晶粒的对称面。是由一列平行的刃型位错所两个相邻晶粒的对称面。是由一列平行的刃型位错所组成。组成。 (2)(2)不对称倾斜界面不对称倾斜界面：两晶粒不以二者晶界为对称：两晶粒不以二者晶界为对称的晶界看成两组的晶界看成两组 互相垂直的刃型位错排列而成的。互相垂直的刃型位错排列而成的。 (3)(3)扭转晶界（扭转晶界（twist boundarytwist boundary） ：将一块晶体沿：将一块晶体沿横断面切开横断面切开, ,并使上

32、下部分晶体绕轴转动并使上下部分晶体绕轴转动角角, ,再与下再与下部分惊天动晶体粘在一起形成。可看成是由互相交叉部分惊天动晶体粘在一起形成。可看成是由互相交叉的螺位错所组成。的螺位错所组成。第六章晶体理想形状和缺陷对称倾侧晶界第六章晶体理想形状和缺陷2. 大角度晶界 l大角度晶界大角度晶界（high angle grain boundarieshigh angle grain boundaries ）为原子呈）为原子呈不规则排列的一过渡层。大多数晶粒之间的晶界都属于大不规则排列的一过渡层。大多数晶粒之间的晶界都属于大角度晶界。角度晶界。第六章晶体理想形状和缺陷大角度晶界第六章晶体理想形状和缺陷亚

33、晶界：位向差小于1度的亚晶粒之间的边界。第六章晶体理想形状和缺陷3. 晶界能 晶界能：形成单位面时，系统的自由能变化。晶界能：形成单位面时，系统的自由能变化。J/J/。l晶界能量与晶界能量与 有关：有关：= = 0 0(A(Aln)ln) ，式中，式中0 0 = = Gb/4(1Gb/4(1)l大角度晶界能量与大角度晶界能量与无关，基本上为一恒定值无关，基本上为一恒定值,0.25,0.251.0J/1.0J/l在平衡状态时，在平衡状态时，三叉晶界的各面角三叉晶界的各面角均趋与稳定状态，此时均趋与稳定状态，此时1 = 2 = 3 = 1201 = 2 = 3 = 120。第六章晶体理想形状和缺陷

34、4. 晶界特征 （1 1）晶界处点畸变大，存在晶界能。）晶界处点畸变大，存在晶界能。（2 2）常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍运动，使）常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍运动，使塑型变形抗力提高，使晶体（材料）的硬度和强度提塑型变形抗力提高，使晶体（材料）的硬度和强度提高。高。（3 3）晶界处原子具有较高的动能，且晶界处存在大量缺）晶界处原子具有较高的动能，且晶界处存在大量缺陷。原子在晶界处扩散比晶内快得多。陷。原子在晶界处扩散比晶内快得多。（4 4）固态相变时易在晶界处形成新核。）固态相变时易在晶界处形成新核。（5 5）晶界上富集杂质原子多，熔点低，加热时容易过烧。）晶界上富集杂质原子

35、多，熔点低，加热时容易过烧。（6 6）晶界腐蚀速度比晶内快。）晶界腐蚀速度比晶内快。（7 7）晶界具有不同与晶内的物理性质。）晶界具有不同与晶内的物理性质。l亚晶界属与小角度晶界，为各种亚结构的交界，大小亚晶界属与小角度晶界，为各种亚结构的交界，大小和尺寸与热加工条件有关。和尺寸与热加工条件有关。第六章晶体理想形状和缺陷孪晶界 孪晶（孪晶（ twin twin ）的定义：）的定义：指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成对称的位相关系，这两个晶体就称为孪晶，这一个公共晶面构成对称的位相关系，这两个晶体就称为孪晶，这个公共的晶面即成为孪晶面个公共的晶面

36、即成为孪晶面 孪晶分类孪晶分类： 共格孪晶面（共格孪晶面（coherent twin boundarycoherent twin boundary）：）：即孪晶面，其上即孪晶面，其上的原子同时位于两侧晶体点阵的节点上，为两者共有。无畸变的的原子同时位于两侧晶体点阵的节点上，为两者共有。无畸变的完全共格界面，界面能（约为普通晶界能完全共格界面，界面能（约为普通晶界能1/10）很低很稳定）很低很稳定 非共格孪晶面非共格孪晶面(non-coherent twin boundary(non-coherent twin boundary）：）：孪晶界相对孪晶界相对于孪晶面旋转一角度，其上的原子只有部分为

37、两者共有，原子错于孪晶面旋转一角度，其上的原子只有部分为两者共有，原子错排校严重，孪晶能量相对较高，约为普通晶界的排校严重，孪晶能量相对较高，约为普通晶界的1/2 依照形成原因不同分为：依照形成原因不同分为：变形孪晶变形孪晶、生长孪晶、退火孪晶、生长孪晶、退火孪晶第六章晶体理想形状和缺陷第六章晶体理想形状和缺陷 相界 l相界（相界（phase boundaryphase boundary) )：具有不同结构的两具有不同结构的两相之间的分界面称为相界相之间的分界面称为相界 。l按相界面上原子间匹配程度分为按相界面上原子间匹配程度分为： 共格界面、半共格界面、非共格界面共格界面、半共格界面、非共格界面1.1.共格界面（共格界面（coherent phase boundary coherent phase b