材料科學基礎基本概念和名詞解釋.doc
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晶體缺陷 單晶體:是指在整個晶體內部原子都按照周期性的規(guī)則排列。 多晶體:是指在晶體內每個局部區(qū)域里原子按周期性的規(guī)則排列,但不同局部區(qū)域之間原子的排列方向并不相同,因此多晶體也可看成由許多取向不同的小單晶體(晶粒)組成 點缺陷(Point defects):最簡單的晶體缺陷,在結點上或鄰近的微觀區(qū)域內偏離晶體結構的正常排列。在空間三維方向上的尺寸都很小,約為一個、幾個原子間距,又稱零維缺陷。包括空位vacancies、間隙原子interstitial atoms、雜質impurities、溶質原子solutes等。 線缺陷(Linear defects):在一個方向上的缺陷擴展很大,其它兩個方向上尺寸很小,也稱為一維缺陷。主要為位錯dislocations。 面缺陷(Planar defects):在兩個方向上的缺陷擴展很大,其它一個方向上尺寸很小,也稱為二維缺陷。包括晶界grain boundaries、相界phase boundaries、孿晶界twin boundaries、堆垛層錯stacking faults等。 晶體中點陣結點上的原子以其平衡位置為中心作熱振動,當振動能足夠大時,將克服周圍原子的制約,跳離原來的位置,使得點陣中形成空結點,稱為空位vacancies 肖脫基(Schottky)空位:遷移到晶體表面或內表面的正常結點位置,使晶體內部留下空位。 弗蘭克爾(Frenkel)缺陷:擠入間隙位置,在晶體中形成數目相等的空位和間隙原子。 晶格畸變:點缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài),使晶格發(fā)生扭曲,稱晶格畸變。從而使強度、硬度提高,塑性、韌性下降;電阻升高,密度減小等。 熱平衡缺陷:由于熱起伏促使原子脫離點陣位置而形成的點缺陷稱為熱平衡缺陷(thermal equilibrium defects),這是晶體內原子的熱運動的內部條件決定的。 過飽和的點缺陷:通過改變外部條件形成點缺陷,包括高溫淬火、冷變形加工、高能粒子輻照等,這時的點缺陷濃度超過了平衡濃度,稱為過飽和的點缺陷(supersaturated point defects) 。 位錯:當晶格中一部分晶體相對于另一部分晶體發(fā)生局部滑移時,滑移面上滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交界線稱作位錯 刃型位錯:當一個完整晶體某晶面以上的某處多出半個原子面,該晶面象刀刃一樣切入晶體,這個多余原子面的邊緣就是刃型位錯。 刃型位錯線可以理解為已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的分界線,它不一定是直線 螺型位錯:位錯附近的原子是按螺旋形排列的。螺型位錯的位錯線與滑移矢量平行,因此一定是直線 混合位錯:一種更為普遍的位錯形式,其滑移矢量既不平行也不垂直于位錯線,而與位錯線相交成任意角度??煽醋魇侨行臀诲e和螺型位錯的混合形式。 柏氏矢量 b: 用于表征不同類型位錯的特征的一個物理參量,是決定晶格偏離方向與大小的向量,可揭示位錯的本質。 位錯的滑移(守恒運動):在外加切應力作用下,位錯中心附近的原子沿柏氏矢量b方向在滑移面上不斷作少量位移(小于一個原子間距)而逐步實現。 交滑移:由于螺型位錯可有多個滑移面,螺型位錯在原滑移面上運動受阻時,可轉移到與之相交的另一個滑移面上繼續(xù)滑移。如果交滑移后的位錯再轉回到和原滑移面平行的滑移面上繼續(xù)運動,則稱為雙交滑移。 位錯滑移的特點 1) 刃型位錯滑移的切應力方向與位錯線垂直,而螺型位錯滑移的切應力方向與位錯線平行; 2) 無論刃型位錯還是螺型位錯,位錯的運動方向總是與位錯線垂直的;(伯氏矢量方向代表晶體的滑移方向) 3) 刃型位錯引起的晶體的滑移方向與位錯運動方向一致,而螺型位錯引起的晶體的滑移方向與位錯運動方向垂直; 4) 位錯滑移的切應力方向與柏氏矢量一致;位錯滑移后,滑移面兩側晶體的相對位移與柏氏矢量一致。 5) 對螺型位錯,如果在原滑移面上運動受阻時,有可能轉移到與之相交的另一滑移面上繼續(xù)滑移,這稱為交滑移 (雙交滑移) 派-納力:晶體滑移需克服晶體點陣對位錯的阻力,即點陣阻力 位錯的攀移(非守恒運動):刃型位錯在垂直于滑移面方向上的運動,主要是通過原子或空位的擴散來實現的(滑移過程基本不涉及原子的擴散)。 位錯在某一滑移面上運動時,對穿過滑移面的其它位錯(林位錯)的交割。包括扭折和割階。 扭折:位錯交割形成的曲折線段在位錯的滑移面上時,稱為扭折。 割階:若該曲折線段垂直于位錯的滑移面時,稱為割階。 位錯交割的特點 1) 運動位錯交割后,在位錯線上可能產生一個扭折或割階,其大小和方向取決于另一位錯的柏氏矢量,但具有原位錯線的柏氏矢量(指扭折或割階的長度和方向) 2) 所有的割階都是刃型位錯,而扭折可以是刃型也可是螺型的。 3) 扭折與原位錯線在同一滑移面上,可隨位錯線一道運動,幾乎不產生阻力,且在線張力的作用下易于消失; 4)割階與原位錯不在同一滑移面上,只能通過攀移運動,所以割階是位錯運動的障礙--- 割階硬化 位錯的應變能:位錯周圍點陣畸變引起的彈性應力場,導致晶體能量的增加,稱為位錯的應變能或位錯的能量。 位錯密度:單位體積內所包含的位錯線總長度。