工程材料中的原子排列-材料科学与工程讲解.ppt

讨论： 单纯的倾斜晶界和扭转晶界是小角晶界的简单形式。对于一般的小角晶界，既含有倾斜又有扭转，是由刃型、螺型或混合型位错构成的二维网络。 晶体中由复杂的二维位 错网络构成的小角晶界 群，称为位错胞。 2、大角度晶界 相邻晶粒位相差10°的晶界叫做大角晶界。为高缺陷区域。 研究表明，大角晶界只是几个埃的很狭窄的过渡区，原子排列较不规则，不能用具体模型描述。一般认为它由某些原子排列规则的好区与排列紊乱的坏区所组成。 大角晶界的界面能很高，大致在0.5～0.6 J/m2,且与相邻晶粒的取向差无关。 特殊取向差的大角晶界能量较低，可用重合位置点阵模型解释。 特点： θ γ 0.5 0 10 20 30 40 70 J/m2 Cu的界面能 孪晶界 小角度晶界 1/7 1/5 重合位 置点阵 三、表面 晶体表面 — 固体材料与外界气体或液体接触的界面。 晶体表面上的原子受内外原子或分子作用力不均衡，因而具有表面能。 晶体以不同的晶面为表面，其表面能是不同的。 一般密排面表面能最低，易于裸露在外，因此自由生长的单晶常具有晶形。 B A 四、界面上的张力平衡 两晶粒 — 平直化 三晶粒 — 交角≈120° 120° B C A 四晶粒 — 棱间交角≈109°28′或分解为两个三叉晶界。 A B C D D A B C D A B C 晶粒形貌 — 十四面体(满空间填充及界面张力平衡) 体形平衡形貌 二维稳定形貌 五、堆垛层错 f.c.c和h.c.p由密排面{111}和{0001}原子堆垛而成 f.c.c正常堆垛 …ABCABCABC… 出现错排 …ABC BCABC… 抽出层错 …ABCACBCABC … 插入层错 若出现 … ABCACBA … 孪晶界 A 对称面 h.c.p 正常堆垛 … ABABAB … 出现错排 … ABACBAB … 层错 ★ 层错是一种典型的共格界面。虽然原子配位关系并没 有破坏，但因原子堆垛层次错乱，将引起电子的附加 散射，能量提高，因而具有层错能。 ★ 层错在所有表面能中能量最低，与孪晶界面能同级。 几种金属的层错能 金属 Co Ag Cu Au Al Ni 层错能J/m2 0.02 0.02 0.04 0.06 0.20 0.25 q D 间隙原子 晶格空位 置换原子 显微镜下的螺型位错 The Science and Design of Engineering Materials James P.Schaffer(USA) 参考书目： h.c.p c a b.c.c a f.c.c a 小结 名词概念 单晶体与多晶体 晶粒与晶界 点缺陷 线缺陷 面缺陷 空位 位错 柏氏矢量 刃型位错和螺型位错 滑移与攀移 内容要求 定性说明晶体平衡时为什么存在一定的空位浓度。 简单立方晶系中刃型位错和螺型位错原子模型，及其对应的柏氏矢量。 位错滑移运动的条件及其结果。 晶体中的界面形式、界面能及其对晶粒形貌的影响。 2.3 合金相结构--多组元（合金）结构特点 单组元材料性能有局限，实际使用的材料大多为多组元的合金。 合金：在单组元的基础上，人为加入其它组元，使之成为性能更加优异的材料。 由两个组元组成的材料称为二元合金；三个组元称为三元合金；三个以上称多元合金。 材料中，由于各种组元之间存在复杂的物理和化学作用，会出现众多成分、结构各异的相。 相： 热力学平衡系统中，结构、成分、化学和物理性质相同，与其它部分有界面分开的均匀部分。 金属 固溶体 金属化合物（中间相） 陶瓷 晶体相 玻璃相 气相 高分子 晶相 非晶相 2.3.1 固溶体 凡溶质原子处于固态溶剂晶格中所形成的合金相，称为固溶体。 固溶体分类： 置换式固溶体 间隙固溶体 位置 溶解度 无限固溶体 有限固溶体 排列秩序 无序固溶体 有序固溶体 一、置换式固溶体 除少数原子半径小的非金属元素，H、O、N、C、B等以外，绝大多数元素之间均能形成置换式固溶体。 差别在于溶解度大小不同，对材料性能影响不一。 溶质原子取代溶剂原子的某些正常位置所形成的固溶体。 溶剂 溶质 影响溶解度大小的因素 （1）晶体结构类型 结构类型相同或相近具有较大的溶解度。 结构相同