第1-3-实际金属的晶体结构.ppt

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1、授课教师:杨秀英金属学及热处理沈阳理工大学应用技术学院本次课程内容设计一、引言—通过提出问题让学生回答，简单复习前次内容—引出正文二、正文—实际金属的晶体结构三、结论(包括作业、思考题或习题)第三节实际金属的晶体结构一、引言1、晶面指数和晶向指数,仅指一个晶面和晶向吗?2、体心立方晶格的不同晶向的原子密度？？？3、为什么金属晶体的物理性质各向异性,而实际工程应用的金属材料表现为伪等向性？4、那些金属有同素异构转变现象发生？金属（定义）----性能(良好的导电、导热性能、正的电阻温度系数、金属光泽、延展性）-----组织结构（原子的结构特点---金属键性，原子的排列方

2、式（结合力（强度）、结合能（熔点、线膨胀系数））------晶体金属晶体结构晶体的特征（4点）理想模型----3种典型金属的晶体结构----晶面指数和晶向指数（各向异性）-----位等向性------同素异构转变实际金属的晶体结构1、实际晶体结构是什么样的？2、晶体缺陷对晶体有什么样的影响？（性能）为什么要研究它？3、有哪些晶体缺陷？第3节实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构总不可避免地存在一些原子偏离规则排列的不完整区域,这就是晶体缺陷1、实际晶体结构是什么样的？2、晶体缺陷对晶体有什么样的影响？（性能）为什么要研究它？晶体缺陷的影响:1、对结构的完整性无大的影响

3、2、对金属或合金的强度、塑性、电阻等产生重大影响3、对扩散、相变、塑性变形和再结晶等过程起重要作用点缺陷线缺陷面缺陷点缺陷的特点是在空间三维方向上的尺寸都很小，约为几个原子间距，又称零维缺陷⑴空位⑵间隙原子⑶置换原子3、有哪些晶体缺陷？晶体中的点缺陷(a)空位(b)杂质质点(c)间隙质点点缺陷能量起伏？空位是如何形成的？空位的种类？脱位原子的去处大致有三：一、跑到晶体表面去，这样所产生的空位称肖脱基(Schottky)空位；二、跑到点阵间隙中，所产生的空位称弗兰克空位；三、跑到其他空位中，这当然不会增加新空位，但可使空位变换位置。1—大的置换原子2—肖脱基空位3—异

4、类间隙原子4—复合空位5—弗兰克空位6—小的置换原子点缺陷对材料性能的影响原因：总之，无论哪一种点缺陷(空位、间隙原子或其他)的出现，都会引起晶体能量的升高，都会使其附近的原子稍微偏离原结点位置才能平衡，即造成小区域的晶格畸变，这当然会增加晶体的不稳定性。提高材料的电阻定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡力(陷阱)，增加了阻力，加速运动提高局部温度(发热)。加快原子的扩散迁移空位可作为原子运动的周转站。形成其他晶体缺陷过饱和的空位可集中形成内部的空洞，集中一片的塌陷形成位错。改变材料的力学性能空位移动到位错处可造成刃位错的攀移，间隙原子和异类原子的存在会增加位错的运动

5、阻力。会使强度提高，塑性下降效果点缺陷线缺陷面缺陷线缺陷就是各种类型的位错。它是指晶体中的原子发生了有规律的错排现象。其特点是原子发生错排的范围只在一维方向上很大，是一个直径为3-5个原子间距，长数百个原子间距以上的管状原子畸变区。线缺陷位错可分为刃型位错(bladedislocation)和螺型位错(spiraldislocation)。线缺陷螺型位错线缺陷柏氏矢量的主要特性：★可以判断位错的类型※可以表示晶体滑移的方向和大小。★位错线和柏氏矢量构成的平面定义为滑移面。位错密度可用单位体积中位错线总长度来表示，即式中，ρ为位错密度（m-2）；ΣL为位错线的总长度（

6、m）；V为体积（m3）。线缺陷线缺陷位错对金属性能的影响：1、不含位错，强度很高2、位错密度增大，强度很高点缺陷线缺陷面缺陷晶体的面缺陷包括晶体的外表面（表面或自由界面）和内界面两类，其中的内界面又有晶界、亚晶界、孪晶界、堆垛层错和相界等。面缺陷由于表面上的原子与晶体内部的原子相比其配位数较少，使得表面原子偏离正常位置，在表面层产生了晶格畸变，导致其能量升高。将这种单位表面面积上升高的能量称为比表面能，简称表面能。表面能也可以用单位长度上的表面张力（N／m）表示。面缺陷面缺陷面缺陷在多相组织中，具有不同晶体结构的两相之间的分界面称为相界。2)相界面：两种不同相的分界

7、面。液体的表面是液相和气相的分界面；晶体的表面是晶体和气相(或液相)的分界面；两个不同的固相之间的分界面也是相界面，在我们的课程中主要是指后者。1)相：在物理化学中已有了明确的解释。它是指成分相同、(晶体)结构相同、有界面和其它部分分开的物质的均匀组成部分。3)相界面的主要特性：相界面的结构和晶界有一定的共性，也有一些明显的差别。非共格界面类似大角度晶界，而完全的共格是困难的，共格面两边微少的差别可以用晶格的畸变来调整，界面两边差别不十分大时，将可以补充一定的位错来协调，组成半共格界面。无论那种情况，界面都存在自己的界面能，都将对材料的结构形貌(组织)带来明显的