上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)課件

1、上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)（一）材料科學(xué)基礎(chǔ)（一）上海大學(xué)材料學(xué)院史文上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論第一章：晶體學(xué)基礎(chǔ)第二章：固體材料的結(jié)構(gòu)第三章：晶體的缺陷強(qiáng)度理論第七章：晶體的塑性變形第八章：回復(fù)與再結(jié)晶上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論放大放大10001000倍組織倍組織上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論再放大再放大10001000倍結(jié)構(gòu)（原子排列）倍結(jié)構(gòu)（原子排列）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論原子排列的規(guī)則性晶體結(jié)構(gòu)原子排列的規(guī)則性晶體結(jié)構(gòu)上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論晶體與非晶體的差

2、異：晶體與非晶體的差異：結(jié)構(gòu)差異（原子排列）結(jié)構(gòu)差異（原子排列） 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論晶體與非晶體的差異晶體與非晶體的差異性能差異：各相異性性能差異：各相異性/ /各相同性各相同性 確定的熔點(diǎn)或凝固點(diǎn)確定的熔點(diǎn)或凝固點(diǎn)金屬最大彈性模量(mpa)晶向最小彈性模量(mpa)晶向cu19000011166700100al7550011162800100ag11500011143200100-fe284000111132000100au11200011141200100上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 晶體晶體點(diǎn)陣（晶格）點(diǎn)陣（晶格）晶體結(jié)構(gòu)的幾個(gè)基

3、本概念晶體結(jié)構(gòu)的幾個(gè)基本概念上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論晶胞晶胞上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論鐵素體（鐵素體（f f或或 ）奧氏體（奧氏體（a a或或 ）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論晶格常數(shù)晶格常數(shù) 棱長(zhǎng)棱長(zhǎng) a a、b b、c c 棱間夾角棱間夾角、 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論七個(gè)晶系十四種布拉菲點(diǎn)陣七個(gè)晶系十四種布拉菲點(diǎn)陣上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論七個(gè)晶系十四種布拉菲點(diǎn)陣七個(gè)晶系十四種布拉菲點(diǎn)陣上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論七個(gè)晶系十四種布拉菲點(diǎn)陣七個(gè)晶系十四種布拉菲點(diǎn)陣上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體

4、結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論體心立方體心立方面心立方面心立方密排六方密排六方上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論晶面指數(shù)晶面指數(shù) (h k l)(h k l)上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論晶面指數(shù)晶面指數(shù) (1/x 1/y 1/z)(1/x 1/y 1/z)1)建立一組以晶軸a a，b b，c c為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系，令坐標(biāo)原點(diǎn)不在待標(biāo)晶面上，各軸上的坐標(biāo)長(zhǎng)度單位分別是晶胞邊長(zhǎng)a，b，c。2)求出待標(biāo)晶面在a a，b b，c c軸上的截距xa，yb，zc。如該晶面與某軸平行，則截距為。3)取截距的倒數(shù)1/xa，1/yb，1/zc。4)將這些倒數(shù)化成最小的簡(jiǎn)單整數(shù)比h，k，l，使hkl

5、= 1/xa1/yb1/zc。5)將h，k，l置于圓括號(hào)內(nèi)，寫成(hkl)，則(hkl)就是待標(biāo)晶面的晶面指數(shù)。 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論晶面指數(shù)晶面指數(shù) (001)(001)上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論晶面指數(shù)晶面指數(shù) (110)(110)上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論晶面指數(shù)晶面指數(shù) (112)(112)上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論晶面指數(shù)晶面指數(shù) (1-11)(1-11)上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論晶向指數(shù)晶向指數(shù) u v wu v w上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論晶向指數(shù)晶向指數(shù) x y z

6、x y z(1)建立以晶軸a a，b b，c c為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系，各軸上的坐標(biāo)長(zhǎng)度單位分別是晶胞邊長(zhǎng)a，b，c，坐標(biāo)原點(diǎn)在待標(biāo)晶向上。 (2)選取該晶向上原點(diǎn)以外的任一點(diǎn)p(xa，yb，zc)。 (3)將xa，yb，zc化成最小的簡(jiǎn)單整數(shù)比u，v，w，且uvw = xaybzc。 (4)將u，v，w三數(shù)置于方括號(hào)內(nèi)就得到晶向指數(shù)uvw。 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論晶向指數(shù)晶向指數(shù) x y zx y z上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論晶向指數(shù)晶向指數(shù) x y zx y z上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論晶面（向）族晶面（向）族 h k l h k l 上

7、海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論六方晶面指數(shù)六方晶面指數(shù) ( ( h k i lh k i l ) )或或( ( h k lh k l ) )i i = -( = -( h h + + k k ) ) 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論六方晶面指數(shù)六方晶面指數(shù) ( ( h k i lh k i l ) )或或( ( h k lh k l ) )i i = -( = -( h h + + k k ) ) 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論六方晶面指數(shù)六方晶面指數(shù) ( ( h k i lh k i l ) )或或( ( h k lh k l ) )i i = -( =

8、 -( h h + + k k ) ) 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論六方晶面指數(shù)六方晶面指數(shù) ( ( h k i lh k i l ) )或或( ( h k lh k l ) )i i = -( = -( h h + + k k ) ) 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論六方晶面指數(shù)六方晶面指數(shù) ( ( h k i lh k i l ) )或或( ( h k lh k l ) )i i = -( = -( h h + + k k ) ) 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論六方晶面指數(shù)六方晶面指數(shù) ( ( h k i lh k i l ) )或或( ( h k

9、 lh k l ) )i i = -( = -( h h + + k k ) ) 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論六方晶面指數(shù)六方晶面指數(shù) ( ( h k i lh k i l ) )或或( ( h k lh k l ) )i i = -( = -( h h + + k k ) ) 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論六方晶面族六方晶面族 h k i lh k i l 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論六方晶向指數(shù)六方晶向指數(shù) ( ( u v t wu v t w ) )或或( ( u v u v w w ) )u = (2u - v)/3v = (2v - u)

10、/3t = - (u + v)w = w上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論六方晶向指數(shù)六方晶向指數(shù) ( ( u v t wu v t w ) )或或( ( u v u v w w ) )u = (2u - v)/3v = (2v - u)/3t = - (u + v)w = w上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論六方晶向指數(shù)六方晶向指數(shù) ( ( u v t wu v t w ) )或或( ( u v u v w w ) )u = (2u - v)/3v = (2v - u)/3t = - (u + v)w = w上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金

11、屬的晶體結(jié)構(gòu)體心立方體心立方nb, ta, cr, mo, w,-fe面心立方面心立方al,-fe, ni, pb, pd, pt,奧氏體不銹鋼等奧氏體不銹鋼等 密排六方密排六方-ti,-zr,-hf ,-co, mg , zn ， 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論體心立方體心立方點(diǎn)陣常數(shù)：點(diǎn)陣常數(shù)：a=b=ca=b=c晶胞中原子數(shù)：晶胞中原子數(shù)：2 2原子半徑：原子半徑：3a/43a/4致密度：致密度：0.680.68配位數(shù)：配位數(shù)：1212密排面密排面（110110）密排方向密排方向111111上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論面心立方面心立方點(diǎn)陣常數(shù)：點(diǎn)陣常數(shù)：a=

12、b=ca=b=c晶胞中原子數(shù)：晶胞中原子數(shù)：4 4原子半徑：原子半徑：2a/42a/4致密度：致密度：0.740.74配位數(shù)：配位數(shù)：1212密排面（密排面（111111）密排方向密排方向110110上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論密排六方密排六方點(diǎn)陣常數(shù)：點(diǎn)陣常數(shù)：c/a=1.633c/a=1.633晶胞中原子數(shù)：晶胞中原子數(shù)：6 6原子半徑：原子半徑：a/2a/2致密度：致密度：0.740.74配位數(shù)：配位數(shù)：1212上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論體心立方、面心立方晶格主要晶面的原子排列和密度體心立方晶格 面心立方晶格 晶面指數(shù) 晶面原子 排列示意圖 晶面原子密度

13、 (原子數(shù)/面積) 晶面原子 排列示意圖 晶面原子密度 (原子數(shù)/面積) 100 110 111 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論體心立方、面心立方晶格主要晶向的原子排列和密度體心立方晶格面心立方晶格 晶向指數(shù) 晶向原子 排列示意圖 晶向原子密度 (原子數(shù)/長(zhǎng)度) 晶向原子 排列示意圖 晶向原子密度 (原子數(shù)/長(zhǎng)度) 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論銅為面心立方結(jié)構(gòu)，x射線衍射測(cè)定a=0.3615nm，（1）按剛球密堆模型計(jì)算最近鄰原子中心距離是多少？以任一原子為中心，這樣距離的原子數(shù)目是多少？（2）原子密排面和密排方向是什么？（3）原子密排面hkl和密排方向組成的hk

14、l（注意：uvw須位于(hkl)面上）共有多少組？上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論a1（面心立方）和a3（密排六方）結(jié)構(gòu)具有相同的緊密系數(shù)，為0.7404。數(shù)學(xué)家曾經(jīng)證明，若將相同直徑的硬球，在空間進(jìn)行堆積，其最大的緊密系數(shù)就是0.7404。所以，a1和a3結(jié)構(gòu)都是最緊密堆積的結(jié)構(gòu)。問題（1）請(qǐng)指出a1和a3堆積結(jié)構(gòu)的差異。（提示：請(qǐng)先分析a1以（111）晶面進(jìn)行的堆積，a3以（0001）晶面進(jìn)行的堆積，再討論兩者之間的差異。）問題（2）請(qǐng)指出，a1結(jié)構(gòu)經(jīng)過怎樣的變化，可以變成a3結(jié)構(gòu)。上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論上海大學(xué)

15、材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論原子結(jié)合鍵原子結(jié)合鍵 （1）離子鍵與離子晶體）離子鍵與離子晶體原子結(jié)合：電子轉(zhuǎn)移，結(jié)合力大，無方向性和飽和性；原子結(jié)合：電子轉(zhuǎn)移，結(jié)合力大，無方向性和飽和性；離子晶體；硬度高，脆性大，熔點(diǎn)高、導(dǎo)電性差。如氧化物陶瓷。離子晶體；硬度高，脆性大，熔點(diǎn)高、導(dǎo)電性差。如氧化物陶瓷。 2003 brooks/cole publishing / thomson learning 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論（2）共價(jià)鍵與原子晶體）共價(jià)鍵與原子晶體原子結(jié)合：電子共用，結(jié)合力大，有方向性和飽和性；原子結(jié)合：電子共用

16、，結(jié)合力大，有方向性和飽和性；原子晶體：強(qiáng)度高、硬度高（金剛石）、熔點(diǎn)高、脆性原子晶體：強(qiáng)度高、硬度高（金剛石）、熔點(diǎn)高、脆性大、導(dǎo)電性差。如高分子材料。大、導(dǎo)電性差。如高分子材料。 2003 brooks/cole publishing / thomson learning 2003 brooks/cole publishing / thomson learning上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論 2003 brooks/cole publishing / thomson learning上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論（3）金屬鍵與金屬晶體）金屬鍵與金屬晶體原子結(jié)合

17、：電子逸出共有，結(jié)合力較大，無方向性和飽原子結(jié)合：電子逸出共有，結(jié)合力較大，無方向性和飽和性；和性；金屬晶體：導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性好，熔點(diǎn)較高。如金屬晶體：導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性好，熔點(diǎn)較高。如金屬。金屬。金屬鍵：依靠正離子與構(gòu)成電子氣的自由電子之間的靜金屬鍵：依靠正離子與構(gòu)成電子氣的自由電子之間的靜電引力而使諸原子結(jié)合到一起的方式。電引力而使諸原子結(jié)合到一起的方式。上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論 2003 brooks/cole publishing / thomson learning上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論 2003 brooks/cole publi

18、shing / thomson learning上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論（4）分子鍵與分子晶體）分子鍵與分子晶體原子結(jié)合：電子云偏移，結(jié)合力很小，無方向性和飽和原子結(jié)合：電子云偏移，結(jié)合力很小，無方向性和飽和性。性。分子晶體：熔點(diǎn)低，硬度低。如高分子材料。分子晶體：熔點(diǎn)低，硬度低。如高分子材料。 2003 brooks/cole publishing / thomson learning 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論（4）分子鍵與分子晶體）分子鍵與分子晶體氫鍵：（離子結(jié)合）氫鍵：（離子結(jié)合）x-h-y（氫鍵結(jié)合），有方向性，（氫鍵結(jié)合），有方向性，如如o-h

19、o 2003 brooks/cole publishing / thomson learning 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論結(jié)合鍵分類結(jié)合鍵分類（1）一次鍵）一次鍵 （化學(xué)鍵）：金屬鍵、共價(jià)鍵、離子鍵。（化學(xué)鍵）：金屬鍵、共價(jià)鍵、離子鍵。（2）二次鍵）二次鍵 （物理鍵）：分子鍵和氫鍵。（物理鍵）：分子鍵和氫鍵。上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu)什么是合金？什么是合金？合金是由金屬和其他一種或多種合金是由金屬和其他一種或多種元素通過化學(xué)鍵鍵合而形成的材料元素通過化學(xué)鍵鍵合而形成的材料組成合金的每種

20、元素稱為組元組成合金的每種元素稱為組元 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu)鐵碳：（碳）鋼鐵碳：（碳）鋼鐵碳其它（合金）元素：合金鋼鐵碳其它（合金）元素：合金鋼上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu)鐵碳鐵碳鐵：體心立方鐵：體心立方 碳（石墨）：碳（石墨）：六方六方上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論鐵的間隙固溶體鐵的間隙固溶體體心立方體心立方上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論鐵的間隙固溶體鐵素體鐵的間隙固溶體鐵素體上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論鐵錳鐵錳鐵的置換固溶體鐵的置換固溶體體心立方體心立

21、方上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論鐵的置換固溶體鐵的置換固溶體上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論fefe3 3c c 滲碳體滲碳體正交結(jié)構(gòu)（新結(jié)構(gòu)）正交結(jié)構(gòu)（新結(jié)構(gòu)）化合物化合物上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)體心立方、面心立方、密排六方體心立方、面心立方、密排六方合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu)固溶體（間隙、置換）固溶體（間隙、置換）化合物化合物上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論鐵碳合金中常見結(jié)構(gòu)（相）鐵碳合金中常見結(jié)構(gòu)（相）鐵鐵+ +碳：鋼碳：鋼鋼鋼+ +石墨：鑄鐵石墨：鑄鐵鋼中結(jié)構(gòu)（相）鋼中結(jié)構(gòu)（相）固溶體（鐵素體、

22、奧氏體）固溶體（鐵素體、奧氏體）化合物（化合物（fefe3 3c c）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論理想晶體結(jié)構(gòu)平移重復(fù)性理想晶體結(jié)構(gòu)平移重復(fù)性上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)平移重復(fù)性破壞實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)平移重復(fù)性破壞上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)平移重復(fù)性破壞實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)平移重復(fù)性破壞維納斯維納斯“無臂無臂”之美更深入人心之美更深入人心 晶體缺陷賦予材料豐富內(nèi)容晶體缺陷賦予材料豐富內(nèi)容上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)含有缺陷實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)含有缺陷數(shù)量相當(dāng)少數(shù)量相當(dāng)少cu的室溫空位濃度：的室溫空位濃度：3.81

23、0-17 充分退火充分退火fe的位錯(cuò)密度：的位錯(cuò)密度：1012m-2作用相當(dāng)大作用相當(dāng)大影響晶體的生長(zhǎng)、性能以及加工影響晶體的生長(zhǎng)、性能以及加工 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論缺陷的種類缺陷的種類點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷線缺陷線缺陷面缺陷面缺陷體缺陷體缺陷 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論點(diǎn)缺陷導(dǎo)致結(jié)構(gòu)畸變（間隙原子點(diǎn)缺陷導(dǎo)致結(jié)構(gòu)畸變（間隙原子 空位）空位）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論點(diǎn)缺陷的形成熱振動(dòng)（平衡濃度）點(diǎn)缺陷的形成熱振動(dòng)（平衡濃度）不同溫度下的缺陷平衡濃度不同溫度下的缺陷平衡濃度缺陷類缺陷類型型形

24、成能形成能(ev)不同溫度下的缺陷平衡濃度不同溫度下的缺陷平衡濃度57310731573空位空位110-1710-710-4間隙原間隙原子子410-6710-2510-15cv = n/n = exp-(ev-tsv) / kt = aexp(-ev / kt)上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論點(diǎn)缺陷的平衡濃度點(diǎn)缺陷的平衡濃度cv = n/n = aexp(-ev / kt)cv：點(diǎn)缺陷平衡濃度ev：點(diǎn)缺陷形成能t：溫度上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論點(diǎn)缺陷對(duì)性能的影響點(diǎn)缺陷對(duì)性能的影響固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化通

25、過形成固溶體使金屬?gòu)?qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象通過形成固溶體使金屬?gòu)?qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象純銅：純銅：b220 mpa, 硬度硬度40 hb, 斷面收縮斷面收縮率率70%純銅純銅+1%鎳（形成單相固溶體）：鎳（形成單相固溶體）： 強(qiáng)度強(qiáng)度390 mpa, 硬度硬度70 hb, 斷面收縮率斷面收縮率50%。上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論點(diǎn)缺陷對(duì)性能的影響點(diǎn)缺陷對(duì)性能的影響鐵在不同溫度淬火后測(cè)量的電阻率鐵在不同溫度淬火后測(cè)量的電阻率淬火溫度淬火溫度t()30050070010001500電阻率電阻率(10-10m)12.2912.5412.6812.8112.96 由： = d exp(-ev

26、/ kt) 或ln = lnd + (ev / kt) 可求ev 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論點(diǎn)缺陷對(duì)其他性能的影響點(diǎn)缺陷對(duì)其他性能的影響影響密度影響密度影響比熱影響比熱影響擴(kuò)散影響擴(kuò)散影響屈服影響屈服上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論線缺陷線缺陷上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論線缺陷（位錯(cuò)）線缺陷（位錯(cuò)）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)的提出位錯(cuò)的提出上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)的提出位錯(cuò)的提出上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)的提出位錯(cuò)的提出上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)的提出位錯(cuò)的提

27、出晶體的理論切應(yīng)力與實(shí)驗(yàn)值的比較（單位：晶體的理論切應(yīng)力與實(shí)驗(yàn)值的比較（單位：mpa）金屬金屬理論切應(yīng)力理論切應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值實(shí)驗(yàn)值切變模量切變模量al38300.78624400ag39800.37225000cu64800.49040700-fe110002.7568950mg26300.39316400上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)的提出位錯(cuò)的提出上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)的提出位錯(cuò)的提出上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)（形成及其點(diǎn)陣畸變）位錯(cuò)組態(tài)（形成及其點(diǎn)陣畸變）刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)

28、（形成及其點(diǎn)陣畸變）位錯(cuò)組態(tài)（形成及其點(diǎn)陣畸變）螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)（形成及其點(diǎn)陣畸變）位錯(cuò)組態(tài)（形成及其點(diǎn)陣畸變）螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)（形成及其點(diǎn)陣畸變）位錯(cuò)組態(tài)（形成及其點(diǎn)陣畸變）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)（形成及其點(diǎn)陣畸變）位錯(cuò)組態(tài)（形成及其點(diǎn)陣畸變）位錯(cuò)的性質(zhì)位錯(cuò)的性質(zhì) （1 1）形狀：不一定是直線，位錯(cuò)及其畸變區(qū)）形狀：不一定是直線，位錯(cuò)及其畸變區(qū)是一條管道。是一條管道。 （2 2）是已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界。）是已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界。 （3 3）不能中斷于晶

29、體內(nèi)部?？稍诒砻媛额^，）不能中斷于晶體內(nèi)部?？稍诒砻媛额^，或終止于晶界和相界，或與其它位錯(cuò)相交，或自或終止于晶界和相界，或與其它位錯(cuò)相交，或自行封閉成環(huán)。行封閉成環(huán)。上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)（柏氏矢量和柏氏回路）位錯(cuò)組態(tài)（柏氏矢量和柏氏回路）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)（柏氏矢量和柏氏回路）位錯(cuò)組態(tài)（柏氏矢量和柏氏回路）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)（位錯(cuò)組態(tài)（柏氏矢量和柏氏回路柏氏矢量和柏氏回路）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)位錯(cuò)組態(tài)（柏氏矢量和柏氏回路）（柏氏矢量和柏氏回路）連接連接f f點(diǎn)與點(diǎn)

30、與s s點(diǎn)的矢量點(diǎn)的矢量b b即為即為柏氏矢量 b ba/n a/n u v wu v wb ba a (u(u2 2+ v+ v2 2+w+w2 2) )1/21/2 /n/n上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)位錯(cuò)組態(tài)（柏氏矢量和柏氏回路）（柏氏矢量和柏氏回路）柏矢量的物理意義柏矢量的物理意義 柏矢量是對(duì)位錯(cuò)周圍晶體點(diǎn)陣畸變的疊加柏矢量是對(duì)位錯(cuò)周圍晶體點(diǎn)陣畸變的疊加b b越大，位錯(cuò)引起的晶體彈性能越高越大，位錯(cuò)引起的晶體彈性能越高 平行于平行于b b 螺位錯(cuò)螺位錯(cuò)b b 0 0 0，右螺，右螺垂直于垂直于b b 刃位錯(cuò)刃位錯(cuò)( (b b) )總指向多余半原子面方向總指向多余

31、半原子面方向 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)位錯(cuò)組態(tài)（柏氏矢量和柏氏回路）（柏氏矢量和柏氏回路）柏矢量具有如下的守恒性：柏矢量具有如下的守恒性： (1)(1)一條不分岔的位錯(cuò)線只有一個(gè)柏矢量；因?yàn)榘厥噶颗c柏氏一條不分岔的位錯(cuò)線只有一個(gè)柏矢量；因?yàn)榘厥噶颗c柏氏回路的路徑無關(guān)，只要柏氏回路不與其它位錯(cuò)線相交，從一條位回路的路徑無關(guān)，只要柏氏回路不與其它位錯(cuò)線相交，從一條位錯(cuò)線的任意一點(diǎn)出發(fā)所作的柏氏回路總會(huì)繪出同一柏矢量。由此錯(cuò)線的任意一點(diǎn)出發(fā)所作的柏氏回路總會(huì)繪出同一柏矢量。由此可以推出：柏矢量與位錯(cuò)線之間具有唯一性，即一條位錯(cuò)只有一可以推出：柏矢量與位錯(cuò)線之間具有唯一性，

32、即一條位錯(cuò)只有一個(gè)柏矢量。個(gè)柏矢量。(2)(2)如果數(shù)條位錯(cuò)線交于一節(jié)點(diǎn)，則流入節(jié)點(diǎn)的各位錯(cuò)線的柏如果數(shù)條位錯(cuò)線交于一節(jié)點(diǎn)，則流入節(jié)點(diǎn)的各位錯(cuò)線的柏矢量和等于流出節(jié)點(diǎn)的各位錯(cuò)線柏矢量之和。即：矢量和等于流出節(jié)點(diǎn)的各位錯(cuò)線柏矢量之和。即：bibi0 0 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)位錯(cuò)組態(tài)（柏氏矢量和柏氏回路）（柏氏矢量和柏氏回路）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)位錯(cuò)組態(tài)（柏氏矢量和柏氏回路）（柏氏矢量和柏氏回路）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)位錯(cuò)組態(tài)（柏氏矢量和柏氏回路）（柏氏矢量和柏氏回路）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體

33、結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)位錯(cuò)組態(tài)（柏氏矢量和柏氏回路）（柏氏矢量和柏氏回路）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)位錯(cuò)組態(tài)（柏氏矢量和柏氏回路）（柏氏矢量和柏氏回路）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)位錯(cuò)組態(tài)（柏氏矢量和柏氏回路）（柏氏矢量和柏氏回路）在簡(jiǎn)單立方晶體中在簡(jiǎn)單立方晶體中假定有一刃型位錯(cuò)假定有一刃型位錯(cuò)a a，其柏氏矢量為，其柏氏矢量為b1=a0-10b1=a0-10，沿，沿著（著（100100）晶面滑移）晶面滑移假如還有一個(gè)螺型位錯(cuò)假如還有一個(gè)螺型位錯(cuò)b b，柏氏矢量為，柏氏矢量為b2=a100b2=a100，并，并在（在（001001）晶面上滑動(dòng)）晶面上

34、滑動(dòng)請(qǐng)?jiān)谌S晶格圖中畫出位錯(cuò)請(qǐng)?jiān)谌S晶格圖中畫出位錯(cuò)a a和和b b 上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)位錯(cuò)組態(tài)（柏氏矢量和柏氏回路）（柏氏矢量和柏氏回路）簡(jiǎn)單立方晶體中簡(jiǎn)單立方晶體中刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)a a，柏氏矢量，柏氏矢量b1=a0-10b1=a0-10，沿（，沿（100100）晶面滑移）晶面滑移上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)組態(tài)位錯(cuò)組態(tài)（柏氏矢量和柏氏回路）（柏氏矢量和柏氏回路）簡(jiǎn)單立方晶體簡(jiǎn)單立方晶體螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)b b，柏氏矢量，柏氏矢量b2=a100b2=a100，在（，在（001001）晶面滑動(dòng)）晶面滑動(dòng)上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)

35、構(gòu)理論位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（1 1）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（2 2）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（2 2）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（2 2）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（2 2）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（2 2）上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（2 2）攀移：刃型位錯(cuò)在垂直于滑移面方向上的運(yùn)動(dòng)攀移：刃型位錯(cuò)在垂直于滑移面方向上的運(yùn)動(dòng)上海大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)理論晶體結(jié)構(gòu)理論位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（3 3）位錯(cuò)與位錯(cuò)的交互作用：位錯(cuò)與位錯(cuò)的交互作用：同號(hào)相互排斥，異號(hào)相互吸引同號(hào)相互排斥，異號(hào)相互吸引位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的相互作用：位錯(cuò)與溶質(zhì)