晶體缺陷及固態(tài)相變考試內(nèi)容

1、第一部分：晶體缺陷晶體缺陷：品體中原子排列的不規(guī)則性及不完整性。品體缺陷的種類：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷。一、點(diǎn)缺陷定義：缺陷尺寸在三維方向上都很小且與原子尺寸相當(dāng)?shù)娜毕?，稱為點(diǎn)缺陷 或零維缺陷（或者在結(jié)點(diǎn)上或鄰近的微觀區(qū)域內(nèi)偏離晶體結(jié)構(gòu)正常排列的一種缺 陷）。點(diǎn)缺陷的類型：空位、間隙原子、異類原子?？瘴?.點(diǎn)缺陷與擴(kuò)散的關(guān)系：間隙原子j異類原子-點(diǎn)缺陷對(duì)性能的影響：點(diǎn)缺陷的存在，使得金屬的電阻增加，體積膨脹，密 度減小，使離子品體的導(dǎo)電性改善。過飽和點(diǎn)缺陷，如淬火空位、輻照缺陷，還 可以提高金屬的屈服強(qiáng)度。獲得過飽和點(diǎn)缺陷的方法：輻照、高溫淬火和冷變形加工。二、線缺陷定義：線缺陷在兩個(gè)方向上尺

2、寸很小，另外一個(gè)方向上延伸較長(zhǎng)，也稱為一 維缺陷，如各類位錯(cuò)。位錯(cuò)：位錯(cuò)是晶體排列的一種特殊組態(tài)，品體中沿某一原子面及某一原子方 向發(fā)生了某種有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象；位錯(cuò)是伯氏矢量不為零的晶體缺陷。位錯(cuò)的三種基本類型：刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)和混合位錯(cuò)。它們與柏氏矢量的 關(guān)系：刃型位錯(cuò)：柏氏矢量與位錯(cuò)線垂直。螺型位錯(cuò)：柏氏矢量與位錯(cuò)線平行?；旌衔诲e(cuò)：柏氏矢量與位錯(cuò)線既不平行也不垂直，而是與位錯(cuò)線相交成任意 角度。位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)形式或方式有哪些？位錯(cuò)的基本運(yùn)動(dòng)形式是滑移，此外，刃型位錯(cuò)還有攀移，螺型位錯(cuò)還有交滑 移?；疲何诲e(cuò)的滑移是在外加切應(yīng)力的作用下，通過位 錯(cuò)中心附近的原子沿 伯氏矢量方向在滑移面上不斷地

3、作少量的位移而逐步實(shí)現(xiàn)的。刃型位錯(cuò)在垂直于滑移面方向的運(yùn)動(dòng)稱為攀移。對(duì)于螺型位錯(cuò)，由于所有包含位錯(cuò)線的品面都可成為其滑移面，因此，當(dāng)某 一螺型位錯(cuò)在原滑移面上運(yùn)動(dòng)受阻時(shí)，有可能從原滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一 滑移面上去繼續(xù)滑移，這一過程稱為交滑移；如果交滑移后的位錯(cuò)再轉(zhuǎn)回和原滑 移面平行的滑移面上繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，則稱為雙交滑移。扭折、割階的定義；割階對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有什么影響？一個(gè)運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)線，特別是在受到阻礙的情況下，有可能通過其中一部分線 段（n個(gè)原子間距）首先進(jìn)行滑移。若由此形成的曲折線段就在位錯(cuò)的滑移面上 時(shí)，稱為扭折；若該曲折線段垂直于位錯(cuò)的滑移面時(shí)，則稱為割階。帶割階位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，按割階高度的不

4、同，又可分為三種情況：割階高度只 有12個(gè)原子間距，螺型位錯(cuò)可以把割階拖著走，在割階后面留下一排點(diǎn)缺陷； 割階高度約在20nm以上，它們可以各自獨(dú)立的在各自的滑移面上滑移，并以 割階為軸，在滑移面上旋轉(zhuǎn)；割階高度介于上述兩種情況之間時(shí)，位錯(cuò)不可能 拖著割階運(yùn)動(dòng)，割階之間的位錯(cuò)線彎曲而在其后形成位錯(cuò)環(huán)。單位位錯(cuò)線所受到的滑移力、攀移力、應(yīng)變能公式（只記公式結(jié)果）：各類位錯(cuò)系數(shù)是多少？滑移力：有一個(gè)垂直于位錯(cuò)線的“力”作用在位錯(cuò)線上，F(xiàn)d=F/dl=T b是作用 在單位長(zhǎng)度位錯(cuò)的力，它與外應(yīng)力t和位錯(cuò)的伯氏矢量b成正比，其方向總是與 位錯(cuò)線相垂直并指向滑移面的未滑移部分；攀移力：在垂直于滑移面的方

5、向運(yùn)動(dòng)，即發(fā)生攀移，此時(shí)刃型位錯(cuò)所受的 力也稱為攀移力。作用在單位長(zhǎng)度刃型位錯(cuò)上的攀移力F的方向和位錯(cuò)線攀移 方向一致，也垂直于位錯(cuò)線,F = -a b;y位錯(cuò)的應(yīng)變能：位錯(cuò)周圍點(diǎn)陣畸變引起彈性應(yīng)力場(chǎng)導(dǎo)致晶體能量的增加，這 部分能量稱為位錯(cuò)的應(yīng)變能，或位錯(cuò)的能量，單位長(zhǎng)度 刃型位錯(cuò)的應(yīng)變能：，單位長(zhǎng)度螺型位錯(cuò)的應(yīng)變能：，混合位錯(cuò)稱為混合位錯(cuò)的角 而對(duì)于混合位錯(cuò)，則 K稱為混合位錯(cuò)的角 而對(duì)于混合位錯(cuò)，則 K J K =1 V cos 中度因素，KF0.75，螺型位錯(cuò)1的K三1藉辦型位錯(cuò)K= 1 - V0單位位著篇位錯(cuò)的基單位點(diǎn)陣矢量的位贏）ln:不全位錯(cuò)：柏氏矢量不等于單位點(diǎn)陣矢量或其整數(shù)倍的

6、位錯(cuò)層錯(cuò)與不全位錯(cuò)的關(guān)系：不全位錯(cuò)出現(xiàn)于層錯(cuò)區(qū)和完整晶體的交界處。肖克萊不全位錯(cuò)的滑移可引起層錯(cuò)面得擴(kuò)大或縮小。弗蘭克不全位錯(cuò)的柏氏矢量與層錯(cuò)面垂直。1）1）2）3）4）不全位錯(cuò)的柏氏回路必須從層錯(cuò)開始，回路最后還要穿過層錯(cuò);不全位錯(cuò)的柏氏矢量不是完整的最短點(diǎn)陣矢量；不全位錯(cuò)的矢量也有守恒性。擴(kuò)散與位錯(cuò)：1）如果擴(kuò)散元素沿位錯(cuò)管道遷移，所需要的激活能較小，所以擴(kuò)散速率較 高。2）在高溫下，位錯(cuò)對(duì)晶體的總擴(kuò)散的貢獻(xiàn)并不大，只有在較低溫度下才能 顯示出其重要性。3）冷變形會(huì)增加金屬材料的界面和位錯(cuò)密度，也會(huì)加速擴(kuò)散過程的進(jìn)行。第二相粒子與位錯(cuò)的關(guān)系：繞過機(jī)制，切過機(jī)制繞過機(jī)制：當(dāng)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)與不可變形

7、粒子相遇時(shí)，將受到粒子阻擋，使位錯(cuò)線 繞著它發(fā)生彎曲，隨著外加應(yīng)力的增大，位錯(cuò)線受阻部分的彎曲加劇，以致圍繞 著粒子的位錯(cuò)線在左右兩邊相遇，于是正負(fù)位錯(cuò)彼此抵消，形成包圍著粒子的位 錯(cuò)環(huán)留下，而位錯(cuò)線的其余部分則越過粒子繼續(xù)移動(dòng)，通常稱為奧羅萬機(jī)制。切過機(jī)制：當(dāng)?shù)诙嗔Ｗ訛榭勺冃挝⒘r(shí)，位錯(cuò)將切過粒子使之隨同基體一 起變形；短程交互作用和長(zhǎng)程交互作用。10.湯普森四面體(點(diǎn)、線、面)DD圖3.40 Thaiipson四面體及記號(hào)如果以a , 6 , y , 分別代表與A , B , C , D點(diǎn)相對(duì)面的中心，把 4個(gè)面以三角形ABC為底展開，得圖3.40(c)。由圖中可見：四面體的4個(gè)面即為4

8、個(gè)可能的滑移面：面。四面體的6個(gè)棱邊代表12個(gè)晶向，即為面心立方晶體中全位錯(cuò)12個(gè)可 能的柏氏矢量。每個(gè)面的頂點(diǎn)與其中心的連線代表24個(gè)型的滑移矢量，它們相當(dāng)于面心立方晶體中可能的24個(gè)肖克萊不全位錯(cuò)的柏氏矢量。4個(gè)頂點(diǎn)到它所對(duì)的三角形中點(diǎn)的連線代表8個(gè)型的滑移矢最，它們相當(dāng)于面心立方晶體中可能有的8個(gè)弗蘭克不全位錯(cuò)的柏氏矢量。(5) 4個(gè)面中心相連即a p，(5) 4個(gè)面中心相連即a p，a y，a 6，p y，6。，Y 為3 錯(cuò)的一種。11.羅麥啊索爾位錯(cuò)(位錯(cuò)方向)四主*佻 號(hào)幻oil號(hào)110日日右牡七羅麥位錯(cuò)：，即位錯(cuò)方向110柯垂?fàn)栁诲e(cuò)：在(111)面上：1 1 1是壓桿位1 126

9、1106I ?011=學(xué)112，121在U11)面上十110,-口口，即位錯(cuò)方向110兩擴(kuò)展位錯(cuò)在各自的滑移面上相向移動(dòng)，當(dāng)每個(gè)擴(kuò)展位錯(cuò)中的一個(gè)不全位錯(cuò) 達(dá)到滑移面的交截線時(shí)，就會(huì)通過位錯(cuò)反應(yīng)生成新的先導(dǎo)位錯(cuò)（亦為不全位錯(cuò)）， 這個(gè)新位錯(cuò)；】山是純?nèi)行偷模洳鲜噶课挥冢?01）面上，其滑移面是（001）， 但fcc的滑移面應(yīng)是111，因此，這個(gè)位錯(cuò)是固定位錯(cuò)，又稱壓桿位錯(cuò)，這種形 成于兩個(gè)111面之間的面角上，由三個(gè)不全位錯(cuò)和兩片層錯(cuò)所構(gòu)成的位錯(cuò)組態(tài) 稱為“Lomer-Cottrell位錯(cuò)，也稱為面角位錯(cuò)。位錯(cuò)增殖的5種機(jī)制：1） F-R位錯(cuò)源增殖機(jī)制2 ）雙交滑移位錯(cuò)增殖機(jī)制3）單邊F-R

10、位錯(cuò)源增殖機(jī)制4）刃型位錯(cuò)線部分攀移增殖機(jī)制、5）空位片塌陷增殖機(jī)制。位錯(cuò)密度與強(qiáng)度關(guān)系（圖）1）由上圖可得隨著缺陷數(shù)目的增加，.金屬的強(qiáng)度下降。原因是缺陷破壞了 原子間結(jié)合力，從宏觀上看，即隨缺陷數(shù)目增加，強(qiáng)度下降。2）隨著缺陷數(shù)目的增加，：金屬的強(qiáng)度增加。原因是位錯(cuò)交割纏結(jié)，使位錯(cuò) 運(yùn)動(dòng)的阻力增加，強(qiáng)度增加.。.儀zMW歸一.英工礫.由此可見，強(qiáng)化金屬的方向有兩個(gè)：一是制備無缺陷的理想晶體，其強(qiáng)度最 高，但實(shí)際上很難；另一種是制備缺陷數(shù)目多的晶體，例如：納米品體，非晶態(tài) 品體等。三、面缺陷面缺陷基本概念與類型，對(duì)性能的影響基本概念：面缺陷，其特征是在一個(gè)方向上尺寸很小，另外兩個(gè)方向上擴(kuò)展

11、很大，也稱為二維缺陷。類型：外表面和內(nèi)界面。外表面：固體材料與氣體或液體的分界面。內(nèi)界 面：晶界、亞晶界、孿晶界、層錯(cuò)和相界面等。晶界：屬于同一固相但位向不同的晶粒之間的界面。根據(jù)位向差0的大小 不同可將晶界分為兩類：（1）小角度晶界相鄰晶粒的位向差小于10晶界， 亞晶界均屬小角度晶界，一般小于2； （2）大角度晶界相鄰晶粒的位向差 大于10晶界，多晶體中90%以上的晶界屬于此類。亞晶界：位向稍有差異的相鄰亞晶粒間的界面。孿晶界：兩個(gè)品體(或一個(gè)晶體的兩部分)沿一個(gè)公共品面構(gòu)成鏡面對(duì)稱 的位向關(guān)系，這兩個(gè)晶體就稱為攣品，此公共品面就稱孿品面；孿晶界可分為 兩類：共格攣品界和非共格攣品界。相界：

12、具有不同結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面；相界面可分為共格相界、半共 格相界和非共格相界三種類型。晶界的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)小角度晶界的結(jié)構(gòu)：對(duì)稱傾斜晶界：品界兩側(cè)晶體互相傾斜的結(jié)果，相鄰兩晶粒間的位向差e 角很小，品界可看成是由一列平行的刃型位錯(cuò)所構(gòu)成；不對(duì)稱傾斜晶界：傾斜晶界的界面繞x軸轉(zhuǎn)了一角度？，兩晶粒之間的位 向差仍為e角，由兩組柏氏矢量相互垂直的刃位錯(cuò)交錯(cuò)排列而構(gòu)成；扭轉(zhuǎn)晶界：兩部分品體繞某一軸在一個(gè)共同的品面上相對(duì)扭轉(zhuǎn)一個(gè)e角所 構(gòu)成，由互相交叉的螺型位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)所組成；傾斜晶界：轉(zhuǎn)軸在晶界內(nèi)；扭轉(zhuǎn)晶界：轉(zhuǎn)軸垂直于晶界。大角度晶界的結(jié)構(gòu)多晶體材料中各品粒之間的晶界通常為大角度晶界；分界面由不規(guī)則的臺(tái)階 組

13、成。面缺陷對(duì)性能的影響晶界處點(diǎn)陣畸變大，存在著晶界能。晶界處原子排列不規(guī)則，在常溫下晶界的存在會(huì)對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)起阻礙作 用，宏觀表現(xiàn)為晶界較晶內(nèi)具有較高的強(qiáng)度和硬度。晶界處原子偏離平衡位置，具有較高的動(dòng)能，并且晶界處存在較多的缺陷， 故晶界處原子的擴(kuò)散速度比在晶內(nèi)快的多。相變過程中，由于晶界能量較高且原子活動(dòng)能力較大，所以新相易于在晶 界處優(yōu)先形核。由于成分偏析和內(nèi)附現(xiàn)象，故在加熱過程中，會(huì)出現(xiàn)“過熱”現(xiàn)象。由于晶界能量較高、原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，故晶界的腐蝕速度較快。第二部分固態(tài)相變固態(tài)相變的特點(diǎn)：固態(tài)相變阻力大新相-母相界面上原子的排列易保持一定的匹配新相和母相之間存在一定的晶體學(xué)位相關(guān)系為了

14、維持共格，新相往往在母相的一定品面上開始形成。母相中晶體缺陷對(duì)新相形核起促進(jìn)作用易出現(xiàn)過渡相固態(tài)相變類型：不同分類方式、不同類型(1)按熱力學(xué)分類:一級(jí)相變和二級(jí)相變一級(jí)相變：是指相變時(shí)新、舊兩相的化學(xué)位相等，但化學(xué)位的一級(jí)偏微商不等的相變，用數(shù)學(xué)表達(dá)式可寫成：、，已知囹，：洞，所以；九引，在一級(jí)相變發(fā)生時(shí)， 熵S和體積V將發(fā)生不連續(xù)變化，即一級(jí)相變有相變潛熱和體積改變；二級(jí)相變，是指相變時(shí)新、舊兩相化學(xué)位相等，一級(jí)偏微商也相等，但二級(jí)S疽 S,；相變時(shí)，二級(jí)相變，是指相變時(shí)新、舊兩相化學(xué)位相等，一級(jí)偏微商也相等，但二級(jí)S疽 S,；相變時(shí)，Cp. WC|:上.壬上：土二、即在二級(jí)相變時(shí)，無相變

15、潛熱和體積改變，只有熱容C、壓縮系數(shù)K和熱膨脹系數(shù) 的不連續(xù)變化。按原子遷移蓿況或相變中形核長(zhǎng)大特點(diǎn)分類：分為擴(kuò)散型相變和無擴(kuò)散型 相變兩大類。擴(kuò)散型相變的特點(diǎn)是在相變過程中原子進(jìn)行擴(kuò)散，如純金屬的同素異構(gòu) 轉(zhuǎn)變、固溶體中的多形性轉(zhuǎn)變、脫溶轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變、調(diào)幅分解和有序化轉(zhuǎn)變等。無擴(kuò)散相變有：在低溫進(jìn)行的純金屬(如鋯、鈦、鋰、鉆)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變， 一些合金(如Fe-C、Fe-Ni、Cu-Al等等)中的馬氏體轉(zhuǎn)變。按相變后能否獲得平衡組織分類：平衡相變和不平衡相變。沉淀、調(diào)幅分解的基本概念：沉淀：從過飽和固溶體中析出第二相或形成溶質(zhì)原子富集的亞穩(wěn)區(qū)等過渡相 的過程稱為沉淀，或稱脫溶。沉淀類型：沉淀形式可分為連續(xù)沉淀和不連續(xù)沉淀兩類。連續(xù)沉淀又分為 均勻沉淀和局部沉淀，而不連續(xù)沉淀則總是局部沉淀。調(diào)幅分解：又稱增幅分解或拐點(diǎn)分解，指過飽和固熔體在一