【材料科學(xué)基礎(chǔ)】重點(diǎn)論述題總結(jié)（二）

【材料科學(xué)基礎(chǔ)】重點(diǎn)論述題總結(jié)(二)(1)平衡點(diǎn)缺陷熱起伏促使原子脫離點(diǎn)陣位置而形成的點(diǎn)缺陷(2)過飽和點(diǎn)缺陷淬火：高溫時(shí)晶體中的空位濃度很高，經(jīng)過淬火后，空位來不及通過擴(kuò)散達(dá)到平衡濃度，在低溫下仍保持了較高的空位濃度。冷加工：金屬在室溫下進(jìn)行壓力加工時(shí)，由于位錯(cuò)交割所形成的割階發(fā)生攀移，從而使金屬晶體內(nèi)空位濃度增加。輻照：當(dāng)金屬受到高能粒子輻照時(shí)，晶體中的原子將被擊出，擠入晶格間隙中，由于被擊出的原子具有很高的能量，因此還有可能發(fā)生連鎖作用，在晶體中形成(1)電阻增大：純銅導(dǎo)電性由于黃銅，青銅(2)提高機(jī)械性能：柯氏氣團(tuán)，鈴木氣團(tuán)的形成(3)有利于原子擴(kuò)散：空位是引入促進(jìn)擴(kuò)散(4)體積膨脹，密度減?。嚎瘴灰?，晶體密實(shí)度下降(5)改變晶體能帶結(jié)構(gòu)，發(fā)光性能：比如石墨烯摻雜元素能帶改變(6)抗腐蝕性減弱：晶體表面致密度降低，促進(jìn)與外界物質(zhì)反應(yīng)(1)空位運(yùn)動(dòng)。(2)間隙原子遷移。(3)空位和間隙原子相遇，兩缺陷同時(shí)消失。(4)逸出晶體到表面，或移到晶界，點(diǎn)缺陷消失。(1)有一額外原子面(2)刃位錯(cuò)的滑移面是唯一；(3)半原子面在上為正刃位錯(cuò)⊥;在下為負(fù)刃型位錯(cuò)T;(4)刃位錯(cuò)的位錯(cuò)線不一定是直線；(5)刃型位錯(cuò)周圍的晶體產(chǎn)生畸變；(6)刃位錯(cuò)可看成是線缺陷。(1)無額外半原子面(2)位錯(cuò)線與滑移矢量平行，且一定為直線(3)滑移面不唯一(4)螺型位錯(cuò)線的運(yùn)動(dòng)方向與滑移矢量相垂直(5)螺型位錯(cuò)也是包含幾個(gè)原子寬度的線缺陷型伯氏矢量b切應(yīng)力t的方向位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向晶體滑移方向晶體滑移量大小和b的關(guān)系刃型垂直于位錯(cuò)線與b一致垂直于位錯(cuò)線與b一致唯一螺型平行于位錯(cuò)線與b一致垂直于位錯(cuò)線與b一致多個(gè)混合型存在一定夾角與b一致垂直于位錯(cuò)線與b一致唯一位錯(cuò)名稱全位錯(cuò)肖克萊位錯(cuò)弗蘭克位錯(cuò)柏氏矢量位錯(cuò)類型刃、螺、混刃、螺、混純?nèi)形诲e(cuò)線形狀空間曲線{111}面上任意曲線{111}面上任意曲線可能的運(yùn)動(dòng)方式滑移、攀移只能滑移，不能攀移只能攀移，不能滑移8.晶界的分類(1)小角度晶界(<10°)亞晶界(<2°)①對(duì)稱傾側(cè)晶界：最簡(jiǎn)單的晶界其兩側(cè)的晶體有位向差θ,相當(dāng)于晶界兩邊的晶體繞平行于位錯(cuò)線的軸各自旋轉(zhuǎn)了一個(gè)方向相反的角而成的，所以稱為對(duì)稱傾側(cè)晶界。是由一系列相隔一定距離的刃型位錯(cuò)垂直排列而構(gòu)成。這種晶界只有一個(gè)變量θ,是一個(gè)自由度晶界。晶界中位錯(cuò)的間距D可按下式求式中b為柏氏矢量。當(dāng)θ值很小時(shí)：②不對(duì)稱傾側(cè)晶界：如果傾側(cè)晶界的界面繞X軸轉(zhuǎn)了一個(gè)角度φ,兩晶粒之間的傾側(cè)角度為θ,0角仍然很小，但是，界面相對(duì)于兩晶粒是不對(duì)稱的，所以稱為不對(duì)稱傾側(cè)晶界。;·;·與左半晶體會(huì)合在一起，形成扭轉(zhuǎn)晶界。這種晶界是由兩組螺型位錯(cuò)交叉網(wǎng)所構(gòu)(2)大角度晶界(θ>10°):晶界可看成是好區(qū)與壞區(qū)交替相間組合而成的。隨著位向差θ的增大，壞區(qū)的面積將相應(yīng)增加。純金屬中，一般大角度晶界的寬度一般不超過三個(gè)原子間距。9.相界及其分類相界具有不同結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面稱為相界(1)共格界面：錯(cuò)配度δ<0.05(2)半共格相界：0.05<δ<0.25(3)非共格相界：δ>0.05分別展開：①共格相界所謂“共格”是指界面上的原子同時(shí)位于兩相晶格的結(jié)點(diǎn)上，即兩相的晶格是彼此銜接的，界面上的原子為兩者共有。如圖a所示是一種無畸變的具有完全共格的相界，其界面能很低。但是理想的完全共格界面，只有在孿晶界，且孿晶界即為孿晶面時(shí)才可能存在。對(duì)相界而言，其兩側(cè)為兩個(gè)不同的相，即使兩個(gè)相的晶體結(jié)構(gòu)相同，其點(diǎn)陣常數(shù)也不可能相等，因此在形成共格界面時(shí)，必然在相界附近產(chǎn)生一定的彈性畸變。晶面間距較小者發(fā)生伸長(zhǎng)，較大者產(chǎn)生壓縮(圖b),以互相協(xié)調(diào)，使界面上原子達(dá)到匹配。顯然，這種共格相界的能量相對(duì)于具有完善的共格關(guān)系的界面(如孿晶界)的能量要高。②半共格相界(考過)若兩相鄰晶體在相界面處的晶面間距相差較大，則在相界面上不可能做到完全的一一對(duì)應(yīng)，于是在界面上將產(chǎn)生一些位錯(cuò)，以降低界面的彈性應(yīng)變能，這時(shí)界面上兩相原子部分地保持匹配，這樣的界面稱為半共格界面或部分共格界面。半共格相界上位錯(cuò)間距取決于相界處兩相匹配晶面的錯(cuò)配度。錯(cuò)配度δ定義為：式中aα和ap分別表示相界面兩側(cè)的α相和β相的點(diǎn)陣常數(shù)。由此可求得位錯(cuò)間當(dāng)δ很小時(shí)，D很大，a和β相在相界面上趨于共格，即成為共格相界；當(dāng)δ很大時(shí)，D很小，a和β相在相界面上完全失配，即成為非共格相界。③非共格相界當(dāng)兩相在相界面處的原子排列相差很大時(shí)，即δ很大時(shí)，只能形成非共格界面。這種相界與大角度晶界相似，可看成是由原子不規(guī)則排列的很薄的過渡層構(gòu)成。10.表面及界面分類11.11.簡(jiǎn)述位錯(cuò)與塑性、強(qiáng)度之間的關(guān)系位錯(cuò)的滑移阻力(P-N力)表征材料強(qiáng)度，而有效滑移系的多少表征塑性高低。位錯(cuò)：晶體中原子的排列在一定范圍內(nèi)發(fā)生有規(guī)律錯(cuò)動(dòng)的一種特殊結(jié)構(gòu)組態(tài)。晶體塑性變形的方式有滑移和孿晶，多數(shù)都以滑移方式進(jìn)行?；频谋举|(zhì)就是位錯(cuò)在滑移面上的運(yùn)動(dòng)，大量位錯(cuò)滑移的結(jié)果造成了晶體的宏觀塑性變形。位錯(cuò)滑移的結(jié)果造成了晶體的宏觀塑性變形，使材料發(fā)生屈服，位錯(cuò)越容易滑移，強(qiáng)度越低，因此增加位錯(cuò)移動(dòng)的阻力，可以提高材料的強(qiáng)度。溶質(zhì)原子造成晶格畸變還可以與位錯(cuò)相互作用形成柯氏氣團(tuán)，都增加位錯(cuò)移動(dòng)的摩擦阻力，使強(qiáng)度提高。晶界、相界可以阻止位錯(cuò)的滑移，提高材料的強(qiáng)度。所以細(xì)化晶粒、第二相彌散分布可以提高強(qiáng)度。12.位錯(cuò)密度對(duì)金屬強(qiáng)度有何影響?為什么?12.位錯(cuò)密度對(duì)金屬強(qiáng)度有何影響?為什么?如果金屬內(nèi)部沒有位錯(cuò)，那么其強(qiáng)度很高，隨著位錯(cuò)密度增大，其可以通過位錯(cuò)滑移進(jìn)行塑性變形，強(qiáng)度降低。再隨著位錯(cuò)密度增大，位錯(cuò)交割形成割階，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；位錯(cuò)反應(yīng)形成固定位錯(cuò)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；位錯(cuò)增殖提高位錯(cuò)密度，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。因此塑性變形變難，強(qiáng)度增大。晶界影響到材料的各個(gè)方面，具有晶界能，影響到多晶材料中的第二相的形狀，晶界可以運(yùn)動(dòng)，有晶界偏聚，晶界電荷變化，承擔(dān)載荷傳遞作用，晶界熔點(diǎn)低，(2)原子在晶界上的擴(kuò)散速度高于晶內(nèi)，熔點(diǎn)較低；(3)相變時(shí)新相優(yōu)先在晶界出形核；(4)晶界處易于發(fā)生雜質(zhì)或溶質(zhì)原子的富集或偏聚；(5)晶界易于腐蝕和氧化；(6)常溫下晶界可以阻止位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高材料的強(qiáng)度間隙原子、置換原子與位錯(cuò)相互作用形成柯氏氣團(tuán)，柯氏氣團(tuán)增加位錯(cuò)移動(dòng)的阻力；溶質(zhì)原子造成晶格畸變，增加位錯(cuò)移動(dòng)的摩擦阻力，使強(qiáng)度提高，這就是固溶強(qiáng)化的機(jī)理。晶界越多，晶粒越細(xì)，根據(jù)霍爾—佩奇關(guān)系式σs=σo+Kd-1/2晶粒的平均直徑d越小，材料的屈服強(qiáng)度