12.3.1晶體表面晶體表面原子會(huì)偏離其正常平衡位置，造成表面層的晶格畸變，其能量升高，將單位面積上升高的能量稱為比表面能（表面能(J/m2)(N/m)表示。影響表面能的因素主要有：外部介質(zhì)的分子或原子對(duì)晶體界面原子的作用力與晶體內(nèi)部原于對(duì)界面原子的作用力相差越懸殊，則表面能越大。

當(dāng)裸露的表面是密排晶面時(shí)，則表面能最小，非密排晶面的表面能則較大，因此，晶體易于使其密排晶面裸露在表面。表面的曲率越大，則表面能越大，即表面的曲率半徑越小，則表面能越高。晶體本身的結(jié)合能高，則表面能大。熔點(diǎn)高，則結(jié)合能大，因而表面能也往往較高。Section2.3SurfaceDefects面缺陷22.3.1晶體表面外表面是非常粗糙的，比材料內(nèi)部活性更大。納米結(jié)構(gòu)材料（超細(xì)粉體與納米材料、多孔材料和凝膠類似）是表面能很高的一類材料。對(duì)于日常廣泛應(yīng)用的大塊材料來(lái)說(shuō)，它們的比表面(單位體積晶體的表面積)很小，因此表面對(duì)晶體性能的影響不如晶界重要。但是對(duì)于多孔物質(zhì)或粉末材料，它們的比表面很大，此時(shí)表面能就成為不可忽略的重要因素，甚至是關(guān)鍵因素。粉末的表面能數(shù)值相當(dāng)可觀，成為不少過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力，例如粉末在高溫下可燒結(jié)為整體，其驅(qū)動(dòng)力就來(lái)自于高的表面能。32.3.2晶界(Grainboundary)晶界就是空間取向(或位向)不同的相鄰晶粒之間的界面。晶粒內(nèi)又可分為位向差只有幾分到幾度的若干小晶塊、這些小晶塊可稱為亞晶粒，相鄰亞晶粒之間的界面稱為亞晶界。1．小角度晶界(θ＜10°)多晶體各晶粒之間的晶界對(duì)稱傾轉(zhuǎn)型

(titleboundary)：它是由一列豎直排列的刃型位錯(cuò)構(gòu)成，亦稱“位錯(cuò)墻”。扭轉(zhuǎn)型：它可以看成兩個(gè)簡(jiǎn)單立方晶粒之間的扭轉(zhuǎn)晶界。扭轉(zhuǎn)型小角度晶界，是由相交的螺位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成。由于小角度晶界的界面能低于規(guī)則晶粒的晶界能，所以小角度晶界對(duì)滑移幾乎沒(méi)有什么阻礙作用。2.大角度晶界(θ＞10°)亞晶界相當(dāng)于兩晶粒之間的過(guò)渡層，是僅有2-3個(gè)原子厚度的薄層，總體來(lái)說(shuō)，原子排列相對(duì)無(wú)序，也比較稀疏些。5Figure2.22Thesmallanglegrainboundaryisproducedbyanarrayofdislocations,causinganangularmismatchθbetweenlatticesoneithersideoftheboundary.圖2-22對(duì)稱傾轉(zhuǎn)型小角度晶界圖2-23扭轉(zhuǎn)型小角度晶界圖2-24大角度晶界結(jié)構(gòu)的示意圖72.3.3晶界特性晶粒長(zhǎng)大和晶界的平直化都可減少晶界的總面積，從而降低晶界的總能量。大角度晶界的界面能遠(yuǎn)高于小角度晶界的界面能。所以，大角度晶界的遷移速率較小角度晶界大。由于界面能的存在，當(dāng)金屬中存在能降低界面能的異類原子時(shí)，這些原子就將向晶界偏聚，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)吸附。凡是提高界面能的原子，將會(huì)在晶粒內(nèi)部偏聚，這種現(xiàn)象叫做反內(nèi)吸附。晶粒越細(xì)，金屬材料的強(qiáng)度和硬度越高。由于界面能的存在，使晶界的熔點(diǎn)低于晶粒內(nèi)，且易于腐蝕和氧化。晶界上的空位、位錯(cuò)等缺陷較多，因此，原子的擴(kuò)散速度較快，在發(fā)生相變時(shí)，新相晶核往往首先在晶界形成。92.3.4晶界的觀察光學(xué)顯微鏡分析是一種可以觀察2000倍以下的顯微組織（包括晶界）的技術(shù)。金相學(xué)(Metallography)就是金屬樣品的制備和顯微組織的觀察分析的過(guò)程。金相樣品的制備包括使用砂紙進(jìn)行粗磨和細(xì)磨，拋光成鏡面。樣品表面用化學(xué)浸蝕劑浸蝕，晶界比晶內(nèi)更易于腐蝕。根據(jù)樣品表面腐蝕的程度，反射或散射來(lái)自光學(xué)顯微鏡的光線。晶界處腐蝕得很深，光線大部分被散射，因此晶界看上去為黑色的線。在陶瓷材料樣品中，可以采用熱腐蝕或熱刻蝕（thermalgrooving）的技術(shù)來(lái)觀察晶界。這個(gè)過(guò)程主要包括拋光和低于燒結(jié)溫度的短時(shí)加熱過(guò)程。圖像分析程序不僅可以確定晶粒度，還可以得到平均晶粒尺寸、晶粒分布，孔隙率和第二相等定量數(shù)據(jù)。光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡都可以配備圖像分析系統(tǒng)。10FigureMicrostructureofpalladium(x100).112.3.5堆垛層錯(cuò)（StackingFaults）堆垛層錯(cuò)（層錯(cuò)），就是晶體中的原子按正常堆垛次序發(fā)生了差錯(cuò)而出現(xiàn)的面缺陷。堆垛層錯(cuò)破壞了晶體的正常周期，從而增加了晶體的能量。通常把產(chǎn)生單位面積層錯(cuò)所需的能量稱為層錯(cuò)能。它主要是在電子學(xué)方面的影響，晶體中并不產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變，畸變能可以不計(jì)。因此，層錯(cuò)能的能量比晶界能量要低得多。堆垛層錯(cuò)對(duì)滑移有阻礙作用。金屬的層錯(cuò)能越小，則層錯(cuò)出現(xiàn)的幾率越大，如在奧氏體不銹鋼中，可以看到大量的層鍺，而在鋁中則根本看不到層錯(cuò)。金屬AgAuCuAlNi不銹鋼層錯(cuò)能20457520024013表2-4部分面心立方金屬的層錯(cuò)能（10－7J/cm2）13Figure2-25Applicationofastresstotheperfectcrystal(a)maycauseadisplacementoftheatoms,(b)causingtheformationofatwin.Notethatthecrystalhasdeformedasaresultoftwinning.圖2-25對(duì)一個(gè)完整晶體施加應(yīng)力（a）引起原子移動(dòng)（b）產(chǎn)生孿晶，注意由此，晶體而產(chǎn)生相應(yīng)的變形（c）黃銅內(nèi)部的孿晶的顯微形貌(×250)14Figure2-25(c)Amicrographoftwinswithinagrainofbrass(x250).圖2-25對(duì)一個(gè)完整晶體施加應(yīng)力（a）引起原子移動(dòng)（b）產(chǎn)生孿晶，注意由此，晶體而產(chǎn)生相應(yīng)的變形（c）黃銅內(nèi)部的孿晶的顯微形貌(×250)具有不同晶體結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面稱為相界。共格界面是指界面上的原子同時(shí)位于兩相晶格的結(jié)點(diǎn)上，為兩種晶格所共有。界面上原子的排列規(guī)律既符合這個(gè)相晶粒內(nèi)原于排列的規(guī)律，又符合另一個(gè)相晶粒內(nèi)原子排列的規(guī)律。完善共格關(guān)系的相界上，兩相原子匹配得很好，幾乎沒(méi)有畸變，這種相界的能量最低，但這種相界很少。一般兩相的晶體結(jié)構(gòu)或多或少地會(huì)有所