第二章晶體結(jié)構(gòu)缺陷2.1概述2.2點(diǎn)缺陷2.3缺陷表示及反應(yīng)方程式2.4線缺陷及位錯2.5面缺陷第五節(jié)面缺陷2.5面缺陷2.5.1有關(guān)概念2.5.2外表面2.5.3晶界2.5.4相界2.5.1有關(guān)概念晶體的面缺陷，是將晶體分成兩部分的諸多邊界，邊界兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)的排列不同，但每側(cè)內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)相同，兩側(cè)有不同的取向。這類缺陷的特點(diǎn)是：在一薄層內(nèi)原子的排列偏離平衡位置。因此，它們的物理、化學(xué)和機(jī)械性能與規(guī)則排列的晶體內(nèi)部有很大區(qū)別。固體材料的邊界有如下幾種：表面、晶界、相界2.5.2表面晶體表面結(jié)構(gòu)不同于晶體內(nèi)部。表面質(zhì)點(diǎn)周圍的環(huán)境不同于晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)，配位數(shù)少于晶體內(nèi)部，導(dǎo)致表面原子偏離正常位置，其能量高于晶體內(nèi)部。晶體表面單位面積能量的增加稱為比表面能。吸附會顯著改變表面能，所以外表面會吸附外來雜質(zhì)，與之形成各種化學(xué)鍵，其中物理吸附式依靠分子鍵，化學(xué)吸附式依靠離子鍵或共價鍵。陶瓷材料的外表面同理想晶體是有差別的，因為在形成時會受溫度、壓力、濃度及雜質(zhì)等外界環(huán)境的影響，出現(xiàn)同理想結(jié)構(gòu)發(fā)生偏離的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象若發(fā)生在固體表面則形成表面缺陷，如常有高低不平和微裂紋出現(xiàn)，這些缺陷都會降低固體材料的機(jī)械強(qiáng)度。B.當(dāng)固體受外力作用時，破裂常常從表面開始，實(shí)際上是從有表面缺陷的地方開始的，即使表面缺陷非常微小，甚至在一般顯微鏡下也分辨不出的微細(xì)缺陷，都足以使材料的機(jī)械強(qiáng)度大大降低。C.由于表面的微細(xì)缺陷和表面原子的高能態(tài)，使其也極易與環(huán)境、其他侵蝕性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被腐蝕，所以固體往往都在表面，尤其表面凸起或裂縫缺陷部位首先產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。D.在生產(chǎn)中，要消除表面缺陷是非常困難的，但可以用表面處理的辦法來減少缺陷的暴露，如陶瓷材料的施釉、金屬材料的鍍層、熱處理、涂層等。晶界原子排列示意圖晶界：不同位向晶粒與晶粒之間的界面（過渡區(qū)）叫“晶粒間界”—簡稱晶界。2.5.3晶界

根據(jù)相鄰晶粒之間位向差的大小不同可將晶界分為兩類：小角度晶界－相鄰晶粒的位向差小于10o的晶界；亞晶界均屬小角度晶界，一般小于2o

；大角度晶界－相鄰晶粒的位向差大于10o的晶界，多晶體中90％以上的晶界屬于此類。2.5.3晶界亞晶界位錯結(jié)構(gòu)示意圖亞晶界（小角晶界）

：每個晶粒內(nèi)的晶格位向在不同區(qū)域上有微小差別的界面（過渡區(qū)），由一系列刃型位錯組成。按照相鄰亞晶粒之間位向差的型式不同，可將小角度晶界分為傾斜晶界、扭轉(zhuǎn)晶界和重合晶界等。小角對稱傾斜晶界的幾何模型a.對稱傾斜晶界可看作把晶界兩側(cè)晶體互相傾斜的結(jié)果。2.5.3晶界b．扭轉(zhuǎn)晶界扭轉(zhuǎn)晶界可看成是兩部分晶體繞某一軸在一個共同的晶面上相對扭轉(zhuǎn)一個

角所構(gòu)成的，扭轉(zhuǎn)軸垂直于這一共同的晶面。

小角扭轉(zhuǎn)晶界幾何模型2.5.3晶界

多晶材料中各晶粒之間的晶界通常為大角度晶界。大角度晶界的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，其中原子排列較不規(guī)則，不能用位錯模型來描述。晶界可看成壞區(qū)與好區(qū)交替相間組合而成。隨著位向差的增大，壞區(qū)的面積將相應(yīng)增加。純金屬中大角度晶界的寬度不超過3個原子間距。

多晶體的晶界一般為大角度晶界，各晶粒的位向差大多在30o-40o左右。2.5.3晶界（a）三個晶粒邊界附近的原子沒有相同的原子間距或排列2.5.3晶界（b）不銹鋼樣品中的晶粒和晶界晶界的特性1)晶界處點(diǎn)陣畸變大，存在著晶界能。晶粒的長大和晶界的平直化都能減少晶界面積，從而降低晶界的總能量，這是一個自發(fā)過程。然而晶粒的長大和晶界的平直化均需通過原子的擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)，因此，隨著溫度升高和保溫時間的增長，均有利于這兩過程的進(jìn)行。2)晶界處原子排列不規(guī)則。常溫下晶界的存在會對位錯的運(yùn)動起阻礙作用，致使塑性變形抗力提高，宏觀表現(xiàn)為晶界較晶內(nèi)具有較高的強(qiáng)度和硬度。晶粒愈細(xì)，材料的強(qiáng)度愈高，這就是細(xì)晶強(qiáng)化；而高溫下則相反，因高溫下晶界存在一定的粘滯性，易使相鄰晶粒產(chǎn)生相對滑動。3)晶界處原子的擴(kuò)散速度比在晶內(nèi)快得多。這是由于晶界處原子偏離平衡位置，具有較高的動能，并且晶界處存在較多的缺陷如空穴、雜質(zhì)原子和位錯等。4)在固態(tài)相變過程中，由于晶界能量較高且原子活動能力較大，所以新相易于在晶界處優(yōu)先形核。顯然，原始晶粒愈細(xì)，晶界愈多，則新相形核率也相應(yīng)愈高，因此我們要控制晶粒大小。5)由于成分偏析和內(nèi)吸附現(xiàn)象，特別是晶界富集雜質(zhì)原子情況下，往往晶界熔點(diǎn)較低，故在加熱過程中，因溫度過高將引起晶界熔化和氧化。6)由于晶界能量較高、原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，以及晶界富集雜質(zhì)原子的緣故，與晶內(nèi)相比，晶界的腐蝕速度一般較快。這就是用腐蝕劑顯示金相樣品組織的依據(jù)，也是某些金屬材料在使用中發(fā)生晶間腐蝕破壞的原因。

孿晶界孿晶是指兩個晶體(或一個晶體的兩部分)沿一個公共晶面構(gòu)成鏡面對稱的位向關(guān)系，這兩個晶體就稱為“孿晶”，此公共晶面就稱孿晶面。

孿晶顯微組織照片孿晶幾何模型

孿晶界分為兩類，即共格孿晶界和非共格孿晶界。兩個晶粒的原子在界面上可以一對一地匹配，這種界面叫共格孿晶界，如圖（a）。反之，不是一對一地匹配稱為非共格孿晶界如圖（b）。對稱的孿晶界是典型的共格界面。圖3-21共格界面與非共格界面示意圖共格孿晶界非共格孿晶界金屬晶體常采取立方密積結(jié)構(gòu)形式----原子球以三層為一循環(huán)的密堆積結(jié)構(gòu)，原子面的排列形式是…ABCABCABCABC…若某一晶面（比如A）在晶體生長時丟失，原子面的排列形式成為：…ABCABCBCABCABC…B晶面便是錯位的面缺陷

這一類整個晶面發(fā)生錯位的缺陷稱為堆垛層錯

堆垛層錯

2.5.4相界相界面是