1、.材料缺陷對(duì)材料性能的影響女神維納斯因?yàn)樗摹盁o(wú)臂”之美而廣為人知，但是在日常的生產(chǎn)生活中，人們更追求的是無(wú)誤差的完美。那么究竟缺陷能夠在材料中造成什么影響呢，在此我將進(jìn)行簡(jiǎn)單的概述。材料具有多種性能，大致分為兩類，一是使用性能，包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能等；二是工藝性能，例如鑄造性、可鍛性、可焊性、切削加工性以及熱處理性等等。 在我們生產(chǎn)中經(jīng)常用到的材料， 其性能常常因?yàn)槲⒂^上小小的差異而變得迥然不同。 我們就理想型的完整晶體進(jìn)行對(duì)于材料缺陷對(duì)材料性能的影響的研究與探索。晶體缺陷： 在理想完整晶體中，原子按一定的次序嚴(yán)格地處在空間有規(guī)則的、周期性的格點(diǎn)上。但在實(shí)際的晶體中，由于晶體形成

2、條件、原子的熱運(yùn)動(dòng)及其它條件的影響， 原子的排列不可能那樣完整和規(guī)則， 往往存在偏離了理想晶體結(jié)構(gòu)的區(qū)域。這些與完整周期性點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的偏離就是晶體中的缺陷， 它破壞了晶體的對(duì)稱性。晶體中存在的缺陷種類很多，根據(jù)幾何形狀和涉及的范圍常可分為點(diǎn)缺陷、面缺陷、線缺陷幾種主要類型。點(diǎn)缺陷：是指三維尺寸都很小， 不超過(guò)幾個(gè)原子直徑的缺陷。 主要有空位和間隙原子在一般情形下，點(diǎn)缺陷主要影響晶體的物理性質(zhì)，如比容、比熱容、電阻率等比容的定義 : 為了在晶體內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)空位，需將該處的原子移到晶體表面上的新原子位置，這就導(dǎo)致晶體體積增加。比熱容的定義 : 由于形成點(diǎn)缺陷需向晶體提供附加的能量（空位生成焓），因而

3、引起附加比熱容。電阻率 : 金屬的電阻來(lái)源于離子對(duì)傳導(dǎo)電子的散射。在完整晶體中，電子基本上是在均勻電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)， 而在有缺陷的晶體中， 在缺陷區(qū)點(diǎn)陣的周期性被破壞，電場(chǎng)急劇變化，因而對(duì)電子產(chǎn)生強(qiáng)烈散射，導(dǎo)致晶體的電阻率增大。此外，點(diǎn)缺陷還影響其它物理性質(zhì)：如擴(kuò)散系數(shù)、內(nèi)耗、介電常數(shù)等?！痹趬A金屬的鹵化物晶體中， 由于雜質(zhì)或過(guò)多的金屬離子等點(diǎn)缺陷對(duì)可見(jiàn)光的選擇性吸收，會(huì)使晶體呈現(xiàn)色彩。這種點(diǎn)缺陷便稱為色心。.在一般情形下， 點(diǎn)缺陷對(duì)金屬力學(xué)性能的影響較小，它只是通過(guò)和位錯(cuò)交互作用，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而使晶體強(qiáng)化。但在高能粒子輻照的情形下，由于形成大量的點(diǎn)缺陷和擠塞子，會(huì)引起晶體顯著硬化和脆化。這種現(xiàn)象稱

4、為輻照硬化 。缺陷對(duì)物理性能的影響很大，可以極大的影響材料的導(dǎo)熱，電阻，光學(xué)，和機(jī)械性能，極大地影響材料的各種性能指標(biāo)，比如強(qiáng)度，塑性等。化學(xué)性能影響主要集中在材料表面性能上， 比如雜質(zhì)原子的缺陷會(huì)在大氣環(huán)境下形成原電池模型，極大地加速材料的腐蝕， 另外表面能量也會(huì)受到缺陷的極大影響， 表面化學(xué)活性，化學(xué)能等等?？傊绊懛浅４?，但是如果合理的利用缺陷， 可以提高材料某一方面的性能，比如人工在半導(dǎo)體材料中進(jìn)行摻雜， 形成空穴，可以極大地提高半導(dǎo)體材料的性能。金屬材料的強(qiáng)度與位錯(cuò)在材料受到外力的情況下如何運(yùn)動(dòng)有很大的關(guān)系。 如果位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到的阻礙較小， 則材料強(qiáng)度就會(huì)較高。實(shí)際材料在發(fā)生塑性變形時(shí)

5、，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)是比較復(fù)雜的， 位錯(cuò)之間相互反應(yīng)、 位錯(cuò)受到阻礙不斷塞積、 材料中的溶質(zhì)原子、第二相等都會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而使材料出現(xiàn)加工硬化。因此，要想增加材料的強(qiáng)度就要通過(guò)諸如： 細(xì)化晶粒（晶粒越細(xì)小晶界就越多， 晶界對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)具有很強(qiáng)的阻礙作用）、有序化合金、第二相強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化等手段使金屬的強(qiáng)度增加。以上增加金屬?gòu)?qiáng)度的根本原理就是想辦法阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。空位是指未被原子所占有的晶格結(jié)點(diǎn)。 間隙原子是處在晶格間隙中的多余原子。點(diǎn)缺陷的出現(xiàn)，使周圍的原子發(fā)生靠攏或撐開(kāi)，造成晶格畸變。使材料的強(qiáng)度、硬度和電阻率增加。所以金屬中，點(diǎn)缺陷越多 , 它的強(qiáng)度、硬度越高。除了點(diǎn)缺陷這一經(jīng)常討論的缺陷外，

6、還有一些缺陷也產(chǎn)生了重要的作用。線缺陷：是指三維空間中在二維方向上尺寸較小， 在另一維方面上尺寸較大的缺陷。屬于這類缺陷主要是位錯(cuò)。 位錯(cuò)是晶體中的某處有一列或若干列原子發(fā)生了某種有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。.面缺陷：是指二維尺寸很大而第三維尺寸很小的缺陷。通常是指晶界和亞晶界。晶界：晶粒之間的邊界稱為晶界。亞晶界：亞晶粒之間的邊界叫亞晶界。按缺陷的形成又可以分為本征缺陷和雜質(zhì)缺陷。本征缺陷由晶體本身偏離晶格結(jié)構(gòu)形成的缺陷， 是由于晶格結(jié)點(diǎn)上的粒子的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，也稱熱缺陷。如：空位缺陷：晶格結(jié)點(diǎn)缺少了某些原子（或離子）而出現(xiàn)了空位。間充缺陷：在晶格結(jié)點(diǎn)的空隙中，間充有原子（或離子）。錯(cuò)位缺陷：在晶格結(jié)

7、點(diǎn)上A 類原子占據(jù)了 B 類原子所應(yīng)占據(jù)的位置。非整比缺陷：晶體的組成偏離了定組成定律的非整比性的缺陷。雜質(zhì)缺陷雜質(zhì)粒子進(jìn)入晶體形成的缺陷，如雜質(zhì)粒子和間隙粒子缺陷。晶體缺陷一般對(duì)晶體的化學(xué)性質(zhì)影響較小， 而對(duì)晶體的一些物理性質(zhì)如導(dǎo)電性、磁性、光學(xué)性能及機(jī)械性能影響很大。工業(yè)上使用的金屬材料絕大多數(shù)都是多晶體。由于晶格空位和間隙原子的出現(xiàn)， 原子間的作用力平衡被破壞， 使其周圍的其它原子發(fā)生移動(dòng)，偏離晶體的結(jié)點(diǎn)位置，這種現(xiàn)象稱為晶格畸變。以上都為可以影響材料性能的缺陷。在力學(xué)性能方面，改變晶體強(qiáng)度可以改變晶體缺陷數(shù)量此圖為晶體強(qiáng)度與晶體缺陷數(shù)量的關(guān)系.工業(yè)上提高金屬材料強(qiáng)度晶體強(qiáng)度與晶體缺陷數(shù)量關(guān)系 的基本途徑有兩個(gè)：