结构缺陷面缺陷.ppt

4面缺陷的基本性质
面缺陷是是将材料分成若干区域的边界。每个区域
内具有相同的晶体结构,区域之间有不同的取向
面缺陷是指两个方向尺寸较大,另一个方向尺寸较小的缺陷。通常是几个
原子层厚的区域,在这个区域内的结构和性能不同于晶体的内部。面缺陷
可以是平面,也可以是曲面。如表面、晶界、界面、层错、孪晶面等
由于晶界对材料的力学、腐蚀、冶金性能等有很大的影响,因此
人们对晶界的结构非常感兴趣,进行过许多理论和实验研究。
晶界是不同取向的晶粒之间的界面,是很薄的过渡层
晶界分类:
根据区域间取向的几何关系不同:位错界面、孪晶界面和平移界面;
根据界面上质点排列情况不同:共格、半共格和非共格界面
根据相邻两个晶粒取向角度偏差大小,小角度晶界、大角度晶界
小角度晶界:相邻两个晶粒取向角度6小于10°~15°;
大角度晶界:相邻两个晶粒取向角度6大于10~15°。
多晶材料中常存在大角度晶界,但晶粒内部的亚晶粒(单晶材料中取
向差很小的晶粒称为亚晶粒,亚晶粒之间的界面称为亚晶界,其θ通
常为10~5°)之间则是小角度晶界
晶界的性质取决于结构,而晶界的结构在很大程度上取决于晶界的位置
确定晶界位置的5个自由度:
两个晶粒相对取向:一个晶粒相对于另一个晶粒绕某一轴L旋转
定角度θ,确定需要两个变量,即两个方向余弦,和θ定了,
两个晶粒相对取向就确定了,两个方向余弦和8为三个自由度;
相对位向:晶界在两个晶粒之间的位置,用晶界平面的法线方向
决定,n需要2个方向余弦确定,即2个自由度;

42大角度晶界



46单相多晶体中的晶粒形状
41小角度晶界
晶界的结构和性质与相邻晶粒的取向差有关,当取向差6小于10~15时,
称为小角度晶界
根据形成晶界时的操作不同,晶界分为倾斜晶界和扭转晶界
倾斜晶界包括:
对称倾斜晶界和不对称倾斜晶界
扭转晶界
简单立方结构晶体的对称倾斜晶界
倾斜晶界为(100)面(晶界平面)
投影面为(001)面
两侧晶粒的位向差为8,相当于相邻晶粒
绕[001]轴反向各自旋转2而成。转轴是
[001
几何特征是相邻两晶粒相对于晶界作旋
转,转轴在晶界内并与位错线平行。
为了填补相邻两个晶粒取向之间的偏差
使原子的排列尽可能接近原来的完整晶
格,每隔几行就插入一片原子。
只有角度是可变的,即只有1个自由度
u/OO,L∥b=[100,b
简单立方晶体中的
对称倾斜晶界
对称倾斜晶界是最简单的小角度晶界
这种晶界的结构特点是由一系列平行等距离排列的
同号刃位错所构成。
位错间距离D、伯氏矢量b与取向差θ之间满足下列关系
日
b
b
SIn
D
2 D
2sin
由上式知,当θ小时,位错间距较大,若b=,θ=10,
则D=14nm;若θ>100,则位错间距太近,位错模型不再适应。
简单立方晶体中的不对称倾斜晶界
形成:
[100
界面是绕001轴旋转角度的任意面,
相邻两晶粒的取向差仍是很小的0角,
但界面两侧晶粒是不对称的
界面与左侧晶粒[100]轴向夹角为q2
与右侧晶粒的[100成+62
晶界平面是任意面(hk|
转轴是[001
[100]
b⊥=[100,b1-=[O10
u=[ool n=luvw
结构特点是
有两个自由度φ、日,由两组相互垂直的刃位错所组成。
设晶界Ac的长度为1,位错数目:
々≈EC-AB
cos(p
cos(p+]
b·ACb
=,Sln-sin≈,sln
b
CB-AE 1
几1
b-·ACb
sin (+)-sin (p 2

Sin-cosp≈,cosy
b-2