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1、会计学1界面界面(jimin)第一页，共28页。面缺陷(quxin)面缺陷(quxin)晶界相界表面(biomin)1.小角晶界2.大角晶界3.共格孪晶界1.共格界面2.半共格界面3.非共格界面第1页/共27页第二页，共28页。一、表面一、表面(biomin)(biomin)1表面的结构表面原子一侧没有固体原子与之键合，几个原子层厚，结构、性能与晶体内部不相同有较高能量。2表面能 晶体表面原子与周围原子键合数减少(jinsho)，多余的未结合的键使内能增加 表面能 （J/m2）=dw/dA，即为增加单位表面积 所作的功。材料与周围气相或液相介质(jizh)接触的面第2页/共27页第三页，共28
2、页。第3页/共27页第四页，共28页。3 3晶体晶体(jngt)(jngt)表面表面为为密密排排面面：各各晶晶面面原原子子排排列列密密度度不不同同,各各面面表表面面能能不不同。同。密排面作表面，晶体密排面作表面，晶体(jngt)(jngt)表面能最低表面能最低表表面面能能极极图图 实实际际晶晶体体(jngt)(jngt)外外表表面面台阶化台阶化 第4页/共27页第五页，共28页。4 4表面吸附表面吸附 表面原子结合键不饱和表面原子结合键不饱和 通通过过(tnggu)(tnggu)吸吸附附可可达达到到平平衡衡状状态态，吸吸附附层层几几个原子层厚个原子层厚 正吸附：吸附原子浓度高于其在晶内浓度，正
3、吸附：吸附原子浓度高于其在晶内浓度，反之负吸附反之负吸附 驱动力：表面自由能的降低驱动力：表面自由能的降低GibbsGibbs吸附方程吸附方程 =-x/RT(/x)T =-x/RT(/x)T：吸吸附附量量 x x：溶溶质质原原子子在在晶晶体体中中平平衡衡体体积积浓浓度度 R R：气体常数：气体常数T T：绝绝对对温温度度 (/x)Tx)T：一一定定温温度度下下比比表表面面能能随溶质原子浓度的改变率随溶质原子浓度的改变率(/x)T0 x)T00，增增加加溶溶质质浓浓度度，表表面面能能降降低低，正吸附表面偏聚正吸附表面偏聚(/x)T0 x)T0，01010 小角度晶界：位向差小角度晶界：位向差为为
4、210210（位错模型解释）（位错模型解释）亚晶界：位向差亚晶界：位向差22 第6页/共27页第七页，共28页。2 2 2 2大角度大角度大角度大角度(jiod)(jiod)(jiod)(jiod)晶界模型晶界模型晶界模型晶界模型第7页/共27页第八页，共28页。重合位置点阵是设想把相邻二晶粒的晶体点阵相互延伸，二者的阵点中可能存在着一部分重合的位置，由于晶体点阵在空间中是作规则的周期的重复排列，因此重合的位置也一定是规则的，这些(zhxi)重合的阵点组成一个新的点阵，称为“重合位置点阵”。重合位置的多少，取决于二晶粒的位向差。大角晶界重合位置点阵模型认为，大角晶界总是力图沿着重合位置点阵的密
5、排面分布，如果晶界与重合位置点阵的密排面不平行，那么晶界将先沿重合位置点阵的密排面延伸，过一段再过渡到下一个密排面上去。也就是说晶界在微观上是不平直的，大部分晶界是在重合位置点阵的密排面上，少部分不是密排面，这样能使晶界上保持有较多的规则性，从而具有较低的能量。第8页/共27页第九页，共28页。大大角角晶晶界界模型：模型：晶晶 界界力力求求与与重重合合(chngh)(chngh)点点阵阵密密排排面面重重合合(chngh)(chngh)，即即使使有有偏偏离离，晶晶界界会会台台阶阶化化，使使大大部部分分面面积积分分段段与与密密排排面面 重重 合合(chngh)(chngh)，中中间间以以小小台阶相
6、连。台阶相连。如如图图，ABAB、CDCD与与重重合合(chngh)(chngh)点点阵阵密密排排面面重重合合(chngh)(chngh)，中中间间BCBC小小台阶相连。台阶相连。第9页/共27页第十页，共28页。3 3小角度晶界：小角度晶界：对称对称(duchn)(duchn)倾侧晶界、不对称倾侧晶界、不对称(duchn)(duchn)倾侧晶界、扭转晶界倾侧晶界、扭转晶界第10页/共27页第十一页，共28页。3 3 3 3小角度晶界小角度晶界小角度晶界小角度晶界 对对对对称称称称倾倾倾倾侧侧侧侧(qngc)(qngc)(qngc)(qngc)晶晶晶晶界界界界 由由由由相相相相隔隔隔隔一一一一
7、定定定定距距距距离离离离刃刃刃刃型型型型位位位位置置置置垂垂垂垂直直直直排排排排列列列列组成组成组成组成 位位位位错错错错间间间间距距距距离离离离D D D D：与与与与柏柏柏柏氏氏氏氏矢矢矢矢量量量量及及及及位位位位向向向向差差差差关关关关系系系系,已已已已知知知知晶晶晶晶体体体体点点点点阵阵阵阵常常常常数数数数，想想想想法法法法测测测测出出出出位位位位错错错错蚀蚀蚀蚀坑坑坑坑距距距距离离离离，可可可可计计计计算算算算位位位位向向向向差差差差b/2D/2第11页/共27页第十二页，共28页。第12页/共27页第十三页，共28页。3 3 3 3小角度小角度小角度小角度(jiod)(jiod)(
8、jiod)(jiod)晶界晶界晶界晶界-不对称倾侧晶界不对称倾侧晶界不对称倾侧晶界不对称倾侧晶界-两组不同方向的两组不同方向的两组不同方向的两组不同方向的刃错组成刃错组成刃错组成刃错组成不对称倾侧晶界不对称倾侧晶界不对称倾侧晶界不对称倾侧晶界 两晶体各转两晶体各转两晶体各转两晶体各转/2/2/2/2后形成晶界，晶界与后形成晶界，晶界与后形成晶界，晶界与后形成晶界，晶界与x x x x轴成轴成轴成轴成角角角角 第13页/共27页第十四页，共28页。扭转扭转(nizhun)(nizhun)晶界晶界扭扭扭扭 转转转转 晶晶晶晶 界界界界：两两两两 晶晶晶晶 体体体体 绕绕绕绕 轴轴轴轴 旋旋旋旋 转
9、转转转 后后后后 相相相相 差差差差 后后后后 螺螺螺螺 型型型型 位位位位 错错错错 网网网网 络络络络(wnglu)(wnglu)(wnglu)(wnglu)组成组成组成组成 扭转晶界示意图扭转晶界示意图扭转晶界示意图扭转晶界示意图 第14页/共27页第十五页，共28页。扭转扭转扭转扭转(nizhun)(nizhun)(nizhun)(nizhun)晶界位错模型晶界位错模型晶界位错模型晶界位错模型第15页/共27页第十六页，共28页。第16页/共27页第十七页，共28页。4 4 4 4亚亚亚亚晶晶晶晶界界界界-每每每每个个个个晶晶晶晶粒粒粒粒中中中中直直直直径径径径(zhjng)10-10
10、0m(zhjng)10-100m(zhjng)10-100m(zhjng)10-100m的的的的晶晶晶晶块块块块（亚晶粒）之的界面（亚晶粒）之的界面（亚晶粒）之的界面（亚晶粒）之的界面 第17页/共27页第十八页，共28页。晶晶界界上上非非正正常常结结点点位位置置原原子子引引发发晶晶格格畸畸变变，使使能能量量升高。升高。小角度晶界能小角度晶界能 G G：可由位错模型计算：可由位错模型计算 G=G=0 0（B-lnB-ln），），0=Gb/40=Gb/4（1-1-），），B B积分积分(jfn)(jfn)常数，取决于位错中心原子错排能常数，取决于位错中心原子错排能 金属晶界能与晶粒位向差金属晶界
11、能与晶粒位向差的关系的关系三晶界能第18页/共27页第十九页，共28页。晶界能晶界能-实线测量值、虚线计算实线测量值、虚线计算(j sun)(j sun)值值 小于小于15-200 15-200 两者符两者符合很好。合很好。EBEB在小角时与位向敏感，在小角时与位向敏感，大角度时为常数大角度时为常数第19页/共27页第二十页，共28页。4.4.4.4.晶界的其它晶界的其它晶界的其它晶界的其它(qt)(qt)(qt)(qt)特性特性特性特性a.a.a.a.晶界熔点低，易过烧晶界熔点低，易过烧晶界熔点低，易过烧晶界熔点低，易过烧 b.b.b.b.晶界是易扩散通道晶界是易扩散通道晶界是易扩散通道晶界
12、是易扩散通道 c.c.c.c.晶界易形核晶界易形核晶界易形核晶界易形核d.d.d.d.晶界易受腐蚀晶界易受腐蚀晶界易受腐蚀晶界易受腐蚀(fsh)(fsh)(fsh)(fsh)e.e.e.e.晶界常温下强化，高温下弱化晶界常温下强化，高温下弱化晶界常温下强化，高温下弱化晶界常温下强化，高温下弱化第20页/共27页第二十一页，共28页。5.5.5.5.孪晶界：共格孪晶界：共格孪晶界：共格孪晶界：共格 非共格孪晶界非共格孪晶界非共格孪晶界非共格孪晶界 A.A.A.A.共共共共格格格格孪孪孪孪晶晶晶晶界界界界：界界界界面面面面上上上上原原原原子子子子正正正正好好好好在在在在两两两两侧侧侧侧晶晶晶晶粒粒
13、粒粒点点点点阵阵阵阵位位位位置置置置上上上上多多多多通通通通过过过过形形形形变变变变后后后后退退退退火火火火而而而而形形形形成成成成，与与与与堆堆堆堆垛垛垛垛层层层层错错错错密密密密切切切切相相相相关关关关，如如如如fcc(111)fcc(111)fcc(111)fcc(111)面面面面通通通通常常常常(tngchng)(tngchng)(tngchng)(tngchng)是是是是ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC，从从从从 某某某某 一一一一 层层层层 开开开开 始始始始 堆堆堆堆 垛垛垛垛 变变变变 成成成成 ABC ABC ABC ABC ACBAC
14、BA ACBACBA ACBACBA ACBACBA 则形成孪晶，则形成孪晶，则形成孪晶，则形成孪晶，CACCACCACCAC为堆垛层错界面为堆垛层错界面为堆垛层错界面为堆垛层错界面B.B.B.B.非共格孪晶界：由许多位错构成非共格孪晶界：由许多位错构成非共格孪晶界：由许多位错构成非共格孪晶界：由许多位错构成第21页/共27页第二十二页，共28页。五、相界：五、相界：五、相界：五、相界：不同不同不同不同(b tn)(b tn)(b tn)(b tn)结构的两固相间界面，有共格，半共格，非共结构的两固相间界面，有共格，半共格，非共结构的两固相间界面，有共格，半共格，非共结构的两固相间界面，有共格
15、，半共格，非共格格格格 1.1.1.1.共格相界：共格相界：共格相界：共格相界：界界界界面面面面完完完完全全全全(wnqun)(wnqun)(wnqun)(wnqun)有有有有序序序序，无无无无错错错错配配配配区区区区域域域域，界界界界面面面面是是是是两两两两相相相相点点点点阵阵阵阵的的的的共共共共有有有有点点点点阵阵阵阵面面面面，仅仅仅仅在在在在少少少少数数数数情情情情况况况况下下下下出出出出现现现现，如如如如钴钴钴钴相相相相变变变变中中中中fccfccfccfcc相与相与相与相与hcphcphcphcp相的相界。相的相界。相的相界。相的相界。A相B相相界 第22页/共27页第二十三页，共2
16、8页。2.2.2.2.半共格相界半共格相界半共格相界半共格相界与与与与小小小小角角角角度度度度晶晶晶晶界界界界类类类类似似似似，错错错错配配配配区区区区为为为为界界界界面面面面上上上上位位位位错错错错，如如如如两两两两种种种种结结结结构构构构相相相相同同同同的的的的晶晶晶晶体，点阵参数或夹角有少量差异体，点阵参数或夹角有少量差异体，点阵参数或夹角有少量差异体，点阵参数或夹角有少量差异(chy)(chy)(chy)(chy)a.a.a.a.相相相相界界界界上上上上只只只只存存存存在在在在点点点点阵阵阵阵参参参参数数数数差差差差异异异异(chy)(chy)(chy)(chy)在在在在界界界界面面面
17、面上上上上引引引引进进进进刃刃刃刃型型型型位位位位错错错错，使使使使 位位位位错错错错在在在在单单单单位位位位距距距距离离离离内内内内造造造造成成成成的的的的等等等等于于于于相相相相界界界界上上上上点点点点阵阵阵阵平平平平移移移移的的的的相相相相对对对对差差差差 值，松驰晶格中共格弹性畸变值，松驰晶格中共格弹性畸变值，松驰晶格中共格弹性畸变值，松驰晶格中共格弹性畸变 b.b.b.b.相相相相界界界界上上上上原原原原子子子子排排排排列列列列成成成成斜斜斜斜方方方方网网网网络络络络时时时时，若若若若界界界界面面面面上上上上原原原原子子子子仍仍仍仍呈呈呈呈平平平平行行行行，可可可可用用用用刃刃刃刃型
18、型型型位位位位错错错错描描描描述述述述，若若若若相相相相界界界界两两两两侧侧侧侧原原原原子子子子排排排排列列列列夹夹夹夹角角角角上上上上有有有有差差差差异异异异(chy)(chy)(chy)(chy)，则可用螺型位错描述，则可用螺型位错描述，则可用螺型位错描述，则可用螺型位错描述.第23页/共27页第二十四页，共28页。半共格相界位错模型半共格相界位错模型半共格相界位错模型半共格相界位错模型(mxng)(mxng)(mxng)(mxng)第24页/共27页第二十五页，共28页。3 3非共格相界：非共格相界：与大角晶界相似，界面基本与大角晶界相似，界面基本(jbn)(jbn)无序无序第25页/共27页第二十六页，共28页。第26页/共27页第二十七页，共28页。感谢您的观看(gunkn)。第27页/共27页第二十八页，共28页。