第1页：晶体缺陷
第4章晶体缺陷Crystal defects
- 0绪论
- 第1章原子结构与结合键Atomic Structure and binding bond
- 第2章晶体学基础Basis of Crystallography
- 第3章晶体结构Crystal Structure
- 第5章非晶体与准晶结构Amorphous andQuasicrystalStructure
- 第6章相图Phase Diagram
- 第7章固体扩散Solid Diffusion
- 第8章凝固与结晶Solidification and Crystallization
- 第9章烧结与聚合Sintering and Polymerization
- 第10章固态相变Solid Phase Transformation
第2页：晶体缺陷
第4章晶体缺陷Crystal Defect4.1点缺陷（Point defect）4.1.1点缺陷的类型4.1.2点缺陷的浓度4.1.3点缺陷对材料性能的影响4.2线缺陷（Line defects）4.2.1位错的类型4.2.2柏氏矢量4.2.3位错的运动4.2.4位错的应力场4.2.5位错与晶体缺陷间的交互作用4.2.6位错的增殖与塞积4.2.7实际晶体中的位错4.3面缺陷(Surfacedefects)4.3.1晶体表面4.3.2晶界结构与能量4.3.3单相多晶体中的晶粒形貌4.3.4晶界偏析与晶界迁移4.3.5相界
第3页：面缺陷
4.3面缺陷(Surface defects)4.3.1晶体表面4.3.2晶界结构与能量4.3.3单相多晶体中的晶粒形貌4.3.4晶界偏析与晶界迁移4.3.5相界1.表面：结构与性能2.晶界：结构，能量，偏析，迁移，晶粒平衡形貌，特性。3.相界：第二相形貌。
第4页：面缺陷
23、单相多晶体平衡时一般规律是两个晶粒相遇于，三个晶粒相遇于，四个晶粒相遇于。22、在晶粒内部形成第二相时，若第二相和基体之间的界面能大，则其形状一般为，若要减少弹性应变能，一般会长成形状。4.3.3单相多晶体中的晶粒形貌
第5页：面缺陷
一、单相多晶体中的晶粒形状（多晶体的堆积规律）（1）两个晶粒相遇于1个面(晶面)；（2）3个晶面相遇于1条线(晶棱)；（3）4个晶粒相遇于一点(晶粒角隅）
第6页：面缺陷·大晶粒吞并小晶粒
- 小晶粒边数少，凹面向内。
- 大晶粒边数多，凹面向外。
- 晶界向小晶粒一侧移动，
- 大晶粒吞并小晶粒。大、小晶粒形貌？？
第7页：大晶粒吞并小晶粒·系统能量降低
系统能量降低。四棱节点分解为两个二棱节点
第8页：系统能量降低·平衡时界面特征
- Mo-Ni-Fe
- 平衡时界面特征：1晶面1晶棱1角隅2晶粒3晶面4晶粒角隅
第9页：平衡时界面特征
Wc=0.20%亚共析钢的室温组织晶面晶棱角隅
第10页：平衡时界面特征·α和β十四面体
- 角隅上两晶棱间的交角应是109.5°。没有一种规则多面体符合平衡条件的。
- 把规则14面体的面和棱弯曲，使各棱之间夹角为109.5°，分别称为α和β十四面体。堆满空间。
- α和β十四面体为单相多晶体的完整晶粒形状模型。十四面体(a)规则十四面体(b)α－十四面体(c)β－十四面体实际晶体中的晶粒
第11页：α和β十四面体·晶粒内部
- 新相周围的应变:二、复相组织形貌
- 基体+第二相——4种位置：
- 晶粒内部、晶界、晶棱和晶角。界面能弹性应变能增加的能量？？
第12页：晶粒内部
- 第二相与基体间的总的界面能为∑Aiγi；
- 形成第二相时引起的弹性应变能为△Gs；
- ∑Aiγi+△Gs最小时，第二相达到稳定形貌。
第13页：晶粒内部·界面能弹性应变能球状
界面能弹性应变能球状，等轴园盘状，薄片状最小最小弹性应变能与形状的关系第二相形状？
第14页：共格
共格、部分共格、非共格界面结构
第15页：共格·晶界与晶棱上第二相
晶界与晶棱上第二相的形状：β呈球状β双球冠状β呈连续薄膜
第16页：晶界与晶棱上第二相
三、晶棱与晶角上的第二相二面角δ=120°X=Y=109.5°,曲面四面体
第17页：晶界与晶棱上第二相
晶棱和晶角上第二相的形貌二面角δ=120°二面角δ=60°曲面四面体沿晶棱网络
第18页：晶界与晶棱上第二相
不锈钢晶界偏析-—耐蚀性↓，脆性↑4.3.4晶界偏析与晶界迁移
第19页：晶界偏析与晶界迁移
4.3.4晶界偏析与晶界迁移
- 1、平衡偏聚
- 晶界结构松散，
- 原子偏聚在晶界，降低系统能量。
- 驱动力：溶质原子在晶内和晶界的内能差ΔE。
第20页：晶界偏析与晶界迁移
4.3.4晶界偏析与晶界迁移
- 1、平衡偏聚
- Cu-1%Sn合金：
- Sn处于晶界时畸变能明显降低晶格固溶：晶格畸变
第21页：晶界偏析与晶界迁移
LY12铝合金α-基体均匀分布S相和θ相强化相沿晶界大量析出
第22页：晶界偏析与晶界迁移·镍基合金
镍基合金
第23页：镍基合金·溶质原子偏聚在晶界
- 2.正吸附与负吸附（反内吸附）
- 正吸附：
- 溶质原子偏聚在晶界，降低系统能量。
- Ni、B、C加入Fe中。
第24页：溶质原子偏聚在晶界
- 2.正吸附与负吸附（反内吸附）
- 负吸附：
- 溶质使界面能提高，晶界浓度低，晶格内聚集，降低能量。
- Al加入Fe中。
第25页：溶质原子偏聚在晶界
- 3晶界偏聚意义
- 强度、塑韧性、耐腐蚀性、工艺性等。
- 氧O、磷P及脆性夹杂物在晶界偏聚，降低晶界结合力，脆性增大。a.晶界偏聚0.1%B，提高室温塑性。c.中/低碳钢加入0.0005~0.003%B，偏聚在晶界，降低晶界能，提高淬透性。
- 有害影响：
- 有益影响：
第26页：晶界偏析与晶界迁移
4.3.4晶界偏析与晶界迁移
19、晶界迁移的驱动力是。晶界移动的结果是小晶粒，大晶粒。4、晶界迁移
第27页：晶界偏析与晶界迁移
晶界迁移—晶粒长大
第28页：晶界偏析与晶界迁移
ZrO2晶粒长大
第29页：晶界偏析与晶界迁移
- SEM micrographs of Mg-PSZ sintered at 1600
- C 1 h(a) ZrO2 + 3.11 wt%MgO, (b) ZrO2 + 3.11 wt%MgO, 1200
- C(c) ZrO2 + 3.11 wt%MgO，1200
- C and aged at 1420
- C 4 h.Arrow mark indicates possible monoclinic twins.
第30页：晶界偏析与晶界迁移·结晶过程
结晶过程：形核和长大。长大：界面迁移。（1）晶界迁移驱动力变形储存能+弯曲界面化学位差Δμ
第31页：结晶过程
- 界面张力γL，指向曲率中心的分力：
- 界面：变直的倾向。
第32页：晶界移动的结果
（2）晶界移动的结果???小晶粒的形态大晶粒的形态
- 小晶粒更小，大晶粒更大。
- 单相合金三叉晶棱上之角为120°。（动画）
第33页：相界
4.3.5相界？山水画
第34页：
第35页：相界
21、根据两相界面上的原子排列，相界分为，和。4.3.5相界
第36页：相界·仅在少数情况下出现
- 1.共格相界：界面完全相互匹配。
- 仅在少数情况下出现，Co相变中fcc相与hcp相的相界。不同结构的两相界面：共格，半共格，非共格两相晶体结构相同两相结构不同
第37页：仅在少数情况下出现
有应变的共格相界：共格畸变
第38页：仅在少数情况下出现
- 2.半共格相界
- 错配处由刃位错补偿。与小角度晶界类似。柏氏矢量b：
- 结构相同，点阵参数或夹角有少量差异。
第39页：仅在少数情况下出现
- 3.非共格界面
- 两相在相界面处的原子排列差异很大。
- 排列相似但原子间距差异超过25%。
- 与大角晶界相似，界面基本无序
第40页：仅在少数情况下出现
表面的结构表面原子一侧无原子键结合（断键），能量较高；密排面断键少，表面能最低，密排面作表面。表面面缺陷小结
第41页：仅在少数情况下出现
面缺陷小结晶界的性质：相界晶界/相界能→显微组织形貌
第42页：仅在少数情况下出现
- 晶界分类大角晶界位向差θ<10°(位向差θ>10°)倾转晶界(不对称\对称)小角晶界扭转晶界
- 晶界结构
- 刃位错。
- 晶界结构：
- 螺位错。1.任意大角度晶界2.孪晶界(共格/非共格)能量低
第43页：仅在少数情况下出现·小晶粒边数少
- 小晶粒边数少，凹面向内。
- 大晶粒边数多，凹面向外。
- 晶界向小晶粒一侧移动，
- 大晶粒吞并小晶粒。
第44页：小晶粒边数少
- 1晶界的性质：
- 原子排列不规则，空位/位错/键变形等缺陷,处于应力畸变状态。
- 高能态，成为形核区域。
- 易受腐蚀（热侵蚀/化学腐蚀）；
- 是原子（离子）快速扩散的通道，
- 易引起杂质原子（离子）偏聚(析)；
- 晶界处熔点低于晶粒；
- 晶界向小晶粒一侧移动，大晶粒吞并小晶粒。小结晶界迁移驱动力：变形储存能+弯曲界面化学位差Δμ
第45页：小晶粒边数少·相界共格
2相界共格，半共格，非共格
第46页：相界共格·第二相强化
- 4第二相强化（沉淀强化，弥散强化）
- 1固溶强化
- 强化机制：
- 2位错强化
- 3细化晶粒
第47页：第二相强化·的应变能
- 体积一定：
- 球状(c/a＝1)的应变能最高；
- 园盘状(c/a
- 0)的应变能很低；
- 针状状(c/a＝
- )的应变能在二者之间.弹性应变能与形状的关系
第48页：结束页
谢谢！
