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第四章第四节界面-课件(PPT演示)

发布时间:2019-12-31 09:31    点击次数:197次   

  第四节表 面 与 界 面1、 表面1、 表面2、 晶界、 亚晶界3. 晶界能4、 晶界偏聚5、 相界 只要金属晶体中两个相邻部分的取向、 结构或点阵常数不同,在它们的接触处就将形成界面, 它是一种面缺陷。 不仅在多晶体材料的晶粒之间有通常所说的晶粒间界, 而且在一个晶粒内 部或者单晶体中还经常存在着亚晶。 在复相材料中, 除晶粒间界外还有相界面此外晶粒间界外, 还有相界面。 此外, 任何晶体还有外表面。 在这些界面处共同的特点是原子相邻关系偏离晶体内 部排列的正常状态, 因此都可以归并为面状的晶格缺陷。 这些面缺陷对金属材料的各种力学、 物理和化学性能...

  第四节表 面 与 界 面1、 表面1、 表面2、 晶界、 亚晶界3. 晶界能4、 晶界偏聚5、 相界 只要金属晶体中两个相邻部分的取向、 结构或点阵常数不同,在它们的接触处就将形成界面, 它是一种面缺陷。 不仅在多晶体材料的晶粒之间有通常所说的晶粒间界, 而且在一个晶粒内 部或者单晶体中还经常存在着亚晶。 在复相材料中, 除晶粒间界外还有相界面此外晶粒间界外, 还有相界面。 此外, 任何晶体还有外表面。 在这些界面处共同的特点是原子相邻关系偏离晶体内 部排列的正常状态, 因此都可以归并为面状的晶格缺陷。 这些面缺陷对金属材料的各种力学、 物理和化学性能都有重要影响。任何晶体还有外表面在 面缺陷面缺陷晶界1.小角晶界2.大角晶界3.共格孪晶界1 共格界面1.共格界面相界表面2.半共格界面3.非共格界面 一、 表面材料与周围气相或液相介质接触的面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, 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。 3.晶体表面为密排面: 各晶面原子排列密度不同, 各面表面能不同。密排面作表面, 晶体表面能最低表面能极图实际晶体外表面台阶化 4. 表面吸附表面原子结合键不饱和通过吸附可达到平衡状态, 吸附层几个原子层厚正吸附: 吸附原子浓度高于其在晶内浓度,反之负吸附驱动力: 表面自 由能的降低Gibbs吸附方程Г =-x/RT( /x)Tx/RT( /x)TГ : 吸附量x: 溶质原子在晶体中 平衡体积浓度常数T: 绝对温度( /子浓度的改变率( /x)T0, Г 0, 增加溶质浓度, 表面能降低, 正吸附表面偏聚( /x) T0, Г 0, 则为负吸附, 溶质在表面贫化R: 气体x)T: 一定温度下比表面能随溶质原 二、 晶界、 亚晶界1. 分类大角晶界: 相邻晶体位向差 10小角度晶界: 位向差 为2 ~10 ( 位错模型解释)亚晶界: 位向差 2 2.大角度晶界模型 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。 大角 晶界模型:晶 界力 求与 重合点阵密排面重合, 即使有偏离, 晶 界会台阶化, 使大部分面积分段与 密排面重合,中间以小台阶相连。中间以小台阶相连。如图, AB、 CD与 重合点阵密排面重合,中间BC小台阶相连。 3.小角度晶界:对称倾侧晶界、 不对称倾侧晶界、 扭转晶界 3. 小角度晶界对称倾侧晶界由相隔一定距离刃 型位置垂直排列组成位错间 距离 D: 与柏 氏 矢量及位向 差关系,关系,已知晶体点阵常数,想法测 出 位错蚀坑距离 , 可计算位向差b/2bbD2sin2D/2 3. 小角度晶界-不对称倾侧晶界--两组不同方向的刃错组成不对称倾侧晶界两晶体各转 /2后形成晶界, 晶界与x轴成 角 扭转晶界扭转晶界: 两晶体绕轴旋转后相差 后螺型位错 网络组成扭转晶界示意图 扭转晶界位错模型 4. 亚晶界--- 每个晶粒中 直径10-100 m的晶块( 亚晶粒)之的界面 晶界上非正常结点位置原子引 发晶格畸变, 使能量升高。小角度晶界能G: 可由位错模型计算G=0 ( B-ln ) ,积分常数取决于位错中心原子错排能B积分常数, 取决于位错中心原子错排能金属晶界能与晶粒位向差 的关系0=Gb/4 ( 1- ) ,三. 晶界能 晶界能---实线测量值、 虚线两者符合很好。 EB在小角时与位向敏感,大角度时为常数 4. 晶界的其它特性a. 晶界熔点低, 易过烧b. 晶界是易扩散通道c. 晶界易形核d. 晶界易受腐蚀晶界常温下强化e. 晶界常温下强化, 高温下弱化高温下弱化 5. 孪晶界: 共格非共格孪晶界A. 共格孪晶界: 界面上原子正好在两侧 晶 粒点阵位置上多通过形变后退火而形成, 与 堆垛层错密切相关,如fcc(111) 面通常是ABCABCABC, 从某一层开始堆垛变成ABC ACBACBA则形成孪晶, CAC为堆垛层错界面B. 非共格孪晶界: 由许多位错构成 五、 相界:不同结构的两固相间界面, 有共格, 半共格, 非共格1 1.. 共格相界共格相界:界面完全有序, 无错配区域, 界面是两相点阵的共有点阵面, 仅在少数情况下出现, 如钴相变中fcc相与 hcp相的相界。A相A相B相相界 2. 半共格相界与 小角度晶界类似, 错配区为界面上位错, 如两种结构相同的晶体, 点阵参数或夹角有少量差异a.相界上只 存在点阵参数差异在界面上引 进刃型位错, 使位错在单位距离内 造成的 等于相 界上点 阵平移的 相 对差值, 松驰晶格中共格弹性畸变值, 松驰晶格中共格弹性畸变b b. 相界上原子排列成斜方网络时, 若界面上原子仍呈平行,可用 刃型位错描述, 若相界两侧原子排列夹角上有差异,则可用螺型位错描述. 半共格相界位错模型 3. 非共格相界:与大角晶界相似, 界面基本无序 谢谢使用!


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