(完整版)晶界和亚晶界

3.3.2 晶界和亚晶界

属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界(grain boundary)；而每个晶粒有时又由若干个位向稍有差异的亚晶粒所组成，相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界(sub-grain boundary)。晶粒的平均直径通常在0.015—0.25mm范围内，而亚晶粒的平均直径则通常为0.001mm的范围内。

二维点阵中晶界位置可用两个晶粒的位向差θ和晶界相对于一个点阵某一平面的夹角φ来确定，如图所示。

根据相邻晶粒之间位向差θ角的大小不同可将晶界分为两类：

1.小角度晶界(small-angle grain boundary)——相邻晶粒的位向差小于10°的晶界；亚晶界均属小角度晶界，一般小于2°；

2.大角度晶界(large-angle grain boundary)——相邻晶粒的位向差大于10°的晶界，多晶体中90％以上的晶界属于此类。

3.3.2.1小角度晶界的结构

按照相邻亚晶粒间位向差的型式不同，小角度晶界可分为倾斜晶界、扭转晶界和重合晶界等。它们的结构可用相应的模型来描述。

1.对称倾斜晶界

对称倾斜晶界(symmetrical tilt boundary)可看作是把晶界两侧晶体互相倾斜的结果。由于相邻两晶粒的位向差θ角很小，其晶界可看成是由一列平行的刃型位错所构成。

2.不对称倾斜晶界

如果倾斜晶界的界面绕x轴转了一角度φ，则此时两晶粒之间的位向差仍为θ角，但此时晶界的界面对于两个晶粒是不对称的，故称不对称倾斜晶界(unsymmetrical tilt boundary)。它有两个自由度θ和φ。该晶界结构可看成由两组柏氏矢量相互垂直的刃型位错交错排列而构成的。

3.扭转晶界

扭转晶界(twist boundary)是小角度晶界的一种类型。它可看成是两部分晶体绕某一轴在一个共同的晶面上相对扭转一个θ角所构成的，扭转轴垂直于这一共同的晶面。该晶界的结构可看成是由互相交叉的螺型位错所组成，如图3-71 。

扭转晶界和倾斜晶界均是小角度晶界的简单情况，不同之处在于倾斜晶界形成时，转轴在晶界内；扭转晶界的转轴则垂直于晶界。一般情况下，小角度晶界都可看成是两部分晶体绕某一轴旋转一角度而形成的，只不过其转轴既不平行于晶界也不垂直于晶界。对于这样的小角度晶界，可看作是由一系列刃位错、螺位错或混合位错的网络所构成。

3.3.2.2大角度晶界的结构

晶粒之间的晶界通常为大角度晶界。大角度晶界的结构较复杂，原子排列很不规则，有人认为大角度晶界的结构接近于图示的模型。取向不同的相邻晶粒的界面不是光滑的曲面，而是由不规则的台阶组成的。分界面上既包含有同时属于两晶粒的原子D，也包含有不属于任一晶粒的原子A；既包含有压缩区B，也包含有扩张区C。这是由于晶界上的原子同时受到位向不同的两个晶粒中原子的作用所致。总之，大角度晶界上原子排列比较紊乱，但也存在一些比较整齐的区域。因此，晶界可看成坏区与好区交替相间组合而成。随着位向差分的增大，坏区的面积将相应增加。纯金属中大角度晶界的宽度一般不超过3个原子间距。

近年来，有人应用场离子显微镜研究晶界，提出了大角度晶界的“重合位置点阵”模型(coincidence lattice model)，如图3-73所示，在二维正方点阵中，当两个相邻晶粒的位向差为37°时(相当于晶粒2相对晶粒1绕某固定轴旋转了37°)，设想两晶粒的点阵彼此通过晶界向对方延伸，其中一些原子将出现有规律的相互重合，由这些原子重合位置所组成比原来晶体点阵大的新点阵，通常称为重合位置点阵。在上述具体图例中，每5个原子即有一个是重合位置，故重合位置点阵密度为1／5或称为1／5重合位置点阵。由于晶体结构及所选旋转轴与转动角度的不同，可以出现不同重合位置密度的重合点阵。）表中列出了立方晶系金属中重要的重合位置点阵。

根据该模型，在大角度晶界结构中将存在一定数量重合点阵的原子。晶界上重合位置愈

多，即晶界上愈多的原子为两个晶粒所共有，原子排列的畸变程度愈小，则晶界能也相应愈低。然而从表得知，不同晶体结构具有重合点阵的特殊位向是有限的。所以，重合位置点阵模型尚不能解释两晶粒处于任意位向差的晶界结构。

3.3.2.3晶界能

晶界上的原子排列是不规则的，存在畸变，从而使系统的自由能增高。晶界能(Grain boundary energy)定义为形成单位面积界面时系统自由能的变化(dF/dA)，它等于界面区单位面积的能量减去无界面时该区单位面积的能量。

小角度晶界的能量主要来自位错能量(形成位错的能量和将位错排成有关组态所作的功)，而位密度又决定于晶粒间的位向差，所以，小角度晶界能γ也和位向差θ有关：

(3.20)

式中为常数，它取决于材料的切变模量G、泊桑比ν，和柏氏矢量b；A为积分常数，取决于位错中心的原子错排能。由上式可知，小角度晶界的晶界能是随位向差增加而增大，但该公式只适用于小角度晶界，而对大角度晶界不适用。

多晶体的晶界一般为大角度晶界，各晶粒的位向差大多在30°～40°左右，实验测出各种金属大角度晶界能约在0.25—1.0J/m2范围内,与晶粒之间的位向差无关,大体上为定值。

晶界能也可以界面张力的形式来表现，通过界面交角的测定求出它的相对值。图3-74所示为3个晶粒相遇时，它们两两相交于一界面，3个界面相交于1个三叉界棱。在达到平衡状态时，O点处的界面张力必须达到力学平衡，即其矢量和为零，故

或(3.21)

若取其中某一晶界能作为基准，则通过测量φ角即可求得其他晶界的相对能量。在平衡状态下，三交叉晶界的各面角均趋向于最稳定的120°，此时各晶粒之间的晶界能基本相等。

3.3.2.4晶界的特性

1.晶界处点阵畸变大，存在晶界能。晶粒的长大和晶界的平直化都能减少晶界面积，从而降低晶界的总能量，这是一个自发过程。晶粒的长大和晶界的平直化均需通过原子的扩散来实现，因此，温度升高和保温时间的增长，均有利于这两过程的进行。

2.晶界处原子排列不规则，在常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高，宏观表现为晶界较晶内具有较高的强度和硬度。晶粒越细,材料的强度越高，这就是细晶强化；高温下则由于晶界存在一定的粘滞性，易使相邻晶粒产生相对滑动。

3.晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，并且晶界处存在较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等，故晶界处原子的扩散速度比在晶内快得多。

4.在固态相变过程中,由于晶界能量较高且原子活动能力较大,所以新相易于在晶界处优先形

核.原始晶粒越细,晶界越多,则新相形核率也相应越高。

5.由于成分偏析和内吸附现象，特别是晶界富集杂质原子的情况下，往往晶界熔点较低，故在加热过程中，因温度过高将引起晶界熔化和氧化，导致“过热”现象产生。

6.由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，以及晶界富集杂质原子的缘故，与晶内相比晶界的腐蚀速度一般较快。这就是用腐蚀剂显示金相样品组织的依据，也是某些金属材料在使用中发生晶间腐蚀破坏的原因。

晶界对性能的影响

晶界对合金性能的影响机理 晶界是固体材料中的一种面缺陷，根据晶界角度的大小可以分为小角晶界（θ<10°）和大角晶界，亚晶界均属小角度晶界，一般小于2°，多晶体中90％以上的晶界属于大角度晶界。根据晶界上原子匹配优劣程度可以分为重位晶界和混乱晶界。在晶界处存在一些特殊的性质：（1）晶界处点阵畸变大，存在晶界能。晶粒的长大和晶界的平直化都能减少晶界面积，从而降低晶界的总能量，这是一个自发过程。晶粒的长大和晶界的平直化均需通过原子的扩散来实现，因此，温度升高和保温时间的增长，均有利于这两过程的进行；（2）晶界处原子排列不规则，在常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高，宏观表现为晶界较晶内具有较高的强度和硬度。晶粒越细，材料的强度越高，这就是细晶强化；高温下则由于晶界存在一定的粘滞性，易使相邻晶粒产生相对滑动；（3）晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，并且晶界处存在较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等，故晶界处原子的扩散速度比在晶内快得多；（4）在固态相变过程中，由于晶界能量较高且原子活动能力较大，所以新相易于在晶界处优先形核。原始晶粒越细，晶界越多，则新相形核率也相应越高；（5）由于成分偏析和内吸附现象，特别是晶界富集杂质原子的情况下，往往晶界熔点较低，故在加热过程中，因温度过高将引起晶界熔化和氧化，导致“过热”现象产生；（6）由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，以及晶界富集杂质原子的缘故，与晶内相比晶界的腐蚀速度一般较快。这就是用腐蚀剂显示金相样品组织的依据，也是某些金属材料在使用中发生晶间腐蚀破坏的原因；（7）低温下晶界强度比晶粒内高，高温下晶界强度比晶内低，表现为低温弱化。 基于上述几点晶界的特殊性质，使得多晶材料的塑性变形、强度、断裂、脆性、疲劳和蠕变等性能与单晶材料相比存在很大差异，即晶界不同的特殊性质具体体现在了合金的不同性能。但合金性能与晶界特性间绝不是一一对应的关系，而是几种甚至是所有特性的共同作用而表现出来，不同成分的合金在性能上也表现出各异。 1 晶界与塑性变形 晶界对多晶体的塑性变形的影响起因于下述原因:①晶界对滑移的阻碍作用；②晶界引起多滑移；③晶界滑动；④晶界迁移；⑤晶界偏聚。

材料缺陷对材料性能的影响

材料缺陷对材料性能的影响 女神维纳斯因为她的“无臂”之美而广为人知，但是在日常的生产生活中，人们更追求的是无误差的完美。那么究竟缺陷能够在材料中造成什么影响呢，在此我将进行简单的概述。 材料具有多种性能，大致分为两类，一是使用性能，包括力学性能、物理性能和化学性能等；二是工艺性能，例如铸造性、可锻性、可焊性、切削加工性以及热处理性等等。在我们生产中经常用到的材料，其性能常常因为微观上小小的差异而变得迥然不同。我们就理想型的完整晶体进行对于材料缺陷对材料性能的影响的研究与探索。 晶体缺陷：在理想完整晶体中，原子按一定的次序严格地处在空间有规则的、周期性的格点上。但在实际的晶体中，由于晶体形成条件、原子的热运动及其它条件的影响，原子的排列不可能那样完整和规则，往往存在偏离了理想晶体结构的区域。这些与完整周期性点阵结构的偏离就是晶体中的缺陷，它破坏了晶体的对称性。 晶体中存在的缺陷种类很多，根据几何形状和涉及的范围常可分为点缺陷、面缺陷、线缺陷几种主要类型。 点缺陷：是指三维尺寸都很小，不超过几个原子直径的缺陷。主要有空位和间隙原子 在一般情形下，点缺陷主要影响晶体的物理性质，如比容、比热容、电阻率等 比容的定义:为了在晶体内部产生一个空位，需将该处的原子移到晶体表面上的新原子位置，这就导致晶体体积增加。 比热容的定义:由于形成点缺陷需向晶体提供附加的能量（空位生成焓），因而引起附加比热容。 电阻率:金属的电阻来源于离子对传导电子的散射。在完整晶体中，电子基本上是在均匀电场中运动，而在有缺陷的晶体中，在缺陷区点阵的周期性被破坏，电场急剧变化，因而对电子产生强烈散射，导致晶体的电阻率增大。 此外，点缺陷还影响其它物理性质：如扩散系数、内耗、介电常数等。”在碱金属的卤化物晶体中，由于杂质或过多的金属离子等点缺陷对可见光的选择性吸收，会使晶体呈现色彩。这种点缺陷便称为色心。

晶界对性能的影响

晶界对合金性能的影响机理 令狐采学 晶界是固体资料中的一种面缺陷，根据晶界角度的年夜小可以分为小角晶界（θ<10°）和年夜角晶界，亚晶界均属小角度晶界，一般小于2°，多晶体中90％以上的晶界属于年夜角度晶界。根据晶界上原子匹配优劣水平可以分为重位晶界和混乱晶界。在晶界处存在一些特殊的性质：（1）晶界处点阵畸变年夜，存在晶界能。晶粒的长年夜和晶界的平直化都能减少晶界面积，从而降低晶界的总能量，这是一个自发过程。晶粒的长年夜和晶界的平直化均需通过原子的扩散来实现，因此，温度升高和保温时间的增长，均有利于这两过程的进行；（2）晶界处原子排列不规则，在常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高，宏观表示为晶界较晶内具有较高的强度和硬度。晶粒越细，资料的强度越高，这就是细晶强化；高温下则由于晶界存在一定的粘滞性，易使相邻晶粒产生相对滑动；（3）晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，并且晶界处存在较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等，故晶界处原子的扩散速度比在晶内快很多；（4）在固态相变过程中，由于晶界能量较高且原子活动能力较年夜，所以新相易于在晶界处优先形核。原始晶粒越细，晶界越多，则新相形核率也相应越高；（5）由于成分偏析和内吸附现象，特别是晶界富集杂质原子的情况下，往往晶界熔点较低，故在加热过程中，因温度过高将引起晶界熔化和氧化，招致“过热”现象产生；（6）由于晶界能量较高、原子处

于不稳定状态，以及晶界富集杂质原子的缘故，与晶内相比晶界的腐化速度一般较快。这就是用腐化剂显示金相样品组织的依据，也是某些金属资料在使用中产生晶间腐化破坏的原因；（7）高温下晶界强度比晶粒内高，高温下晶界强度比晶内低，表示为高温弱化。 基于上述几点晶界的特殊性质，使很多晶资料的塑性变形、强度、断裂、脆性、疲劳和蠕变等性能与单晶资料相比存在很年夜差别，即晶界不合的特殊性质具体体现在了合金的不合性能。但合金性能与晶界特性间绝不是一一对应的关系，而是几种甚至是所有特性的共同作用而表示出来，不合成分的合金在性能上也表示出各异。 1 晶界与塑性变形 晶界对多晶体的塑性变形的影响起因于下述原因:①晶界对滑移的阻碍作用；②晶界引起多滑移；③晶界滑动；④晶界迁移；⑤晶界偏聚。 1.1晶界的阻滞效应 塑性变形主要有滑移和孪生两种方法，而滑移和孪生进行均需要借助位错的运动，因为90%以上的晶界是年夜角度晶界，结构庞杂由约几个纳米厚的原子排列紊乱的区域与原子排列较整齐的区域交替相间而成，这种晶 界自己使滑移受阻而不容 易直接传到相邻晶界，实 验上很早就观察到在变形

什么叫晶界

材物0802 陆寅 12 题目：晶界对材料性质的影响 摘要： 简述晶界的定义以及其来源与分类，引入晶界对材料性质的各种作用原理与原因，通过列举各种材料性质与其晶界间的关系来说明晶界对材料性质的影响，并对晶界的研究作出展望。 关键词： 晶界面缺陷晶界的分类晶界腐蚀多晶材料金属材料无机非金属材料材料 论述： 什么叫晶界 grain boundary 晶界是结构相同而取向不同晶体之间的界面。在晶界面上，原子排列从一个取向过渡到另一个取向，故晶界处原子排列处于过渡状态。 晶界的分类 晶粒与晶粒之间的接触界面叫做晶界有二种不同的分类方法，一种简单地按两个晶粒之间夹角的大小来分类。分成小角度晶界和大角度晶界。小角度晶界是相邻两个晶粒的原子排列铝合的角度很小，约2`～3`。两个晶粒间晶界由完全配合部分与失配部分组成。，界面处质点排列着一系列棱位图。当一颗晶粒绕垂直晶粒界面的轴旋转微小角度，也能形成由螺旋位错构成的扭转小角度晶界。大角度晶界在多晶体中占多数，这时晶界上质点的排列已接近无序状态。另一种分类是根据晶界两边原子排列的连贯性来划分的。当界面两侧的晶体具有非常相似的结构和类似的取向，越过界面原子面是连续的。这样的界面称为共格晶界。例如，氢氧化镁加热分解成氧化镁，Mg（OH）2--》MgO＋H2O，就形成这样的间界。这种氧化物的氧离子密堆平面通过类似堆积的氢氧化物的平面脱氢而直接得到。因此当Mg（OH）。结构内有转变为MgO结构的畴出现时，则阴离子面是连续的。然而，两种结构的晶面间距彼此不同，分别为C1和C2，(C2-C1)/C1=Q被定义为品面间距的失配度。为了保个相或二个相发生弹性应变，或通过引入位错来达到。失配度Q是弹性应变的一个量弹性应变的存在，使系统的能量增大，系统能量与cQ2成正比，C为常数。另一种类型的晶界称做半共格晶界。在这种结构中，最简单的看只有晶面间距C1比较小的一个相发生应变。弹性应变可以成引入半个原子晶面进入应变相下降，这样就生成所谓界面位错。位错的引入、使在位错线附近发生局部的晶格畸变。显然晶体的能量也增加。 晶界的特性 由于晶界上两个晶粒的质点排列取向有一定的差异，两者都力图使晶界上的质点排列符合于自己的取向。当达到平衡时，晶界上的原子就形成某种过渡的排列。显然，晶界上由于原子排列不规则而造成结构比较疏松，因而也使晶界具有一些不同于晶粒的特性。晶界上原子排列较晶粒内疏松，因而晶界易受腐蚀（热侵蚀、化学腐蚀）后，很易显露出来；由于晶界上结构疏松，在多晶体中，晶界是原子（离子）快速扩散的通道，并容易引起杂质原子（离子）偏聚，同时也使晶界处熔点低于晶粒；晶界上原子排列混乱，存在着许多空位、位错和键变形等缺陷，使之处于应力畸变状态。故能阶较高，使得晶界成为富态相变时代先成核的区域。利用晶界的一系列特性，通过控制晶界组成、结构和相态等来制造新型无机材料是材料科学工作者很感兴趣的研究领域。但是多晶体晶界尺度仅在0.lum以下，并非一般显微工能研究的。而要采用俄歇谱仪及离子探针等。由于晶界上成分复杂，因此对晶界的研究还有待深入。晶界对无机非金属材料的影响 无机非金属材料是由微细粉料烧结而成的。在烧结时，众多的的微细颗粒形成大量的结晶中心。当它们发育成晶粒并逐渐长大到相遇时就形成晶界。因而无机非金属材料是由形状不规

CVD_W的晶界结构及其对塑性形变的影响

晶界是多晶体金属材料的最重要缺陷类型之一，在多晶体起着协调、低温障碍、高温促进和起裂等作用［1］，与金属材料塑性形变等特性密切相关。晶界特征与材料的制备工艺关系密切，不同的制备工艺其晶界结构不同，晶界能差别较大，对材料性能产生不同影响。化学气相沉积方法制备的纯钨组织不同于常规的粉末烧结纯钨，特殊的晶界结构必然对沉积纯钨的塑性产生影响。目前，将纯钨作为战斗部药型罩材料的应用已经成为各国研究的重点内容，关于塑性形变与显微组织的关系研究也获得相应的研究成果［2］。化学气相沉积技术是纯钨重要的制备方法，关于晶界结构对化学气相沉积纯钨的力学性能研究却相对缺少。通过研究CVD 纯钨的晶界结构特征，分析其对纯钨高应变率形变的力学性能影响，为深入研究化学气相沉积纯 钨的力学性能并扩展其应用提供实验和理论依据。 1研究内容和方法 化学气相沉积技术制备纯钨材料，其基本反应原理为： WF 6+3H 2W+6HF ， 在反应时WF 6与H 2在高温基体表面发生还原反应生成单质W ，沉积在基体表面。根据基体形状不同可以制备出不同形状的纯钨制品，特别适用于异型纯钨件的制备。通过控制沉积工艺制备了能够用于性能测试的CVD-W 材料。 将CVD-W 垂直于晶粒生长方向切割成方形试样，试样尺寸5mm ×5mm ；试样经不同型号砂纸打磨； CVD-W 的晶界结构及其对塑性形变的影响* 孙红婵，李树奎，侯岳翔，鲁旭东，郭伟 （北京理工大学材料科学与工程学院，北京100081） 摘 要：为研究化学气相沉积纯钨（CVD-W ）的沉积组织生长对晶界结构的影响，以及晶界结构对塑性形变的影响；采用 电子背散射技术观察CVD-W 的微观组织，分析晶界结构；采用Hopkinson 压杆系统进行高应变率压缩试验。结果表明： CVD-W 具有显著的<001>晶粒择优取向，晶界呈现Σ3、Σ5等低重合位置点阵的晶界结构特征，其中Σ3具有最高的出现 频率；其高应变下的屈服应力明显低于其他制备方法获得的纯钨材料。研究认为由于CVD-W 在界面上具有较多的重合位置，晶界处晶格吻合较好，畸变程度低，界面能较低，而且由于低ΣCSL 晶界特点，晶界多是由位错构成的；另外晶粒的择优取向使晶粒间在较低的应力下协调形变，因此CVD-W 在较低的应力下即可发生塑性形变。关键词：化学气相沉积纯钨；晶界结构；重合位置点阵；晶粒择优取向中图分类号：TG146 文献标识码：A 文章编号:1004-244X （2008）06-0076-03 Grain boundary microstructure of CVD -W and its effect on plastic deformation SUN Hong-chan ，LI Shu-kui ，HOU Yue-xiang ，LU Xu-dong ，GUO Wei （School of Material Science and Engineering ，Beijing Institute of Technology ，Beijing 100081，China ） Abstract ：The EBSD technology is used to determine the grain orientation microstructure of CVD -W ，as well as Hopkinson bar to carry out high strain rate compression tests ，in order to investigate the effects of deposition microstructure on the grain boundary and the grain boundary on the plastic deformation.The experimental results show that CVD -W obvious preferred orientation on <001>is confirmed by the anti -extremal graph.Besides ，the CSL grain boundaries such as ∑3，∑5and so on are occurred.Among these kinds of boundary,the ∑3boundary has the highest frequency;the yield stress of CVD -W is lower than pure tungsten by other preparation methods.It is found that the structures of grain boundary of CVD -W atoms have low level of distortion and low grain boundary energy.The grain boundaries are constructed of dislocation.In addition ，the grains of preferred orientation <001>make plastic deformation coordination occurred in lower stress.CVD -W can carry out plastic deformation in lower stress. Key words ：CVD -W ；grain boundary microstructure ；coincidence site lattice ；preferred orientation *收稿日期：2007-11-27；修回日期：2008-8-07 作者简介：孙红婵，女，博士研究生。Email ：bitsunshine@https://www.wendangku.net/doc/a010006430.html, Vol．31No．6Nov.,2008 兵器材料科学与工程 ORDNANCE MATERIAL SCIENCE AND ENGINEERING 第31卷第6期2008年11月

缺陷对材料性能的影响

缺陷对材料性能的影响 技术探讨 2009-09-11 22:27:34 阅读35 评论0 字号：大中小订阅 在一般情形下，点缺陷主要影响晶体的物理性质，如比容、比热容、电阻率等 比容的定义:为了在晶体内部产生一个空位，需将该处的原子移到晶体表面上的新原子位置，这就导致晶体体积增加。 比热容的定义:由于形成点缺陷需向晶体提供附加的能量（空位生成焓），因而引起附加比热容。 电阻率:金属的电阻来源于离子对传导电子的散射。在完整晶体中，电子基本上是在均匀电场中运动，而在有缺陷的晶体中，在缺陷区点阵的周期性被破坏，电场急剧变化，因而对电子产生强烈散射，导致晶体的电阻率增大。 此外，点缺陷还影响其它物理性质：如扩散系数、内耗、介电常数等。”在碱金属的卤化物晶体中，由于杂质或过多的金属离子等点缺陷对可见光的选择性吸收，会使晶体呈现色彩。这种点缺陷便称为色心。 在一般情形下，点缺陷对金属力学性能的影响较小，它只是通过和位错交互作用，阻碍位错运动而使晶体强化。但在高能粒子辐照的情形下，由于形成大量的点缺陷和挤塞子，会引起晶体显著硬化和脆化。这种现象称为辐照硬化。 缺陷对物理性能的影响很大，可以极大的影响材料的导热，电阻，光学，和机械性能，极大地影响材料的各种性能指标，比如强度，塑性等。 化学性能影响主要集中在材料表面性能上，比如杂质原子的缺陷会在大气环境下形成原电池模型，极大地加速材料的腐蚀，另外表面能量也会受到缺陷的极大影响，表面化学活性，化学能等等。 总之影响非常大，但是如果合理的利用缺陷，可以提高材料某一方面的性能，比如人工在半导体材料中进行掺杂，形成空穴，可以极大地提高半导体材料的性能。 首先，金属材料的强度与位错在材料受到外力的情况下如何运动有很大的关系。如果位错运动受到的阻碍较小，则材料强度就会较高。实际材料在发生塑性变形时，位错的运动是比较复杂的，位错之间相互反应、位错受到阻碍不断塞积、材料中的溶质原子、第二相等都会阻碍位错运动，从而使材料出现加工硬化。因此，要想增加材料的强度就要通过诸如：细化晶粒（晶粒越细小晶界就越多，晶界对

晶界对性能的影响复习进程

精品文档 晶界对合金性能的影响机理 晶界是固体材料中的一种面缺陷，根据晶界角度的大小可以分为小角晶界（θ <10°）和大角晶界，亚晶界均属小角度晶界，一般小于2°，多晶体中90％以上的晶界属于大角度晶界。根据晶界上原子匹配优劣程度可以分为重位晶界和混乱晶界。在晶界处存在一些特殊的性质：（1）晶界处点阵畸变大，存在晶界能。晶粒的长大和晶界的平直化都能减少晶界面积，从而降低晶界的总能量，这是一个自发过程。晶粒的长大和晶界的平直化均需通过原子的扩散来实现，因此，温度升高和保温时间的增长，均有利于这两过程的进行；（2）晶界处原子排列不规则，在常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高，宏观表现为晶界较晶内具有较高的强度和硬度。晶粒越细，材料的强度越高，这就是细晶强化；高温下则由于晶界存在一定的粘滞性，易使相邻晶粒产生相对滑动；（3）晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，并且晶界处存在较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等，故晶界处原子的扩散速度比在晶内快得多；（4）在固态相变过程中，由于晶界能量较高且原子活动能力较大，所以新相易于在晶界处优先形核。原始晶粒越细，晶界越多，则新相形核率也相应越高；（5）由于成分偏析和内吸附现象，特别是晶界富集杂质原子的情况下，往往晶界熔点较低，故在加热过程中，因温度过高将引起晶界熔化和氧化，导致“过热”现象产生；（6）由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，以及晶界富集杂质原子的缘故，与晶内相比晶界的腐蚀速度一般较快。这就是用腐蚀剂显示金相样品组织的依据，也是某些金属材料在使用中发生晶间腐蚀破坏的原因；（7）低温下晶界强度比晶粒内高，高温下晶界强度比晶内低，表现为低温弱化。 基于上述几点晶界的特殊性质，使得多晶材料的塑性变形、强度、断裂、脆性、疲劳和蠕变等性能与单晶材料相比存在很大差异，即晶界不同的特殊性质具体体现在了合金的不同性能。但合金性能与晶界特性间绝不是一一对应的关系，而是几种甚至是所有特性的共同作用而表现出来，不同成分的合金在性能上也表现出各异。 1 晶界与塑性变形 晶界对多晶体的塑性变形的影响起因于下述原因:①晶界对滑移的阻碍作用；② 晶界引起多滑移；③晶界滑动；④晶界迁移；⑤晶界偏聚。 精品文档． 精品文档 1.1晶界的阻滞效应 塑性变形主要有滑移和孪生两种方式，而滑移和孪生进行均需要借助位错的运动，因为90%以上的晶界是大角度晶界，结构复杂由约几个纳米厚的原子排列紊乱的区域与原子排列较整齐的区域交替相间而成，这种晶界本身使滑移受阻而不易直接传到相邻晶界，实验上很早就观察到在变形过程中，位错运动在晶界受阻，滑移线停止在晶界处，表现为晶界对滑移起阻碍作用，这个现象称为位错在晶界塞积，图1为钛合金中位错 晶界在晶界塞积的电子显微图。对滑移的阻碍作用与晶体结构有关，对于滑移 系统少的晶体，，只Mg例如六方结构晶体（如，晶界的影响很个滑移系）有6

晶粒大小对于金属机械性能的影响

晶粒大小对于金属力学性能的影响 晶粒大小对金属材料性能有很大影响： 晶粒之间的“边界”叫晶界，晶粒越大-则晶界也越大，而“晶界”又类似 于材料中的“裂纹”；那么晶粒越大则材料中的“裂纹”越大。其次，晶粒部的 原子排列较为规则，容易产生“滑移”；而晶界上的原子排列较为凌乱，存在许 多“位错”和“劈间”，使得原子面之间不易滑移和变形。那么晶粒细小时，其 的滑移变形就小且能被晶界有效抑制。第三，晶粒、晶界都越细小，外来的总重 荷及变形将分散到更多的晶粒上，岂不更好。所以，晶粒越细--则金属材料的性 能越好。 控制晶粒大小方法很多，主要原理有两个： 1.增大金属结晶时的过冷度。 2.增加结晶晶核。 第一节: 金属材料液态成形基础 (二)金属的结晶 1．结晶的条件 纯金属液体缓慢冷却过程的时间—温度的关系曲线，即纯金属的冷却曲线。 冷却曲线 分析冷却曲线可知，液体纯金属冷却到平衡结晶温度Tm（又称为理论结晶温度，热力学凝固温度，熔点和凝固点等）时，液体纯金属并不会立即自发地出现结晶，只有冷却到低于Tm后，固体才开始结晶，而后长大，并放出大量潜热，使温度回升到略低于平衡结晶温度，而在冷却曲线上出现一个温度平台。当凝固完成后，由于没有潜热释放，因此，温度又继续下降。理论结晶温度Tm与实际结晶温度Tn之间的温度差称为过冷度，写作△T=Tm-Tn。 由图可知，金属结晶必须在一定的过冷度下才能自发的进行。从热力学观点来分

析，任何引起系统自由能降低的过程都是自发的过程。在金属结晶前后的两个状态下，金属是由两个不同的相所组成，即液相和固相。两种不同聚集状态自然有两种不同的自由能。 图2-1-29所示是同一金属材料液相和固相的自由能—温度变化曲线。图中显示，两条曲线有一个交点，其对应的温度即为理论结晶温度Tm。在温度Tm时，液相和固相处于两相平衡状态，自由能相等，可长期共存。高于温度Tm时，液相比固相的自由能低，金属处于液相才是稳定的；低于温度Tm时，金属稳定的状态为固相。 因此，液态金属如果要结晶，就必须处于Tm温度以下。金属在液态与固态之间存在有一个自由能差（△F），这个能量差△F就是促使液体结晶的驱动力。 ２．结晶的过程 液态金属结晶是由形核和长大两个密切联系的基本过程来实现。 液态金属结晶时，首先在液态中形成一些极微小的晶体（称为晶核），然后再以它们为核心不断地长大。在这些晶体长大的同时，又出现新的晶核并逐渐长大，直至液体金属消失。如动画2-1-8所示：

16.晶界特性

()六晶界特性：5个特性 由于晶界的结构与晶粒内部有所不同就使晶界具有一系列不同于晶粒内部的特性 首先由于晶界上的原子或多或少地偏离了其平衡位置，因而就会或多或少地具有界面能或晶界能一般为2 1m J ~ 3 / 1.界面能越高，则晶界越不稳定。 2.因此，高的界面能就具有向低的界面能转化的趋势，这就致了晶界的运动。 3.晶粒长大和晶界的平直化都可减少晶界的总面积，从而降低晶界的总能量。 4.理论和实验结果都表明，大角度晶界的界面能远髙于小角度晶界的界面能, 所以大角度晶界的迁移速率较小角度晶界大。 5.当然，晶界的迀移是原子的扩散过程，只有在比较高的温度下才有可能进行。晶界偏聚特性： 1.由于界面能的存在，当金属中存在有能降低界面能的异类原子时，这些原子 就将向品界偏聚，这种现象称为内吸附。例如往钢中加入微量的硼 ()% W，即向品界偏聚，这对钢的性能有重要影响 < .0 005 B 2.相反，凡是提高界面能的原子，将会在晶粒内部偏聚，这种现象叫做反内吸 附。 3.内吸附和反内吸附现象对金属及合金的性能和相变过程有着重要的影响 晶界对金属材料的塑性变形起着阻碍作用 1.由于晶界上存在晶格畸变因而在室温下对金属材料的塑性变形起着阻碍作 用 2.在宏观上表现为使金属材料具有更高的强度和硬度

3.显然，晶粒越细，金属材料的强度和硬度便越高 因此对于在较低温度下使用的金属材料一般总是希望获得较细小的晶粒 其他特性： 1.此外，由于界面能的存在，使晶界的熔点低于晶粒内部，且易于腐蚀和氧化。 2.晶界上的空位、位错等缺陷较多，因此原子的扩散速度较快，在发生相变时， 新相晶核往往首先在晶界形成。

晶体微观缺陷对材料性能的影响

晶体微观缺陷对材料性能的影响 一、什么是晶体缺陷？ 大多数固体是晶体，晶体正是以其特殊的构型被人们最早认识。人们理解的“固体物理”主要是指晶体。在空间点阵中，用几何上规则的点来描述晶体中的原子排列，并连成格子，这些点被称为格点，格子被称为点阵，这就是空间点阵的基本思想，它是对晶体原子排列的抽象。空间点阵在晶体学理论的发展中起到了重要作用。可以说，它是晶体学理论的基础。现代的晶体理论基于晶体具有宏观平移对称性，并因此发展了空间点阵学说。严格地说对称性是一种数学上的操作，它与“空间群”的概念相联系，所谓平移对称性就是指对一空间点阵，任选一个最小基本单元，在空间三维方向进行平移，这个单元能够无一遗漏的完全复制所有空间格点。 在我们讨论晶体结构时，认为晶体的结构是三维空间内周期有序的，其内部质点按照一定的点阵结构排列。这是一种理想的完美晶体，它在现实中并不存在，只作为理论研究模型。相反，偏离理想状态的不完整晶体，即有某些缺陷的晶体，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。在理想的晶体结构中，所有的原子、离子或分子都处于规则的点阵结构的位置上，也就是平衡位置上。1926 年Frenkel 首先指出，在任一温度下，实际晶体的原子排列都不会是完整的点阵，即晶体中一些区域的原子的正规排列遭到破坏而失去正常的相邻关系。我们把实际晶体中偏离理想完整点阵的部位或结构称为晶体缺陷。 二、晶体中有哪些常见的缺陷类型？ 缺陷是一种局部原子排列的破坏。按照破坏区域的几何形状，缺陷可以分为四类点缺陷、缺陷、面缺陷和体缺陷。 点缺陷：又称零维缺陷，缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，在三维方向上尺寸都很小（远小于晶体或晶粒的线度），典型代表有空位、间隙原子等。点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。 线缺陷：又称一维缺陷，指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。包括螺型位错与刃型位错等各类位错，线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。 面缺陷：又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。包括晶界、相界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。 体缺陷：又称为三维缺陷，指晶体中在三维方向上相对尺度比较大的缺陷，和基质晶体已经不属于同一物相，是异相缺陷。固体材料中最基本和最重要的晶体缺陷是点缺陷，包括本征缺陷和杂质缺陷等。 然而，按缺陷产生的原因分类，又可以分为：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、其它原因（如电荷缺陷，辐照缺陷等）。 热缺陷：又称为本征缺陷，是指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点（原子或离子）。弗仑克尔缺陷（Frenkel defect）和肖脱基缺陷（Schottky defect） 热缺陷浓度与温度的关系:温度升高时，热缺陷浓度增加

晶体缺陷及其材料性能的影响

晶体缺陷及其对材料性能的影响 摘要:所有的天然和人工晶体都不是理想的完整晶体，它们的许多性质往往并 不决定于原子的规则排列，而决定于不规则排列的晶体缺陷。晶体缺陷对晶体生长、晶体的力学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等均有着极大影响，在生产上和科研中都非常重要，是固体物理、固体化学、材料科学等领域的重要基础内容。研究晶体缺陷因此具有了尤其重要的意义。本文着重对晶体缺陷及其对晶体的影响和应用进行阐述，以适应人们不同的实际需要和时代的发展需求。 关键词:晶体缺陷 ; 性能 Crystal defect and it’s influence on the material properties Abstract All of the natural and artificial crystal is not ideal complete crystal, many of their properties are not always decide to the rules of at oms to arrange, but decide to the irregular arrangement in the crystal de fect. Crystal defect have an enormous influence to crystal growth, mecha nical properties of crystal, electrical properties, magnetic properties and o ptical properties, etc, they are very important in the production and resea rch, It is important content. to a basis research in the field of crystal def ect,such as solid physics, chemistry, material science,and so on. it so ha s been particularly important significance to solid. In order to adapt to th e different actual needs and the development o f The demand of Times.o f people.This paper focuses on expoundin g the influence and the applica tion of the crystal defect and its impact on the crystal. Keyword crystal defect property 1. 引言 很早以前, 金属物理学家在研究金属的加工变形时就发现了晶体缺陷与金属的变形行为及力学性质有密切的关系。后来, 材料科学家发现这类缺陷不仅控制着材料的力学性状, 而且对材料的若干物理性质(如导电性、导热性等) 有直接的影响, 故在冶金物理学和材料科学领域里逐渐发展了晶体缺陷理论。在地学界, 近10多年来人们开始认识到晶体的塑性变形完全取决于晶体缺陷, 即矿物岩石在塑性流动过程中晶体缺陷起着控制性的作用。70年代随着离子减薄技术的应用, 为电子显微镜作为倍数极高的矿物岩相学观察工具提供了先决条件, 也为天然变形矿物晶体缺陷和塑性流动的研究开辟了新的途径。然而, 目前晶体缺陷在地质科学中的应用研究成果还很少, 主要以金属中的为主。众所周知, 晶体是由离子、原子或分子有规律地排列而构成的, 这种晶体称为完整晶体。但是, 在实际晶体中, 晶体质点的规律排列或多或少会在某些微区遭到破坏, 称为晶体缺陷。根据缺陷在晶体中分布的几何特点, 可将其分为3大类, 即点缺陷、线缺陷和面缺陷。如果这些缺陷是在晶体生长过程中产生

晶界特性

晶界特性：5个特性 由于晶界的结构与晶粒内部有所不同就使晶界具有一系列不同于晶粒内部的特性 首先由于晶界上的原子或多或少地偏离了其平衡位置，因而就会或多或少地具有界面能或晶界能一般为 1. 界面能越高，则晶界越不稳定。 2. 因此，高的界面能就具有向低的界面能转化的趋势，这就致了晶界的运动。 3. 晶粒长大和晶界的平直化都可减少晶界的总面积，从而降低晶界的总能量。 4. 理论和实验结果都表明，大角度晶界的界面能远髙于小角度晶界的界面能,所以大角度晶界的迁移速率较小角度晶界大。 5. 当然，晶界的迀移是原子的扩散过程，只有在比较高的温度下才有可能进行。 晶界偏聚特性： 1. 由于界面能的存在，当金属中存在有能降低界面能的异类原子时，这些原子就将向品界偏聚，这种现象称为内吸附。例如往钢中加入微量的硼，即向品界偏聚，这对钢的性能有重要影响 2. 相反，凡是提高界面能的原子，将会在晶粒内部偏聚，这种现象叫做反内吸附。 3. 内吸附和反内吸附现象对金属及合金的性能和相变过程有着重要的影响 晶界对金属材料的塑性变形起着阻碍作用 1. 由于晶界上存在晶格畸变因而在室温下对金属材料的塑性变形起着阻碍作用 2. 在宏观上表现为使金属材料具有更高的强度和硬度 3. 显然，晶粒越细，金属材料的强度和硬度便越高 因此对于在较低温度下使用的金属材料一般总是希望获得较细小的晶粒 其他特性： 1. 此外，由于界面能的存在，使晶界的熔点低于晶粒内部，且易于腐蚀和氧化。 2. 晶界上的空位、位错等缺陷较多，因此原子的扩散速度较快，在发生相变时，新相晶核往往首先在晶界形成。 金属由液态向固态的相变过程。除某些液态金属合金在激冷条件下“冻结”成具有无定形结构的非晶态金属外，金属的凝固在多数情况下，是晶体或晶粒的生成和长大的过程。金属凝固过程还伴随着体积变化、气体脱溶和元素偏析等现象。绝大部分金属材料是在液态中纯化（去气、去杂质等），调整成分,而后浇铸成锭,再加工成材，或直接铸造成部件。因此，金属的凝固不但决定了金属和合金的结构、组织和性能，而且还影响着以后的塑性加工和热处理。 金属的凝固所涉及的范围比较广泛，包括从宏观上研究铸锭及铸件的宏观结构、缺陷及宏观偏析；同时研究其显微结构，包括晶粒大小、取向和形状，晶内树枝状结构，以及非金属夹杂物、显微疏松和其他亚微观缺陷；也从原子尺度研究合金元素的微观偏析，微观晶体缺陷（如位错、空位等）的形成，晶粒成核与长大的原子堆垛过程等等。 研究金属凝固的理论基础是合金热力学、合金相图、传热、传质以及相变和金属中的扩散等。 金属的凝固过程主要是在一定的过冷度下，通过晶粒的成核和长大，并伴随着潜热的释放来实现的。而金属结晶过程又可以分为同分结晶和异分结晶两大类。同分结晶即结晶出的晶体与金属母液的化学成分完全一样，这通常是在纯金属以及相图中固、液相线相重合的合金成分上发生。异分结晶是结晶出的晶体与金属母液的化学成分不一样，即在结晶过程中伴随有成分的变化，绝大多数实际应用合金的结晶都属于这一类。首先研究没有成分变化的同分结晶的情况： 1. 物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。同截面垂直的称为正应力或法向应力。 2. 在没有外力存在下，材料内部由于加工成型不当，温度变化，溶剂作用等原因所产生的应力。3、内应力的取消有几种方法：一对物体进行热处理（只针对金属性质的工件）二是放到自然条件下进行消除。三是人工通过敲打振动等方式进行消除。内应力是在结构上无外力作用时保留于物体内部的应力没有外力存在时,弹性物体内所保存的应力叫做内应力,它的特点是在物体内形成一个平衡的力系,即遵守静力学条件.按性质和范围大小可分为宏观应力,微观应力和超微观应力.按引起原因可分为热应力和组织应力.按存在时间可分为瞬时应力和残余应力.按作用方向可分为纵向应力和横向应力. 焊接应力，是焊接构件由于焊接而产生的应力。焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形；焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。在没有外力作用的条件下，焊接应力在焊件内部是平衡的。焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观，因此是设计和制造中必须考虑的问题。 为了消除和减小焊接残余应力，应采取合理的焊接顺序，先焊接收缩量大的焊缝。焊接时适当降低焊件的刚度，并在焊件的适当部位局部加热，使焊缝能比较自由地收缩，以减小残余应力。热处理(高温回火)是消除焊接残余应力的常用方法。整体消除应力的热处理效果一般比局部热处理好。焊接残余应力也可采用机械拉伸法（预载法）来消除或调整，例如对压力容器可以采用水压试验，也可以在焊缝两侧局部加热到200℃，造成一个温度场,使焊缝区得到拉伸，以减小残余应力。 只有一个晶粒的铸造叶片。定向结晶叶片消除了对空洞和裂纹敏感的横向晶界，使全部晶界平行于应力轴方向，从而改善了合金的使用性能。单晶叶片消除了全部晶界，不必加入晶界强化元素，使合金的初熔温度相对升高，从而提高了合金的高温强度，并进一步改善了合金的综合性能。单晶叶片整个铸件由一个晶粒组成的铸造高温合金。这是继定向凝固铸造高温合金之后，进一步提高合金强度和使用温度的一条途径。单晶叶片铸件的理想组织是叶根、叶身和叶冠，都由毫无缺陷的多相单晶体组成。晶体取向应是〈001〉方向，并与叶片主应力轴方向之间的偏离不应大于10度。单晶铸件可以用与定向凝固相同的设备和工艺制备，与定向凝固铸件的区别只在于在水冷底盘的上部加入选晶器或仔晶，以便控制单一晶体进入铸件。简史初期的单晶铸造高温合金采用普通铸造高温合金成分，在此情况下，单晶铸造高温合金与定向凝固铸造高温合金相比，除了改善横向强度

晶界对材料力学性能的影响

晶界对材料力学性能的影响 晶界是单晶体区别于多晶体的主要特征，近年来，随着人们对晶界工程基础理论研究的不断完善，微观机理的不断深入研究，晶界工程已经在实际生产中对材料性能的优化提供了很多帮助。 ①晶界对Cu、Al双晶体低周疲劳性能的影响。 金属材料的低周疲劳破坏实际上是一个累积损伤的过程，大量研究表明疲劳微裂纹往往都是由于材料中存在不均匀的局部滑移变形和局部显微开裂所引起的。Rey等人[1]发现拉伸条件下，Cu、Al双晶体周围存在一个异态变形区，即晶界影响区，如左图所示。晶界影响区内会使得不相容的塑性应变在该处产生内应 力，从而激发次级滑移，产生晶界裂纹，随着 应变循环进行，裂纹会倾向于沿着晶界扩展。 多晶材料的晶界或亚晶界是疲劳裂纹萌生地 之一。高温下，晶界强度比晶内差，表面裂纹 优先在晶界处萌生。研究表明，Cu、Al合金 中疲劳裂纹源多在大角度晶界位置形核[2],对 Cu双金的拉压载荷、应变控制的疲劳实验结 果表明，不管是垂直还是平行晶界，只要在相 邻晶粒中的滑移系取向合适，滑移系中的位错 都可能撞击晶界而引起裂纹萌生[3]。所以,Cu、 Al合金中晶界对中低应变幅条件下疲劳破坏影响已得到证实，Cu、Al合金中晶体间的取向和关于应力轴的晶界取向是晶界影响疲劳破坏机制的决定性因素。 ②晶界对纯Al的强度和塑性的影响。 强度和塑性是两个互相矛盾的量。在用传统方法改善材料这方面力学性能的时候往往就是在提高强度的时候使得塑性降低。晶界对位错有阻碍作用，所以细化晶粒可以在相同体积的材料内部产生更多的晶界，若晶界结构没有发生变化，则就要施加更大的外力才能在晶界处产生位错塞积，从而达到材料强化。在一定条件下，金属材料的脆韧性取决于裂纹扩展过程，如果裂纹被某种阻碍阻断，则材料表现为韧性，反之为脆性。因而晶粒细化增加单位体积晶界的数量可以同时增加材料塑性和强度。 通过不同应力方式产生塑性形变的纯Al具有 亚纳米级的细晶粒，但晶界特征不同，正是这些不 同的晶界特征对Al的强度和塑性有很强烈的影 响。Sun[4]等人研究了三种具有相同晶粒尺寸 （600nm）但晶粒特征分布各异的纯Al试样，得到 了三种不同的应力应变曲线，因而证实了纯Al纳 米晶金属材料的强度和塑性收晶界影响很大，但是

材料微观缺陷对材料性能的影响

材料微观缺陷对材料性能的影响 随着社会的发展、时代的进步，人们的生活水平不断提高，生活品质也进一步提升，这对于材料的要求也不断地提高。这促使人们不断的深入研究材料的微观晶体结构，通过各种手段改善材料的各个方面的性能。晶体的生长、性能以及加工等无一不与缺陷紧密相关。因为正是这千分之一、万分之一的缺陷，对晶体的性能产生了不容小视的作用。这种影响无论在微观或宏观上都具有相当的重要性。 研究人员希望材料的晶体是理想的完整晶体，但是所有的自然和人工晶体不是理想晶体完整的，他们的许多特性并非由规则的原子排列决定，而是由不规则排列的晶体缺陷而决定。金属物理学家在研究金属的加工变形时就发现了晶体缺陷与金属的变形行为及力学性质有密切的关系。后来，材料科学家发现这类缺陷不仅控制着材料的力学性状，而且对材料的若干物理性质（如导电性、导热性等）有直接的影响，材料科学领域里逐渐发展了晶体缺陷理论，近10多年来人们开始认识到晶体的塑性变形完全取决于晶体缺陷。这些都是重要的生产、研究内容。那么材料的微观结构缺陷究竟对于材料的性能有哪些影响呢？本文将围绕此问题进行阐述。 一、什么是晶体缺陷？ 大多数固体是晶体，晶体正是以其特殊的构型被人们最早认识。人们理解的“固体物理”主要是指晶体。在空间点阵中，用几何上规则的点来描述晶体中的原子排列，并连成格子，这些点被称为格点，格子被称为点阵，这就是空间点阵的基本思想，它是对晶体原子排列的抽象。空间点阵在晶体学理论的发展中起到了重要作用。可以说，它是晶体学理论的基础。现代的晶体理论基于晶体具有宏观平移对称性，并因此发展了空间点阵学说。严格地说对称性是一种数学上的操作，它与“空间群”的概念相联系，所谓平移对称性就是指对一空间点阵，任选一个最小基本单元，在空间三维方向进行平移，这个单元能够无一遗漏的完全复制所有空间格点。 在我们讨论晶体结构时，认为晶体的结构是三维空间内周期有序的，其内部质点按照一定的点阵结构排列。这是一种理想的完美晶体，它在现实中并不存在，只作为理论研究模型。相反，偏离理想状态的不完整晶体，即有某些缺陷的晶体，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。在理想的晶体结构中，所有的原子、离子或分子都处于规则的点阵结构的位置上，也就是平衡位置上。1926 年Frenkel 首先指出，在任一温度下，实际晶体的原子排列都不会是完整的点阵，即晶体中一些区域的原子的正规排列遭到破坏而失去正常的相邻关系。我们把实际晶体中偏离理想完整点阵的部位或结构称为晶体缺陷。 二、晶体中有哪些常见的缺陷类型？ 缺陷是一种局部原子排列的破坏。按照破坏区域的几何形状，缺陷可以分为四类点缺陷、缺陷、面缺陷和体缺陷。 点缺陷：又称零维缺陷，缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，在三维方向上尺寸都很小（远小于晶体或晶粒的线度），典型代表有空位、间隙原子等。点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。 线缺陷：又称一维缺陷，指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生