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材料科学
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5 晶界特性由于晶界的结构与晶内不同,使晶界具有一系列不同于晶粒内部的特性。(1)由于界面能的存在,当晶体中存在能降低界面能的异类原子时,这些原子将向晶界偏聚,这种现象叫内吸附。(2)晶界上原子具有较高的能量,且存在较多的晶体缺陷,使原子的扩散速度比晶粒内部快得多。(3)常温下,晶界对位错运动起阻碍作用,故金属材料的晶粒越细,则单位体积晶界面积越多,其强度,硬度越高。(4)晶界比晶内更易氧化和优先腐蚀。(5)大角度晶界界面能最高,故其晶界迁移速率最大。晶粒的长大及晶界平直化可减少晶界总面积,使晶界能总量下降,故晶粒长大是能量降低过程,由于晶界迁移靠原子扩散,故只有在较高温度下才能进行。(6)由于晶界具有较高能量,固态相变时优先在母相晶界上形核。例题1 在铝试样中,测得晶粒内部密度为5109/cm2。假定位错全部集中在亚晶界上,每个亚晶粒的截面均为正六边形。亚晶间倾斜角为5°,若位错全部为刃型位错,,柏氏矢量的大小等于210-10m,试求亚晶界上的位错间距和亚晶的平均尺寸。

5 晶界特性

由于晶界的结构与晶内不同,使晶界具有一系列不同于晶粒内部的特性。

(1)由于界面能的存在,当晶体中存在能降低界面能的异类原子时,这些原子将向晶界偏聚,这种现象叫内吸附。

(2)晶界上原子具有较高的能量,且存在较多的晶体缺陷,使原子的扩散速度比晶粒内部快得多。

(3)常温下,晶界对位错运动起阻碍作用,故金属材料的晶粒越细,则单位体积晶界面积越多,其强度,硬度越高。

(4)晶界比晶内更易氧化和优先腐蚀。

(5)大角度晶界界面能最高,故其晶界迁移速率最大。晶粒的长大及晶界平直化可减少晶界总面积,使晶界能总量下降,故晶粒长大是能量降低过程,由于晶界迁移靠原子扩散,故只有在较高温度下才能进行。

(6)由于晶界具有较高能量,固态相变时优先在母相晶界上形核。

例题1 在铝试样中,测得晶粒内部密度为5109/cm2。假定位错全部集中在亚晶界上,每个亚晶粒的截面均为正六边形。亚晶间倾斜角为5°,若位错全部为刃型位错,,柏氏矢量的大小等于210-10m,试求亚晶界上的位错间距和亚晶的平均尺寸。

题目解答

答案

正六边形面积 ,总边长为6a,单位面积中亚晶数目

求得a=110-5(m)。

内容提要

晶界、亚晶界、相界等属于晶体的面缺陷。根据界面两侧晶粒的位向差,晶界分为小角度晶界和大角度晶界。小角度晶界又可分为倾侧晶界、扭转晶界等,它们的结构可用相应的模型来描述。多晶材料中大量存在的是大角度晶界。大角度晶界的结构较复杂,其中原子排列不规则,不能用位错模型来描述。有人提出用"重合位置点阵"模型来描述,但它仅适用特殊位向,尚不能解释两晶粒处于任意位向差的晶界结构。多相合金中同一相中的界面也是晶界和亚晶界,不同相之间的界面是相界。相界的结构有共格、半共格和非共格三类,单相合金或多相合金中的层错和孪晶界都是共格界。共格界面的界面能最低。

重点与难点

小角度和大角度晶界模型;晶界能与晶界特性;孪晶界与相界。

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