《晶体结构》PPT课件

3.1 晶 体 的 特 征3.2 空 间 点 阵 与 晶 胞3.3 晶 系 与 布 喇 菲 点 阵3.4 典 型 的 晶 体 结 构3.5 晶 向 与 晶 向 指 数3.6 晶 面 与 晶 面 指 数3.7 三 种 典 型 晶 体 结 构 的 比 较3.8 原 子 体 密 度 、 面 密 度 和 线 密 度 3.9 多 晶 形 性 与 同 素 异 构 转 变3.10 多 晶 与 单 晶 材 料3.11 微 晶 、 准 晶 与 液 晶3.12 合 金 相 结 构3.13 晶 体 缺 陷3.14 非 晶 态 合 金3.15 用 X射 线 衍 射 法 分 析 晶 体 结 构 固 态 物 质 按 其 原 子 或 分 子 的 排 列 特 征 ， 可 分 为 晶 体 和 非晶 体 两 大 类 。 晶 体 : 原 子 (或 分 子 )在 三 维 空 间 呈 有 规 律 的 周 期 性 排 列 。 非 晶 体 :原 子 则 呈 无 规 则 排 列 ， 至 多 有 局 部 区 域 呈 短 程规 则 排 列 。 晶 体 与 非 晶 体 的 主 要 性 能 特 点 ： 晶 体 具 有 一 定 的 熔 点 ，而 非 晶 体 则 没 有 ； 晶 体 具 有 各 向 异 性 、 伪 各 向 同 性 ， 而 非 晶体 为 各 向 同 性 。 晶 体 与 非 晶 体 在 一 定 条 件 下 可 以 相 互 转 化 。 3.2.1 空 间 点 阵 和 晶 格 3.2.2 晶 胞 假 设 理 想 晶 体 中 的 原 子 (离 子 、分 子 或 原 子 集 团 等 质 点 )都 是 固 定 不 动的 刚 性 球 ， 则 晶 体 是 由 这 些 刚 球 堆 垛而 成 (图 3-1a)。 将 这 些 刚 球 抽 象 为 纯 粹的 几 何 点 ， 得 到 一 个 由 无 数 几 何 点 在三 维 空 间 规 则 排 列 而 成 的 阵 列 ， 称 之为 空 间 点 阵 。为 便 于 观 察 ， 可 用 许 多 平 行 的 直线 将 空 间 点 阵 的 所 有 阵 点 连 接 起 来 ，构 成 一 个 三 维 的 几 何 格 架 (图 3-1b)， 称为 晶 格 。(a)原 子 堆 垛 模 型 图 3-1 原 子 堆 垛 与 晶 格 示 意 图 晶 胞 的 几 何 特 征 可 以 用晶 胞 的 三 条 棱 边 长 a、 b、 c和三 条 棱 边 之 间 的 夹 角 、 、 等 六 个 参 数 来 描 述 。 其 中 a、b、 c称 为 晶 格 常 数 或 点 阵 常数 ， 它 们 可 通 过 X射 线 衍 射分 析 求 得 。 沿 三 条 棱 边 所 作的 坐 标 轴 X、 Y、 Z称 为 晶 轴 ，晶 轴 间 夹 角 称 为 轴 间 角 ， 用 、 、 表 示 。 图 3-1 晶 体 中 晶 胞 示 意 图 根 据 晶 胞 的 三 条 棱 边 是 否 相 等 、 三 个 夹 角 是 否 相 等 以 及 是 否 为 直 角等 关 系 ， 晶 体 学 将 所 有 晶 体 分 为 七 个 晶 系 ， 如 下 表 所 示 。 序 号 晶 系 点 阵 参 数 特 征 举 例1 三 斜 晶 系 abc， a90 K2CrO72 单 斜 晶 系 abc， a=90 -S， CaSO42H2O3 正 交 晶 系 (斜 方 ) abc， a=90 a-S， Fe3C， Ga4 六 方 晶 系 a=bc, a=90 ,=120 Zn， Mg， Cd5 菱 方 晶 系 (三 角 ) a=b=c， a=90 As， Sb， Bi6 正 方 晶 系 (四 方 ) a=bc， a=90 -Sn， TiO 27 立 方 晶 系 a=b=c， a=90 Fe， Cr， Ag， Au 七 个 晶 系 中 ， 只 能 有 14种 空 间 点 阵 ， 称 为 布 喇 菲 点 阵 , 如 下 图 所 示 。 图 3-2 14种 布 喇 菲 点 阵 的 晶 胞 点 阵 中 的 每 一 个 阵 点 可 以 由 一 个 或 一 个 以 上 的 质 点（ 原 子 、 离 子 或 分 子 ） 所 组 成 ， 而 这 些 质 点 的 组 合 和 排列 又 可 以 有 多 种 不 同 的 形 式 。 因 此 ， 每 种 空 间 点 阵 都 可以 形 成 无 限 多 的 晶 体 点 阵 （ 晶 体 结 构 ） 。 图 3-3 晶 体 点 阵 与 空 间 点 阵 最 典 型 、 最 常 见 的 晶 体 结 构 只 有 3种 ，即 体 心 立 方 结 构 、 面 心 立 方 结 构 和 密 排 六 方结 构 。 图 3-4 体 心 立 方 晶 胞 图 3-5 面 心 立 方 晶 胞 图 3-6 密 排 六 方 晶 胞 晶 向 ： 晶 体 中 任 意 两 个 原 子 之 间 的 连 线 称为 原 子 列 ， 其 所 指 方 向 称 为 晶 向 。 用 晶 向 指 数来 确 定 晶 向 在 晶 体 中 的 位 向 。 立 方 晶 系 的 晶 向 指 数 可 用 uvw来 表 示 。 其 确 定 步 骤 为 ：(1) 选 定 晶 胞 的 某 一 阵 点 为 原 点 ， 以 晶 胞的 三 条 棱 边 为 坐 标 轴 ， 以 棱 边 的 长 度为 单 位 长 度 ；(2) 若 所 求 晶 向 未 通 过 坐 标 原 点 ,则 过 原 点作 一 平 行 于 所 求 晶 向 的 有 向 直 线 ；(3) 求 出 该 有 向 直 线 上 距 原 点 最 近 的 一 个阵 点 的 坐 标 值 u、 v、 和 w；(4) 将 三 个 坐 标 值 按 比 例 化 为 最 小 整 数 ，依 次 放 入 方 括 号 内 ， 即 为 所 求 晶 向指 数 。 晶 向 族 用 表 示 。 图 3-7 立 方 晶 系 的 一 些 晶 向 指 数 晶 面 ： 晶 体 中 由 一 系 列 原 子 所 组 成 的 平 面称 为 晶 面 。 通 常 ， 采 用 晶 面 指 数 来 确 定 晶 面 在晶 体 中 的 位 向 。 立 方 晶 系 的 晶 面 指 数 通 常 采 用 密 勒 指 数 法 确 定 ，即 晶 面 指 数 是 根 据 晶 面 与 三 个 坐 标 轴 的 截 距 来 决 定 。晶 面 指 数 的 一 般 表 示 形 式 为 (hkl)， 其 确 定 步 骤 为 ：(1)选 定 不 在 欲 求 晶 面 上 的 某 一 晶 胞 阵 点 为 坐 标 原 点 ， 以避 免 出 现 零 截 距 ；(2)以 晶 胞 三 条 棱 边 为 坐 标 轴 ， 以 晶 胞 边 长 为 单 位 长 度 ，求 出 待 定 晶 面 与 三 个 轴 的 截 距 。 若 晶 面 与 某 轴 平 行 ，则 认 为 该 晶 面 与 该 轴 的 截 距 为 无 穷 大 ， 其 倒 数 为 零 ；(3)取 各 轴 截 距 的 倒 数 ， 并 化 为 最 小 整 数 ， 依 次 记 入 圆 括号 ( )内 ， 即 得 晶 面 指 数 。 图 3-9 立 方 晶 系 的 主 要 晶 面 指 数 图 3-10 立 方 晶 系 100、 110和 111晶 面 族 当 某 一 晶 向 uvw位 于 或 平 行 于 某 一 晶 面 (hkl)时 ，必 然 满 足 以 下 关 系 ：hu+kv+lw=0反 之 ， 根 据 此 关 系 也 可 判 定 某 晶 向 是 否 位 于 或 平行 于 某 晶 面 。 此 外 ， 具 有 相 同 指 数 的 晶 面 与 晶 向 必 定是 互 相 垂 直 的 ， 如 (111) 111。 3.7.1 晶 格 常 数3.7.2 晶 胞 原 子 数3.7.3 原 子 半 径3.7.4 配 位 数3.7.5 致 密 度3.7.6 晶 体 结 构 中 的 间 隙3.7.7 晶 体 的 堆 垛 方 式 晶 胞 的 棱 边 长 度 称 为 晶 格 常 数 ， 用 来 表 示 晶 胞 的大 小 。 对 于 立 方 晶 系 ， 各 棱 边 长 度 均 相 等 ， 以 a表 示 其晶 格 常 数 。 密 排 六 方 晶 胞 的 晶 格 常 数 有 两 个 ， 一 个 是 正六 边 形 底 面 的 边 长 a， 另 一 个 是 上 下 底 面 的 距 离 （ 即 晶胞 高 度 ） c， c和 a的 比 值 (即 c/a， 称 为 轴 比 )约 为 1.633。 金 属 -Ti V Cr -Fe -Zr Nb Mo W晶 格 常数 (nm) 0.329(900 ) 0.302 0.289(1840 ) 0.286(390 ) 0.352 0.361 0.408 0.392 0.407表 3-4 某 些 密 排 六 方 结 构 元 素 的 晶 格 常 数 金 属 Be -Ti -Zr -Co Mg Zn Cd晶 格 常 数(nm) a 0.228 0.295 0.323 0.250 0.321 0.266 0.297 c 0.357 0.468 0.514 0.406 0.521 0.494 0.561轴 比 c/a 1.56 1.58 1.59 1.62 1.62 1.85 1.88 典 型 晶 体 结 构 的 晶 胞 原 子 数 n为 ： 体 心 立 方 结 构 ： n=8 +1=2 面 心 立 方 结 构 ： n=8 +6 1/2 =4 密 排 六 方 结 构 ： n=12 +2 +3=6 1818 16 12 原 子 半 径 r通 常 是 指 晶 胞 中 原 子 密 度 最 大 的 方 向 上 相 邻两 原 子 之 间 平 衡 距 离 的 一 半 。 它 与 晶 格 常 数 a有 一 定 的 关 系 :体 心 立 方 晶 胞 其 原 子 半 径 : a为 晶 格 常 数 ；面 心 立 方 晶 胞 其 原 子 半 径 ；密 排 六 方 晶 胞 其 原 子 半 径 : ar 43 ar 42 ar 21 配 位 数 是 指 晶 格 中 任 一 原 子 周 围 与 其 最 近邻 且 等 距 离 的 原 子 数 目 。体 心 立 方 晶 格 中 的 配 位 数 为 8；面 心 立 方 晶 格 中 的 配 位 数 12； 密 排 六 方 晶 格 配 位 数 也 为 12。 图 3-12 三 种 典 型 晶 格 配 位 数 示 意 图 (a)体 心 立 方 (b)面 心 立 方 (c)密 排 六 方 一 个 晶 胞 内 原 子 所 占 体 积 与 晶 胞 体 积 之 比 ，称 之 为 致 密 度 。 致 密 度 K可 用 下 式 求 出 ： 式 中 n为 晶 胞 原 子 数 ； v为 一 个 原 子 的 体 积 ，(r为 原 子 半 径 )； V为 晶 胞 体 积 。 K n vV 体 心 立 方 晶 格 的 致 密 度 ： 面 心 立 方 晶 格 的 致 密 度 ：理 想 密 排 六 方 晶 格 的 致 密 度 K ra aa 2 43 2 43 34 06833 33 .K ra aa 4 43 4 43 24 0 743 3 33 .K ra a c aa 6 436 34 6 43 126 34 1633 0743 33 . . 晶 体 中 存 在 着 许 多 未 被 原 子 占 据 的 间 隙 。晶 体 中 的 间 隙 从 几 何 形 状 上 看 有 四 面 体 和 八 面体 两 种 。 间 隙 的 位 置 、 大 小 和 数 量 均 与 晶 体 结构 有 关 。 图 3-13 体 心 立 方 结 构 的 间 隙（ a） 八 面 体 间 隙 ； （ b） 四 面 体 间 隙 图 3-14 面 心 立 方 结 构 的 间 隙（ a） 八 面 体 间 隙 ； （ b） 四 面 体 间 隙 图 3-15 密 排 六 方 结 构 的 间 隙（ a） 八 面 体 间 隙 ； （ b） 四 面 体 间 隙 综 上 所 述 ,可 将 三 种 典 型 晶 体 结 构 的 几 何 特征 数 据 列 于 下 表晶 格 类 型 晶 胞 中原 子 数 原 子半 径 配 位数 致 密度 八 面 体 间隙 半 径 四 面 体 间隙 半 径体 心 立 方 2 a 8 0.68 0.067a 0.126a面 心 立 方 4 a 12 0.74 0.146a 0.08a密 排 六 方 6 a 12 0.74 0.207a 0.112a4324 12表 3-5 三 种 典 型 晶 格 的 几 何 参 数 密 排 六 方 结 构 ： 密 排 面 堆 垛 顺 序 为 ABABABABC排 列面 心 立 方 结 构 : 密 排 面 堆 垛 顺 序 为 ABCABCABC排 列图 3-16 面 心 立 方 结 构 和 密 排 六 方 结 构 中 原 子 堆 垛 的 方 式 图 3-17 面 心 立 方 结 构 密排 面 原 子 的 堆 垛 方 式 不 同 元 素 原 子 的 质 量 不 同 ， 不 同 晶 体 结 构中 原 子 排 列 的 紧 密 程 度 不 同 ， 因 而 具 有 不 同 的原 子 体 密 度 。 不 同 晶 体 结 构 中 不 同 晶 面 、 不 同晶 向 上 的 原 子 排 列 方 式 和 排 列 密 度 也 不 同 ， 因而 具 有 不 同 的 原 子 面 密 度 和 线 密 度 。 原 子 体 密 度 可 利 用 下 式 计 算 ：原 子 体 密 度 v 单 胞 的 质 量 m单 胞 的 体 积 V 举 例 ： 铜 是 面 心 立 方 金 属 ， 其 原 子 半 径 为 0.1278nm， 原 子 质 量 为63.54g/mol。 试 计 算 铜 的 原 子 体 密 度 。解 ： 对 面 心 立 方 晶 胞 ， ， 因 此 铜 的 单 胞 体 积 为 ： 面 心 立 方 晶 胞 有 四 个 原 子 ， 每 个 铜 原 子 的 质 量 为（ 63.54g/mol） /（ 6.02 10 23原 子 /mol） ， 因 此 ， 单 胞 的 质 量 m为 ： 因 此 ， 铜 的 体 密 度 为 ： 2 4a Ra4 4 0.1278 nm 0.3612 2Ra mabn 323363 1070.4)10361.0( cmnmcmnmaV 22234 63.54 / 4.22 106.02 10 /g molm gmol 原 子 原 子 22 323 34.22 10 8.98 /4.70 10v m gP g cmv cm 原 子 的 面 密 度 是 指 某 晶 面 单 位 面 积 的 原 子 数 ， 确 定 方 法 ：体 心 立 方 （ 110） 晶 面 上 的 原 子 数 ， 等 于 用 （ 110） 面 来切 这 个 晶 胞 ， 在 切 面 上 所 得 的 遮 影 面 积 拼 合 的 图 ， 即 得 原 子的 数 目 为 ： 4 1/4+1=2。 面 心 立 方 （ 111） 晶 面 的 遮 影 面 积 和 单 胞 原 子 数 。 由 图可 知 ， 其 （ 111） 面 原 子 数 为 3 1/2+3 1/6=2。 图 3-18 体 心 立 方 单 胞 （ 110） 面（ a） 遮 影 面 （ b） 单 胞 原 子 数图 3-19 面 心 立 方 单 胞 （ 111） 面（ a） 遮 影 面 （ b） 单 胞 原 子 数 体 心 立 方 ： 原 子 的 数 目 为 ： 4 +1=2面 心 立 方 ： 原 子 的 数 目 为 ： 3 1/2+3 1/6=2 表 3-6 体 心 立 方 、 面 心 立 方 晶 格 主 要 晶 面 的 原 子 排 列 和 密 度 晶 面指 数 体 心 立 方 晶 格 面 心 立 方 晶 格 晶 面 原 子 排列 示 意 图 晶 面 原 子 密 度(原 子 数 /面 积 ) 晶 面 原 子 排 列 示 意 图 晶 面 原 子 密 度（ 原 子 数 /面 积 ） 100110111 22 1414 aa 22 4.12 1414 aa 22 58.023 613 aa 22 21414 aa 22 4.12 212414 aa 22 3.223 213613 aa 可 见 ， 在 体 心 立 方 晶 格 中 ， 原 子 面 密 度 最 大 的 晶 面 为 110；在 面 心 立 方 晶 格 中 ， 原 子 面 密 度 最 大 的 晶 面 为 111。 原 子 的 线 密 度 是 指 某 晶 向 单 位 长 度 所 包 含 的 原 子 数 。图 3-20为 面 心 立 方 单 胞110晶 向 的 原 子 数 ， 可 知 其原 子 数 为 ： 1+2 1/2=2， 单 胞晶 向 长 度 为 ， 因 此 110晶 向的 原 子 线 密 度 为 ： 图 3-20 面 心 立 方 110晶 向 的 单 胞 原 子 数 2 2 1.42 l a aa 表 3-7 体 心 立 方 、 面 心 立 方 晶 格 主 要 晶 向 的 原 子 排 列 和 密 度 晶 向指 数 体 心 立 方 晶 格 面 心 立 方 晶 格 晶 向 原 子 排列 示 意 图 晶 面 原 子 密 度(原 子 数 /长 度 ) 晶 向 原 子 排 列 示 意 图 晶 向 原 子 密 度（ 原 子 数 /长 度 ） 可 见 ， 在 体 心 立 方 晶 格 中 ， 原 子 线 密 度 最 大 的 晶 向 为 ；在 面 心 立 方 晶 格 中 ， 原 子 线 密 度 最 大 的 晶 向 为 。 aa 1212 aa 7.02 212 a16.1a3 1212 aa 1212 aa 4.12 1212 aa 58.03212 多 晶 型 性 或 同 素 异 构 性 :具 有 两 种 或 两 种 以 上 的 晶 体 结构 的 这 种 性 质 。多 晶 型 转 变 或 同 素 异 构 转 变 : 具 有 多 晶 型 性 的 金 属 在温 度 或 压 力 变 化 时 ， 由 一 种 晶 体 结 构 变 为 另 一 种 晶 体 结 构的 过 程 。 如 ： 常 压 下 ，a 铁 在 912 以 下 为 体 心 立 方 结 构 ， 称 为 -Fe；b 铁 在 912 1394 间 具 有 面 心 立 方 结 构 ,称 为 -Fe； c 铁 从 1394 到 熔 点 之 间 , 又 成 为 体 心 立 方 结 构 , 称 为 -Fe。 在 高 压 下 ， 铁 还 可 以 呈 现 密 排 六 方 结 构 。 发 生 多 晶 型 转 变 时 ， 材 料 的 性 能 将 发 生 突 变 。 例如 ： 由 于 -Fe和 -Fe的 致 密 度 均 小 于 -Fe， 所 以 当 -Fe转 变 为 -Fe时 ， 体 积 突 然 减 小 ； 当 -Fe转 变 为 -Fe时 ， 体 积 又 突 然 增 大 ； 冷 却 时 则 相 反 。 多 晶 体 中 的 各 个 单 晶 体 往 往 呈颗 粒 状 ， 不 具 有 规 则 的 外 形 。 各 相邻 晶 粒 之 间 存 在 着 晶 界 。 多 晶 体 的 伪 各 向 同 性 ； 单 晶 的各 向 异 性 。 单 晶 材 料 具 有 较 高 的 强 度 、 耐蚀 性 、 导 电 性 和 其 他 特 性 ， 在 工 业上 有 较 广 泛 的 应 用 。图 3-21 工 业 纯 铁 的 显 微 组 织 照 片 多 晶 体 ： 由 许 多 晶 粒 组 成 的 晶 体 。单 晶 体 ： 由 一 个 核 心 (称 为 晶 核 )生 长 而 成 的 晶 体 。 3.11.1 微 晶3.11.2 准 晶3.11.3 液 晶 快 速 凝 固 的 晶 态 合 金 与 普 通 铸 造 合 金 相 比 ， 晶 粒 尺寸 小 得 多 。 模 铸 材 料 晶 粒 尺 寸 一 般 在 mm级 ， 而 急 冷 凝 固材 料 的 晶 粒 尺 寸 仅 为 微 米 （ m） 或 纳 米 （ nm） 级 ， 称 为微 晶 合 金 或 纳 晶 合 金 。 微 晶 结 构 材 料 因 晶 粒 细 小 ， 成 分 均 匀 （ 使 偏 析 范 围 由模 铸 的 几 毫 米 减 至 0.1 0.25m） ， 增 加 了 空 位 、 位 错 和层 错 等 缺 陷 ， 形 成 了 新 的 亚 稳 态 相 等 多 种 因 素 ， 使 微 晶 合金 材 料 具 有 高 强 度 、 高 硬 度 、 良 好 的 韧 性 、 较 高 的 耐 磨 性 、耐 蚀 性 ， 抗 氧 化 性 、 抗 辐 射 稳 定 性 也 比 一 般 晶 态 金 属 有 很大 的 提 高 。 准 晶 ： 介 于 晶 体 与 非 晶 体 之 间 的 一 类 晶 体 称 为 准 晶 。 准 晶 不 同 于 非晶 态 ， 也 是 遵 循 形 核 长 大 规 律 完 成 液 固 转 变 ， 相 变 过 程 受 原 子 扩 散 控 制 。准 晶 必 须 在 一 定 冷 却 速 度 范 围 内 形 成 ， 如 Al-Mn合 金 中 冷 速 在 1.7 106-3 106K/s的 范 围 内 才 能 获 得 ， 超 过 这 一 范 围 将 出 现 非 晶 态 。 一 般 需 要 有150-200 的 过 冷 度 。 目 前 在 Al-Mn、 Al-Co、 Al-Mn-Fe、 Al-V、 Pd-U-Si、Al-Mn-Si等 合 金 中 都 已 发 现 了 准 晶 ， 并 测 试 了 它 们 的 一 些 物 理 性 能 。 图 3-22 二 维 晶 胞 的 密 排 图 形 液 晶 ： 又 称 为 介 晶 态 相 ， 其 分 子 既 不 像 固 体 中 那样 三 维 有 序 ， 也 不 像 液 体 中 那 样 完 全 无 序 ， 而 是 介 于两 者 之 间 的 状 态 ， 由 于 液 晶 中 呈 现 着 某 种 有 序 状 态 ，所 以 它 是 各 异 向 性 的 。 图 3-23 几 种 液 晶 分 子 的 形 态 (a) 液 晶 的 盘 形 分 子 ； (b) 由 盘 形 分 子 构 成 的 柱 在 液 晶 中 的 排 列 方 式 之 一图 3-25 盘 形 分 子 液 晶 （ a） 向 列 相 ； (b)胆 甾 相 ； (c)近 晶 相图 3-24 液 晶 中 的 分 子 安 排 3.12.1 固 溶 体3.12.2 中 间 相 合 金 ： 由 两 种 或 两 种 以 上 元 素 (金 属 与 金 属 ， 金 属 与非 金 属 )经 熔 炼 、 烧 结 或 其 它 方 法 组 合 而 成 并 具 有 金 属 特性 的 材 料 。组 元 ： 组 成 合 金 的 最 基 本 的 、 独 立 的 物 质 。 通 常 ，组 元 即 为 组 成 合 金 的 各 元 素 ， 但 元 素 间 所 形 成 的 稳 定 化合 物 有 时 也 可 作 为 组 元 。由 两 个 组 元 组 成 的 合 金 称 为 二 元 合 金 ， 由 三 个 组 元组 成 的 合 金 称 为 三 元 合 金 ， 由 三 个 以 上 组 元 组 成 的 合 金称 为 多 元 合 金 。 相 ： 是 指 合 金 中 具 有 同 一 聚 集 状 态 、 同 一 晶 体 结 构 ， 成 分 基本 相 同 ， 并 有 明 确 界 面 与 其 它 部 分 分 开 的 均 匀 组 成 部 分 。 这 个 界 面叫 相 界 面 。固 态 合 金 如 由 均 匀 的 单 一 相 组 成 ， 则 称 其 为 单 相 合 金 ， 由 几个 不 同 相 组 成 的 合 金 称 为 多 相 合 金 。组 织 ： 是 指 用 肉 眼 或 显 微 镜 所 观 察 到 的 不 同 组 成 相 的 形 状 ，分 布 及 各 相 之 间 的 组 合 状 态 ， 常 称 之 为 具 有 特 殊 形 态 的 微 观 形 貌 。相 是 组 织 的 基 本 组 成 部 分 。 而 组 织 是 决 定 材 料 性 能 的 一 个 重要 因 素 。 工 业 生 产 中 经 常 通 过 控 制 和 改 变 合 金 的 组 织 来 改 变 和 提 高合 金 性 能 。 合 金 相 可 分 为 固 溶 体 和 中 间 相 (又 称 金 属 化 合 物 )两 大 类 。 定 义 ： 以 合 金 某 一 组 元 为 溶 剂 ， 在 其 晶 格 中溶 入 其 它 组 元 原 子 (溶 质 )后 所 形 成 的 一 种 合 金 相 ，其 特 征 是 仍 保 持 溶 剂 晶 格 类 型 ， 结 点 或 间 隙 中含 有 其 它 组 元 原 子 。 置 换 固 溶 体 ： 溶 质 原 子 占 据 溶 剂 晶 格 的 某 些 结 点 位 置 所 形 成 的 固 溶 体 。 间 隙 固 溶 体 ： 溶 质 原 子 进 入 晶 格 的 某 些 间 隙 位 置 所 形 成 的 固 溶 体 。 根 据 溶 质 原 子 在 溶 剂 中 的 固 溶 能 力 可 分 为 : 有 限 固 溶 体 和 无 限 固 溶 体 。 另 外 ， 根 据 溶 质 原 子 在 固 溶 体 中 的 分 布 是 否 有 规 律 ， 固 溶 体 又 分 为无 序 固 溶 体 和 有 序 固 溶 体 。 图 3-26 固 溶 体 的 两 种 类 型(a)置 换 固 溶 体 (b)间 隙 固 溶 体 置 换 固 溶 体 的 固 溶 度 主 要 受 以 下 因 素 影 响 ： （ 1） 原 子 尺 寸 因 素 （ 2） 电 负 性 因 素 （ 3） 电 子 浓 度 因 素 （ 4） 晶 体 结 构 因 素 原 子 尺 寸 因 素 可 用 溶 剂 、 溶 质 原 子 半 径 之 差 与 溶 剂原 子 半 径 之 比 描 述 ， 即 r rA-rB /rA。 r越 小 ， 即组 元 间 原 子 半 径 越 相 近 ， 则 固 溶 体 的 固 溶 度 越 大 ； 反 之 ， r越 大 ， 固 溶 度 越 小 。 图 3-27 大 (a)小 (b)置 换 原 子 引 起 的 晶 格 畸 变 电 负 性 是 指 原 子 接 受 电 子 以 形 成 负 离 子 的 能 力 。 在 周 期表 中 ， 同 一 周 期 里 的 元 素 的 电 负 性 由 左 到 右 依 次 递 增 ； 而 在同 一 族 内 ， 元 素 电 负 性 从 上 至 下 递 减 。 两 元 素 的 电 负 性 愈 相 近 ， 愈 有 利 于 形 成 无 限 固 溶 体 。 只能 形 成 有 限 固 溶 体 时 ， 则 电 负 性 愈 接 近 ， 固 溶 度 也 就 愈 大 。 两 元 素 的 电 负 性 相 差 越 大 ， 则 它 们 之 间 的 化 学 亲 和 力 越强 ， 越 倾 向 于 形 成 化 合 物 ， 而 不 利 于 形 成 固 溶 体 。 电 子 浓 度 是 指 合 金 相 中 各 组 元 价 电 子 总 数 e与 原 子总 数 a之 比 (e/a)， 可 用 下 式 表 示 ： 式 中 VA、 VB分 别 为 溶 剂 和 溶 质 的 原 子 价 ， X为 溶质 的 原 子 百 分 数 。C =e/a=V (100-X)+V XA B电 子 100 固 溶 体 的 固 溶 度 与 电 子 浓 度 密 切 相 关 ： 当 溶 剂 元 素 为 一 价 的 面 心 立 方 金 属 时 ， 不 同 溶 质 元素 的 最 大 固 溶 度 所 对 应 的 极 限 电 子 浓 度 均 为 1.36左 右 ； 当 溶 剂 元 素 为 一 价 的 体 心 立 方 金 属 时 ， 其 极 限 电 子浓 度 约 为 1.48。 超 过 该 极 限 值 ， 则 由 于 固 溶 体 结 构 不 稳 定而 引 起 新 相 出 现 。 所 以 ， 溶 质 的 原 子 价 越 高 ， 其 固 溶 度 越 低 。 只 有 晶 格 类 型 相 同 ， 溶 质 原 子 才 有 可 能 连 续 置 换 溶剂 晶 格 中 的 原 子 ， 直 至 溶 剂 原 子 完 全 被 溶 质 原 子 所 置 换 。如 果 组 元 的 晶 格 类 型 不 同 ， 则 只 能 形 成 有 限 固 溶 体 。 图 3-28 无 限 置 换 固 溶 体 中 两 组 元 原 子 连 续 置 换 示 意 图 综 上 所 述 ， 如 果 组 元 元 素 的 晶 格 类 型 相 同 ，原 子 半 径 相 差 不 大 ， 它 们 在 周 期 表 中 的 位 置 邻近 时 ， 其 固 溶 度 可 能 很 大 ， 甚 至 可 以 形 成 无 限固 溶 体 ； 反 之 ， 则 固 溶 度 较 小 。 一 般 情 况 下 ，由 于 上 述 多 因 素 的 影 响 ， 各 元 素 间 大 多 只 能 形成 有 限 固 溶 体 。 当 两 组 元 原 子 半 径 差 超 过 0.41， 即 溶质 与 溶 剂 的 原 子 半 径 比 rB/rA0.59时 ， 两 者 已不 可 能 形 成 置 换 固 溶 体 ， 此 时 溶 质 原 子 就 可能 进 入 溶 剂 晶 格 的 间 隙 而 形 成 间 隙 固 溶 体 。 形 成 间 隙 固 溶 体 的 溶 质 元 素 通 常 为 原 子半 径 小 于 0.1nm的 非 金 属 元 素 ， 如 氢 、 氧 、 氮 、碳 、 硼 等 (其 相 应 的 原 子 半 径 分 别 为 0.046、0.060、 0.071、 0.077、 0.097nm)， 而 溶 剂 元素 大 都 是 过 渡 族 金 属 元 素 。 间 隙 固 溶 体 均 属 固 溶 度 很 小 的 有 限 固 溶体 。 图 3-26 间 隙 固 溶 体 的 晶 格 畸 变 在 热 力 学 平 衡 状 态 下 ，固 溶 体 的 成 分 在 宏 观 上 是均 匀 的 ， 但 从 微 观 来 看 ，其 溶 质 原 子 的 分 布 往 往 是不 均 匀 的 。 图 3-30 固 溶 体 中 溶 质 原 子 分 布 示 意 图(a)完 全 无 序 ； (b)偏 聚 ； (c)部 分 有 序 ； (d)完 全 有 序 定 义 ： 某 些 具 有 短 程 有 序 的 固 溶 体 ， 当 其 成 分 接 近 一 定 原 子 比(如 AB或 AB3)时 ， 可 在 低 于 某 一 临 界 温 度 时 转 变 为 长 程 有 序 结 构 ，即 溶 质 和 溶 剂 原 子 在 整 个 晶 体 中 都 按 一 定 的 顺 序 和 规 律 排 列 起 来 ，如 图 3-30（ d） 所 示 ， 这 样 的 固 溶 体 称 为 有 序 固 溶 体 ， 又 称 为 超 结 构或 超 点 阵 ， 这 一 转 变 过 程 成 为 有 序 化 ， 该 临 界 温 度 叫 有 序 化 温 度 。 (a)CuAu (b)Cu 3Au图 3-31 有 序 固 溶 体 的 晶 体 结 构 固 溶 体 中 随 溶 质 原 子 浓 度 的 提 高 ， 晶 格 畸 变 程 度 提 高 ， 因 而晶 格 常 数 变 大 。 固 溶 强 化 ： 由 于 晶 格 畸 变 增 大 了 位 错 运 动 的 阻 力 ， 塑 性 变 形更 加 困 难 ， 从 而 使 固 溶 体 的 强 度 与 硬 度 增 加 的 现 象 。 固 溶 强 化 是金 属 强 化 的 重 要 方 式 之 一 。 图 3-32 各 元 素 溶 入 铝 、 铜 、 铁 中 形 成 置 换 固 体 时 的 晶 格 常 数 的 变 化 中 间 相 (金 属 化 合 物 )： 合 金 组 元 间 相 互 作 用 ， 当 超过 固 溶 体 的 固 溶 极 限 时 ， 可 形 成 晶 体 结 构 和 特 性 完 全 不同 于 任 一 组 元 的 新 相 ， 即 金 属 化 合 物 ； 由 于 金 属 化 合 物在 二 元 合 金 相 图 中 总 是 处 于 两 个 组 元 或 端 际 固 溶 体 区 域之 间 的 中 间 部 位 ， 故 也 称 之 为 中 间 相 。中 间 相 通 常 可 用 化 学 式 表 示 其 组 成 。 但 其 成 分 通 常可 在 一 定 范 围 内 变 化 。 大 多 数 中 间 相 是 以 金 属 键 混 以 其 它 典 型 结 合 键 (离子 键 、 共 价 健 和 分 子 键 )方 式 相 结 合 ， 中 间 相 一 般 具 有较 高 的 熔 点 、 硬 度 和 脆 性 ， 因 此 ， 含 有 中 间 相 的 合 金 强度 、 硬 度 、 耐 磨 性 及 耐 热 性 提 高 ， 但 塑 性 和 韧 性 降 低 。 根 据 形 成 中 间 相 时 起 主 导 作 用 的 控 制 因 素 之 不 同 ，中 间 相 可 分 为 ： 主 要 受 电 负 性 因 素 控 制 的 正 常 价 化 合 物 ，以 电 子 浓 度 为 主 要 控 制 因 素 的 电 子 化 合 物 ， 以 原 子 尺 寸因 素 为 主 要 控 制 因 素 的 间 隙 相 、 间 隙 化 合 物 和 拓 朴 密堆 相 。 定 义 ： 符 合 一 般 化 合 物 原 子 价 规 律 的 金 属 化 合 物 。它 们 具 有 严 格 的 化 合 比 ， 成 分 固 定 不 变 。 如 Mg2Si、Mg2Sn、 ZnS、 ZnSe、 SiC等 。正 常 价 化 合 物 一 般 有 AB、 A2B(或 AB2)和 A3B2三 种类 型 ， 其 晶 体 结 构 往 往 与 具 有 同 类 化 学 式 的 离 子 化 合物 的 晶 体 结 构 相 似 。 例 如 ： AB型 具 有 NaCl或 ZnS结 构 ，AB2型 具 有 CaF2结 构 ， A2B型 为 反 CaF2结 构 ， A3B2型 则具 有 反 M2O3型 结 构 (M表 示 金 属 )。 正 常 价 化 合 物 通 常 具 有 较 高 的 硬 度 和 脆 性 。 如 果它 们 弥 散 分 布 于 固 溶 体 基 体 上 ， 则 将 使 合 金 得 到 强 化 。 图 3-33几 种 类 型 正 常 价 化 合 物 的 晶 体 点 阵(a)NaCl型 (b)CaF2型 (c)立 方 ZnS型 (d)六 方 ZnS型 按 照 一 定 电 子 浓 度 形 成 的 金 属 化 合 物 叫 电 子 化 合 物 。 电 子 化 合 物 的 电 子 浓 度 与 晶 体 结 构 具 有 一 定 对 应 关 系 ：电 子 浓 度 为 3/2(21/14)的 电 子 化 合 物 通 常 具 有 体 心 立 方 结 构 ，称 为 相 ； 电 子 浓 度 为 21/13时 ， 为 复 杂 立 方 结 构 ， 称 为 相 ； 电 子 浓 度 为 7/4(21/12)时 ， 则 为 密 排 六 方 结 构 ,称 为 相 。 电 子 化 合 物 主 要 为 金 属 键 结 合 ,具 有 明 显 的 金 属 特 性 。熔 点 和 硬 度 都 很 高 ,塑 性 较 差 ,是 许 多 有 色 金 属 中 的 强 化 相 . 表 3-12 常 见 的 电 子 化 合 物 及 其 结 构 类 型 合 金 系 电 子 浓 度 相 相 相 晶 体 结 构 体 心 立 方 晶格 复 杂 立 方 晶格 密 排 六 方 晶格Cu-Zn CuZn Cu5Zn8 CuZn3Cu-Sn Cu 5Sn Cu31Sn8 Cu3SnCu-Al Cu3Al Cu9Al4 Cu5Al3Cu-Si Cu5Si Cu31Si8 Cu3SiFe-Al FeAl Ni-Al NiAl 32 2114( ) 2113 74 2112( ) 间 隙 相 和 间 隙 化 合 物 是 由 过 渡 族 金 属 元 素与 碳 、 氮 、 氢 、 硼 等 原 子 半 径 较 小 的 非 金 属 元素 形 成 的 金 属 化 合 物 。 可 根 据 组 元 间 原 子 半 径比 和 化 合 物 的 结 构 特 征 进 行 区 分 。 当 非 金 属 原 子 半 径 与 金 属 原 子 半 径 的 比 值 小 于0.59时 ， 将 形 成 具 有 简 单 晶 体 结 构 (如 面 心 立 方 、 体 心立 方 、 密 排 六 方 和 简 单 六 方 等 )的 金 属 化 合 物 ， 称 为 间隙 相 。 在 间 隙 相 晶 格 中 ， 金 属 原 子 位 于 正 常 结 点 位 置 ，非 金 属 原 子 则 位 于 晶 格 的 间 隙 处 。 应 当 指 出 ， 间 隙 相 与 间 隙 固 溶 体 之 间 有 本 质 区 别 。前 者 是 一 种 中 间 相 ， 其 晶 体 结 构 与 组 元 晶 体 结 构 完 全不 同 ； 而 间 隙 固 溶 体 则 仍 保 持 溶 剂 组 元 的 晶 格 类 型 。 图 3-34 间 隙 相 和 间 隙 化 合 物 的 晶 体 结 构(a)间 隙 相 VC (b)间 隙 化 合 物 Fe3C 间 隙 相 非 常 稳 定 ， 具 有 极 高 的 熔 点 和 硬 度 ， 同 时其 脆 性 也 较 大 。 它 们 的 合 理 存 在 ， 可 有 效 地 提 高 钢 的强 度 、 热 强 性 、 红 硬 性 和 耐 磨 性 。 因 而 间 隙 相 是 高 合金 钢 和 硬 质 合 金 中 的 重 要 组 成 相 。 类 型 间 隙 相 复 杂 结 构 间隙 化 合 物 成 分 TiC ZrC VC NbC TaC WC MoC Cr 23C6 Fe3C硬 度HV 2850 2840 2010 2050 1550 1730 1480 1650 800熔 点 3080 3472 20 2650 3608 50 3983 2785 5 2527 1577 1227表 3-14 钢 中 常 见 碳 化 物 的 硬 度 及 熔 点 当 非 金 属 原 子 半 径 与 金 属 原 子 半 径 之 比 大 于 0.59时 ， 则 形成 具 有 复 杂 晶 体 结 构 的 金 属 化 合 物 ， 由 于 此 时 非 金 属 原 子 也 位 于晶 格 间 隙 中 ， 故 称 之 为 间 隙 化 合 物 。 这 类 中 间 相 大 多 是 由 一 些 过渡 族 金 属 元 素 和 碳 原 子 所 形 成 的 碳 化 物 ， 常 见 的 主 要 有 M3C型 (如Fe3C、 Mn3C)、 M7C3型 (如 Cr7C3)、 M23C6(如 Cr23C6)和 M6C型 (如Fe4W2C、 Fe3W3C)等 ， 其 中 M代 表 金 属 元 素 。 间 隙 化 合 物 的 晶 体 结 构 都 很 复 杂 。 间 隙 化 合 物 主 要 为 金 属 键结 合 ， 具 有 金 属 特 性 。 它 们 也 具 有 很 高 的 熔 点 和 硬 度 ， 因 而 也 是钢 中 重 要 的 强 化 相 。 但 与 间 隙 相 比 较 ， 间 隙 化 合 物 的 熔 点 和 硬 度要 低 些 ， 而 且 加 热 时 较 易 分 解 。 晶 体 缺 陷 ： 实 际 晶 体 中 ， 总 是 存 在 一 些 原 子 排 列偏 离 理 想 状 态 的 不 完 整 区 域 ， 出 现 原 子 排 列 的 不 完 整性 ， 称 为 晶 体 缺 陷 。 根 据 晶 体 缺 陷 的 几 何 特 征 ， 可 将 其 分 为 点 缺 陷 、线 缺 陷 (即 位 错 )和 面 缺 陷 三 类 。 点 缺 陷 的 特 点 是 在 三 维 尺 度 上 都 很 小 ， 一 般 不 超 过 几 个 原 子间 距 。 点 缺 陷 主 要 有 空 位 、 间 隙 原 子 和 置 换 原 子 等 三 种 。 1.肖 脱 基 空 位 2. 弗 兰 克 尔 空 位 3. 同 类 间 隙 原 子 4. 异 类 间 隙 原 子 5. 大 的 置 换 原 子 6. 小 的 置 换 原 子图 3-35 晶 体 中 的 各 种 点 缺 陷 实 际 晶 体 中 某 些 晶 格 结 点 因 原 子 脱 位 而 空 着 ， 这些 空 着 的 结 点 位 置 称 为 空 位 。 空 位 的 形 成 主 要 与 原 子 的 热 振 动 有 关 ， 因 此 又 称热 空 位 。脱 离 平 衡 位 置 的 原 子 大 致 有 三 个 去 处 。 一 是 迁 移到 晶 体 的 外 表 面 或 内 表 面 (如 晶 界 )， 如 此 形 成 的 空 位 叫肖 脱 基 空 位 ； 二 是 挤 入 晶 格 间 隙 中 ， 如 此 形 成 的 空 位叫 弗 兰 克 尔 空 位 ； 三 是 跳 到 其 它 空 位 中 ， 这 样 虽 不 增加 空 位 数 目 ， 但 可 造 成 空 位 迁 移 。 在 热 平 衡 状 态 下 ， 晶 体 中 主 要 是 形 成 肖 脱 基 空 位 。 空 位 的 出 现 ， 使 其 周 围 原 子 相 互 间 的 作 用 力 失 去 平衡 ， 因 而 它 们 会 向 空 位 处 偏 移 ， 使 空 位 周 围 的 晶 格 出 现了 一 个 弹 性 畸 变 (歪 扭 )区 ， 称 为 晶 格 畸 变 。 图 3-36 空 位 (a)及 间 隙 原 子 (b)的 晶 格 畸 变 区 位 于 晶 格 间 隙 中 的 原 子 即 为 间 隙 原 子 。同 类 间 隙 原 子 ： 形 成 弗 兰 克 尔 空 位 时 出 现 的 间 隙原 子 ， 又 叫 自 间 隙 原 子 ， 其 浓 度 极 低 。 异 类 间 隙 原 子 ： 大 都 是 原 子 半 径 很 小 的 外 来 原 子 ，如 钢 中 的 碳 、 氮 、 硼 、 氢 等 ， 又 叫 杂 质 间 隙 原 子 。间 隙 原 子 会 使 其 周 围 的 原 子 偏 离 平 衡 位 置 ， 造 成晶 格 胀 大 而 产 生 弹 性 畸 变 区 。 占 据 在 原 来 基 体 原 子 平 衡 位 置 上 的 异 类 原 子 称 为置 换 原 子 。置 换 原 子 造 成 晶 格 畸 变 。 置 换 原 子 与 间 隙 原 子 ， 在 材 料 的 强 化 过 程 中 起 着很 重 要 的 作 用 。 点 缺 陷 并 非 固 定 不 动 ， 而 是 处 于 不 断 的 运动 变 化 之 中 。 空 位 和 间 隙 原 子 的 运 动 是 晶 体 中产 生 扩 散 的 重 要 方 式 。 晶 体 中 的 线 缺 陷 就 是 各 种 类 型 的 位 错 。 其特 点 是 原 子 发 生 错 排 的 范 围 在 二 维 尺 度 上 很 小 ，而 在 第 三 维 尺 度 上 很 大 。 这 是 晶 体 中 极 为 重 要的 一 类 缺 陷 ， 它 对 晶 体 的 塑 性 变 形 、 强 度 和 断裂 起 着 决 定 性 的 作 用 。 两 种 基 本 类 型 ： 刃 型 位 错 和 螺 型 位 错 。 (1) 刃 型 位 错 由 多 余 半 原 子 面 产 生 的 “ 管 道 ” 状 晶 格 畸 变 区 称 为 刃型 位 错 。 晶 格 畸 变 “ 管 道 ” 的 中 心 线 ， 即 多 余 半 原 子 面 端部 刃 口 的 原 子 列 (图 中 处 )， 称 为 刃 型 位 错 线 。 图 3-37 刃 型 位 错 模 型 刃 型 位 错 的 应 力 场 与 间 隙 原 子 和 置 换 原 子 发 生 弹 性交 互 作 用 ， 吸 引 这 些 原 子 向 位 错 区 偏 聚 ， 从 而 降 低 了 晶格 畸 变 能 ， 并 使 位 错 难 于 运 动 ， 从 而 造 成 材 料 的 强 化 。 图 3-38 晶 体 局 部 滑 移 形 成 的 刃 型 位 错 按 螺 旋 形 排 列 的 原 子 错 排 区 域 称 为 螺 型 位 错 。 显然 ， 螺 型 位 错 也 是 一 条 细 长 的 晶 格 畸 变 “ 管 道 ” ， 其弹 性 变 力 场 呈 轴 对 称 分 布 。 图 3-39 螺 形 位 错 根 据 位 错 区 螺 旋 形 原 子 排 列 的 旋 转 方 向 不同 ， 螺 型 位 错 分 左 旋 和 右 旋 两 种 。 通 常 用 姆 指代 表 螺 旋 前 进 方 向 ， 其 余 四 指 代 表 螺 旋 旋 转 方向 。 符 合 右 手 螺 旋 法 则 的 称 为 右 螺 型 位 错 ， 符合 左 手 螺 旋 法 则 的 称 为 左 螺 型 位 错 。 位 错 线 呈 曲 线 状 ， 与 滑 移 方 向 即 不 平 行 也 不 垂 直 ，而 是 交 成 任 意 角 度 。 图 3-40 混 合 位 错(a)晶 体 的 局 部 滑 移 形 成 混 合 位 错 (b)混 合 位 错 附 近 原 子 组 态 的 俯 视 图 柏 氏 矢 量 ： 用 来 描 述 位 错 区 域 晶 格 畸 变 总 量 的 大小 和 方 向 的 矢 量 ， 用 b表 示 。 图 3-41 刃 型 位 错 柏 氏 矢 量 的 确 定实 际 晶 体 的 柏 氏 回 路 ； (b)完 整 晶 体 的 相 应 回 路 刃 型 位 错 的 柏 氏 矢 量 与 其 位 错 线 相 垂 直 。 这 一 特 征 可用 于 判 断 一 个 位 错 是 否 为 刃 型 位 错 。刃 型 位 错 的 正 负 也 可 借 右 手 法 则 来 确 定 。 图 3-42 用 右 手 定 则 确 定 刃 型 位 错 类 型 螺 型 位 错 的 柏 氏 矢 量 也 可 用 相 同 方 法 确 定 。 螺 型位 错 的 柏 氏 矢 量 与 其 位 错 线 平 行 ， 这 一 特 征 成 为 定 义螺 型 位 错 的 判 据 。 图 3-43 螺 型 位 错 柏 氏 矢 量 的 确 定实 际 晶 体 的 柏 氏 回 路 (b)完 整 晶 体 的 相 应 回 路 混 合 位 错 的 柏 氏 矢 量 既 不垂 直 也 不 平 行 于 位 错 线 ， 而 是与 位 错 线 交 成 不 同 角 度 。 因 此 ，可 将 混 合 位 错 的 柏 氏 矢 量 分 解为 垂 直 和 平 行 于 位 错 线 的 两 个分 量 ， 分 别 对 应 于 刃 型 位 错 和螺 型 位 错 分 量 ， 如 图 3-44所 示 。图 3-44 混 合 位 错 的 柏 氏 矢 量 位 错 的 运 动 主 要 包 括 ：（ 1） 位 错 的 滑 移 （ 2） 位 错 的 攀 移 位 错 沿 滑 移 面 的 移 动 称 为 滑 移 运 动 。 当 位 错 在 切 应 力 作 用 下 沿 滑移 面 滑 过 整 个 滑 移 面 时 ， 就 会 使 晶 体 表 面 产 生 一 个 原 子 间 距 的 滑 移 台 阶 。 (a)刃 型 位 错 的 滑 移 (b)螺 型 位 错 的 滑 移 (c)混 合 位 错 的 滑 移 图 3-46 位 错 滑 移 导 致 晶 体 滑 移 的 示 意 图 晶 体 的 滑 移 运 动 不 是 整 个滑 移 面 上 的 全 部 原 子 同 时 一 齐移 动 ， 而 是 通 过 位 错 中 心 及 其附 近 的 少 量 原 子 沿 柏 氏 矢 量 作小 于 一 个 原 子 间 距 的 微 量 位 移而 逐 步 实 现 的 。 因 此 ， 晶 体 通过 位 错 运 动 进 行 滑 移 变 形 所 需的 切 应 力 比 刚 性 整 体 滑 移 所 需切 应 力 小 得 多 。 图 3-47 刃 型 位 错 的 滑 动 与 晶 体 滑 移 刃 型 位 错 可 在 垂 直 于 滑 移 面 方 向 上 运 动 进 行 攀 移 。 (a)未 攀 移 的 位 错 (b)空 位 运 动 形 成 的 正 攀 移 (c)间 隙 原 子 扩 散 引 起 负 攀移图 3-48 刃 型 位 错 的 攀 移 运 动 模 型 面 缺 陷 是 指 二 维 尺 度 很 大 而 第 三 维 尺 度 很小 的 缺 陷 。包 括 晶 体 的 外 表 面 (即 通 常 所 说 的 表 面 或 自由 表 面 )