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1、材料缺陷对材料性能影响 材料缺陷对材料性能得影响 女神维纳斯因为她得"无臂'之美而广为人知,但就是在日常得生产生活中,人们更追求得就是无误差得完美。那么究竟缺陷能够在材料中造成什么影响呢,在此我将进行简单得概述。 材料具有多种性能,大致分为两类,一就是使用性能,包括力学性能、物理性能与化学性能等;二就是工艺性能,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得材料,其性能常常因为微观上小小得差异而变得迥然不同、我们就理想型得完整晶体进行对于材料缺陷对材料性能得影响得研究与探索。 晶体缺陷: 在理想完整晶体中,原子按一定得次序严格地处在空间有规则得

2、、周期性得格点上。但在实际得晶体中,由于晶体形成条件、原子得热运动及其它条件得影响,原子得排列不可能那样完整与规则,往往存在偏离了理想晶体结构得区域。这些与完整周期性点阵结构得偏离就就是晶体中得缺陷,它破坏了晶体得对称性。 晶体中存在得缺陷种类很多,根据几何形状与涉及得范围常可分为点缺陷、面缺陷、线缺陷几种主要类型。 点缺陷:就是指三维尺寸都很小,不超过几个原子直径得缺陷。主要有空位与间隙原子 在一般情形下,点缺陷主要影响晶体得物理性质,如比容、比热容、电阻率等 比容得定义:为了在晶体内部产生一个空位,需将该处得原子移到晶体表面上得新原子位置,这就导致晶体体积增加、 比热容得定义:由于形成点缺

3、陷需向晶体提供附加得能量(空位生成焓),因而引起附加比热容、 电阻率:金属得电阻来源于离子对传导电子得散射。在完整晶体中,电子基本上就是在均匀电场中运动,而在有缺陷得晶体中,在缺陷区点阵得周期性被破坏,电场急剧变化,因而对电子产生强烈散射,导致晶体得电阻率增大。 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、'在碱金属得卤化物晶体中,由于杂质或过多得金属离子等点缺陷对可见光得选择性吸收,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得影响较小,它只就是通过与位错交互作用,阻碍位错运动而使晶体强化。但在高能粒子辐照得情形下,由于形成大量得点缺

4、陷与挤塞子,会引起晶体显著硬化与脆化。这种现象称为辐照硬化。 缺陷对物理性能得影响很大,可以极大得影响材料得导热,电阻,光学,与机械性能,极大地影响材料得各种性能指标,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,比如杂质原子得缺陷会在大气环境下形成原电池模型,极大地加速材料得腐蚀,另外表面能量也会受到缺陷得极大影响,表面化学活性,化学能等等。 总之影响非常大,但就是如果合理得利用缺陷,可以提高材料某一方面得性能,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得性能。 金属材料得强度与位错在材料受到外力得情况下如何运动有很大得关系、如果位错运动受到得阻碍较小,则材

5、料强度就会较高。实际材料在发生塑性变形时,位错得运动就是比较复杂得,位错之间相互反应、位错受到阻碍不断塞积、材料中得溶质原子、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,要想增加材料得强度就要通过诸如:细化晶粒(晶粒越细小晶界就越多,晶界对位错得运动具有很强得阻碍作用)、有序化合金、第二相强化、固溶强化等手段使金属得强度增加。以上增加金属强度得根本原理就就是想办法阻碍位错得运动。 空位就是指未被原子所占有得晶格结点。间隙原子就是处在晶格间隙中得多余原子。点缺陷得出现,使周围得原子发生靠拢或撑开,造成晶格畸变。使材料得强度、硬度与电阻率增加、所以金属中,点缺陷越多,它得强度、硬度越高

6、。 除了点缺陷这一经常讨论得缺陷外,还有一些缺陷也产生了重要得作用。 线缺陷:就是指三维空间中在二维方向上尺寸较小,在另一维方面上尺寸较大得缺陷。属于这类缺陷主要就是位错。位错就是晶体中得某处有一列或若干列原子发生了某种有规律得错排现象、 面缺陷:就是指二维尺寸很大而第三维尺寸很小得缺陷、通常就是指晶界与亚晶界。 晶界:晶粒之间得边界称为晶界。 亚晶界:亚晶粒之间得边界叫亚晶界。 按缺陷得形成又可以分为本征缺陷与杂质缺陷。 本征缺陷-由晶体本身偏离晶格结构形成得缺陷,就是由于晶格结点上得粒子得热运动产生得,也称热缺陷。如: 空位缺陷:晶格结点缺少了某些原子(或离子)而出现了空位。 间充缺陷:在

7、晶格结点得空隙中,间充有原子(或离子)。 错位缺陷:在晶格结点上 a 类原子占据了 b 类原子所应占据得位置。 非整比缺陷:晶体得组成偏离了定组成定律得非整比性得缺陷。 杂质缺陷杂质粒子进入晶体形成得缺陷,如杂质粒子与间隙粒子缺陷。 晶体缺陷一般对晶体得化学性质影响较小,而对晶体得一些物理性质如导电性、磁性、光学性能及机械性能影响很大。 工业上使用得金属材料绝大多数都就是多晶体。 由于晶格空位与间隙原子得出现,原子间得作用力平衡被破坏,使其周围得其它原子发生移动,偏离晶体得结点位置,这种现象称为晶格畸变、 以上都为可以影响材料性能得缺陷。 在力学性能方面,改变晶体强度可以改变晶体缺陷数量 此图为晶体强度与晶体缺陷数量得关系 工业上提高金属材料强度晶体强度与晶体缺陷数量关系 得基本途径有两个:1、尽量减少晶体得缺陷。如制造无位错得金属与合金得晶须及单晶; 。通过引入异类原子、冷加工、热处理及细化晶粒等来大量增加晶体中得缺陷,从而提高其强度。 材料得缺陷能够对材料性能产生得影响还有很多,在此也就不一一列举了、