/OND 3.置换原子( substitutional aton) 空间点阵的晶格结点被异类原子占据时,称为置 换原子,如图4-4所示。 在置换固溶体中,溶质原子的半径与溶剂原子的 半径基本相当。只有溶质原子半径较小时,才会进入 晶格间隙位置变成间隙原子。 总之,无论哪一类点缺陷,都会使晶格发生畸变, 在缺陷周围产生附加的弹性应力场,体系内能升高。 形成的固溶体因有额外的弹性应力场,金属的强度得 到提高,但电阻率会增大。 12
复旦大学材料科学系 12 ● 空间点阵的晶格结点被异类原子占据时，称为置 换原子，如图4-4所示。 在置换固溶体中，溶质原子的半径与溶剂原子的 半径基本相当。只有溶质原子半径较小时，才会进入 晶格间隙位置变成间隙原子。 总之，无论哪一类点缺陷，都会使晶格发生畸变， 在缺陷周围产生附加的弹性应力场，体系内能升高。 形成的固溶体因有额外的弹性应力场，金属的强度得 到提高，但电阻率会增大。 3．置换原子（substitutional atom） 2020年9月
/OND 图4-4晶体晶格节点上的置换原子 3
复旦大学材料科学系 13 图4-4 晶体晶格节点上的置换原子 2020年9月
4.点缺陷对材料性能的影响 点缺陷主要影响晶体的物理性质,如比容、比热容 电阻率等。 (1)比容( specific volume) 在晶体内部产生一个空位,该处原子就被转移到晶 体的表面上,导致体积的增大。 2)比热容( specific heat capacity) 由于形成点缺陷,需要向晶体提供附加的能量(空 位生成焓),因而增加物质的吸热量。 (3)电阻率 金属电阻的产生来自于金属离子对传导电子的散射。 (4)其他物理性能 扩散系数、内耗、介电系数等物理性能也受到影响
2020年9月 复旦大学材料科学系 14 点缺陷主要影响晶体的物理性质，如比容、比热容、 电阻率等。 (1) 比容（specific volume） 在晶体内部产生一个空位，该处原子就被转移到晶 体的表面上，导致体积的增大。 (2) 比热容 （specific heat capacity） 由于形成点缺陷，需要向晶体提供附加的能量 ( 空 位生成焓)，因而增加物质的吸热量。 (3) 电阻率 金属电阻的产生来自于金属离子对传导电子的散射。 (4) 其他物理性能 扩散系数、内耗、介电系数等物理性能也受到影响。 4. 点缺陷对材料性能的影响
/OND 4.3线缺陷( line defect) ◇线缺陷是指晶体中在二维尺度方向上尺寸极小但在 第三维尺度方向上尺寸较大的一种缺陷 位错( dislocation是理想空间点阵中存在的一种 线型缺陷。 位错概念是在1934年由 Taylor、 Rowen、 Polanyi等各自独立提出的,当时用于解释材料的实际 强度为何比理论预测的强度低很多的原因。 根据晶体中原子键合力与弹性模量的关系,理论 剪切应力τ与剪切模量G由以下关系 τ=G/30 (4-1)
2020年9月 复旦大学材料科学系 15 ● 线缺陷是指晶体中在二维尺度方向上尺寸极小但在 第三维尺度方向上尺寸较大的一种缺陷。 位错(dislocation)是理想空间点阵中存在的一种 线型缺陷。 ● 位 错 概 念 是 在 1934 年 由 Taylor 、 Orowen 、 Polanyi等各自独立提出的，当时用于解释材料的实际 强度为何比理论预测的强度低很多的原因。 根据晶体中原子键合力与弹性模量的关系，理论 剪切应力 与剪切模量G由以下关系： ＝G/30 （4－1） 4.3 线缺陷（line defect）
/OND 例如,Fe的理论剪切模量是3300MPa,但单晶Fe 的实际强度还不到10MPa,晶面间滑移用很小的剪切 力作用就能移动,理论值与实际值相差极大。 因此,人们猜测晶体中可能存在一种像位错那样的 线缺陷,当时只是理论推测,没有看到真实的形貌。直 到50年代,随着透射电子显微镜( Transmission Electron Microscope,TEM)研制成功,实验中观察 到实际存在的真实位错形貌。 当晶体的一部分相对于另一部分发生局部滑移时, 滑移部分与未滑移部分形成一条多余的分界线,即位错, TEM可以观察到此形貌(见图4-5)。 位错有两种基本类型:刃型位错和螺型位错。 16
2020年9月 复旦大学材料科学系 16 例如，Fe的理论剪切模量是3300MPa，但单晶Fe 的实际强度还不到10MPa，晶面间滑移用很小的剪切 力作用就能移动，理论值与实际值相差极大。 因此，人们猜测晶体中可能存在一种像位错那样的 线缺陷，当时只是理论推测，没有看到真实的形貌。直 到50年代，随着透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）研制成功，实验中观察 到实际存在的真实位错形貌。 当晶体的一部分相对于另一部分发生局部滑移时， 滑移部分与未滑移部分形成一条多余的分界线，即位错， TEM可以观察到此形貌 (见图4-5)。 ● 位错有两种基本类型：刃型位错和螺型位错