材料缺陷對材料性能得影響 女神維納斯因為她得“無臂”之美而廣為人知,但就是在日常得生產(chǎn)生活中,人們更追求得就是無誤差得完美。那么究竟缺陷能夠在材料中造成什么影響呢,在此我將進(jìn)行簡單得概述。

　材料具有多種性能,大致分為兩類,一就是使用性能,包括力學(xué)性能、物理性能與化學(xué)性能等;二就是工藝性能,例如鑄造性、可鍛性、可焊性、切削加工性以及熱處理性等等。在我們生產(chǎn)中經(jīng)常用到得材料,其性能常常因為微觀上小小得差異而變得迥然不同、我們就理想型得完整晶體進(jìn)行對于材料缺陷對材料性能得影響得研究與探索。

　晶體缺陷: 在理想完整晶體中,原子按一定得次序嚴(yán)格地處在空間有規(guī)則得、周期性得格點上。但在實際得晶體中,由于晶體形成條件、原子得熱運動及其它條件得影響,原子得排列不可能那樣完整與規(guī)則,往往存在偏離了理想晶體結(jié)構(gòu)得區(qū)域。這些與完整周期性點陣結(jié)構(gòu)得偏離就就是晶體中得缺陷,它破壞了晶體得對稱性。

　晶體中存在得缺陷種類很多,根據(jù)幾何形狀與涉及得范圍�？煞譃辄c缺陷、面缺陷、線缺陷幾種主要類型。

　點缺陷:就是指三維尺寸都很小,不超過幾個原子直徑得缺陷。主要有空位與間隙原子 在一般情形下,點缺陷主要影響晶體得物理性質(zhì),如比容、比熱容、電阻率等 比容得定義:為了在晶體內(nèi)部產(chǎn)生一個空位,需將該處得原子移到晶體表面上得新原子位置,這就導(dǎo)致晶體體積增加、 比熱容得定義:由于形成點缺陷需向晶體提供附加得能量(空位生成焓),因而引起附加比熱容、 電阻率:金屬得電阻來源于離子對傳導(dǎo)電子得散射。在完整晶體中,電子基本上就是在均勻電場中運動,而在有缺陷得晶體中,在缺陷區(qū)點陣得周期性被破壞,電場急劇變化,因而對電子產(chǎn)生強烈散射,導(dǎo)致晶體得電阻率增大。

　 此外,點缺陷還影響其它物理性質(zhì):如擴散系數(shù)、內(nèi)耗、介電常數(shù)等、”在堿金屬得鹵化物晶體中,由于雜質(zhì)或過多得金屬離子等點缺陷對可見光得選擇性吸收,會使晶體呈現(xiàn)色彩。這種點缺陷便稱為色心、

　在一般情形下,點缺陷對金屬力學(xué)性能得影響較小,它只就是通過與位錯交互作用,阻礙位錯運動而使晶體強化。但在高能粒子輻照得情形下,由于形成大量得點缺陷與擠塞子,會引起晶體顯著硬化與脆化。這種現(xiàn)象稱為輻照硬化。

　 缺陷對物理性能得影響很大,可以極大得影響材料得導(dǎo)熱,電阻,光學(xué),與機械性能,極大地影響材料得各種性能指標(biāo),比如強度,塑性等�；瘜W(xué)性能影響主要集中在材料表面性能上,比如雜質(zhì)原子得缺陷會在大氣環(huán)境下形成原電池模型,極大地加速材料得腐蝕,另外表面能量也會受到缺陷得極大影響,表面化學(xué)活性,化學(xué)能等等。

　總之影響非常大,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,比如人工在半導(dǎo)體材料中進(jìn)行摻雜,形成空穴,可以極大地提高半導(dǎo)體材料得性能。

　金屬材料得強度與位錯在材料受到外力得情況下如何運動有很大得關(guān)系、如果位錯運動受到得阻礙較小,則材料強度就會較高。實際材料在發(fā)生塑性變形時,位錯得運動就是比較復(fù)雜得,位錯之間相互反應(yīng)、位錯受到阻礙不斷塞積、材料中得溶質(zhì)原子、第二相等都會阻礙位錯運動,從而使材料出現(xiàn)加工硬化。因此,要想增加材料得強度就要通過諸如:細(xì)化晶粒(晶粒越細(xì)小晶界就越多,晶界對位錯得運動具有很強得阻礙作用)、有序化合金、第二相強化、固溶強化等手段使金屬得強度增加。以上增加金屬強度得根本原理就就是想辦法阻礙位錯得運動。

　空位就是指未被原子所占有得晶格結(jié)點。間隙原子就是處在晶格間隙中得多余原子。點缺陷得出現(xiàn),使周圍得原子發(fā)生靠攏或撐開,造成晶格畸變。使材料得強度、硬度與電阻率增加、所以金屬中,點缺陷越多,它得強度、硬度越高。

　除了點缺陷這一經(jīng)常討論得缺陷外,還有一些缺陷也產(chǎn)生了重要得作用。

　線缺陷:就是指三維空間中在二維方向上尺寸較小,在另一維方面上尺寸較大得缺陷。屬于這類缺陷主要就是位錯。位錯就是晶體中得某處有一列或若干列原子發(fā)生了某種有規(guī)律得錯排現(xiàn)象、

　面缺陷:就是指二維尺寸很大而第三維尺寸很小得缺陷、通常就是指晶界與亞晶界。

　晶界:晶粒之間得邊界稱為晶界。

　亞晶界:亞晶粒之間得邊界叫亞晶界。

　 按缺陷得形成又可以分為本征缺陷與雜質(zhì)缺陷。

　 本征缺陷-—由晶體本身偏離晶格結(jié)構(gòu)形成得缺陷,就是由于晶格結(jié)點上得粒子得熱運動產(chǎn)生得,也稱熱缺陷。如:

　 空位缺陷:晶格結(jié)點缺少了某些原子(或離子)而出現(xiàn)了空位。

　 間充缺陷:在晶格結(jié)點得空隙中,間充有原子(或離子)。

　 錯位缺陷:在晶格結(jié)點上 A 類原子占據(jù)了 B 類原子所應(yīng)占據(jù)得位置。

　 非整比缺陷:晶體得組成偏離了定組成定律得非整比性得缺陷。

　 雜質(zhì)缺陷——雜質(zhì)粒子進(jìn)入晶體形成得缺陷,如雜質(zhì)粒子與間隙粒子缺陷。

　 晶體缺陷一般對晶體得化學(xué)性質(zhì)影響較小,而對晶體得一些物理性質(zhì)如導(dǎo)電性、磁性、光學(xué)性能及機械性能影響很大。

　 工業(yè)上使用得金屬材料絕大多數(shù)都就是多晶體。

　由于晶格空位與間隙原子得出現(xiàn),原子間得作用力平衡被破壞,使其周圍得其它原子發(fā)生移動,偏離晶體得結(jié)點位置,這種現(xiàn)象稱為晶格畸變、 以上都為可以影響材料性能得缺陷。

　在力學(xué)性能方面,改變晶體強度可以改變晶體缺陷數(shù)量 此圖為晶體強度與晶體缺陷數(shù)量得關(guān)系 工業(yè)上提高金屬材料強度晶體強度與晶體缺陷數(shù)量關(guān)系 得基本途徑有兩個:1、盡量減少晶體得缺陷。如制造無位錯得金屬與合金得晶須及單晶; ２。通過引入異類原子、冷加工、熱處理及細(xì)化晶粒等來大量增加晶體中得缺陷,從而提高其強度。

　材料得缺陷能夠?qū)Σ牧闲阅墚a(chǎn)生得影響還有很多,在此也就不一一列舉了、

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