晶體缺陷 表面及介面

2022-09-11 06:03:14 字數 2246 閱讀 7938

由於成分偏聚和表面吸附的作用,往往導致表面成分與體內不一。這些均將導致表面原子間結合鍵與晶體內部並不相等。故表面原子就會偏離其正常的平衡位置,並影響到鄰近的幾層原子,造成表層的點陣畸變,使它們的能量比內部原子高,這幾層高能量的原子層稱為表面。晶體表面單位面積自由能的增加稱為表面能\(\gamma\;(j/m^2)\) 。

表面能與晶體表面原子排列緻密程度有關,原子密排的表面具有最小的表面能。若以原子密排面做表面時,晶體的能量最低、最穩定,所以自由晶體暴露在外的表面通常是低表面能的原子密排晶面。

屬於同一固相但位相不同的晶粒之間的介面稱為晶界,它是一種內介面;而每個晶粒有時又由若干個位向稍有差異的亞晶粒所組成,相鄰亞晶粒間的介面稱為亞晶界

a.對稱傾斜晶界

對稱傾斜晶界可看作把晶界兩側晶體互相傾斜的結果。由於相鄰兩晶粒的位相差 \(\theta\) 角很小,其晶界可看成由一列平行的刃型位錯所構成,位錯的間距 \(d\) 與伯氏向量 \(b\) 之間的關係為:

\[d=\frac}\;。

\]b.不對稱傾斜晶界

如果對稱傾斜晶界的介面繞 \(x\) 軸轉了乙個角度 \(\phi\) ,此時兩晶粒之間的位相差仍為 \(\theta\) 角,但此時晶界的介面對於兩個晶粒是不對成的,因此,稱為不對稱傾斜晶界。

c.扭轉晶界

它可看成是兩部分晶體繞某一軸在乙個共同的晶面上相對扭轉乙個 \(\theta\) 角所構成的,扭轉軸垂直於這一共同的晶面。

多晶體材料中各晶粒之間的晶界通常為大角度晶界。

在二維正方點陣中,當兩個相鄰晶粒的位向差為 37° 時,若設想兩晶粒的點陣彼此通過晶界向對方延伸,其中一些原子將出現有規律的相互重合。由於這些原子重合位置所組成比原來晶體點陣大的新點陣,通常稱為重合位置點陣

晶界能定義為形成單位面積介面時,系統的自由能變化 \((\frac)\) ,它等於介面區單位面積的能量減去無介面時該區單位面積的能量。

(1) 晶界處點陣畸變大,存在著晶界能。因此,晶粒的長大和晶界的平直化都能減少晶界面積,從而降低晶界的總能量,這是乙個自發過程。然面晶粒的長大和晶界的平直化均需通過原子的擴散來實現,因此,隨著溫度公升高和保溫時間的增長,均有利於這兩過程的進行。

(2) 晶界處原子排列不規則,因此在常溫下晶界的存在會對位錯的運動起阻礙作用,致使塑性變形抗力提高,巨集觀表現為晶界較晶內具有較高的強度和硬度。晶粒愈細,材料的強度愈高,這就是細晶強化;而高溫下則相反,因高溫下晶界存在一定的粘滯性,易使相鄰晶粒產生相對滑動。

(3) 晶界處原子偏離平衡位置,具有較高的動能,並且晶界處存在較多的缺陷如空穴、雜質原子和位錯等,故晶界處原子的擴散速度比在晶內快得多。

(4) 在固態相變過程中,由於晶界能量較高且原子活動能力較大,所以新相易於在晶界處優先形核。顯然,原始晶粒愈細,晶界愈多,則新相形核率也相應愈高。

(5) 由於成分偏析和內吸附現象,特別是晶界富集雜質原子情況下,往往晶界熔點較低,故在加熱過程中,因溫度過高將引起晶界熔化和氧化,導致「過熱」現象產生。

(6) 由於晶界能量較高、原子處於不穩定狀態,以及晶界富集雜質原子的緣故.與晶內相比,晶界的腐蝕速度一般較快。這就是用腐蝕劑顯示全相樣品組織的依據,也是某些金屬材料在使用中發生晶間腐蝕破壞的原因。

孿晶是指兩個晶體沿乙個公共晶面構成晶面對稱的位向關係,這兩個幾個題就稱為「孿晶」,此公共晶面就稱孿晶面

孿晶界可分為兩類,即共格孿晶界非共格孿晶界

共格孿晶界:在孿晶面上的原子同時位於兩個晶體點陣的結點上,為兩個晶體所共有,屬於自然的完全匹配,是無畸變的完全共格晶面,因此它的介面能很低

非共格孿晶界:孿晶界上只有部分原子為兩部分晶體所共有,因而原子錯排較嚴重,這種孿晶界的能量相對較高

具有不同結構的兩相之間的分介面稱為「相界」。

共格相界:所謂「共格」是指介面上的原子同時位於兩相晶格的結點上,即兩相的晶格是彼此銜接的,介面上的原子為兩者共有。

半共格相界:若兩相鄰晶體在相介面處的晶面間距相差較大,則在相介面上不可能做到完全的一一對應,於是在介面上將產生一些位錯,以降低介面的彈性應變能。

非共格相界:當兩相在相介面處的原子排列相差很大時,只能形成非共格介面。這種相界與大角度晶界類似,可看成是由原子不規則排列很薄的過渡層構成的。

晶體缺陷 點缺陷

在晶體中,位於點陣結點上的原子並非是靜止的,而是以其平衡位置為中心做熱振動。原子的振動能是按機率分布,有起伏漲落的。當某一原子具有足夠大的振動能而使振幅增大到一定限度時,就可能克服周圍原子對它的制約作用,跳離其原來的位置,使點陣中形成空結點,稱為空位。離開平衡位置的原子有三個去處 一是躍遷到晶體表面...

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當今社會,隨著計算機技術,人工智慧等科學技術的出現和發展,以及研究的深入,出現了基於機器視覺技術的表面缺陷檢測技術。這種技術的出現,大大提高了生產作業的效率,避免了因作業條件,主觀判斷等影響檢測結果的準確性,實現能更好更精確地進行表面缺陷檢測,更加快速的識別產品表面瑕疵缺陷。產品表面缺陷檢測屬於機器...

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