《材料化學導論》第三章金屬材料第三節實際金屬的晶體結構
3.3 實際金屬的晶體結構
一、多晶體結構和亞結構
實際使用的工業金屬材料，即使體積很小，其內部的晶格位向也不是完全一致的，而是包含著許許多多彼此間位向不同的、稱之為晶粒的顆粒狀小晶體。而晶粒之間的介面稱為晶界。這種實際上由許多晶粒組成的晶體結構稱為多晶體結構（polycrystalline structure）。
一般金屬材料都是多晶體（圖3-12）。通常測得的金屬效能是各個位向不同的晶粒的平均值，故顯示出各向同性。
圖3—12 多晶體結構示意圖
實踐證明，即使在乙個晶粒內部，其晶格位向也並不是象理想晶體那樣完全一致，而是存在著許多尺寸更小，位向差也很小的小晶塊。它們相互嵌鑲成一顆晶粒。這些小晶塊稱為亞結構。
可見，只有在亞結構內部，晶格的位向才是一致的。
二、晶體缺陷
實際晶體還因種種原因存在著偏離理想完整點陣的部位或結構，稱為晶體缺陷（crystal defect）。晶體缺陷的存在及其多寡，是研究晶體結構、金屬塑性變形的關鍵問題。根據其幾何特性，晶體的缺陷可分為三類：
1．點缺陷——空位和間隙原子
實際晶體未被原子占有的晶格結點稱為空位；而不占有正常晶格位置而處於晶格空隙之間的原子則稱為間隙原子。在空位或間隙原子的附近，由於原子間作用力的平衡被破壞，使其周圍的原子離開了原來的平衡位置，即產生所謂的晶格畸變。空位和間隙原子都處於不斷的運動和變化之中，這對於熱處理和化學處理過程都是極為重要的。
2．線缺陷——位錯
晶體中某處有一列或若干列原子發生有規律的錯排現象稱為位錯（dislocation）。有刃型 42
和螺型兩種位錯。
刃型位錯如圖3-13所示。垂直方向的原子面efgh中斷於水平晶面abcd上的ef處，就像刀刃一樣切入晶體，使得晶體中位於abcd面的上、下兩部分出現錯排現象。ef線稱為刃型位錯線。
在位錯線附近區域，晶格發生畸變，導致abcd晶面上、下方位錯線附近的區域內，晶體分別受到壓應力和拉應力。符號「┴」和「┬」分別表示多出的原子面在晶體的上半部和下半部，分別稱為正、負刃型位錯。
圖3—13 刃型位錯示意圖
螺型位錯如圖3-14所示。晶體在bc右方的上、下兩部分原子排列沿abcd晶面發生了錯動。aa』右邊晶體上、下層原子相對移動了一原子間距，而在bc和aa』之間形成了乙個上下層原子不相吻合的過渡區域，這裡的原子平面被扭成了螺旋麵。
在原子面上，每繞位錯線一周就推進了乙個晶面間距。顯然，螺型位錯附近區域的晶格也發生了嚴重畸變，形成了乙個應力集中區。
3．面缺陷——晶界和亞晶界
晶界實際上是不同位向晶粒之間原子排列無規則的過渡層（圖3-15）。晶界處晶格處於畸變狀態，導致其能量高於晶粒內部能量，常溫下顯示較高的強度和硬度，容易被腐蝕，熔點較低，原子擴散較快。
圖3—15 晶界的過渡結構示意圖
亞晶界則是由一系列刃型位錯所形成的小角度晶界，如圖3-16所示。亞晶界處晶格畸變對金屬效能的影響與晶界相似。在晶粒大小一定時，亞結構越細，金屬的屈服強度就越高。
圖3—16 亞晶界結構示意圖
3 1金屬的晶體結構
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