8第八章晶体界面的行为与物理化学诸现象.ppt

第八章晶体界面的行为与物理化学诸现象在原子水平上来分析界面现象，可以利用现在的高技术分析手段来描述再结晶、晶界成长的各过程，例如：晶界移动、晶界扩散、晶界滑移、扩散蠕变等。虽然它们是各种相互独立的现象，但在实际中都有相互密切的联系。晶粒长大并不是小晶粒的相互黏结，而是晶界移动的结果。

在晶界两边物质的吉布斯自由能之差是使界面向曲率中心移动的驱动力。
晶界移动的速率是与晶界曲率以及系统的温度有关。温度升高和曲率半径越小，晶界向其曲率中心移动的速率也越快，气孔在晶界上是随晶界移动还是阻止晶界移动，这与晶界曲率有关，也与气孔直径、数量、气孔作为空位源向晶界扩散的速率、气孔内气体压力大小、包围气孔的晶粒数等因素有关。
约束晶粒生长的另一个因素是有少量液相出现在晶界上。少量液相使晶界上形成两个新的固-液界面，从而界面移动的推动力降低和扩散距离增加。因此少量液相可以起到抑制晶粒长大的作用。根据由许多颗粒组成的多晶体界面移动情况得到以下几条规则：
1.晶界上有界面能的作用，因此晶粒形成一个在几何学上与肥
皂泡相似的三维阵列。
2．晶粒边界如果都具有基本上相同的表面张力，晶粒呈正六边
形。
3．在晶界上的第二类夹杂物（杂质或气泡）,如果它们在烧结温度下不与主晶相形成液相,则将阻碍晶界移动。
在烧结体内晶界移动有以下七种方式：气孔靠晶格扩散移动；气孔靠表面扩散移动；气孔靠气相传递；气孔靠晶格扩散聚合；气孔靠晶界扩散聚合；单相晶界本征迁移；存在杂质牵制晶界移动。晶界在多晶体中不同晶粒之间的交界面，据估计晶界宽度约为5-60nm。晶界上原子排列疏松霍乱，在烧结传质和晶粒生长过程中晶界对坯体致密化起着十分重要的作用。由于烧结体中气孔形状是不规则的，晶界上气孔的扩大、收缩或稳定与表面张力、润湿角、包围气孔的晶粒数有关，还与晶界迁移率、气孔半径、气孔内气压高低等因素有关。在离子晶体中，晶界是阴离子快速扩散的通道。离子晶体的烧结与金属材料不同。阴、阳离子必须同时扩散才能导致物质的传递与烧结。晶界上溶质的偏聚可以延伸晶界的移动名家素坯体致密化，为了从坯体中完全排除气孔，获得致密烧结体,空位扩散必须在晶界上保持相当高的速率/只有通过抑制晶界的移动才能使气孔在烧结的始终都保持在晶界上，避免晶粒的不连续生长。利用溶质在晶界上偏析的特征，在坯体中添加少量溶质（烧结助剂），就能达到抑制晶界移动的目的。6789三、晶体晶界的移动机理

关于晶体晶界的移动机理从过去开始就有微观的、宏观的模型。有古典反应论模型、双原子替换单原子模型、原子结构模型、移动阻抗模型、原子空穴扩散控制模型等。

在能看到晶界原子结构的今天，我们以修改前人的理论为前提，以晶界原子移动过程为重点做讲述.11121314151617第二节晶界的塑性变形1.滑移现象

如果对经过抛光的退火态工业纯铜多晶体试样施加适当的塑性变形，然后在金相显微镜下观察，就可以发现原抛光面呈现出很多相互平行的细线。在普通金相显微镜中发现的滑移线其实由多条平行的更细的线构成，现在称前者为滑移带，后者为滑移线。2.滑移系

晶体中的滑移只能沿一定的晶面和该面上一定的晶体学方向进行，我们将其称为滑移面和滑移方向。

滑移面和滑移方向往往是晶体中原子最密排的晶面和晶向，这是由于最密排面的面间距最大，因而点阵阻力最小，容易发生滑移，而沿最密排方向上的点阵间距最小，从而使导致滑移的位错的柏氏矢量也最小。

每个滑移面以及此面上的一个滑移方向称为一个滑移系，滑移系表明了晶体滑移时的可能空间取向。图体心立方和面心立方晶体的滑移系由于体心立方结构是一种非密排结构，因此其滑移面并不稳定，一般在低温时多为{112}，中温时多为{110}，而高温时多为{123}，不过其滑移方向很稳定，总为<111>，因此其滑移系可能有12-48个。3.滑移的临界分切应力

对滑移真正有贡献的是在滑移面上沿滑移方向上的分切应力，也只有当这个分切应力达到某一临界值后，滑移过程才能开始进行，这时的分切应力就称为临界分切应力。图镁单晶屈服应力与晶体取向的关系26图滑移时的晶体转动
a.压缩b.拉伸图拉伸时晶体转动机制示意图5.多滑移

由于很多晶系具有多组滑移系，决定滑移系能否开动的前提条件是其分切应力能否达到其临界值，当某组滑移系开动后，由于不断发生晶面的转动，结果可能使得另一组滑移系的分切应力逐渐增加，并最终达到其临界值，进而使得滑移过程能够沿两个以上滑移系同时或交替进行，这种滑移过程就称为称多滑移。图fcc晶体中复滑移6.交滑移

两个或两个以上滑移面沿着同一个滑移方向同时或交替进
行滑移的现象，称作交滑移。7孪生（1）孪生的晶体学

孪晶是晶体内部的一种均匀切变过程。

面心立方{111}面为孪生面，<112>为孪生方向。fcc晶体是
一系列平行的(111)