材料科学基础I__第七章__(晶体缺陷)
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材料科学基础晶体缺陷
第三节 位错的弹性特征 材料科学基础晶体缺陷 位错应变能的大小，以单位长度位错线上的应变能来表示，单位为J•M-1。 在数值上U=αGb2，其中b为柏氏矢量的大小，G为材料的剪切变模量。α为常数，螺位错为0.55—0.73， 常用0.5来简算；刃型位错为0.81—1.09，常用1.0来简算。
由于位错存在应变能，为减小这能量，位错线的分布一方面在可能的情况下尽量减小单位长度上的能量， 由位错结果决定的，只要晶体结构条件容许，柏氏矢量尽量小。另一方面就是减小位错线的长度，两点之间 只要结构容许，以直线分布。好像沿位错线两端作用了一个线张力。线张力和位错的能量在数量上是等价的。
材料科学基础晶体缺陷
一、位错的应变能
位错线周围的原子偏离了平衡位置，处于较高的能量状态，高出的能量称为位错的应变能，或简称位 错能。
来源：位错应变能主要是弹性应变能。弹簧或其他弹性体的弹性位能0.5kx2。同样在单位体积内弹性位能， 正应力引起的为0.5σε，而切应力引起的为0.5τγ。
在位错线的周围存在内应力，例如刃型位错，在多余半原子面区域为压应力，而缺少半原子面的区域存 在着拉应力；在螺位错周围存在的是切应力。所以位错周围存在弹性应变能。可见由于位错的存在，在其周 围存在一应力场，应力场的分布有机会进一步学习时再分析。
第三节 位错的基本概念
材料科学基础晶体缺陷
刃位错的攀移运动：刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动。刃位错发生攀移运动时相当于半原子面的伸长 或缩短，通常把半原子面缩短称为正攀移，反之为负攀移。
滑移时不涉及单个原子迁移，即扩散。刃型位错发生正攀移将有原子多余，大部分是由于晶体中空位运 动到位错线上的结果，从而会造成空位的消失；而负攀移则需要外来原子，无外来原子将在晶体中产生新的 空位。空位的迁移速度随温度的升高而加快，因此刃型位错的攀移一般发生在温度较高时；另外，温度的变 化将引起晶体的平衡空位浓度的变化，这种空位的变化往往和刃位错的攀移相关。切应力对刃位错的攀移是 无效的，正应力的存在有助于攀移(压应力有助正攀移，拉应力有助负攀移)，但对攀移的总体作用甚小。
材料科学基础：第7章 晶体缺陷1 点缺陷
第七章 晶体缺陷
理想金属
BCC FCC HCP
规则排列
实际金属材料中，由于原子（分子或离子）的热运动、晶体的 形成条件、加工过程、杂质等因素的影响，使得实际晶体中原 子的排列不再规则、完整，存在各种偏离理想结构的情况
晶体缺陷 defects or imperfections
晶体缺陷对晶体的性能、扩散、相变等有重要的影响
C. 置换原子 substitutional atoms
小置换原子
大置换原子
取代原来原子位置的 外来原子
点缺陷对晶体性能的影响
点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称 晶格畸变。 从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降；电阻升高， 密度减小等。
由于热起伏促使原子脱离点阵位置而形成的点缺陷称为热 平衡缺陷（thermal equilibrium defects），这是晶体内原子 的热运动的内部条件决定的。
线缺陷（Linear defects）：在一个方向上的缺陷扩展很大， 其它两个方向上尺寸很小，也称为一维缺陷。主要为位错 dislocations。
面缺陷（Planar defects）：在两个方向上的缺陷扩展很大， 其它一个方向上尺寸很小，也称为二维缺陷。包括晶界grain boundaries、相界phase boundaries、孪晶界twin boundaries、 堆垛层错stacking faults等。
在一定温度下具有一定的平衡浓度
2. 点缺陷的平衡浓度
2. 点缺陷的平衡浓度
恒温下，系统的自由能
F U TS
其中U为内能，S为总熵值（包括组态熵Sc和振动熵Sf），T为绝对温度
设由N个原子组成的晶体中含有n个空位，形成一个空 位所需能量为Ev，当含有n个空位时，其内能增加为 ΔU=n*Ev，组态熵的改变为ΔSc，振动熵的改变为 n*ΔSf，自由能的变化为
理想金属
BCC FCC HCP
规则排列
实际金属材料中，由于原子（分子或离子）的热运动、晶体的 形成条件、加工过程、杂质等因素的影响，使得实际晶体中原 子的排列不再规则、完整，存在各种偏离理想结构的情况
晶体缺陷 defects or imperfections
晶体缺陷对晶体的性能、扩散、相变等有重要的影响
C. 置换原子 substitutional atoms
小置换原子
大置换原子
取代原来原子位置的 外来原子
点缺陷对晶体性能的影响
点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称 晶格畸变。 从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降；电阻升高， 密度减小等。
由于热起伏促使原子脱离点阵位置而形成的点缺陷称为热 平衡缺陷（thermal equilibrium defects），这是晶体内原子 的热运动的内部条件决定的。
线缺陷（Linear defects）：在一个方向上的缺陷扩展很大， 其它两个方向上尺寸很小，也称为一维缺陷。主要为位错 dislocations。
面缺陷（Planar defects）：在两个方向上的缺陷扩展很大， 其它一个方向上尺寸很小，也称为二维缺陷。包括晶界grain boundaries、相界phase boundaries、孪晶界twin boundaries、 堆垛层错stacking faults等。
在一定温度下具有一定的平衡浓度
2. 点缺陷的平衡浓度
2. 点缺陷的平衡浓度
恒温下，系统的自由能
F U TS
其中U为内能，S为总熵值（包括组态熵Sc和振动熵Sf），T为绝对温度
设由N个原子组成的晶体中含有n个空位，形成一个空 位所需能量为Ev，当含有n个空位时，其内能增加为 ΔU=n*Ev，组态熵的改变为ΔSc，振动熵的改变为 n*ΔSf，自由能的变化为
材料科学基础：第7章 晶体缺陷3 面缺陷
Coherent twin boundaries
=3 (1 1 1) twin in copper along a <1 1 0>HOWE. Interface in Materials, 1997
30 黄孝瑛 2000
孪晶的形成与堆垛层错密切相关 根据孪晶形成原因，有形变孪晶、生长孪晶和退火孪晶 堆垛层错能低的金属易于产生孪晶
γ = dW/ds 表面能与表面原子排列致密度相关，原子密排的表面具有 最小的表面能； 表面能与表面曲率相关，曲率大则表面能大； 表面能对晶体生长、新相形成有重要作用。
What surfaces are preferred by nature?
/
例如
FCC晶格中(111)面的堆垛顺序为A B C A B C A B C…
△△△△△△…
当某一层开始出现颠倒时，变成 A B C A C B A C B A…
△△△
△△△ △△△
对称关系
堆垛层错
7.4.4 相界 phase boundary
具有不同结构的两相之间的分界面称为“相界”
完美共格
弹性畸变
/mode_corrosion/stress_corrosion_cracking.htm
27 Intergranular SCC in a copper alloy
7.4.3 孪晶界 twin grain boundary
孪晶 Twins 两个晶体(或一个晶体的两部分)沿一个公共晶面构成镜面对称的位相关 系，这两个晶体称为孪晶； 这一公共晶面称为孪晶面(孪晶界) Twin plane (boundary)。
晶界位置的确定
对二维点阵
两个晶粒位相差θ ； 晶界对某点阵面的夹角φ；
材料科学基础I 7-2 线缺陷——位错的基本概念
位错线垂直于晶体滑移方向。 位错线垂直于位错运动方向。
即，晶体滑移方向与位错运动方向一致。
2、刃型位错的结构
如左图所示，晶体中多余的 半原子面好象一片刀刃切入晶 体中，沿着半原子面的“刃 边”，形成一条间隙较大的 “管道”，该“管道”周围附 近的原子偏离平衡位置，造成 晶格畸变。刃型位错包括“管 道”及其周围晶格发生畸变的 范围，通常只有3到5个原子间 距宽，而位错的长度却有几百 至几万个原子间距。刃位错用 符号“⊥”表示。
3、柏氏矢量b的守恒性
如果若干条位错线交于一点，此交汇点称为节点，那么“流 入”节点的位错线的柏氏矢量之和等于“流出”节点的位错线 的矢量之和。
biin
bout j
推论：一条位错线只能有一个柏氏矢量。
四、混合型位错
混合型位错是由刃型位错和 螺型位错混合而成的。混合型 位错用m表示。
由于混合型位错是由刃型位 错和螺型位错合成的，所以它 的柏氏矢量也是由这二个柏氏 矢量合成的。或者说，混合型 位错的柏氏矢量可以分解成二 个矢量：一个和位错线垂直， 是刃型位错的柏氏矢量；一个 和位错线平行，是螺型位错的 柏氏矢量。
§7-2 线缺陷——位错的基本概念
线缺陷(linear defects)又称为位错(dislocation)。也就是说， 位错是一种线型的晶体缺陷，位错线周围附近的原子偏离自己 的平衡位置，造成晶格畸变。
位错有两种基本类型： 刃型位错 (edge dislocation) 螺型位错 (screw dislocation) 混合位错 (mixed dislocations)，实际晶体中的位错往往既不 是单纯的螺位错，也不是单纯的刃位错，而是它们的混合形式， 故称之为混合位错。
3、左、右旋螺型位错的规定
即，晶体滑移方向与位错运动方向一致。
2、刃型位错的结构
如左图所示，晶体中多余的 半原子面好象一片刀刃切入晶 体中，沿着半原子面的“刃 边”，形成一条间隙较大的 “管道”，该“管道”周围附 近的原子偏离平衡位置，造成 晶格畸变。刃型位错包括“管 道”及其周围晶格发生畸变的 范围，通常只有3到5个原子间 距宽，而位错的长度却有几百 至几万个原子间距。刃位错用 符号“⊥”表示。
3、柏氏矢量b的守恒性
如果若干条位错线交于一点，此交汇点称为节点，那么“流 入”节点的位错线的柏氏矢量之和等于“流出”节点的位错线 的矢量之和。
biin
bout j
推论：一条位错线只能有一个柏氏矢量。
四、混合型位错
混合型位错是由刃型位错和 螺型位错混合而成的。混合型 位错用m表示。
由于混合型位错是由刃型位 错和螺型位错合成的，所以它 的柏氏矢量也是由这二个柏氏 矢量合成的。或者说，混合型 位错的柏氏矢量可以分解成二 个矢量：一个和位错线垂直， 是刃型位错的柏氏矢量；一个 和位错线平行，是螺型位错的 柏氏矢量。
§7-2 线缺陷——位错的基本概念
线缺陷(linear defects)又称为位错(dislocation)。也就是说， 位错是一种线型的晶体缺陷，位错线周围附近的原子偏离自己 的平衡位置，造成晶格畸变。
位错有两种基本类型： 刃型位错 (edge dislocation) 螺型位错 (screw dislocation) 混合位错 (mixed dislocations)，实际晶体中的位错往往既不 是单纯的螺位错，也不是单纯的刃位错，而是它们的混合形式， 故称之为混合位错。
3、左、右旋螺型位错的规定
材料科学基础 晶体缺陷
二元离子晶体——不等径刚球密堆理论
.
12
2. 共价晶体结构（原子晶体）
典型共价晶体结构
金刚石型（单质型） ZnS型（AB型） SiO2型（AB2型）
.
13
第三节 原子的不规则排列
晶体中的缺陷——原子排列偏离完整性的区域
点缺陷——在三个方向上尺寸都很小 线缺陷——在二个方向上尺寸很小 面缺陷——在一个方向上尺寸很小
24
（1） 包含位错线做一封闭回路——柏氏回路 （2） 将同样的回路置于完整晶体中——不能闭合 （3） 补一矢量（终点指向起点）使回路闭合——柏氏矢量
43 21
1
2
2
1
1
3
1
1 23 4
b
43
2
1 2
1
1 23 4
.
25
2）柏氏矢量特性
（1） 满足右螺旋规则时，柏氏矢量与柏氏回路路径无关
二、金属晶体结构及几何特征
1. 常见的三种晶体结构
面心立方 体心立方
既是晶体结构，又是点阵
密排六方 —— 仅是晶体结构，不是点阵 — 简单六方
.
1
1) 面心立方（fcc 或 A1）
点 阵 常 数： R 2 a
4
最近原子间距：d 2 a 2
<110> 方向 晶胞原子数： 1/8×8 ＋1/2 ×6 ＝ 4
1a 1b 0c a[11 ] 0
22
2
例：b 5a 2[11 0]、 b 6a 2[01] 1
b 5b 6a 2[11 0]a 2[01 ]1 a 2[11 ] 0
1) 刃位错
┻
┻
多出（或少了） 称为
半排原子面
材料科学基础课后习题答案
材料科学基础课后习题答案材料科学基础课后习题答案第一章：晶体结构和晶体缺陷1. 什么是晶体？晶体的特点是什么？答：晶体是由有序排列的原子、离子或分子组成的固态材料。
晶体的特点包括有规则的、重复的、周期性的结构，具有明确的晶体面和晶面间角度。
2. 简述晶体中离子束缚以及普通共价键束缚的区别？答：晶体中离子束缚是指由电荷相反的离子通过电磁力相互吸引而形成的结合力，例如NaCl晶体。
普通共价键束缚是由共享电子对形成的，例如金刚石晶体。
离子束缚通常较为强烈，晶体具有高熔点和脆性；而共价键束缚相对较弱，晶体具有低熔点和韧性。
3. 什么是晶体缺陷？列举几种晶体缺陷并简要描述其影响。
答：晶体缺陷是指晶体中排列异常的原子、离子或分子。
常见的晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷指的是晶体中原子位置的缺失或替代，如空位、间隙原子和杂质原子；线缺陷是晶体中晶面上原子位置的错误，如位错和螺旋位错；面缺陷是指晶面之间的错配，如晶界和孪生界。
这些晶体缺陷会影响晶体的物理性质和力学性能。
4. 什么是晶体结构中的定义因素？它们的作用是什么？答：晶体结构中的定义因素包括晶胞和晶格参数。
晶胞是最小重复单元，由一定数量的晶体中的原子、离子或分子组成。
晶格参数描述晶胞的大小和形状。
晶胞和晶格参数共同定义了晶体的结构。
晶胞和晶格参数的作用是确定晶体的晶体面、晶面间角度以及晶体的物理性质。
5. 什么是晶格点？晶格点的种类有哪些？答：晶格点是位于晶体内部的原子、离子或分子的位置。
晶格点的种类包括普通晶格点、间隙晶格点和特殊晶格点。
普通晶格点是晶体中原子、离子或分子的晶格点，如AB型晶体中的A和B原子；间隙晶格点是晶体中没有原子、离子或分子的晶格点，如金刚石中的间隙晶格点；特殊晶格点是具有非普通晶格点性质的晶体中的晶格点，如晶体中的空位或杂质原子。
第二章：物质的结构与性能关系1. 简述晶体结构对物质性能的影响。
答：晶体结构直接影响物质的物理性质和化学性质。
材料科学基础晶体结构缺陷
1.淬火 高温时晶体中的空位浓度很高，经过淬火后，空 位来不及通过扩散达到平衡浓度，在低温下仍保持了较 高的空位浓度。
2.冷加工 金属在室温下进行压力加工时，由于位错交割 所形成的割阶发生攀移，从而使金属晶体内空位浓度增 加。
3.辐照 当金属受到高能粒子（中子、质子、α粒子、电子 等）辐照时，晶体中的原子将被击出，挤入晶格间隙中， 由于被击出的原子具有很高的能量，因此还有可能发生 连锁作用，在晶体中形成大量的空位和间隙原子。
四、点缺陷的运动
晶体中的点缺陷并不是固定不动的，而是处于不断的运动过程 中。
三种运动形式：
①空位周围的原子，由于热激活，某个原子有可能获得足够 的能量而跳入空位中，并占据这个平衡位置。这时，在该原 子的原来位置上，就形成了一个空位。这一过程可以看作空 位向邻近阵点位置的迁移(空位的运动）。
②由于热运动，晶体中的间隙原子也可由一个间隙位置迁移 到另一个间隙位置（间隙原子的运动）。
③在运动过程中，当间隙原子与一个空位相遇时，它将落入 该空位，而使两者都消失，这一过程称为复合。
图2-7 点缺陷运动示意图
五、点缺陷对晶体材料性能的影响 一般情形下，点缺陷主要影响晶体的物理性
质，如比容(specific volume)、比热容(specific
heat volume)、电阻率(resistivity)、扩散系数、
③只能在同时包含有位错线和滑移矢量的滑移 平面上滑移； ④位错周围点阵发生弹性畸变，有切应变， 也有正应变； ⑤在位错线周围的过渡区（畸变区）每个原 子具有较大的能量。
b、间隙原子
处于晶格间隙中的原子即为间隙原子。在 形成弗仑克尔空位的同时,也形成一个间隙原 子，另外溶质原子挤入溶剂的晶格间隙中后， 也称为间隙原子,他们都会造成严重的晶体畸 变。间隙原子也是一种热平衡缺陷，在一定温 度下有一平衡浓度，对于异类间隙原子来说， 常将这一平衡浓度称为固溶度或溶解度。
东南大学材料科学基础-第7章晶体缺陷讲义
7.2 位错的基本知识
假定t是x的正弦函数：
2x t t m sin( ) a
其中tm对应正弦函数的振幅，a是周期。
tm估计：
一方面，考虑位移很小(x<<a)的情况：
2x t tm a
另一方面，形变很小时，应力和应变满足虎克定律，即:
t = Gg = Gx/b
G为切变模量，g为切应变。
7.2 位错的基本知识
以上的位错称为正刃型位错，用“┻”表示正，反之为负刃
型位错，用“┳”表示；（正负是相对的还是绝对的？）
点阵发生畸变，产生压缩和膨胀，形成应力场，随着远离
中心而减弱；（何处发生压缩？何处发生膨胀？） 位错是狭长型的，是线缺陷； 每根位错的滑移面唯一确定。
7.2 位错的基本知识
考虑一下，还 可以采用什么 方式构造出一 个刃型位错？
短程性），计算出的τ m仍有约G/30，与实验值相差依然很大。
7.2 位错的基本知识
1934年M.Polanyi，E.Orowan和G.Taylor差不多同时提出了 位错的局部滑移理论：
此后一段时间内由于缺乏实验手段验证，存在争议。 1956 年门特 (J.W.Menter) 用电子显微镜 (TEM) 直接观察到铂 钛花青晶体中的位错。
7.1 点缺陷(Point Defect)
( N n)! W N !n! ( N n)! SC k ln Ω N !n!
由于 (N+n)!/(N!n!) 中各项的数目都很大 (N>>n>>1) ，可用斯 特林(Stirling)近似公式lnx!＝xlnx－x (x>>1时)将上式简化：
材 料 科 学 基 础
薛 烽
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置换原子的固溶度一般较大，有些可以互为置换原子， 如Cu-Ni合金，Ni在Cu（或Cu在Ni）中的固溶度可以达到 100%，即Cu原子和Ni原子可以互相置换。
见§2-3 合金相结构/固溶体/置换固溶体
例：在不同温度时，铜晶体中空位的平衡浓度（空位数/m3）
1mቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ铜中原子 位置总数
8.0×1028
0℃ (273K)
2×1012
250℃ (523K)
1.7×1020
500℃ (773K)
1.1×1023
750℃ (1023K)
3×1024
1000℃ (1273K)
2.2×1025
3、过饱和空位形成
一、晶体缺陷的分类
按照晶体缺陷的几何形态可以分为四类： 点缺陷(point defects)——零维缺陷 线缺陷，又称为位错(dislocation)——一维缺陷 面缺陷——二维缺陷 体缺陷——三维缺陷
二、晶体缺陷对材料的影响
晶体缺陷对晶体材料性能的影响非常大： 力学性能：如，强度、硬度、塑性、韧性等； 物理性能：如，电阻率、扩散系数等、比容、比热容； 化学性能：如，耐蚀性等； 冶金性能：如，固态相变等； 工艺性能：如，锻造性能、冲压性能、切削性能等。
异类间隙原子在一定温度也有一个平衡浓度，称之为固态溶 解度，简称“固溶度”。间隙原子的固溶度通常都很小，但是 对金属强化却起着极其重要的作用。
见§2-3 合金相结构/固溶体/间隙固溶体
置换原子
置换原子是溶入金属晶体并且占据原来基体原子平衡位 置的异类原子。由于置换原子的半径和基体原子的半径总 有些差异，所以也会使其周围原子偏离平衡位置，造成晶 格畸变。
空位形成过程——动画
1、空位的分类
肖脱基(Schttky)空位：原子离开晶体（蒸发了）留下的空位。 弗兰克尔(Frenkel)空位：形成空位和间隙原子对。
2、空位形成能和空位平衡浓度
形成一个空位所需的能量称为空位形成能，温度越高能
够获得空位形成能的原子越多，所以空位的数量也就越多。在
平衡状态下，单位体积(1m3)的晶体中含有空位的数量称为空
二、间隙原子和置换原子
间隙原子是指处于晶格间隙中的原子。晶格原子之间的间隙 是很小的，一个原子硬挤进去必然使周围原子偏离平衡位置， 造成晶格畸变，因此也是一种点缺陷。
间隙原子又可分为两种：
同类的间隙原子，如前所述，一般是空位形成时产生的，空 位浓度越高，则同类间隙原子的浓度也越高。
异类间隙原子一般都是半径很小的原子，如钢铁中的碳、氮、 硼、氢原子即属此类。尽管这些原子半径很小，但是仍比晶格 间隙的尺寸大，所以也会造成晶格畸变。
位的平衡浓度。
Cv
exp(
Gv RT
)
式中， Gv Hv TSv
ΔGv——1mol空位的生成自由能， ΔHv——1mol空位的生成焓， ΔSv——1mol空位的熵增， R ——气体常数。
常用公式：
N
v
N
exp(
Qv kT
)
N ——原子位置的总数， Qv——1个空位形成能，J T ——温度，K k ——玻尔兹曼常数，1.38×10-23 J/K (或8.62×10-5eV/ K)
第七章 晶体缺陷
透射电子显微镜下观察到不锈钢316L (00Cr17Ni14Mo2)的位错线与位错缠结
§7-1 引言
前面讲的都是理想状态的完整晶体，晶体中没有任何缺陷， 晶体中的所有原子都在各自的平衡位置，处于能量最低状态。 然而这样的理想晶体在现实中是不存在的，实际晶体中存在 着大量的这样那样的缺陷。所以，实际晶体都是非完整晶体。 晶体中原子排列的不完整性称为晶体缺陷。
§7-2 点缺陷
常见的点缺陷有： 空位(vacancy) 间隙原子(interstitial atom) 置换原子(substitutional atom)
一、空位
空位是由于该处的原子被激活（即获得了足够的能量）， 跳离了自己的平衡位置而形成的。空位的形成有时还会造成 间隙原子的出现。由于空位的存在，使其周围的原子偏离平 衡位置，从而使晶格发生畸变，所以说空位是一种点缺陷。
在一定温度时，晶体具有平衡的空位浓度。当空位浓度超 过平衡浓度时，就称为过饱和。
获得过饱和点缺陷（空位和间隙原子）的方式：
淬火：温度升高，平衡浓度增大，急速冷却后，空位来不及 消失，被保留下来，形成过饱和空位。
冷变形：较低温度下塑性变形，会产生空位，超过此温度时 的平衡浓度。
辐照：高能粒子（中子、质子、氘核、α-粒子、电子等）照 射时，晶体点阵上的原子被击出，进入点阵间隙，留 下空位，并形成间隙原子。
见§2-3 合金相结构/固溶体/置换固溶体
例：在不同温度时，铜晶体中空位的平衡浓度（空位数/m3）
1mቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ铜中原子 位置总数
8.0×1028
0℃ (273K)
2×1012
250℃ (523K)
1.7×1020
500℃ (773K)
1.1×1023
750℃ (1023K)
3×1024
1000℃ (1273K)
2.2×1025
3、过饱和空位形成
一、晶体缺陷的分类
按照晶体缺陷的几何形态可以分为四类： 点缺陷(point defects)——零维缺陷 线缺陷，又称为位错(dislocation)——一维缺陷 面缺陷——二维缺陷 体缺陷——三维缺陷
二、晶体缺陷对材料的影响
晶体缺陷对晶体材料性能的影响非常大： 力学性能：如，强度、硬度、塑性、韧性等； 物理性能：如，电阻率、扩散系数等、比容、比热容； 化学性能：如，耐蚀性等； 冶金性能：如，固态相变等； 工艺性能：如，锻造性能、冲压性能、切削性能等。
异类间隙原子在一定温度也有一个平衡浓度，称之为固态溶 解度，简称“固溶度”。间隙原子的固溶度通常都很小，但是 对金属强化却起着极其重要的作用。
见§2-3 合金相结构/固溶体/间隙固溶体
置换原子
置换原子是溶入金属晶体并且占据原来基体原子平衡位 置的异类原子。由于置换原子的半径和基体原子的半径总 有些差异，所以也会使其周围原子偏离平衡位置，造成晶 格畸变。
空位形成过程——动画
1、空位的分类
肖脱基(Schttky)空位：原子离开晶体（蒸发了）留下的空位。 弗兰克尔(Frenkel)空位：形成空位和间隙原子对。
2、空位形成能和空位平衡浓度
形成一个空位所需的能量称为空位形成能，温度越高能
够获得空位形成能的原子越多，所以空位的数量也就越多。在
平衡状态下，单位体积(1m3)的晶体中含有空位的数量称为空
二、间隙原子和置换原子
间隙原子是指处于晶格间隙中的原子。晶格原子之间的间隙 是很小的，一个原子硬挤进去必然使周围原子偏离平衡位置， 造成晶格畸变，因此也是一种点缺陷。
间隙原子又可分为两种：
同类的间隙原子，如前所述，一般是空位形成时产生的，空 位浓度越高，则同类间隙原子的浓度也越高。
异类间隙原子一般都是半径很小的原子，如钢铁中的碳、氮、 硼、氢原子即属此类。尽管这些原子半径很小，但是仍比晶格 间隙的尺寸大，所以也会造成晶格畸变。
位的平衡浓度。
Cv
exp(
Gv RT
)
式中， Gv Hv TSv
ΔGv——1mol空位的生成自由能， ΔHv——1mol空位的生成焓， ΔSv——1mol空位的熵增， R ——气体常数。
常用公式：
N
v
N
exp(
Qv kT
)
N ——原子位置的总数， Qv——1个空位形成能，J T ——温度，K k ——玻尔兹曼常数，1.38×10-23 J/K (或8.62×10-5eV/ K)
第七章 晶体缺陷
透射电子显微镜下观察到不锈钢316L (00Cr17Ni14Mo2)的位错线与位错缠结
§7-1 引言
前面讲的都是理想状态的完整晶体，晶体中没有任何缺陷， 晶体中的所有原子都在各自的平衡位置，处于能量最低状态。 然而这样的理想晶体在现实中是不存在的，实际晶体中存在 着大量的这样那样的缺陷。所以，实际晶体都是非完整晶体。 晶体中原子排列的不完整性称为晶体缺陷。
§7-2 点缺陷
常见的点缺陷有： 空位(vacancy) 间隙原子(interstitial atom) 置换原子(substitutional atom)
一、空位
空位是由于该处的原子被激活（即获得了足够的能量）， 跳离了自己的平衡位置而形成的。空位的形成有时还会造成 间隙原子的出现。由于空位的存在，使其周围的原子偏离平 衡位置，从而使晶格发生畸变，所以说空位是一种点缺陷。
在一定温度时，晶体具有平衡的空位浓度。当空位浓度超 过平衡浓度时，就称为过饱和。
获得过饱和点缺陷（空位和间隙原子）的方式：
淬火：温度升高，平衡浓度增大，急速冷却后，空位来不及 消失，被保留下来，形成过饱和空位。
冷变形：较低温度下塑性变形，会产生空位，超过此温度时 的平衡浓度。
辐照：高能粒子（中子、质子、氘核、α-粒子、电子等）照 射时，晶体点阵上的原子被击出，进入点阵间隙，留 下空位，并形成间隙原子。