晶体缺陷与固态相变复习资料
1晶体缺陷：晶体中原子排列的不规则性及不完整性。
2晶体缺陷的种类：点缺陷、线缺陷、面缺陷。
3点缺陷: 缺陷尺寸在三维方向上都很小且与原子尺寸相当的缺陷4导致晶体缺陷产生的原因①结晶时的生长条件②原子在晶体内部的热振动③加工过程④辐射。
5对于弗伦克尔缺陷，间隙原子和空格点是成对产生，晶体的体积不发生改变；而肖特基缺陷使晶体体积增加。
6空位的最终结果，运动会引起自扩散：使得空位消失或是聚集形成空位片。
7离开平衡位置的原子去处：表面、间隙、其他空位8点缺陷的存在使晶体熵值增大，稳定性增加；但造成点阵畸变，使稳定性减弱。
1点缺陷的类型：空位、间隙原子、异类原子。
2点缺陷与扩散的关系：空位、间隙原子自扩散异类原子弥扩散3点缺陷对性能的影响：点缺陷的存在，使得金属的电阻增加，体积膨胀，密度减小，使离子晶体的导电性改善。
过饱和点缺陷，如淬火空位、辐照缺陷，还可以提高金属的屈服强度。
4过饱和点缺陷的方法：辐照、高温淬火、加工变形0线缺陷在两个方向上尺寸很小，另外一个方向上延伸较长，也称为一维缺陷，如各类位错。
1 位错：位错是晶体排列的一种特殊组态，晶体中沿某一原子面及某一原子方向发生了某种有规律的错排现象；从位错的几何结构来看，位错是已滑移区与未滑移区在滑移面上的交界线，称为位错线；从伯氏矢量角度来看，位错是伯氏矢量不为零的晶体缺陷。
2位错的三种基本类型：刃型位错、螺型位错和混合位错。
它们与柏氏矢量的关系：刃型位错：柏氏矢量与位错线垂直。
螺型位错：柏氏矢量与位错线平行。
混合位错：柏氏矢量与位错线既不平行也不垂直，而是与位错线相交成任意角度。
伯氏矢量的守恒性：伯氏矢量与回路起点及其具体途径无关。
一根位错线不能终止于晶体内部，而只能中止在晶体的表面或晶界上。
若它终止于晶体内部，则形成位错环或者三维位错网络。
3位错的运动形式或方式有哪些？位错的基本运动形式是滑移，此外，刃型位错还有攀移，螺型位错还有交滑移。
刃型位错在垂直于滑移面方向的运动称为攀移。
对于螺型位错，由于所有包含位错线的晶面都可成为其滑移面，因此，当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。
如果交滑移后的位错再转回和原滑移面平行的滑移面上继续运动，则称为双交滑移。
4扭折、割阶的定义；割阶对位错运动有什么影响？一个运动的位错线，特别是在受到阻碍的情况下，有可能通过其中一部分线段（n个原子间距）首先进行滑移。
若由此形成的曲折线段就在位错的滑移面上时，称为扭折；若该曲折线段垂直于位错的滑移面时，则称为割阶。
刃型位错的割阶部分仍为刃型位错，而扭折部分则为螺型位错;螺型位错中的扭折和割阶线段，由于均与伯氏矢量垂直，故均属于刃型位错。
扭折与原位错线在同一滑移面上，可随主位错线一道运动，几乎不产生阻力，而且扭折在线张力作用下易于消失。
但割阶则与原位错线不在同一滑移面，故除非割阶产生攀移，否则割阶就不能随主位错线一道运动，成为位错运动的障碍，通常称此为割阶硬化。
带割阶位错的运动，按割阶高度的不同，又可分为三种情况：①割阶高度只有1~2个原子间距，螺型位错可以把割阶拖着走，在割阶后面留下一排点缺陷；②割阶高度约在20nm以上，它们可以各自独立的在各自的滑移面上滑移，并以割阶为轴，在滑移面上旋转；③割阶高度介于上述两种情况之间时，位错不可能拖着割阶运动，割阶之间的位错线弯曲而在其后形成位错环。
5不全位错的柏氏矢量的特点如下：1) 不全位错的四周不完全是完整的结构，有一部分有层错；2) 不全位错的柏氏回路必须从层错开始，回路最后还要穿过层错；3) 不全位错的柏氏矢量不是完整的最短点阵矢量；4) 不全位错的矢量也有守恒性。
6单位位错：柏氏矢量恰好等于单位点阵矢量的位错。
不全位错：柏氏矢量不等于单位点阵矢量或其整数倍的位错。
扩展位错：通常把一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错组态称为扩展位错。
7层错与不全位错的关系若堆垛层错不是发生在晶体的整个原子面上而是只是部分区域存在，则在层错与完整晶体的交界处就存①当层错存在时，层错与完整晶体的边界为肖克利不全位错②与抽出型层错联系的不全位错通常称为负弗兰克不全位错，而与插入型联系的则称为正弗兰克不全位错。
弗兰克不全位错又称为不滑动位错或固定位错。
8扩散与位错①如果扩散元素沿位错管道迁移，所需要的激活能较小，所以扩散速率较高。
②在高温下，位错对晶体的总扩散的贡献并不大，只有在较低温度下才能显示出其重要性。
③冷变形会增加金属材料的界面和位错密度，也会加速扩散过程的进行。
9第二相粒子与位错的关系：绕过机制，切过机制绕过机制：位错绕过不易形变粒子，粒子对位错的斥力足够大，运动位错线在粒子前受阻、弯曲。
随外加切应力增加，留下位错环，其余位错继续滑移。
通常称为奥罗万机制。
切过机制：短程交互作用和长程交互作用。
通常将第二相粒子强化分为沉淀强化与弥散强化两类。
10汤普森四面体（点、线、面）如果以α，β，γ，δ分别代表与 A ，B ，C ，D 点相对面的中心，把4个面以三角形ABC 为底展开，得图3.40(c) 。
由图中可见:(1) 四面体的4个面即为4个可能的滑移面:(111),(111),(111),(111)面。
(2) 四面体的6个棱边代表12个晶向，即为面心立方晶体中全位错12 个可能的柏氏矢量。
(3) 每个面的顶点与其中心的连线代表24个1112 6型的滑移矢量，它们相当于面心立方晶体中可能的24 个肖克莱不全位错的柏氏矢量。
(4）4个顶点到它所对的三角形中点的连线代表8个11113型的滑移矢最，它们相当于面心立方晶体中可能有的8个弗兰克不全位错的柏氏矢量。
(5) 4个面中心相连即αβ，αγ，αδ，βγ，βδ，γδ为11106是压杆位错的一种。
11罗麦-柯索尔位错（位错方向）罗麦位错：，即位错方向[110]柯垂尔位错：在（111）面上：在面上，即位错方向[110]两扩展位错在各自的滑移面上相向移动，当每个扩展位错中的一个不全位错达到滑移面的交截线时，就会通过位错反应生成新的先导位错（亦为不全位错），这个新位错是纯刃型的，其伯氏矢量位于（001）面上，其滑移面是（001），但fcc的滑移面应是{111}，因此，这个位错是固定位错，又称压杆位错，这种形成于两个{111}面之间的面角上，由三个不全位错和两片层错所构成的位错组态称为“Lomer-Cottrell位错"，也称为面角位错。
12位错增殖的5种机制：F-R位错源、双交滑移、单边F-R位错源、刃型位错线部分攀移、空位片塌陷13位错密度与强度关系（图）1）由上图可得随着缺陷数目的增加，金属的强度下降。
原因是缺陷破坏了原子间结合力，从宏观上看，即随缺陷数目增加，强度下降。
2）随着缺陷数目的增加，金属的强度增加。
原因是位错交割缠结，使位错运动的阻力增加，强度增加。
由此可见，强化金属的方向有两个：一是制备无缺陷的理想晶体，其强度最高，但实际上很难；另一种是制备缺陷数目多的晶体，例如：纳米晶体，非晶态晶体等。
1基本概念与类型，对性能的影响面缺陷，其特征是在一个方向上尺寸很小，另外两个方向上扩展很大，也称为二维缺陷。
类型：外表面和内界面。
外表面：固体材料与气体或液体的分界面。
内界面：晶界、亚晶界、孪晶界、层错和相界面等。
晶界：属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面。
根据位向差θ的大小不同可将晶界分为两类：（1）小角度晶界——相邻晶粒的位向差小于10°晶界，亚晶界均属小角度晶界，一般小于2°；（2）大角度晶界——相邻晶粒的位向差大于10°晶界，多晶体中90％以上的晶界属于此类。
亚晶界：位向稍有差异的相邻亚晶粒间的界面。
孪晶界：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向关系，这两个晶体就称为"孪晶"，此公共晶面就称孪晶面；孪晶界可分为两类：共格孪晶界和非共格孪晶界。
相界：具有不同结构的两相之间的分界面；相界面可分为共格相界、半共格相界和非共格相界三种类型。
2．晶界的位错结构（1）小角度晶界的结构：①对称倾斜晶界：晶界两侧晶体互相倾斜的结果，相邻两晶粒间的位向差θ角很小，晶界可看成是由一列平行的刃型位错所构成；②不对称倾斜晶界：倾斜晶界的界面绕x轴转了一角度φ，两晶粒之间的位向差仍为θ角，由两组柏氏矢量相互垂直的刃位错交错排列而构成；③扭转晶界：两部分晶体绕某一轴在一个共同的晶面上相对扭转一个θ角所构成，由互相交叉的螺型位错网络所组成；倾斜晶界：转轴在晶界内；扭转晶界：转轴垂直于晶界。
（2）大角度晶界的结构多晶体材料中各晶粒之间的晶界通常为大角度晶界；分界面由不规则的台阶组成。
面缺陷对性能的影响：（晶界的特性）1.晶界处点阵畸变大，存在着晶界能。
2.晶界处原子排列不规则，在常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍作用，宏观表现为晶界较晶内具有较高的强度和硬度。
3.晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，并且晶界处存在较多的缺陷，故晶界处原子的扩散速度比在晶内快的多。
4.相变过程中，由于晶界能量较高且原子活动能力较大，所以新相易于在晶界处优先形核。
5.由于成分偏析和内附现象，故在加热过程中，会出现“过热”现象。
6.由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，故晶界的腐蚀速度较快。
1固态相变的特点？（1）固态相变阻力大（2）新相-母相界面上原子的排列易保持一定的匹配（3）新相和母相之间存在一定的晶体学位相关系（4）为了维持共格，新相往往在母相的一定晶面上开始形成。
（5）母相中晶体缺陷对新相形核起促进作用（6）易出现过渡相（1）相界面：按结构特点可分为共格界面、半共格界面(部分共格界面)和非共格界面三类；（2）位向关系，它们常以低指数的、原子密度大而又彼此匹配较好的晶面互相平行；（3）惯习面，固态相变时，新相往往在母相的一定结晶面上开始形成的晶面；（4）应变能，在固态相变过程中，新、旧两相的比容不同，并且由于母相是固体，新相形成时的体积变化将受到周围母相的约束，不能自由胀缩而产生应变，使系统额外地增加的能量；（5）晶体缺陷的影响，如晶界、位错和空位；（6）原子的扩散，有许多固态相变，新、旧两相的成分不同，相变必须通过某些组元的扩散才能进行。
在这种情况下，扩散就成为相变的控制因素。
但是，固态金属中原子的扩散速度远低于液态的原子，如液态金属中扩散系数可达10-70cm2/sec，而固态中仅约10-7~10-8 cm2/天，两者之间要相差几个数量级。
因此原子的扩散速度对固态相变有很重要的影响。
2固态相变类型：不同分类方式、不同类型按热力学分类方式分类，分为一级相变和二级相变；按相变时能否获得符合状态图的平衡组织进行分类，可分为平衡转变和不平衡转变；按相变过程中形核和长大的特点，可将固态相变分为扩散型相变、半扩散型相变和非扩散型相变。
材料科学基础 第三章_晶体缺陷
各种位错的柏氏矢量
2019/2/27
《材料科学基础》CAI课件-李克
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2、柏氏矢量的物理意义
1、反映位错周围点阵畸变的总积累（包括强度和方向）
2、该矢量的方向表示位错运动导致晶体滑移的方向， 而该矢量的模表示畸变的程度称为位错的强度。 （strength of dislocation）
2019/2/27
《材料科学基础》CAI课件-李克
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b. 螺型位错 screw dislocation
位错线bb’：已滑移区和未滑移区的边界线
特征：
1）无额外半原子面， 原子错排是轴对称的 2）分左螺旋位错，符合左手法则；右螺旋位错 ，符合右手法则 3）位错线与滑移矢量平行，且为直线，位错线的运动方向与滑移矢量垂直 4）凡是以螺型位错线为晶带轴的晶带 所有晶面都可以为滑移面。 5) 点阵畸变引起平行于位错线的切应变，无正应变。 6）螺型位错是包含几个原子宽度的线缺陷。
4
*点缺陷分类：
肖脱基缺陷——原子迁移到表面——仅在晶体内部形成空位 弗兰克缺陷——原子迁移到间隙中——形成空位-间隙对 杂质或溶质原子——间隙式（小原子）或置换式（大原子）
2019/2/27
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*点缺陷的形成原因： 1. 由于热起伏，形成热力学稳定的缺陷： 产生与消亡达致平衡 2. 过饱和空位： 高温淬火、冷变形加工、高能粒子辐照
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• 主要增殖机制：Frank-Read 位错源
刃位错AB的两端A和B被位错用结点钉扎住 m,n两处同属纯螺型位错，但位错性质恰好相 反，两者相遇时，彼此便会抵消，这使原来 整根位错线断开成两部分，外面为封闭的位 错环，里面为一段连接A和B的位错线，在线 张力作用下变直恢复到原始状态。 在外力的继续作用下，它将重复上述过程，每 重复一次就产生一个位错环，从而造成位错的 增殖，并使晶体产生可观的滑移量。
材料科学基础：第7章 晶体缺陷1 点缺陷
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
固态相变复习总结
态相变复习总结1、固态相变概念金属（包括纯金属与合金）和陶瓷等固态材料在温度和压力改变时，组织、结构的变化。
2、共析转变合金在冷却时由一个固相分解为两个不同固相的转变称为共析转变（如珠光体转变）3、相变阻力新相与母相基体间形成界面所增加的界面能新相与母相体积差所引起的弹性应变能新相中亚结构的形成所需要的能量4、几种相界面和惯习面（1）共格界面（2）半共格界面（3）非共格界面5、固态相变的基本特点：（1）相变阻力大。
（2）一般有特定的形状。
（3）新相与母相一般有特定的为相关系和习惯面。
（4）原子迁移率低，多数相变受扩散控制。
（5）相变市容易产生压稳相。
（6）在新相得非均匀形核。
第三章1、奥氏体定义奥氏体是碳溶于V-Fe （面心立方）中形成的间隙固溶体，存在于共析温度以上，最大碳含量为2、11%2、奥氏体的性能硬度、屈服强度均不高塑性好（面心立方，滑移系多），易锻造加工。
比容小（fee是最密排的点阵结构），利用此特性可用膨胀仪来测定奧氏体的转变情况。
扩散系数小，使热强性好，可用作高温用钢导热性差，线膨胀系数较F和Fe3C 高一倍顺磁性，可作为无磁性钢3、A的组织颗粒状和针状4、平衡组织通过缓慢冷却所得到的珠光体以及先共析铁素体与渗碳体等组织5、不平衡组织通过较快的速度进行冷却时获得的组织；如马氏体，贝氏体等6、过热度：转变温度与临界点A1之差（4T）过热度越大，驱动力越大，转变速度越快。
7、奥氏体的形成是一个渗碳体的溶解，铁素体到奥氏体的点阵重构以及碳在奥氏体中的扩散的过程。
有4个阶段：（1）奥氏体形核；（2）奧氏体晶粒长大；（3）残留碳化物溶解；（4）奥氏体成分均匀化；8形核：形成位置：在F和Fe3C交界面上通过扩散机制形成。
原因：（1）成分上：在相界面上容易形成A所需的浓度起伏；（2）能量上：在相界上形核使界面能减小，应变能减小，使热力学条件更容易满足9、影响奥氏体形成速度的因素：（1）钢的成分；（2）原始组织；（3）加热温度；（4）合金元素；10、等温转变动力学曲线：奥氏体的等温动力学曲线是一定温度下等温时，奧氏体的形成量与等温时间的关系曲线特点:1）转变需要孕育期2）曲线呈S型初期：速度随时间加快；50%后：速度下降3）随温度升高，孕育期缩短，速度加快11、亚共析钢A转变的特点：珠光体首先转变为A。
第3章 晶体缺陷 笔记及课后习题详解(已整理 袁圆 2021.8.6)
第3章晶体缺陷笔记及课后习题详解(已整理袁圆 2021.8.6) 第3章晶体缺陷3.1 复习笔记一、点缺陷1．点缺陷的定义点缺陷是在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构正常排列的一种缺陷。
2．点缺陷的特征尺寸范围约为一个或几个原子尺度，故称零维缺陷，包括空位、间隙原子、杂质或溶质原子。
3．点缺陷的形成晶体中，位于点阵结点上的原子以其平衡位置为中心作热振动，当某一原子具有足够大的振动能而使振幅增大到一定限度时，就可能克服周围原子对它的制约作用，跳离其原来的位置，使点阵中形成空结点，称为空位。
离开平衡位置的原子有三个去处：（1）迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置上，而使晶体内部留下空位，称为肖特基（Schottky）缺陷；（2）挤入点阵的间隙位置，而在晶体中同时形成数目相等的空位和间隙原子，则称为弗仑克尔（Frenkel）缺陷；（3）跑到其他空位中，使空位消失或使空位移位；（4）在一定条件下，晶体表面上的原子也可能跑到晶体内部的间隙位置形成间隙原子图3.1 晶体中的点缺陷（a）肖特基缺陷（b）弗伦克尔缺陷（c）间隙原子4．点缺陷的平衡浓度（1）点缺陷存在的影响①造成点阵畸变，使晶体的内能升高，降低了晶体的热力学稳定性；②由于增大了原子排列的混乱程度，并改变了其周围原子的振动频率，引起组态熵和振动熵的改变，使晶体熵值增大，增加了晶体的热力学稳定性。
晶体组态熵的增值：最小，即式中，Qf为空位形成能，单位为J/mol，R为气体常数，R= 8.31J/(mol・K)。
（2）点缺陷浓度的几个特点对离子晶体而言，无论是Schottky缺陷还是Frenkel缺陷均是成对出现的事实；同时离子晶体的点缺陷形成能一般都相当大，故在平衡状态下存在的点缺陷浓度是极其微小的。
二、线缺陷 1．位错的定义晶体中某一列或若干列原子有规律的错排。
2．线缺陷的特征在两个方向上尺寸很小，另外一个方向上延伸较长，也称一维缺陷。
3．位错（1）位错的分类①刃型位错：晶体的一部分相对于另一部分出现一个多余的半排原子面。
金属固态相变原理考试复习思考题
复习思考题1.复习思考题1．固态相变和液－固相变有何异同点？相同点：（1）都需要相变驱动力（2）都存在相变阻力（3）都是系统自组织的过程不同点：（1）液－固相变驱动力为自由焓之差△G 相变，阻力为新相的表面能△G表，基本能连关系为：△G = △G 相变+△G表，而固态相变多了一项畸变能△G畸，基本能连关系为：△G = △G 相变+△G界面+△G畸（2）固态相变比液－固相变困难，需要较大的过冷度。
2．金属固态相变有那些主要特征？相界面；位向关系与惯习面；弹性应变能；过渡相的形成；晶体缺陷的影响；原子的扩散。
3. 说明固态相变的驱动力和阻力？在固态相变中，由于新旧相比容差和晶体位向的差异，这些差异产生在一个新旧相有机结合的弹性的固体介质中，在核胚及周围区域内产生弹性应力场，该应力场包含的能量就是相变的新阻力—畸变自由焓△G畸。
则有：△G = △G 相变+△G界面+△G畸式中△G 相变一项为相变驱动力。
它是新旧相自由焓之差。
当：△G 相变=G 新 -G 旧 <0 △G 相变小于零,相变将自发地进行(△G界面+△G畸)两项之和为相变阻力。
(1)界面能△G界面界面能σ由结构界面能σst和化学界面能σch组成。
即：σ=σst+σch结构界面能是由于界面处的原子键合被切断或被削弱，引起了势能的升高，形成的界面能。
（2）畸变能阻力—△G畸4．为什么在金属固态相变过程中有时出现过渡相？过渡相的形成有利于降低相变阻力，5. 晶体缺陷对固态相变有何影响？晶核在晶体缺陷处形核时，缺陷能将贡献给形核功，因此，晶体通过自组织功能在晶体缺陷处优先性核。
晶体缺陷对形核的催化作用体现在：（1）母相界面有现成的一部分，因而只需部分重建。
（2）原缺陷能将贡献给形核功，使形核功减小。
（3）界面处的扩散比晶内快的多。
（4）相变引起的应变能可较快的通过晶界流变而松弛。
（5）溶质原子易于偏聚在晶界处，有利于提高形核率。
6．扩散型相变和无扩散型相变各有那些特征？（1）扩散型相变原子迁移造成原有原子邻居关系的破坏，在相变时，新旧相界面处，在化学位差驱动下，旧相原子单个而无序的，统计式的越过相界面进入新相，在新相中原子打乱重排，新旧相排列顺序不同，界面不断向旧相推移，此称为界面热激活迁移，是扩散激活能与温度的函数。
整理背诵版 固态相变重要简答以及重要名词解释
金属固态相变1.固态相变的特点：具有确定的形状，较高的切变强度，内部原子按点阵规律排列并且总是不同程度存在着各种分布很不均匀的结构缺陷。
（1）. 与液态相变一样，驱动力是新旧两相的自由能差。
（2）. 新相与母相界面上原子排列易保持一定的匹配，根本原因在于有力于相变阻力的降低，固态相变产生的相界面的分类：a.共格界面：当界面上的原子所占据的位置恰好是两相点阵共有的位置时，两相在界面上的原子可以一对一的相互匹配，这种界面叫共格界面。
b.半共格界面：界面上两相原子部分地保持匹配。
c.非共格界面：当两相界面的原子排列差异很大，即错配度很大时，原子间的匹配关系不再维持。
（3）.新相与母相之间存在一定的晶体学位相关系当两相界面为共格或半共格时，新相和母相之间必然有一定的位相关系。
若两相间没有确定的位相关系，则界面肯定为非共格界面。
（4）.新相习惯于在母相的一定晶面上形成固态相变时，新相往往以特定的晶向在母相的特定晶面上形成，这个晶面称为惯习面，晶向为惯习方向，这种现象称为惯习现象，是由于降低界面能和应变能以致减小相变阻力所造成的。
（5）.母相晶体缺陷对相变起促进作用。
（6）.易于出现过渡相。
2. 固态相变的基本类型：按相变过程中的形核与长大的特点分为：扩散型，非扩散型，半扩散型相变。
a.扩散型相变：新相的形核和长大主要依靠原子进行长距离的扩散，或者说依靠相界面的扩散移动进行（非共格的）b.非扩散型相变：新相的成长通过类似塑性变形过程的滑移和孪生那样，孪生切变和转动而进行，相界面共格c.半扩散型相变：（贝氏体的转变）块状转变。
2.马氏体转变特点:1.马氏体转变是在无扩散的情况下进行的.由于马氏体转变是在较大的过冷度条件下进行的,铁原子,碳原子及其它合金元素活动能力较低,因此点阵重构是由原子集体有规律的近程性的完成.2.马氏体的转变过程中会在表面产生浮凸．3.马氏体转变具有一定的位向关系和惯习面．马氏体是在奥氏一定的结晶面上形成的，此面称为惯习面，它在相变过程中不变形，也不转动．由于马氏体转变时新相和母相始终保持切变共格性，因此马氏体转变后新相和母相之间存在一定的结晶学位向关系．主要在Ｋ－Ｓ位向关系和西山位向关系．4.降温转变及马氏体转变的高速特点．马氏体转变是在一定的温度范围内进行的，马氏体转变动力学的主要形式有变温转变和等温转变两种．降温形成的马氏体其转变速度极快．5.马氏体转变具有可逆性．6.合金元素无扩散．马氏体力学性能：1.马氏体最主要的特点就是具有高强度和高硬度。
固体物理第四章 晶体的缺陷与缺陷运动
τ2——填隙原子跳跃一次所需等待的时间。（ 2
1 ) P2
下面的任务是：看以上的这些量与那些物理量有关。
首先讨论P2 , τ
2
：
设势垒高度为E2，根据玻尔兹曼统计，在温度为T
时，粒子具有能量E2的几率与
exp(
E2 ) k BT
点缺陷还可以改变离子晶体的颜色 。 离子晶体在碱金属蒸气中加热产生间隙原子。比较大数 量的点缺陷会改变能级，使第一激发态与基态的能级差减小， 从而使某种频率的可见光可以被吸收，即改变了离子晶体的
颜色。这种缺陷称为色心。（P150）
3）极化子 当一个电子被引入到离子晶体时，它会使原来的周期 性势场发生畸变，这个畸变区域构成点缺陷。 由于这种局部畸变会随电子从晶体的一处移到另一处， 所以把携带着周围晶格畸变的电子看成是一个准粒子，称为 极化子。
由波尔兹曼公式：
S kB ln W
W——体系的微观状态数
平衡时，自由能达到极小值，
F ( )T 0 n1
假设：
1）空位的出现并不影响原来的振动状态； （不考虑杂质膜）
2）产生每一个空位所需能量相等。
（两个空位出现在一 起的几率很小） 产生n1 个空位后，F的变化量为
F n1u1 kBT (lnW ln W0 )
2）替位式杂质原子（离子）和填隙式杂质原子（离子）
在低温下离子晶体的导电性可以用掺杂的办法来提高。 如： NaCl是单价离子晶体，如果用双价杂质（例如：钙离子） 进行掺杂，实验证明掺杂后的离子晶体的导电性与钙离 子的浓度成正比。
原因是为保持电中性，对应于每一个钙离子，离子晶体 中会另外产生一个空位。空位在电场下移动而产生电流。 这是点缺陷的一种运用。
材料科学基础课件第三章晶体缺陷
(1)点缺陷形成的物理本质是什么？ (2)点缺陷形成的驱动力来自何处？ 下面将对这些内容进行阐述。
点缺陷形成最重要的环节是原子的振动。
在第二章的学习中我们已经知道：晶体中 的原子在其所处的原子相互作用环境中受 到两种作用力：
第一节 概 述
一、缺陷（Defect）的概念 大多数固体是晶体，晶体正是以其特殊的构
型被人们最早认识。因此目前(至少在20世纪80年 代以前)人们理解的“固体物理”主要是指晶体。 当然这也是因为客观上晶体的理论相对成熟。在 晶体理论发展中，空间点阵的概念非常重要。
空间点阵中，用几何上规则的点来描述晶体 中的原子排列，并连成格子，这些点被称为格点， 格子被称为点阵，这就是空间点阵的基本思想， 它是对晶体原子排列的抽象。空间点阵在晶体学 理论的发展中起到了重要作用。可以说，它是晶 体学理论的基础。现代的晶体理论基于晶体具有 宏观平移对称性，并因此发展了空间点阵学说。
考虑一具有 N 个点阵位置的晶体，形成 n 个 空位后，系统的自由能的变化为：
F = nEv-TS S = Sc + nSv
(3-201) (3-202)
下面考虑组态熵的计算。热力学上有:
Sc = klnΩ
(3-203)
其中，k 为玻尔兹曼常数，k = 1.38 ×1023J/K；Ω为系统的微观状态数目。对于我们考虑 的体系，n 个空位形成后，整个晶体将包含 N＋n 个点阵位置。N 个原子和 n 个点阵位置上的排列 方式为(N +n)! ，但由于N 个原子的等同性和 n 个 空位的等同性，最后可以识别的微观状态数为：
当这对矛盾达到统一时，系统就达到平衡。 因为系统都具有最小自由能的倾向，由此确定的 点缺陷浓度即为该温度下的平衡浓度。
第二章晶体缺陷
第二章晶体缺陷固体在热力学上最稳定的状态是处于0K温度时的完整晶体状态，此时，其内部能量最低。
晶体中的原子按理想的晶格点阵排列。
实际的真实晶体中，在高于0K的任何温度下，都或多或少的存在着对理想晶体结构的偏离，即存在着结构缺陷。
结构缺陷的存在及其运动规律，对固体的一系列性质和性能有着密切的关系，尤其是新型陶瓷性能的调节和应用功能的开发常常取决于对晶体缺陷类型和缺陷浓度的控制，因此掌握晶体缺陷的知识是掌握材料科学的基础。
晶体缺陷从形成的几何形态上可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。
其中点缺陷按形成原因又可分为热缺陷、组成缺陷（固溶体）和非化学计量化合物缺陷，点缺陷对材料的动力性质具有重要影响。
本章对点缺陷进行重点研究，对线缺陷的类型和基本运动规律进行简要的介绍，面缺陷的内容放在表面和界面一章中讲解。
第一节热缺陷一.热缺陷定义当晶体的温度高于绝对0K时，由于晶格内原子热振动，使一部分能量较大的原子离开平衡位置造成的缺陷。
由于质点热运动产生的缺陷称为热缺陷。
二.热缺陷产生的原因当温度高于绝对温度时，晶格中原子热振动，温度是原子平均动能的度量，部分原子的能量较高，大于周围质点的约束力时就可离开其平衡位置，形成缺陷。
三.热缺陷的基本类型1.肖特基缺陷如果表面正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置但并未离开晶体，仅迁移到晶体表面外新表面的一个位置上，在原表面格点上留下空位。
原子的迁移相当于空位的反向迁移，表面的空位移至晶体的内部。
显然，在产生肖特基缺陷晶体会增大体积。
为了维持晶体的电中性，正、负离子空位同时按化学式关系成比例产生。
2.弗伦克尔缺陷晶格热振动时，一些原子离开平衡位置后挤到晶格的间隙位置中形成间隙原子，而原来的结点形成空位。
此过程中，间隙原子与空位成对产生，晶体体积不发生变化。
四 .缺陷化学 1.缺陷表示方法在克劳格.明克符号系统中，用一个主要符号来表明缺陷的种类，用一个下标来表示缺陷的位置，缺陷的有效电荷在符号的上标表示，如“·”表示正电，“’”表示负电，“×”表示中性。
固态相变题库及答案
固态相变课程复习思考题2012-5-171.说明金属固态相变的主要分类及其形式2.说明金属固态相变的主要特点3.说明金属固态相变的热力学条件与作用4.说明金属固态相变的晶核长大条件和机制5.说明奥氏体的组织特征和性能6.说明奥氏体的形成机制7.简要说明珠光体的组织特征8.简要说明珠光体的转变体制9.简要说明珠光体转变产物的机械性能10.简要说明马氏体相变的主要特点11.简要说明马氏体相变的形核理论和切边模型12.说明马氏体的机械性能，例如硬度、强度和韧性13.简要说明贝氏体的基本特征和组织形态14.说明恩金贝氏体相变假说15.说明钢中贝氏体的机械性能16.说明钢中贝氏体的组织形态17.分析合金脱溶过程和脱溶物的结构18.分析合金脱溶后的显微组织19.说明合金脱溶时效的性能变化20.说明合金的调幅分解的结构、组织和性能21.试计算碳含量为2.11%（质量分数）奥氏体中，平均几个晶胞有一个碳原子？22.影响珠光体片间距的因素有哪些？23.试述影响珠光体转变力学的因素。
24.试述珠光体转变为什么不能存在领先相25.过冷奥氏体在什么条件下形成片状珠光体，什么条件下形成粒状珠光体26.试述马氏体相变的主要特征及马氏体相变的判据27.试述贝氏体转变与马氏体相变的异同点28.试述贝氏体转变的动力学特点29.试述贝氏体的形核特点30.熟悉如下概念：时效、脱溶、连续脱溶、不连续脱溶。
31.试述Al-Cu合金的时效过程，写出析出贯序32.试述脱溶过程出现过渡相的原因33.掌握如下基本概念：固态相变、平衡转变、共析相变、平衡脱溶、扩散性相变、无扩散型相变、均匀形核、形核率1.说明金属固态相变的主要分类及其形式？（1）按热力学分类：①一级相变②二级相变（2）按平衡状态图分类：①平衡相变㈠同素异构转变和多形性转变㈡平衡脱溶沉淀㈢共析相变㈣调幅分解㈤有序化转变②非平衡相变㈠伪共析相变。
㈡马氏体相变。
㈢贝氏体相变。
㈣非平衡脱溶沉淀。