实际金属晶体内部，由于铸造、变形等多种因素的影响，其局部区域原子的规则排列往往受到干扰和破坏，不像理想晶体那样规则和完整。实际金属晶体中原子排列的这种不完整性，通常称为晶体缺陷。根据晶体缺陷在空间的几何形状及尺寸，一般将它们分为以下3类：点缺陷、线缺陷和面缺陷。结构的不完整性会对晶体的性能产生重大影响，特别是对金属的塑性变形、固态相变以及扩散等过程都起着重要的作用。

2.2.2.1　点缺陷

点缺陷是指在三维空间各方向上尺寸都很小，约为一个或几个原子间距的缺陷，属于零维缺陷，如空位、间隙原子、异类原子等。

晶格中某个原子脱离了平衡位置，形成空结点，称为空位［见图 2.16（a）］。位于晶格间隙之中的原子叫作间隙原子［见图 2.16（b）］。材料中总存在着一些其他元素的杂质，即异类原子，当异类原子半径比金属的半径小得多时，容易挤入晶格的间隙中，成为异类间隙原子［见图2.16（b）］，当异类原子与金属原子的半径接近或尺寸较大时，便会取代正常结点原子而形成置换原子［见图 2.16（c）和图 2.16（d）］。在上述点缺陷中，间隙原子最难形成，而空位却普遍存在。

图2.16　点缺陷的类型

空位的形成主要与原子的热振动有关。当某些原子振动的能量高到足以克服周围原子的束缚时，它们便有可能脱离原来的平衡位置（晶格的结点）而迁移至别处，结果在原来的结点上形成了空位。塑性变形、高能粒子辐射、热处理等也能促进空位的形成。

由图 2.16 可以看出，在点缺陷附近，由于原子间作用力的平衡被破坏，使其周围的其他原子发生靠拢或撑开的不规则排列，这种变化称为晶格畸变。晶格畸变将使材料产生力学性能及物理化学性能的改变，如强度、硬度及电阻率增大，密度发生变化等。

2.2.2.2　线缺陷

线缺陷是指二维尺寸很小而第三维尺寸相对很大的缺陷，属于一维缺陷。晶体中的线缺陷通常指各种类型的位错。

位错是由晶体原子平面的错动引起的，即晶格中的某处有一列或若干列原子发生了某些有规律的错排现象。位错的基本类型有两种：刃型位错和螺型位错。

1．刃型位错

图 2.17 所示为刃型位错示意图。晶体的上半部多出一个原子面（称为半原子面），它像刀刃一样切入晶体，其刃口即半原子面的边缘便成为一条刃型位错线，位错线周围会造成晶格畸变。严重晶格畸变的范围约为几个原子间距。距位错线越远，晶格畸变越小，原子排列逐渐趋于正常。

2．螺型位错

图 2.18 所示为螺型位错示意图。晶体右边的上部原子相对于下部的原子向后错动一个原子间距，即右边上部相对于下部晶面发生错动，若将错动区的原子用线连起来，则具有螺旋形特征，故称之为螺型位错。

图2.17　刃型位错

图2.18　螺型位错(www.daowen.com)

不管是刃型位错还是螺型位错，从微观看都是一个晶格畸变的管道区，其管道的直径较小，只有几个原子间距，而长度较长的有几百到上万个原子间距，故称为线缺陷，可用其中心线表示。

晶体中位错的多少一般用单位体积晶体中所包含的位错线总长度表示，称为位错密度，用ρ表示，单位符号为cm/cm3（或cm-2）。在退火态金属中ρ≈106～108cm-2，在大量冷变形或淬火的金属中，位错密度增加到1011～1012cm-2。

位错的存在，对金属材料的力学性能、扩散及相变等过程有着重要的影响，金属强度与位错密度之间的关系如图 2.19 所示。如果金属中不含位错，那么它将有极高的强度，目前采用一些特殊方法已能制造出几乎不含位错的结构完整的小晶体：直径为 0.05～2 μm、长度为2～10 mm的晶须，其变形抗力很高，例如直径 1.6 μm 的铁晶须，其抗拉强度竟高达13 400 MN/m2，而工业上应用的退火纯铁，其抗拉强度则低于 300 MN/m2，两者相差 40 多倍。不含位错的晶须，不易塑性变形，因而强度很高，而工业纯铁中含有位错，易于塑性变形，所以强度很低。但制造不含位错的完整晶体是非常困难的。如果采用冷塑性变形等方法使金属中的位错大大提高，则金属强度也可以随之提高。金属在退火状态下位错密度低，晶体的抗拉强度最小，当经过加工变形后，位错密度增加，由于位错之间的相互作用和制约，晶体的强度便又上升。实际生产中，采用提高位错密度来提高金属强度的方法更加容易实现。

图2.19　晶体强度和晶体缺陷的关系

2.2.2.3　面缺陷

面缺陷属于二维缺陷，它在两维方向上尺寸很大，第三维方向上尺寸却很小。最常见的面缺陷是晶体中的晶界和亚晶界。

1．晶　界

实际的金属材料是多晶体，如图 2.20 所示。晶界是晶粒与晶粒之间的界面，由于晶界原子需要同时适应相邻两个晶粒的位向，就必须从一种晶粒位向逐步过渡到另一种晶粒位向，成为不同晶粒之间的过渡层。该过渡层有一定的厚度，如图 2.21 所示。晶界处原子排列混乱，晶格畸变程度较大。在多晶体中，晶粒间的位向差大多为 30°～40°，晶界宽度一般在几个原子间距到几十个原子间距内变动。

图2.20　多晶体的晶粒形貌

　图2.21　晶界

2．亚晶界

多晶体里的每个晶粒内部也不是完全理想的规则排列，而是存在着很多尺寸很小（边长为10-8m～10-6m ）、位向差也很小（小于 1°～2°）的小晶块，这些小晶块称为亚晶粒。亚晶粒之间的界面叫作亚晶界，它实际上由垂直排列的一系列刃型位错（位错墙）构成，如图2.22所示。

图2.22　亚晶界

晶界和亚晶界均可以同时提高金属的强度和塑性。晶界越多，变形抗力越大，强度越高；晶界越多，晶粒越细小，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。