理论教育 晶体缺陷对材料性能的影响

晶体缺陷对材料性能的影响

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:原子的扩散系数是随着基体材料缺陷的增多而增大的。多晶体中,晶粒越细,晶界越多,因此原子的扩散系数也越大。但原子等物质沿晶界扩散一段距离后将向晶体内扩散,所以虽然晶界处的扩散系数大,但扩散物质并未沿晶界扩散较远。表面上的原子在从一个位置迁移到另一个位置时,并不受周围其他原子的挤压,故原子在表面的扩散系数往往较大。体扩散系数Db、晶界扩散系数DB和表面扩散系数Ds的关系一般是Db<DB<Ds。

晶体缺陷对材料性能的影响

原子扩散系数是随着基体材料缺陷的增多而增大的。晶界处的缺陷往往比晶体内要多,故原子在晶界处的扩散比在晶体内容易。多晶体中,晶粒越细,晶界越多,因此原子的扩散系数也越大。但原子等物质沿晶界扩散一段距离后将向晶体内扩散,所以虽然晶界处的扩散系数大,但扩散物质并未沿晶界扩散较远。此外,杂质还常聚集于晶界处,这对晶界处的扩散也有促进作用。自由表面处的缺陷更多。表面上的原子在从一个位置迁移到另一个位置时,并不受周围其他原子的挤压,故原子在表面的扩散系数往往较大。体扩散系数Db、晶界扩散系数DB和表面扩散系数Ds的关系一般是Db<DB<Ds

位错的影响。位错周围的晶格存在畸变。刃位错还有一根有一定空隙度的管道,故扩散原子可沿刃位错线较快地扩散。此外,当沉淀相在位错线上优先形核时,溶质原子会沿位错管道较快地扩散到沉淀相上去,从而使沉淀相长大。

在间隙固溶体中,溶质原子落入位错中心会形成Cottrell气团(4.3.7节);溶质原子落入空位时,体系自由能下降较多,故间隙固溶体中的溶质原子脱离Cottrell气团和空位时的活化能增大,扩散较难。(www.daowen.com)

在高温下急冷和高能粒子辐照的材料中常有过饱和空位。这些空位结合成的“空位-溶质原子”对,其迁移率比单个空位大,因此“空位-溶质原子”对的形成使物质在较低温度下的扩散速率增大。

总之,缺陷处的原子处于较高能量状态,故它们在缺陷处的扩散比在晶体内容易。晶界、位错和表面处的扩散通常称作短路扩散。短路扩散在较低温度下往往起着主要作用。

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