5.4 面缺陷(1)

    5.4.1 外表面

     晶體表面結構與晶體內(nèi)部不同，由于表面是原子排列的終止面，另一側無固體中原子的鍵合，其配位數(shù)少于晶體內(nèi)部，導致表面原子偏離正常位置，并影響了鄰近的幾層原子，造成點陣畸變，使其能量高于晶內(nèi)。晶體表面單位面積能量的增加稱為比表面能，數(shù)值上與表面張力σ相等以γ表示。由于表面能來源于形成表面時破壞的結合鍵，不同的晶面為外表面時，所破壞的結合鍵數(shù)目不等，故表面能具有各向異性。一般外表面通常是表面能低的密排面。對于體心立方{100}表面能最低，對于面心立方{111}表面能最低。雜質(zhì)的吸附會顯著改變表面能，所以外表面會吸附外來雜質(zhì)，與之形成各種化學鍵，其中物理吸附是依靠分子鍵，化學吸附是依靠離子鍵或共價鍵。
    5.4.2 晶界與亞晶界

    多晶體由許多晶粒組成，每個晶粒組成是一個小單晶。相鄰的晶粒位向不同，其交界面叫晶粒界，簡稱晶界，如圖5-26 。多晶體中，每個晶粒內(nèi)部原子也并非十分整齊，會出現(xiàn)位向差極小的亞結構，亞結構之間的交界為亞晶界。晶界的結構與性質(zhì)與相鄰晶粒的取向差有關，當取向差約小于10^o，叫小角度晶界，當取向差大于10^o以上時，叫大角度晶界。晶界處，原子排列紊亂，使能量增高，即產(chǎn)生晶界能，使晶界性質(zhì)有別于晶內(nèi)。
      1. 小角度晶界
    最簡單的小角度晶界是對稱傾側晶界，圖5-26是簡單立方結構晶體中的對稱傾側晶界，由一系列柏氏矢量互相平行的同號刃型位錯垂直排列而成，晶界兩邊對稱，兩晶粒的位相差為θ，柏氏矢量為b，當θ很小時，求得晶界中位錯間距為D=b/θ。若θ=1^o，b=0.25，則位錯間距為14nm。當θ=10^o時，位錯間距僅為1.4nm，此時位錯密度太大，此模型已不適用。對稱傾側晶界中同號位錯垂直排列，刃型位錯產(chǎn)生的壓應力場與拉應力場可互相抵消，不產(chǎn)生長程應力場，其能量最低。
     扭轉晶界也是一種類型的小角度晶界，其形成模型如圖5-27，將一晶體沿中間切開，繞Y軸轉過θ角，再與左半晶體合在一起。
    圖5-27，5-28表示兩個簡單立方晶粒之間的扭轉晶界，是由兩組相互垂直的螺旋位錯構成的網(wǎng)絡。
     以上介紹了小角度晶界的兩種簡單模型，一般的小角度晶界都是由刃型位錯和螺型位錯組合構成。小角度晶界的能量主要來自位錯的能量，位相差 越大，位錯間距越小，位錯密度越高，小角度晶界面能 也越大。