5.4 面缺陷(1)

    5.4.1 外表面

     晶体表面结构与晶体内部不同，由于表面是原子排列的终止面，另一侧无固体中原子的键合，其配位数少于晶体内部，导致表面原子偏离正常位置，并影响了邻近的几层原子，造成点阵畸变，使其能量高于晶内。晶体表面单位面积能量的增加称为比表面能，数值上与表面张力σ相等以γ表示。由于表面能来源于形成表面时破坏的结合键，不同的晶面为外表面时，所破坏的结合键数目不等，故表面能具有各向异性。一般外表面通常是表面能低的密排面。对于体心立方{100}表面能最低，对于面心立方{111}表面能最低。杂质的吸附会显著改变表面能，所以外表面会吸附外来杂质，与之形成各种化学键，其中物理吸附是依靠分子键，化学吸附是依靠离子键或共价键。
    5.4.2 晶界与亚晶界

    多晶体由许多晶粒组成，每个晶粒组成是一个小单晶。相邻的晶粒位向不同，其交界面叫晶粒界，简称晶界，如图5-26 。多晶体中，每个晶粒内部原子也并非十分整齐，会出现位向差极小的亚结构，亚结构之间的交界为亚晶界。晶界的结构与性质与相邻晶粒的取向差有关，当取向差约小于10^o，叫小角度晶界，当取向差大于10^o以上时，叫大角度晶界。晶界处，原子排列紊乱，使能量增高，即产生晶界能，使晶界性质有别于晶内。
      1. 小角度晶界
    最简单的小角度晶界是对称倾侧晶界，图5-26是简单立方结构晶体中的对称倾侧晶界，由一系列柏氏矢量互相平行的同号刃型位错垂直排列而成，晶界两边对称，两晶粒的位相差为θ，柏氏矢量为b，当θ很小时，求得晶界中位错间距为D=b/θ。若θ=1^o，b=0.25，则位错间距为14nm。当θ=10^o时，位错间距仅为1.4nm，此时位错密度太大，此模型已不适用。对称倾侧晶界中同号位错垂直排列，刃型位错产生的压应力场与拉应力场可互相抵消，不产生长程应力场，其能量最低。
     扭转晶界也是一种类型的小角度晶界，其形成模型如图5-27，将一晶体沿中间切开，绕Y轴转过θ角，再与左半晶体合在一起。
    图5-27，5-28表示两个简单立方晶粒之间的扭转晶界，是由两组相互垂直的螺旋位错构成的网络。
     以上介绍了小角度晶界的两种简单模型，一般的小角度晶界都是由刃型位错和螺型位错组合构成。小角度晶界的能量主要来自位错的能量，位相差 越大，位错间距越小，位错密度越高，小角度晶界面能 也越大。