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无单位量单位应变概念
• 机械零件和构件等物体内任一点（单 元体）因外力作用引起的形状和尺寸的相 对改变。与点的正应力和切应力(见应力) 相对应，应变分为线应变和角应变。零件 变形后，单元体体积的改变与原单元体体 积之比，称为体积应变。线应变、角应变 和体积应变都是无量纲的量。
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• 当单元体各个面上的切应力都 等于零，而只有正应力作用时，称 该单元体为主单元体，它的各个面 称为主平面，各主平面交线的方向 称为主方向。沿主方向的线应变称 为主应变。当外力卸除后，物体内 部产生的应变能够全部恢复到原来 状态的，称为弹性应变；如只能部 分地恢复到原来状态，其残留下来 的那一部分称为塑性应变。
单晶材料的制备
周大利
材料科学与工程学院
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目录
• 前言
• 固相一固相平衡的晶体生长
• 液相一固相平衡的晶体生长
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前言
单晶体：
所谓单晶(monocrystal, monocrystalline,
single crystal)，即结晶体内部的微粒在三维
空间呈有规律地、周期性地排列，或者说晶体的
整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶
体中质点在空间的排列为长程有序。单晶整个晶
格是连续的，具有重要的工业应用。由于熵效应
导致了固体微观结构的不理想，例如杂质，不均
匀应变和晶体缺陷，有一定大小的理想单晶在自
然界中是极为罕见的，而且也很难在实验室中生
产。另一方面，在自然界中，不理想的单晶可以
非常巨大，例如已知一些矿物，如绿宝石，石膏，
长石形成的晶体可达数整米理pp。t
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单晶的电子衍射谱
• 单晶电子衍射得 到的衍射花样是 一系列按一定几 何图形分布的衍 射斑点，称为单 晶电子衍射谱。MoOΒιβλιοθήκη 的晶体形貌和衍射花样整理ppt
多晶的电子衍射谱
• 多晶试样是许多取向不同的细小晶粒组成的 。在入射电子束照射下，对每一颗小晶体来 说，当面间距为d的(hkl)晶面簇组符合衍射 条件时才产生衍射束，并在荧光屏或照相底 板上得到相应的衍射斑点。
表现出电、磁、光、热等方面的优异 性能，广泛用于现代整理工ppt 业的诸多领域。
前言
单晶体：
• 制备方法： • 固相一固相平衡的晶体生长
• 液相一固相平衡的晶体生长
• 气相一固相平衡的晶体生长
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固相一固相平衡的晶体生长
固一固生长（结晶生长法）：
• 优点 • 较低温度下生长 • 晶体的形状是预先固定，容易取向
• 缺点
• 难以控制成核以形成大晶粒
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固相一固相平衡的晶体生长
• 形变再结晶理论
• 应变退火及工艺设备
• 利用烧结体生长晶体
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退火（annealing）
• 退火是一种金属热处理工艺，指 的是将金属缓慢加热到一定温度，保 持足够时间，然后以适宜速度冷却。 目的是降低硬度，改善切削加工性； 消除残余应力，稳定尺寸，减少变形 与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织， 消除组织缺陷。
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• 一次再结晶 • 一次再结晶后出现织构，
晶粒取向差小，不利于晶界迁 移；金属中含有较多杂质，特 别是以第二相质点弥散于组织 内，使晶界活动性显著下降；
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• 二次再结晶
• 再结晶完成后，正常的晶粒应是均匀 的、连续的。但在某些情况下，晶粒的长 大只是少数晶粒突发性地、迅速地粗化， 使晶粒之间的尺寸差别越来越大。这种不 正常的晶粒长大称为晶粒的反常长大。这 种晶粒的不均匀长大就好像在再结晶后均 匀细小的等轴晶粒中又重新发生了再结晶 ，所以称为二次再结晶。
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应力概念
• 物体由于外因(受力、湿度、温度场变 化等)而变形时，在物体内各部分之间产生 相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用 ，并力图使物体从变形后的位置回复到变 形前的位置。在所考察的截面某一点单位 面积上的内力称为应力。
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• 同截面垂直的称为正应力或法向应 力，同截面相切的称为剪应力或切 应力。应力会随着外力的增加而增 长，对于某一种材料，应力的增长 是有限度的，超过这一限度，材料 就要破坏。对某种材料来说，应力 可能达到的这个限度称为该种材料 的极限应力。
在退火过程中提整高理p温pt 度只是为了提高速23度
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•
在许多取向不同小晶粒的｛hkl｝晶面簇的晶面组
均符合衍射条件时，则形成以入射束为轴和2θ为半角
的衍射束构成的圆锥面，它与荧光屏或照相底板的交线
，就是半径为R=Lλ/d的圆环，因此，多晶衍射谱的环
形花样实际上是许多取向不同的小单晶的衍射谱的叠加
。d值不同的｛hkl｝晶面簇，将产生不同的圆环，从而
形成由不同半径同心圆环构成的多晶电子衍射谱。下图
为金的多晶衍射谱。
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性质 均 匀 性： 晶体内部各个部分的宏观性质是相 同的。 各向异性： 晶体中不同的方向上具有不同的物 理性质。 固定熔点： 晶体具有周期性结构，熔化时，各 部分需要同样的温度。 规则外形： 理想环境中生长的晶体应为凸多边 形。 对 称 性： 晶体的理想外形和晶体内部结构都 具有特定的对称性。
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重（再）结晶退火(完全退火)
• 应用于平衡加热和冷却时有固态相变(重 结晶)发生的合金。其退火温度为各该合 金的相变温度区间以上或退火以内的某 一温度。加热和冷却都是缓慢的。合金 于加热和冷却过程中各发生一次相变重 结晶，故称为重结晶退火，常被简称为 退火。
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• 再结晶：当退火温度足够高、时间 足够长时，在变形金属或合金的显 微组织中，产生无应变的新晶粒 ──再结晶核心。新晶粒不断长大 ，直至原来的变形组织完全消失,金 属或合金的性能也发生显著变化,这 一过程称为再结晶，通常也叫一次 再结晶。
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形变再结晶理论
• 再结晶驱动力
用应变退火方法生长单晶，通常是通过塑性变形 ，然后在适当的条件下加热等温退火，温度变化不能 剧烈，结果使晶粒尺寸增大。
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形变再结晶理论
• 再结晶驱动力
结晶通常是放热过程
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形变再结晶理论
• 再结晶驱动力
ΔG1-2≈W-q＞0
结晶产生应变不是一个自发过程，反过来 ，通过应变产生结晶（到无应变）是一个自发 过程，即退火是自发过程；