晶界滑动　 grain boundary slip　 在高温外力作用下,晶粒沿晶界产生相对的滑动。在金属与合金蠕变时,晶界滑动是一很普遍的现象。通常与拉力轴成45°角的晶界其滑动量最大,与应力轴垂直的晶界则很少滑动。一般温度愈高,应变速率愈低以及随形变量的增加,晶界的滑动量也愈大。例如,在Al、Cu、Fe、Sn、Fe-Ni合金以及铝合金中的测量结果表明晶界滑动量与总伸长量成线性关系。晶界滑动往往会产生有害的效果,例如白炽灯中的钨丝的稳定性会因为这种现象而受到损害。与晶界有关的另一现象是超塑性,对一些细晶粒的金属与合金(晶粒尺寸为几微米),特别是两相共晶或共析组织,在高温断裂之前伸长率可达到100%~1000% ,这种超塑性允许金属像玻璃一样被加工成复杂的形状。超塑性变形时,在延伸方向上观察不到晶粒的伸长,而是由于晶粒整体的相互位移而更换邻居。

　晶界能　 见晶界自由能。

　晶界应力　 grain boundary stress　 作用于晶粒边界上的应力。它包含两层含义。一层含义是晶界本身是个畸变区,有内应力作用在晶界面及其附近区域。例如,由位错列构成的小角度晶界的应力场可用位错理论算出,它在晶界面上有极大值,并急剧下降,故是一种短程应力。另一层含义是指作用在晶界面上的外应力或其他内应力源的内应力(如位错塞积在晶界)。高温蠕变时,作用在晶界面上的切应力使晶界产生滑动从而导致蠕变塑性变形。作用在晶界面上的正应力能使原子定向扩散流动,从而产生沿晶界扩散的蠕变。

　晶面晶棱定律　 the law of crystal plane and crystal edge　 呈简单多面体的晶体外形所遵循的规律。晶体大多具有自发形成规则的几何多面体的属性,而规则凸多面体的面数(F)、棱边数(E)和顶角数(V)三者之间遵循关系式F-E+V=2。这是由瑞士科学家欧拉(L.Euler)所创立的诸多公式之一,通称为欧拉定律。但不是所有的几何凸多面体都有与之相对应的晶体,因为晶体的外形是由其宏观对称性元素所制约的。

　晶体　 crystal　 由结晶物质构成的、其内部的构造质点(如原子、离子或分子)呈平移周期性规律排列的固体。

　晶体的比热容理论　 specific heat theory of crystal　 晶体比热容一般指定容比热容(也叫点阵热容),是当晶体体积一定时,升高单位温度晶体内能的增量。定容比热容定义为

CV=(∂E/∂T)V

E为晶体的内能。对绝缘体,晶体的内能就是晶格振动能,实验发现温度较高时,它是一个与温度无关的常数。而在低温下,比热容则按T3下降;对于金属,则除了晶格振动能外,还需加上公有化电子的热动能,它包括两部分:晶格比热容和电子比热容。 在较高温度下, 占主要部分而仅占百分之几,而在较低温度时,的贡献不能忽略。

根据量子理论,频率为ωj的谐振子热容为:

=[k(ћωj/kT)2]/[-1]2

式中,k为玻尔兹曼常数;ћ =h/2π, h为普朗克常数。由N个原子组成的晶体在简谐近似下引入简正坐标可等效于3N个独立的谐振子。若知3N个谐振子频率,则可求晶格比热容:

爱因斯坦和德拜(Debye) 分别提出自己的模型对此式进行了计算。爱因斯坦假设晶格中的各个原子振动都是独立的,所有谐振子的频率都相同,此频率ωE被称为爱因斯坦频率。爱因斯坦模型在高温时与实验相吻合,低温时,和实验的结果有很大差别。德拜模型假定晶体为弹性连续介质,晶格振动频率在0~ωD 之间,ωD为德拜频率。因此频率是连续分布并存在一个最大值ωD。在德拜温度以上,晶格比热容趋于一经典极限。在德拜温度以下,有的模式开始转入“冻结”,由德拜比热理论可得 ∝T3。这些结果与实验符合较好。

　晶体的各向异性　 anisotropy of crystal　 沿不同的晶体学方向,晶体的某些物理性质和力学性能表现的数值或符号上的差异。根据晶体对称性的不同,各向异性表现的程度也不同。

　晶体生长　 crystal growth　 指晶体在其所生长的介质(液体或气体)中由小变大(形核和长大)的过程。其先决条件是其介质须有一定的过冷度或过饱和度。随着科学的发展和技术的进步,晶体生长又用来指通过控制温度、压力、成分等热力学条件和必要的传热、传质等动力学条件,利用相变原理进行晶体材料制备的技术。

　晶体生长动力学　 kinetics of crystal growth　 主要是阐明在不同生长条件下的晶体生长机制以及晶体生长速率与生长驱动力之间的规律。晶体生长机制取决于相界面结构,晶体的最终形态是由晶体各晶面相对生长速率决定的。常见的生长动力学理论如下:①邻位面生长——台阶动力学理论,邻位面生长就是在光滑面(奇异面)上的台阶生长,它是通过光滑界面的台阶的产生和运动来实现的,台阶的存在,为晶体的成核与生长提供了有益的条件,其生长受到体扩散和面扩散的控制,是不连续的生长,台阶生长能在较低生长驱动力下产生运动;②奇异面生长动力学理论,当邻位面消失后,晶体就出现光滑界面生长。该理论包括二维成核机制,位错生长机制和凹角生长机制;③粗糙面的生长理论,粗糙面的生长是连续生长,晶体缺陷在该界面上不起明显作用,粗糙面上的原子都有同样的势能,所以该面上所有位置都是生长位置,其动力学规律可用威尔逊-弗仑克耳公式表示:R=hu/KT exp(-Qf/KT)|Δg|;④统一理论,在晶体生长的统一理论研究中,杰克逊用相变熵研究了生长动力学规律,但没有什么实际意义;另外,特姆金建立了弥散界面模型,卡思则在假设基础上引入了弥散度的概念,发展了统一的动力学生长论。

　晶系　 crystal system; crystallographic system　 根据晶体14种空间点阵(平移点阵、布喇菲点阵)中6个点阵参数之间相对关系的特点而将其分为7类,各自称一晶系,具体包括三斜晶系、单斜晶系、六方晶系、三方(菱方)晶系、正交晶系、四方(正方)晶系、立方晶系。6个点阵参数是指晶胞中通过一个顶点的三个棱边a、b和c以及它们之间的夹角α(c和b间)、β(a和c间)和γ(a和b间)。各晶系及其点阵参数之间的相对关系如表所示。

　晶向　 crystal direction; crystallographic direction　 又称晶体学方向。晶体中连接原子、离子或分子阵点的直线所代表的方向。通常用所谓晶向指数来表示,其通式为[uvw]和<uvw>,前者表示一组平行的晶向;后者表示一族原子、离子或分子排列相同的所有晶向。在六方晶系中,为了消除三轴坐标系的不规律性,还采用四轴坐标系,其晶向指数的一般形式为[uvtw]和<uvtw>,分别表示晶向和晶向族。

　晶须　 crystal whisker　 在受控条件下培殖生长的高纯度纤细单晶体,其晶体结构近乎完整,不含有晶粒界、亚晶界、位错、空洞等晶体结构缺陷。其强度接近相邻原子间的结合力,以SiC晶须为例,其拉伸强度大于27GPa,模量大于500GPa。由于晶体结构完整,晶须不仅具有异乎寻常的力学性能,而且在电学、光学、磁学、铁磁性、介电性、传导性,甚至超导性等方面发生显著变化。

　晶须补强玻璃(基)复合材料　 whisker toughened glass ceramic matrix composite　 是以晶须为增强体、玻璃相(主要为硅酸盐玻璃)为基体的一类复合材料。即将晶须(如SiC晶须、Si4N3晶须)与玻璃相粉体以及不同氧化物粉体混合均匀,经烧结后制备的复合材料。相比于玻璃材料,经晶须补强的玻璃复合材料的力学、热学以及电学性能都获得显著提高。晶须补强的玻璃基复合材料在电气工程材料、高温热结构材料、耐环境腐蚀等领域具有广阔的应用前景。制备中应注意晶须对人体健康的危害。

　晶须补强氮化物陶瓷(基)复合材料　 whisker reinforced nitride ceramic matrix composite　 是以晶须为增强体、氮化物为基体的一类复合材料。即将晶须(如SiC晶须、Si4N3晶须)与氮化物陶瓷粉体混合均匀,经成型(如干压、注浆、流延成型等)后烧结制备的复合材料。晶须的分散是影响复合材料的关键因素之一。氮化物陶瓷引入晶须后,陶瓷的强度、断裂韧性、热导率、抗热震性以及高温蠕变性能都能获得很大程度提高。可取代传统氮化物陶瓷在切削、透波、摩擦、高温轴承、雷达天线罩、高温热结构材料等领域中使用。制备中应注意晶须对人体健康的危害。

　晶须补强硼化物陶瓷(基)复合材料　 whisker toughened boride ceramic matrix composite　 是以晶须为增强体、硼化物为基体的一类复合材料。即将晶须(如SiC晶须、Si4N3晶须)与硼化物陶瓷粉体和烧结助剂混合均匀,经成型(如干压、注浆、流延成型等)后烧结制备的复合材料,如SiC晶须强化的ZrB2基复合材料。硼化物烧结温度较高,烧结过程中晶须的热稳定性以及与基体的化学适应性是影响晶须补强硼化物陶瓷基复合材料的重要因素。晶须补强的硼化物陶瓷的强度、断裂韧性以及抗热震性相比单相陶瓷获得较大提高,有利于在高温热结构部件中的应用。制备中应注意晶须对人体健康的危害。