1什么是微觀組織結構(Microstructure) ？

 

當我們描述金屬的結構時，我們應該區別其晶體結構(Crystal Structure)和微觀組織結構(Microstructure)。晶體結構主要用來表示一個晶胞(Unite cell)內原子的平均位置，它由晶格類型和原子的分數坐標（例如，通過X射線衍射確定）確定。換句話說，晶體結構主要用來在原子尺度描述材料的形貌。相比之下，微觀組織結構是在微米—厘米尺度范圍內描述材料的形貌特征。微觀組織結構的一個合理的定義是：“材料內部相(Phase)和缺陷(Defect)的排布。”

 

微觀組織結構的觀察可以采用一系列的顯微鏡進行。在不同尺度下觀察一個特定的材料的微觀組織結構特征時通常會發現差異很大。基于這一原因，在描述材料的微觀結構時，最重要的是首先確定觀察的尺度范圍。如果尺度范圍選擇不當，就很難得到你想要的結果，也不利于你對材料某些特性的理解和分析。材料微觀組織結構的產生和觀察是一門非常重要的知識，需要認真理解和領會。

 

隕石的微觀組織結構?

 

這里需要著重指出，材料的微觀組織結構影響材料的物理特性和行為。我可以通過控制材料的微觀組織結構達到設計材料性能的目的。天然礦物結構可以提供其復雜的歷史信息。微觀組織結構學是所有材料和礦物科學的組成部分。

 

2還能答出這些微觀組織結構有關的問題嗎 ？

 

知道“微觀組織結構(Microstructure)”“相(Phase)”“組分(Component)”“缺陷(Defect)”的定義嗎？

 

鋼的微觀組織結構

您知道如何觀察材料的微觀組織結構嗎？光學顯微鏡的放大倍數和成像原理？普通掃描電子顯微鏡放大倍數和成像原理？冷場發射掃描電子顯微鏡的放大倍數和成像原理？透射電子顯微鏡的放大倍數和成像原理？

 

花粉的微觀組織結構

 

你知道金屬材料的微觀組織結構是怎么形成的嗎？你了解鑄造、冷加工、熱處理分別如何影響金屬材料的微觀組織結構嗎？

 

3相(Phase)/組分(Component)/缺陷(Component)

 

相，通常被認為是材料中具有不同的晶體結構和/或不同化學成分的部分，金屬材料中不同的相之間是通過不同的界面分離開的。一種具有特定化學成分的純物質通常被認為是由一個化學組分構成。一些材料的化學成分可以在兩個或多個極端之間連續變化。這些材料通常必須含有兩個或更多的組分。注意一種多組分材料可以以單相的形式存在，前提是不同組分的原子可以在固相狀態(Solid state)緊密混合，這種混合體(Mixtures)被稱為固溶體(Solid solution)。

 

孿晶界形貌

 

缺陷，通常被定義為晶體結構周期性的任何中斷(Disruption)。點缺陷，如空位(Vacancies)和間隙(Interstitials)。面缺陷(Planar defects)，如表面(Surfaces)、孿晶界(Twin boundaries)和晶界(Grain boundaries)以及位錯(Dislocation)等。

 

??空位缺陷示意圖
 

4微觀組織結構的形成 ？

 

微觀組織結構是在不同工藝條件下產生的。微觀組織結構通常是通過溫度或/和壓力的變化帶來的相變產生的。材料的變形或加工(滾壓(Rolling)、鍛造(Pressing)、焊接(Welding))也可以帶來微觀組織結構的變化。最后，微觀組織結構還可以通過人工將不同材料組合到一起形成復合材料(Composite material)的方式創造出來，如纖維增強復合材料。

 

銅合金焊縫區微觀組織結構

 

凝固，是晶體從熔融狀態向固態轉變的過程，其中伴隨著晶體的形核和長大。在凝固溫度點以下，一小簇原子結合到一起，形成一個小的晶體顆粒稱為晶核(Nucleus)。最終，單個的晶核長大成為晶體中的一個晶粒(Grain)。當不同的晶粒在長大的過程中相遇就會形成晶界(Grain boundary)。因為每一個晶粒的取向不同，所以相鄰的晶粒取向也是不同的，這樣多晶體材料通常不表現出各向異性。

 

5相分離(Phase separation)(脫溶，沉淀）

 

一個多組分材料可能以單相存在，前提是所有組分之間可以無限互溶，形成固溶體(Solid solution)。在許多材料中，可混溶性(Miscibility)的程度是有限度的，可混溶性與溫度密切相關。一種材料在較高的溫度下很容易形成單相固溶體，但在較低溫度下卻會脫溶形成兩相。這一過程被稱為相分離，脫溶(Exsolution)和沉淀(Precipitation)。

 

珠光體兩相微觀組織

 

前人已經在鐵鎳隕石中看到了這種現象。當溶體內部組分之間有限互溶在凝固時，不同的相在冷卻過程中凝固的溫度不同。在一些情況下，不同的相同時生成并且緊密共生形成復合物，一種很漂亮的微觀組織結構。