關(guān)于單晶體和多晶體力學(xué)性能的探討

張虎 張昊

摘要：本文主要針對教學(xué)中單晶體與多晶體相關(guān)力學(xué)性能知識的闡述展開的，通過對于單晶體力學(xué)性能的各向異性分析以及多晶體的力學(xué)性能的各向同性（偽無向性）分析比較，從而解決教學(xué)中存在的疑問。

關(guān)鍵詞：單晶體;多晶體;力學(xué)性能;差異

一、單晶體產(chǎn)生各向異性的緣由分析

探究單晶體的各向異性緣由不得不從晶體的結(jié)構(gòu)談起，晶體是由一系列原子通過原子間的原子鍵聯(lián)接并規(guī)律排列形成的，這種有規(guī)律的排列在微觀上我們稱為晶格。在晶格的空間各晶向上，處于鍵聯(lián)接的原子間作用力無論是方向還是大小都是不同的，體心立方晶格是單晶體最小組成單元，無數(shù)晶格所構(gòu)成的單晶體在宏觀上就體現(xiàn)處在沿立方體各沿晶向方向的力學(xué)性能是不同的，這也就是我們所說的單晶體的各向異性。正是因為單晶體具有各向異性，因而在需要力學(xué)性能優(yōu)異的零件我們都會考慮單晶體。

二、對于多晶體力學(xué)性能的各向同性即偽無向性

多晶體的晶體結(jié)構(gòu)為有數(shù)量龐大的晶粒無規(guī)則的聚合而成，而每個晶粒內(nèi)部是由原子規(guī)律排列的晶格組成的，前面我們討論過單晶體的力學(xué)性能在沿著晶格的晶向而顯現(xiàn)的各向異性，在這里多晶體的每個晶粒都表現(xiàn)為各向異性，數(shù)量龐大的晶粒經(jīng)過聚合而形成的多晶體在宏觀上的力學(xué)特性是怎么樣的呢？把數(shù)學(xué)中的分析概率論的方法運(yùn)用于物理學(xué)，根據(jù)晶粒沿著不同晶向的各向異性，晶粒與晶粒間的各向異性可以采用類似于力系的加減定理，這樣通過概率統(tǒng)計可以得到每個晶粒在各晶向的進(jìn)行加減運(yùn)算，其結(jié)果是一致的，從而宏觀的多晶體的力學(xué)特性就表現(xiàn)為各向同性，即為“偽無向性”。

三、細(xì)晶粒晶體比粗晶粒晶體的力學(xué)性能優(yōu)良的原因

大家熟知的多晶體是由數(shù)量巨大的晶粒聚合而成，而多晶體的力學(xué)性能與晶粒的粗細(xì)有著直接的關(guān)系。亞晶界一般是由刃型位錯所形成的小角度晶界，處于亞晶界出的原子同樣產(chǎn)生晶格畸變，在對于晶體的力學(xué)性能而言，亞晶界和晶界是相似的，因而細(xì)晶粒金屬在強(qiáng)度、硬度和韌性上要比粗晶粒要優(yōu)良，主要是晶界處的晶格發(fā)生晶格畸變，產(chǎn)生應(yīng)力場，從而強(qiáng)化了金屬的力學(xué)性能。

到此我們很容易了解單晶體與多晶體力學(xué)性能差異的原因和產(chǎn)生差異的機(jī)理，這為我們今后更好在教學(xué)中闡述相關(guān)知識打下很好的理論基礎(chǔ)。（作者單位：常州交通技師學(xué)院）