关于单晶体和多晶体力学性能的探讨

张虎 张昊

摘要：本文主要针对教学中单晶体与多晶体相关力学性能知识的阐述展开的，通过对于单晶体力学性能的各向异性分析以及多晶体的力学性能的各向同性（伪无向性）分析比较，从而解决教学中存在的疑问。

关键词：单晶体;多晶体;力学性能;差异

一、单晶体产生各向异性的缘由分析

探究单晶体的各向异性缘由不得不从晶体的结构谈起，晶体是由一系列原子通过原子间的原子键联接并规律排列形成的，这种有规律的排列在微观上我们称为晶格。在晶格的空间各晶向上，处于键联接的原子间作用力无论是方向还是大小都是不同的，体心立方晶格是单晶体最小组成单元，无数晶格所构成的单晶体在宏观上就体现处在沿立方体各沿晶向方向的力学性能是不同的，这也就是我们所说的单晶体的各向异性。正是因为单晶体具有各向异性，因而在需要力学性能优异的零件我们都会考虑单晶体。

二、对于多晶体力学性能的各向同性即伪无向性

多晶体的晶体结构为有数量庞大的晶粒无规则的聚合而成，而每个晶粒内部是由原子规律排列的晶格组成的，前面我们讨论过单晶体的力学性能在沿着晶格的晶向而显现的各向异性，在这里多晶体的每个晶粒都表现为各向异性，数量庞大的晶粒经过聚合而形成的多晶体在宏观上的力学特性是怎么样的呢？把数学中的分析概率论的方法运用于物理学，根据晶粒沿着不同晶向的各向异性，晶粒与晶粒间的各向异性可以采用类似于力系的加减定理，这样通过概率统计可以得到每个晶粒在各晶向的进行加减运算，其结果是一致的，从而宏观的多晶体的力学特性就表现为各向同性，即为“伪无向性”。

三、细晶粒晶体比粗晶粒晶体的力学性能优良的原因

大家熟知的多晶体是由数量巨大的晶粒聚合而成，而多晶体的力学性能与晶粒的粗细有着直接的关系。亚晶界一般是由刃型位错所形成的小角度晶界，处于亚晶界出的原子同样产生晶格畸变，在对于晶体的力学性能而言，亚晶界和晶界是相似的，因而细晶粒金属在强度、硬度和韧性上要比粗晶粒要优良，主要是晶界处的晶格发生晶格畸变，产生应力场，从而强化了金属的力学性能。

到此我们很容易了解单晶体与多晶体力学性能差异的原因和产生差异的机理，这为我们今后更好在教學中阐述相关知识打下很好的理论基础。（作者单位：常州交通技师学院）