材料科学与工程基础 教学课件 作者 顾宜 主编第二章第4讲.ppt

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1、2-6固体中的原子无序ImperfectionsinSolidsDefectsinCrystalsPoint,vacancyandself-interstitialFrenkelandSchottkydefect,StoichiometryLinear,edgeandscrewdislocation,BurgersVectorInterfacial,BulkSolidSolution(alloys)substitutionalandinterstitialNoncrystallineDiffusionChapt

2、er52-6固体中的原子无序(ImperfectionsinSolids)2-6-1固溶体(SolidSolution)：杂质原子（或离子、分子）均匀分布（溶）于基质晶格中的固体通常特征：杂质和基质原子共同占据原基质的晶格点阵；有一定的成分范围----固溶度1.根据相图划分：1)端部固溶体(初级固溶体):包括纯组分的固溶体相图端部2)中部固溶体(二次固溶体):0＜任一组元＜100％相图中部（无任一组元的结构，以化合物为基）返回上页2.根据溶质在点阵中的位置划分：1)置换型固溶体(Substitutionalso

3、lidsolution)：晶体原(离)子被其它原(离)子部分代换后形成置换量不同可：完全互溶；不形成固溶体部分互溶；Figure5.5影响置换因素：下列诸因素相同（近）易置换；否则难成固溶体A.离子大小:同晶型时半径差＜15％，完全互溶20~40%，部分互溶难置换B．键性（极化）:Zn++（共价性）Fe++(离子性)C.晶体结构类型和晶胞大小D．电价:电价差使置换难（大晶胞中需其它离子补足）2）间隙型固溶体(Interstitialsolidsolution)：较小的原子进入晶格间隙形成的固溶体影响因素：A．晶

4、格结构的空隙大小B．间隙离子进入后需空位或其它高价反电荷离子以置换方式平衡电中性。Figure5.5固溶体的理论密度：ρc=N·A／V·NAN、V分别为晶胞的原子数和体积A为固溶体平均相对原子质量NA为阿佛伽德罗常数测定固溶体实际密度ρe若:ρc〈ρe:间隙式ρc=ρe:置换式ρc〉ρe:缺位式（缺阵点原子）固溶体的判断3）非化学计量化合物(Nonstoichiometric)：组分比偏差于化学式的化合物（含变价离子）实质是由金属的高氧化态和低氧化态形成的固溶体其电中性(electroneutrality)由空

5、孔或间隙离子平衡Figure5.43.根据固溶度划分：1)有限固溶体：固溶度＜100%2)无限固溶体(连续固溶体)：固溶度0~100%2)有序固溶体：各组元原子分别占据各自的分点阵，分点阵穿插成复杂的超点阵4．根据各组元原子分布的规律性划分：1)无序固溶体：组元原子的分布是随机的2-6-2晶体结构缺陷(DefectsinCrystals)晶体中原子排列的周期性受到破坏的区域，分：1.点缺陷(PointDefect)：任何方向尺寸都远小于晶体线度的缺陷区空位(vacancy)：(a)无原子的阵点位置间隙原子(Se

6、lf-interstitial)：(d)挤入点阵间隙的原子肖特基缺陷(SchottkyDefect)：(c)离子对空位弗兰克尔缺陷(FrenkelDefect)：(e)等量的正离子空位和正离子间隙(b)双空位EXAMPLEPROBLEM5.1Calculatetheequilibriumnumberofvacanciespercubicmeterforcopperat1000℃.Theenergyforvacancyformationis0.9eV/atom;theatomicweightanddensity(

7、at1000℃)forcopperare63.5g/moland8.40g/cm3,respectively.SOLUTIONThisproblemmaybesolvedbyusingEquation5.1;itisfirstnecessary,however,todeterminethevalueofN,thenumberofatomicsitespercubicmeterforcopper,fromitsatomicweightACu,itsdensity,andAvogadro’snumberNA,acc

8、ordingtoFigure5.32.线缺陷(位错Dislocation)：仅一维尺寸可与晶体线度比拟的缺陷一或数列原子发生有规则的错排EF⊥BB’1）棱位错(刃位错EdgeDislocation)位错线与滑移方向(柏格斯矢量)垂直压力、拉力Figure5.72）螺旋位错(ScrewDislocation)：位错线与滑移方向(柏格斯矢量)平行与位错线垂直的平面在螺旋斜面受剪切力作用易发