材料科学基础第3章ppt课件.ppt

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1、第3章晶体缺陷按缺陷的几何形态分为三类：点缺陷（零维缺陷）：三个方向上的尺寸都很小，相当于原子的尺寸。包括：晶格空位、间隙原子、杂质和溶质原子。线缺陷（一维缺陷）：两个方向上的尺寸很小，另一个方向上的尺寸相对很大。如各类位错。面缺陷（二维缺陷）：在一个方向上的尺寸很小，另外两个方向上的尺寸很大。如晶界和亚晶界等。3.1点缺陷概念:在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构的正常排列的一种缺陷。一、空位:原子脱离原来的平衡位置迁移到别处，在原位出现的空结点就是空位。3.1.1点缺陷的形成离开平衡位置的原子的三个去处：迁移到晶体表面(或内表面）的正常结点位置；迁移到晶格的间隙中；迁移到其它空位处

2、。SchottkydefectFrenkeldefect对于弗伦克尔缺陷，间隙原子和空格点是成对产生，晶体的体积不发生改变；而肖特基缺陷使晶体体积增加。在晶体中，几种缺陷可以同时存在，但通常有一种是主要的。一般说，正负离子半径相差不大时，肖特基缺陷是主要的。两种离子半径相差大时弗伦克尔缺陷是主要的。二、间隙原子处于晶格间隙的原子即为间隙原子。异类间隙原子大多是原子半径很小的原子三、置换原子占据在原来基体原子平衡位置上的异类原子称为置换原子。不管是哪类点缺陷，都会造成晶格畸变，对金属的性能产生影响。电阻增加体积膨胀密度减小提高金属的屈服强度四、晶格畸变点缺陷周围的涉及几个原子间距范围的弹性

3、畸变区就称为晶格畸变。结论：1、间隙原子造成的晶格畸变远较空位严重。2、形成肖特基缺陷所需能量比弗仑克尔缺陷要小得多，所以一般晶体中，主要是形成肖特基缺陷，即点缺陷主要是空位而不是间隙原子。点缺陷可以由热起伏形成：热平衡缺陷：由于热起伏促使原子脱离点阵位置而形成的点缺陷。点缺陷还可以由其它方式形成：过饱和的点缺陷：通过高温淬火、冷变形加工和高能粒子的辐照效应等形成。五、热平衡缺陷3.1.2点缺陷的平衡浓度点阵畸变使晶体内能提高降低了晶体的热力学稳定性原子排列混乱程度增加，使晶体熵值增大，增加了晶体的热力学稳定性矛盾晶体中的点缺陷在一定温度下有一定的平衡浓度在某一温度下．热缺陷的数目可以用

4、热力学中自由能的最小原理来进行计算。3.1.3点缺陷的运动空位：一方面周围原子可以与空位换位，使空位移动一个原子间距，如果周围原子不断与空位换位，就造成空位的运动；另一方面空位迁移至晶体表面或与间隙原子相遇而消失，但在其它地方又会有新的空位形成。———复合间隙原子：从一个间隙位置迁移到另一个间隙位置复合综上所述，由于原子的热运动，空位和间隙原子将不断产生，不停地由一处向另一处迁移，同时也将发生点缺陷的复合，在一定温度下存在平衡浓度。在一定温度下，晶体中达到统计平衡的空位和间隙原子的数目是一定的，而且晶体中的点缺陷并不是固定不动的，而是处于不断的运动过程中。发生复合时，由于能量起伏，在其他

5、地方可能又会出现新的空位和间隙原子，以保持在该温度下的平衡浓度不变。晶体中的原子正是出于空位和间隙原子不断地产生与复合才不停地由一处向另一处作无规则的布朗运动．这就是晶体中原子的自扩散，是固态相变、表面化学热处理、蠕变、烧结等物理化学过程的基础。3.2位错晶体在结晶时受到杂质、温度变化或振动产生的应力作用，或由于晶体受到打击、切削、研磨等机械应力的作用，使晶体内部质点排列变形，原子行列间相互滑移，即不再符合理想晶格的有序排列，由此形成的缺陷称位错。3.2.1位错的基本类型和特征刃型位错螺型位错刃型位错结构的特点：刃型位错有一个额外的半原子面。一般把多出的半原子面在滑移面上边的称为正刃型位

6、错，记为“┻”；而把多出在下边的称为负刃型位错，记为“┳”。位错线为晶体中已滑移区和未滑移区的边界线。它不一定是直线，也可以是折线或曲线，但它必与滑移方向相垂直。滑移面必定是同时包含有位错线和滑移矢量的平面，在其他面上不能滑移。由于在刃型位错中，位错线与滑移矢量互相垂直，因此，由它们所构成的平面只有一个。晶体中存在刃型位错之后，位错周围的点阵发生弹性畸变，既有切应变，又有正应变。就正刃型位错而言，位错上部原子间距密，下部疏，原子间距离出现疏密不均匀现象，滑移面上方点阵受到压应力，下方点阵受到拉应力;负刃型位错与此相反。在位错线周围的过渡区（畸变区）每个原子具有较大的平均能量。但该区只有几

7、个原子间距宽，畸变区是狭长的管道，所以刃型位错是线缺陷。2.螺型位错设立方晶体右侧受到切应力的作用，其右侧上下两部分晶体沿滑移面ABCD发生了错动，如图所示。这时已滑移区和未滑移区的边界线bb´(位错线)不是垂直而是平行于滑移方向。ABCDEF鉴于原子排列的这种特点，此种晶格缺陷被称为螺型位错。根据旋进方向，螺型位错分为左旋与右旋。1)螺型位错无额外半原子面，原子错排是呈轴对称的。2）根据位错线附近呈螺旋形排列的原子的旋转方向不同，