ch3.1 晶体缺陷--点缺陷(空位)(07级)

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1、第三章晶体缺陷本章要求掌握的主要内容一.需掌握的概念和术语1、点缺陷、Schottky空位、Frankel空位、间隙原子、置换原子2、线缺陷、刃型位错、螺型位错、混合型位错、柏氏矢量、位错运动、滑移、(双)交滑移、多滑移、攀移、交割、割价、扭折、塞积；位错应力场、应变能、线张力、作用在位错上的力、位错密度、位错源、位错生成、位错增殖、位错分解与合成、位错反应、全位错、不全位错、堆垛层错3、面缺陷、表面、界面、界面能、晶界、相界4、关于位错的应力场、位错的应变能、线张力等可作为一般了解5、晶界的特性(大、小角度晶界)

2、、孪晶界、相界的类型二.本章重点及难点1、点缺陷的平衡浓度公式2、位错类型的判断及其特征、柏氏矢量的特征，3、位错源、位错的增殖(F-R源、双交滑移机制等)和运动、交割4、关于位错的应力场、位错的应变能、线张力等可作为一般了解5、晶界的特性(大、小角度晶界)、孪晶界、相界的类型概述前面章节都是就理想状态的完整晶体而言，即晶体中所有的原子都在各自的平衡位置，处于能量最低状态。然而在实际晶体中原子的排列不可能这样规则和完整，而是或多或少地存在离开理想的区域，出现不完整性。正如我们日常生活中见到玉米棒上玉米粒的分布。通常

3、把这种偏离完整性的区域称为晶体缺陷(crystaldefect,crystallineimperfection)。位错实验观测(dislocation.mpg)图为透射电子显微镜下观察到不锈钢316L(00Cr17Ni14Mo2)的位错线与位错缠结完整不一定精彩缺憾也是一种美!晶体缺陷（Crystaldefect）——通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的结构缺陷。晶体缺陷对于晶体结构来说规则完整排列是主要的,而非完整性是次要的；对一些对结构敏感的性能来说，起主要作用的是晶体的不完整性,而完整性是次要的；

4、一些相变、扩散变形等都与晶体缺陷有关。晶体缺陷分类及特征：[1]点缺陷（pointdefect）：特征是三维空间的各个方面上尺寸都很小，尺寸范围约为一个或几个原子尺度，又称零维缺陷，包括空位、间隙原子、杂质和溶质原子。[2]线缺陷（linedefect）：特征是在两个方向上尺寸很小,另外一个方面上很大，又称一维缺陷，如各类位错。[3]面缺陷（planardefect）：特征是在一个方面上尺寸很小,另外两个方面上很大，又称二维缺陷，包括表面、晶界、亚晶界、相界、孪晶界等。[4]体缺陷:如果晶体内部质点排列的规律性在三

5、维空间一定的尺度范围内遭到破坏，就称为体缺陷，例如亚结构（嵌镶块）、沉淀相、层错四面体、晶粒内的气孔和第二相夹杂物等，三维缺陷。3.1点缺陷3.1.1点缺陷的形成及类型点缺陷（pointdefect）是在晶体晶格结点上或邻近区域偏离其正常结构的一种缺陷，它是最简单的晶体缺陷，在三维空间各个方向上尺寸都很小，范围约为一个或几个原子尺度。由于某种原因，原子脱离了正常格点，而在原来的位置上留下了原子空位，即空位就是未被占据的原子位置。离开平衡位置的原子有三个去处:(1)形成Schottky空位：迁移到表面或内表面留下的空

6、位。(2)形成Frankely缺陷：挤入点阵间隙而形成的空位，并出现间隙原子。(3)跑到其它空位上使空位消失或移位。点缺陷的类型有哪些？点缺陷的类型：(1)置换原子(substitutionalatom)：占据在原来基体原子平衡位置上的异类原子。(2)空位(vacancy)：未被占据的原子位置。(3)间隙原子(interstitalatom）异类间隙原子：原子半径很小的外来原子，外来杂质原子。自间隙原子(self-interstitalatom)(同类)：形成佛兰克尔空位时出现的间隙原子。高分子晶体中的点缺陷：（1

7、）分子链上的异常键结合；（2）分子链位置发生交换；（3）分子链向相对方向折叠。离子晶体中的点缺陷：（1）Schottky缺陷：一个正负离子空位对。（2）Frenkel缺陷：一个空位－间隙离子对。离子晶体点缺陷类型3.1.2点缺陷的平衡浓度空位形成时系统自由能的变化：ΔF=△U-T△S内能(Internalenergy)变化△U。n个内能为u的点缺陷使系统内能增加总量为:△U＝n△Ev空位形成能(vacancyformationenergy):形成一个空位时引起系统能量的增加，记为△EvT△S与组态熵变化有关：点缺陷

8、的存在使体系混乱程度增大，大大增加了系统的熵值。通过热力学分析，在绝对零度以上的任何温度，晶体中最稳定的状态是含有一定浓度的点缺陷的状态，这个浓度称为该温度下晶体中点缺陷的平衡浓度(equilibriumconsistence)。经热力学推导：C=n/N=exp(△Sf/k)exp(－△Ev/kT)=Aexp(－△Ev/kT)C与T、Ev之间呈指数关系(下页