《晶体缺陷》PPT课件

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1、2.3晶体缺陷材料的实际晶体结构点缺陷位错的基本概念位错的弹性特征晶体中的界面2.3.1材料的实际晶体结构一、多晶体结构单晶体:一块晶体材料，其内部的晶体位向完全一致时，即整个材料是一个晶体，这块晶体就称之为“单晶体”，实用材料中如半导体集成电路用的单晶硅、专门制造的金须和其他一些供研究用的材料。多晶体:实际应用的工程材料中，那怕是一块尺寸很小材料，绝大多数包含着许许多多的小晶体，每个小晶体的内部，晶格位向是均匀一致的，而各个小晶体之间，彼此的位向却不相同。称这种由多个小晶体组成的晶体结构称之为“多晶体”。晶粒：多晶体材料中每个小晶体的外形多为不规则的

2、颗粒状，通常把它们叫做“晶粒”。晶界：晶粒与晶粒之间的分界面叫“晶粒间界”，或简称“晶界”。为了适应两晶粒间不同晶格位向的过渡，在晶界处的原子排列总是不规则的。二、多晶体的组织与性能：组织：多晶相的种类，晶粒的大小、形态、取向和分布，位错、晶界的状况。伪各向同性：多晶体材料中，尽管每个晶粒内部象单晶体那样呈现各向异性，每个晶粒在空间取向是随机分布，大量晶粒的综合作用，整个材料宏观上不出现各向异性，这个现象称为多晶体的伪各向同性。性能：组织敏感的性能：强度、断裂韧度、延性、超塑性组织不敏感的性能：弹性模量三、晶体中的缺陷概论晶体缺陷：即使在每个晶粒的内部

3、，也并不完全象晶体学中论述的(理想晶体)那样，原子完全呈现周期性的规则重复的排列。把实际晶体中原子排列与理想晶体的差别称为晶体缺陷。晶体中的缺陷的数量相当大，但因原子的数量很多，在晶体中占有的比例还是很少，材料总体具有晶体的相关性能特点，而缺陷的数量将给材料的性能带来巨大的影响。晶体缺陷按范围分类：点缺陷在三维空间各方向上尺寸都很小，在原子尺寸大小的晶体缺陷。线缺陷在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶粒数量级)，另外两个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。其具体形式就是晶体中的位错Dislocation面缺陷在三维空间的两个方向上的尺寸很大(晶

4、粒数量级)，另外一个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。2.3.2点缺陷点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小，在原子尺寸大小的晶体缺陷。一、点缺陷的类型：空位在晶格结点位置应有原子的地方空缺，这种缺陷称为“空位”。间隙原子在晶格非结点位置，往往是晶格的间隙，出现了多余的原子。它们可能是同类原子，也可能是异类原子。异类原子在一种类型的原子组成的晶格中，不同种类的原子替换原有的原子占有其应有的位置。二、点缺陷的形成弗仑克耳缺陷：原子离开平衡位置进入间隙，形成等量的空位和间隙原子。肖特基缺陷：只形成空位不形成间隙原子。金属：离子晶体：1负离子不能到间

5、隙2局部电中性要求(1)淬火法将晶体加热到高温,形成较高的空位浓度,然后由高温快速冷却,使空位在冷却过程中来不及消失,就得到包含有过剩空位的晶体,从而形成非平衡空位浓度.其优点是得到单纯的过饱和空位,而且还可以从过饱和空位的消失过程来研究空位的移动能。(2)塑性变形法在塑性变形时将产生点缺陷,同时也产生大量的位错,而间隙原子是否增加尚未察觉到。缺点是在室温附近进行塑性变形时,空位和位错都增加,而且位错增加很显著,对晶体性能的影响很大,因此不适合用于研究空位的行为。(3)高能粒子辐照法晶体在高能粒子(高速中子、重粒子、电子等)的辐照下，其原子受到碰撞.原

6、子受到碰撞后,有可能形成弗仑克耳空位和间隙原子.根据经典碰撞理论,可求出粒子在弹性碰撞后的能量转移的极大值Em，即为式中M1为碰撞粒子的质量,EK为碰撞粒子的动能:M2为被碰撞粒子的质量，其碰撞前动能为0(忽略热运动)．当M1<

7、=6.023X1023个晶格位置，这是空位的浓度为x=n/N，系统熵值为：空位的出现提高了体系的熵值设每个空位的形成能为u，空位浓度为x时自由能的变化为：2.利用过饱和空位浓度求空位形成能Q及空位移动能QM将金属从高温进行淬火，得到过饱和空位浓度，与具有平衡空位浓度的同种金属相比，在物理性能方面有下列几点不同：(1)电阻率大;(2)密度小;(3)热容量大。从而可以通过对高温淬火后的性能进行测定,求得空位形成能Q;通过对在淬火后不同时间的性能变化的测定,求得空位移动能QM。（1）空位对电阻的影响原理：定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡力(陷阱)，增加了阻

8、力，加速运动提高局部温度(发热)。金属的电阻主要来自离子对传导电子的散射。在完整晶体中，电子基