《晶体中的点缺陷》PPT课件

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1、《材料结构与性能原理》主讲教师阎殿然同学们好！第一章晶体中的点缺陷绪论以简单立方晶体进行剪切强度的理论计算和实际测量发现：理想晶体的强度比实际晶体高2~4个数量级比较一些金属材料的理论屈服强度与实际屈服强度发现：相差2~3个数量级这说明：1）材料的结构决定性能2）实际晶体的结构不同于理想晶体实际晶体的结构为：理想晶体+晶体缺陷理想晶体：7大晶系，14种空间点阵的晶体晶体缺陷：点、线、面缺陷§1.1点缺陷的类型－空位和间隙原子一.原子晶体（一）空位（vacancy)：1.类型：肖脱基空位：空位在晶体中单独存在。弗兰克尔空位：空

2、位与间隙原子共存。第一章点缺陷晶体缺陷：点缺陷（零维缺陷）：空位与间隙原子线缺陷（一维缺陷）：位错面缺陷（二维缺陷）：晶界、相界金属中空位的存在形式：单空位和空位群（二）间隙原子（interstitial)1.类型－自间隙原子异类原子（晶体本身固有的原子）（外来的杂质原子）2.间隙位置(interstitialset)结构八面体个数四面体个数最大间隙实际A1及等同处4及等同处8八面体八面体A2及等同处6及等同处12四面体八面体A3及等同处2及等同处4八面体八面体注：晶体结构符号：(structuresymbol)晶体结构有两

3、种符号－硅酸盐SAmBn型化合物D有机化合物OAB2型化合物C合金LAB型化合物B更复杂的化合物E-K主要是纯组元A晶体类型符号晶体类型符号1.结构符号—大写英文字母＋一个数字2.pearson符号cF－用一个小写字母＋大字母表示。c－晶系第一个英文字母的字头三斜：Triclinic,单斜：Monoclinc，正交（斜方）：Orthogonal，四方（正方）：Tetragonal，立方：Cubic，六方：Hexagonal，菱形：Rhombohedral）F－表示布拉非点阵类型P—简单，C—底心，I—体心

4、，F—面心，R—棱方3）间隙原子组态●自间隙原子对分组态：连珠组态：●异间隙原子位于八面体间隙位置。对分组态连珠组态二.离子晶体中的点缺陷离子晶体组成质点是离子，故晶体内点缺陷的存在受到晶体内必须保持电中性的约束。（一）离子晶体内的点缺陷F心--一个负离子空位浮获一电子即形成F心（负离子获得能量而释放出电子，同时产生空位，而电子被附近的6个正离子共用，）。F心2.V心—晶体中的正离子空位，浮获带正电荷的空穴（电子被驱掉而留下带正电荷的孔洞）。V心H心3.H心—浮获一带正电荷空穴的负间隙离子。§1.2点缺陷的平衡浓度一.单位空

5、位浓度C=…空位数(n)与原子总数(N)之比（体浓度）.uf…….单个空位（间隙原子）的形成能K……..波尔茲曼常数1.38×10-23J/mole.KT………绝对温度(℃)A…….Sf_空位及间隙原子形成熵推导:①设在N个结点上形成n个空位（或间隙原子）②空位或间隙原子形成会引起系统自由能的改变-体系内能的改变-体系的熵值--配置熵(组态熵)--单个空位形成熵--n个空位在N个结点上分布的概率由stirling(斯特林)公式，当x很大时，则：在热力学稳定条件下：则：则：令则：1.点缺陷是一种热力学上稳定地缺陷，一定温度下对

6、应一定的平衡浓度。2.点缺陷是热缺陷，T升高，平衡浓度增加。3.平衡点缺陷的浓度与点缺陷的形成能呈指数关系。因为u间隙u空位，所以在一定温度下晶体中的空位浓度远远大于间隙原子的平衡浓度，故在晶体内点缺陷主要是肖氏空位。讨论：二.双空位浓度Z—空位的配位数C双/C单空位浓度之比随T↑而↑—双空位的形成能—2个空位的结合能§1.3点缺陷的形成能点缺陷的形成能包括：自由电子能量的变化畸变能的变化空位的形成能中，电子能量是主要的；间隙原子形成能中，畸变能是主要的一.自由电子能量的变化1.势能的变化：—系统的弗米能弗米能:①在T时，能

7、量为E的质点出现几率为的能量。②反映系统的总能量在组成质点之间的分配情况。在Tm附近,热平衡空位和间隙原子最大浓度分布为10－4～10－8数量级。二.不同点缺陷的形成能对大多数简单晶体,单空位形成能●●2.动能的变化：—空位迁移熵—空位迁移能(扩散激活能)获得鞍点状态原子的能量Z—空位原子周围配位数—空位周围原子震动频率（一）空位的迁移空位的迁移、间隙原子迁移能—原子扩散激活能空位迁移的几率:§1.4点缺陷的运动普通金属的Em较小；具有密堆结构的金属Cu、Au、Ag的Em较大,共价键结构晶体Em较大。（二）间隙原子的迁移三种

8、机构:①直接换位—由A位置到B位置(a)图②间接运动—A→B→C，A间隙到C(b)图③对分间隙原子运动(两原子均处于半间隙位置)如(c)图。ABACB三.缺陷的迁移率在小的外应力作用下，缺陷的平均位移速度为：(运动方向与F相反)Dd—缺陷的扩散系数F—作用在缺陷上的力而从而得出缺陷流的Fi