晶体结构缺陷课件.ppt

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1、3晶体结构缺陷点缺陷线缺陷面缺陷体缺陷空位间隙质点杂质质点色心缺陷产生的原因定义意义缺陷分类按几何形态按产生原因热缺陷杂质缺陷非化学计量缺陷电荷缺陷辐照缺陷弗伦克尔缺陷肖特基缺陷例:纤锌矿结构ZnO晶体，Zn2+可以离开原位进入间隙。（1）Frankel缺陷特点：空位和间隙成对产生；晶体体积不变。（2）Schttky缺陷形成—特点—对于离子晶体，为保持电中性，正离子空位和负离子空位成对产生，晶体体积增大。Schttky缺陷形成的能量小Frankel缺陷形成的能量因此对于大多数晶体来说，Schttky缺陷是主要的。从形成缺陷的能量来分析——Schottky缺陷的产生1.常用缺陷

2、表示方法：用一个主要符号(A)表明缺陷的种类用一个下标(b)表示缺陷位置用一个上标(z)表示缺陷的有效电荷如“.”表示有效正电荷;“/”表示有效负电荷;“×”表示有效零电荷。3.2点缺陷的符号表征、反应方程式例：写出CaCl2溶解在KCl中缺陷反应方程式用MX离子晶体为例：空位填隙原子错位原子自由电子及电子空穴缔合中心带电缺陷把离子化合物看作完全由离子构成（这里不考虑化学键性质），则在NaCl晶体中，如果取走一个Na+晶格中多了一个e/,因此VNa必然和这个e/相联系，形成带电的空位——写作同样，如果取出一个Cl－,即相当于取走一个Cl原子加一个e，那么氯空位上就留下一个电子

3、空穴(h.)即：带电缺陷不同价离子之间取代：2书写点缺陷反应式的规则位置关系质量平衡电中性表面位置3缺陷反应实例例1杂质缺陷反应方程式例2热缺陷反应方程式低价正离子占据高价正离子位置时，该位置带有负电荷，为了保持电中性，会产生负离子空位或间隙正离子；高价正离子占据低价正离子位置时，该位置带有正电荷，为了保持电中性，会产生正离子空位或间隙负离子。3.2.3热缺陷浓度的计算1.热力学方法计算热缺陷浓度2、用化学平衡的方法计算点缺陷的浓度例：(a)在CaF2晶体中，Frankel缺陷形成能为2.8eV，Schttky缺陷的生成能为5.5eV，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度？

4、(b)如果CaF2晶体中，含有10-6的YF3杂质，则在1600℃时，CaF2晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？并请说明原因。复习晶体产生Frankel缺陷时，晶体体积，晶体密度；而有Schtty缺陷时，晶体体积,晶体密度。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时，是主要的；两种离子半径相差大时，是主要的;KCl晶体生长时，在KCl溶液中加入适量的CaCl2溶液，此后生长的KCl晶体的质量密度如何变化？请说明原因。练习写出下列缺陷反应式：(1)MgCl2固溶在LiCl晶体中(产生正离子空位)(5)CaO固溶在ZrO2晶体中(产生负离子空位)例：高温结构材料Al2O3可以

5、用ZrO2来实现增韧，也可以用MgO来促进Al2O3的烧结。(a)如加入0.2mol%ZrO2,试写出缺陷反应式和固溶分子式。(b)如加入0.3mol%ZrO2和xmol%MgO对进行复合取代，试写出缺陷反应式、固溶分子式及求出x值。3.3线缺陷实际晶体在结晶时受到杂质、温度变化或振动等产生的应力作用，或由于晶体在使用时受到打击切削、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，而不再符合理想晶格的有秩序的排列，形成线状的缺陷。例：金属淬火后为什么变硬？概念：滑移在外力作用下，晶体的一部分相对于另一部分，沿着一定晶面的一定晶向发生平移，使晶面上的原子从一个

6、平衡位置平移到另一个平衡位置的过程。滑移前滑移后图3.6外力作用下晶体滑移示意图滑移的结果，位错在晶体表面消失。变形前变形后图3.7单晶试棒在拉伸应力作用下的变化滑移往往是在最密排晶面和最密排晶向上进行的2.位错刃位错螺位错混合位错刃位错形成特点分类滑移部分未滑移部分┬┴┬┴螺位错形成特点分类完整晶体的生长混合位错位错的柏格斯矢量及位错的性质位错的方向ξ，表明给定点上位错线的取向，由人们的观察方向来决定，是人为规定的；位错线的伯格斯矢量b，表明晶体中有位错存在时，滑移面一侧质点相对于另一侧质点的相对位移或畸变、由伯格斯于1939年首先提出，故称伯格斯矢量。位错线在几何上的特征

7、：柏格斯矢量b表征了位错的单位滑移距离，其方向与滑移方向一致，由伯格斯回路确定。故：位错可定义为伯格斯矢量不为零的晶体缺陷。柏格斯矢量b的确定1、位错线是杂质富集的地方位错线附近，晶格是不完整的；位错线上原子的价态是不饱和的，易吸引杂质原子。2、位错是一个空位源，也是空位消除点正、负位错相遇时可使空位消失也会产生更大的空位。位错的应用材料的塑性形变就是位错移动的结果；晶体生长快的原因之一就是晶体中存在螺位错；位错地区原子活动性较大故能加速物质在固体中的扩散。3.5固溶体固溶体机械混合物化合物形成原因以原