材料科学基础(第05章晶体缺陷)课件.ppt

《材料科学基础(第05章晶体缺陷)课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第5章晶体缺陷5.1点缺陷5.2位错5.3表面及界面1缺陷的含义：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。理想晶体：质点严格按照空间点阵排列。实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。缺陷对材料性能的影响2形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷等缺陷的分类方式：3缺陷的形成原因1.热缺陷定义:热缺陷亦称为本征缺陷，是指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点（原子或离子）。类型:弗仑克尔缺陷（Frenkeldefect）和肖特基缺陷（Schottkydefect）热缺陷浓度与温度的关系:温度升高时，

2、热缺陷浓度增加4缺陷的形成原因2.杂质缺陷定义:亦称为组成缺陷，是由外加杂质的引入所产生的缺陷。特征:如果杂质的含量在固溶体的溶解度范围内，则杂质缺陷的浓度与温度无关。杂质缺陷对材料性能的影响5缺陷的形成原因3.非化学计量缺陷定义:指组成上偏离化学中的定比定律所形成的缺陷。它是由基质晶体与介质中的某些组分发生交换而产生。如Fe1－xO、Zn1+xO等晶体中的缺陷。特点:其化学组成随周围气氛的性质及其分压大小而变化。是一种半导体材料。4.其它原因，如电荷缺陷，辐照缺陷等65.1点缺陷基本概念：如果在任何方向上缺陷区的尺寸都远小于晶体或晶粒的线度，因而

3、可以忽略不计，那么这种缺陷就叫做点缺陷。点缺陷是最简单的晶体缺陷，它是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。75.1点缺陷基本类型：空位（vacancy）：实际晶体中某些晶格结点的原子脱离原位，形成的空着的结点位置就叫做空位。间隙原子（interstitialparticle）：进入点阵间隙中的原子称为间隙原子。置换原子（foreignparticle）：那些占据原来基体原子平衡位置上的异类原子称为置换原子。8图5-3半径较小的置换原子图3-4半径较大的置换原子间隙原子晶格空位置换原子95.1点缺陷5.1.1点缺陷的形成离开平

4、衡位置的原子有三个去处：一是迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置上，而使晶体内部留下空位，称为肖脱基（Schottky）空位；二是挤入点阵的间隙位置，而在晶体中同时形成数目相等的空位和间隙原子，则称为弗兰克尔（Frenkel）缺陷；三是跑到其他空位中，使空位消失或使空位移位。另外，在一定条件下，晶体表面上的原子也可能跑到晶体内部的间隙位置形成间隙原子，如图演示。脱离平衡位置的原子如果逃逸到晶体外表面，在原来位置只形成空位，没有形成间隙原子，这样的空位缺陷叫做Schottkydefect或Schottkyvacancy。如果脱离平衡位置的原子进入到晶

5、格间隙中，则同时形成了等量的空位和间隙原子，这样的缺陷叫做Frenkeldefect。105.1点缺陷肖脱基缺陷：脱离平衡位置的原子如果逃逸到晶体外表面，在原来位置只形成空位，没有形成间隙原子，这样的空位缺陷叫做Schottkydefect或Schottkyvacancy。弗兰克尔缺陷：如果脱离平衡位置的原子进入到晶格间隙中，则同时形成了等量的空位和间隙原子，这样的缺陷叫做Frenkeldefect。离子晶体：负离子不能到间隙;局部电中性要求11Frenkeldefect和Schottkydefect产生示意图（a）弗仑克尔缺陷的形成（空位与间隙质

6、点成对出现）（b）单质中的肖特基缺陷的形成125.1点缺陷5.1.2点缺陷的平衡浓度热力学分析表明，在高于0K的任何温度下，晶体最稳定的状态并不是完整晶体，而是含有一定浓度的点缺陷状态，即在该浓度情况下，自由能最低。这个浓度就称为该温度下晶体中点缺陷的平衡浓度。空位形成能:空位的出现破坏了其周围的结合状态，因而造成局部能量的升高，由空位的出现而高于没有空位时的那一部分能量称为“空位形成能”。空位的出现提高了体系的熵值135.1点缺陷5.1.2点缺陷的平衡浓度假设温度T和压强P条件下，从N个原子组成的完整晶体中取走n个原子，即生成n个空位。并定义晶体

7、中空位缺陷的平衡浓度为：x=n/N145.1点缺陷5.1.2点缺陷的平衡浓度15若已知ΔUV和ΔSV，则可由上式计算出任一温度T下的浓度X.由上式可得：1）晶体中空位在热力学上是稳定的，一定温度T对应一平衡浓度X2）X与T呈指数关系，温度升高，空位浓度增大3）空位形成能ΔUV大，空位浓度小例如：已知铜中ΔUV=1.7×10-19J，A取为1，则T100K300K500K700K900K1000Kn/N10-5710-1910-1110-8.110-6.310-5.7165.1点缺陷5.1.2点缺陷的平衡浓度非平衡浓度：在有些情况下，晶体中的点缺陷浓

8、度可能高于平衡浓度，这样的点缺陷称为过饱和点缺陷，或非平衡点缺陷。高温淬火冷加工辐照175.1点缺陷5.1.3点缺陷的运动