郑大材料科学基础CH3 晶体缺陷课件.ppt

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1、第三章晶体缺陷2021/7/301本章内容概述点缺陷线缺陷面缺陷2021/7/302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、

2、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2021/7/303二.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2021/7/304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

3、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2021/7/305完美晶体：即组成晶体的所有原子或离子都排列在晶格中它们自己的位置上，没有晶格空位，也没有间隙原子或离子。晶格中的原子或离子都是化学分子式中的原子或离

4、子，没有外来的杂质；晶体的原子之比符合化学计量比。实际晶体：与理想晶体有一些差异。如：处于晶体表面的原子或离子与体内的差异；晶体在形成时，常常是许多部位同时成核生长，结果形成的不是单晶而是许多细小晶粒按不规则排列组合起来的多晶体；在外界因素的作用下，原子或离子脱离平衡位置和杂质原子的引入等。晶体缺陷的存在，破坏了完美晶体的有序性，引起晶体内能U和熵S增加。2021/7/306完整不一定精彩缺憾也是一种美!2021/7/307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

5、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；一些相变、扩散变形等都与晶体缺陷有关。2021/7/308晶体结构缺陷的类型及特征缺陷的类型点缺陷(pointdefect)线缺陷(linedefect)面缺陷(planardefect)其特点是在三维方向上的尺寸都很小，缺陷的尺寸处在一或几个原子大小的级别，又称零维缺陷，例如空位，间隙原子和杂质原子等。其特点是仅在一维方向上的尺寸较大，而另外二维方向上的尺寸都很小，也称一

6、维缺陷，通常是指各类位错。其特点是仅在二维方向上的尺寸较大，而另外一维方向上的尺寸很小，故也称二维缺陷，例如晶体表面、晶界、亚晶界、孪晶界和相界面等。2021/7/3093.1点缺陷2021/7/30103.1.1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。2021/7/3011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位。(2)形

7、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？2021/7/3012Frankely缺陷：在晶格内原子或离子热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置后，进入晶格点的间隙位置，变成间隙原子，而在原来的位置上形成一个空位。那么晶体中将存在等浓度的晶格空位和填隙原子，这种空位-间隙原子对称为Frankely缺陷。Schottky空位：如果正常格点上的原子或离子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置，跳跃到晶体的表面，在原正常格点上留下空位。Fran

8、kely缺陷Schottky空位2021/7/3013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)：在晶格结点位置未被占据的原子位置。(3)间隙原子(interstitalatom）晶格正常节点的的间隙中多余的原子。它们可能是同类原子，也可能是异类原子