新大纲材料科学基础第2章 晶体结构缺陷ppt课件.ppt

《新大纲材料科学基础第2章 晶体结构缺陷ppt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、一.需掌握的概念和术语1、点缺陷、间隙原子、置换原子、肖特基空位、弗仑克尔空位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、攀移.3、面缺陷、表面、界面、界面能、晶界、相界4、一般了解关于位错的应力场、位错的应变能、线张力5、晶界的特性(大、小角度晶界)、孪晶界、相界的类型第2章晶体缺陷二.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、晶界的特性(大、小角度晶界)、孪晶界、相界的类型。三、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或缺陷。理想晶体：质点严格按照

2、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。四、研究缺陷的意义缺陷的存在使晶体表现出各种各样的性质；有效控制和改变材料加工、使用过程中的各种性能；实现材料性能的改善和复合材料的制备；因此，了解缺陷的形成及其运动规律，对材料加工工艺过程的控制，对材料性能的改善，对于新型材料的设计、研究与开发具有重要意义。五、缺陷对材料性能的影响举例:材料的强化，如钢——是铁中渗碳陶瓷材料的增韧半导体掺杂六、缺陷的分类方式：1、根据缺陷的作用范围把真实晶体缺陷分四类：①点缺陷（pointdefect）：特征是三维空间的各个方面上尺寸都很小，尺寸范围约为一

3、个或几个原子尺度，又称零维缺陷。②线缺陷（linedefect）：特征是在两个方向上尺寸很小,另外一个方向上很大，又称一维缺陷，如各类位错。③面缺陷（planardefect）：特征是在一个方面上尺寸很小,另外两个方面上很大，又称二维缺陷，包括表面、晶界、亚晶界、相界、孪晶界等。④体缺陷:在三维方向上缺陷尺寸都较大。如镶嵌块、空洞等。2、根据缺陷的形成原因①热缺陷；②杂质缺陷；③非化学计量缺陷等。2.1点缺陷原子热振动部分原子获得足够高的能量克服约束,迁移到新的位置空位,间隙原子形成引起局部点阵畸变引起点缺陷的形成原因示意图点缺陷与材料的电学性质

4、、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。一、点缺陷的类型1.金属晶体中的点缺陷金属晶体中常见的点缺陷有:①空位(vacancy)②间隙原子(interstitialatom)③置换原子(sbustitutionalatom)a、空位空位是一种热平衡缺陷,即在一定温度下,空位有一定的平衡浓度。空位在晶体中的位置不是固定不变的,而是不断运动变化的。空位是由原子脱离其平衡位置而形成的，脱离平衡位置的原子大致有三个去处：(1)迁移到晶格的间隙中,这样所形成的空位叫弗仑克尔空位；(2)迁移到晶体表面上,这样所产生的空位叫肖特基空位；(3)迁移到其他空位处,

5、这样虽然不产生新的空位,但可以使空位变换位置。（a）单质中弗仑克尔缺陷的形成（空位与间隙质点成对出现）（b）单质中肖特基缺陷的形成V（c）空位的运动点缺陷的类型1-大的置换原子     4-复合空位2-肖特基空位 5-弗兰克尔空位3-异类间隙原子     6-小的置换原子点缺陷类型1点缺陷类型2b、间隙原子定义：处于晶格间隙中的原子即为间隙原子。在形成弗仑克尔空位的同时,也形成一个间隙原子;溶质原子挤入溶剂的晶格间隙中后，也称为间隙原子。影响：间隙原子会造成严重的晶体畸变。实质：间隙原子也是一种热平衡缺陷，在一定温度下有一平衡浓度，对于异类间隙原

6、子来说，常将这一平衡浓度称为固溶度或溶解度。c、置换原子占据在原来基体原子平衡位置上的异类原子称为置换原子。由于原子大小的区别也会造成晶格畸变，置换原子在一定温度下也有一个平衡浓度值，一般称之为固溶度或溶解度，通常它比间隙原子的固溶度要大的多。2.离子晶体中点缺陷弗仑克尔缺陷：一个正离子跳入离子晶体的间隙位置，则出现了一个正离子空位，这种空位－间隙离子成对出现的缺陷称为弗仑克尔缺陷。肖特基缺陷：在离子晶体中，由于要维持电价平衡，一个正离子产生空位，则邻近必有一个负离子空位，这样的一个正负离子空位对所形成的缺陷；离子晶体中的点缺陷（a）离子晶体中的

7、弗仑克尔缺陷的形成（空位与间隙质点成对出现）（b）离子晶体中的肖特基缺陷的形成（正负离子空位对成对出现）VV+V-二、点缺陷的浓度1、平衡点缺陷(equilibriumpointdefect）及其浓度ne—平衡空位数n—原子总数Ev—每增加一个空位能量的变化k—玻尔兹曼常数,约为8.62×10-5ev/K或1.38×10-23J/KT—绝对温度其中：A由振动熵决定的系数，取1~10，通常取1。T↑---c↑三、过饱和点缺陷(supersaturatedpointdefect)在点缺陷的平衡浓度下晶体的自由能最低，系统最稳定。当在一定的温度下，晶

8、体中点缺陷的数目明显超过其平衡浓度时，这些点缺陷称为过饱和点缺陷，通常它的产生方式有三种:1.淬火2.冷加工3.辐照1.淬火高温时晶体中