材料的晶体缺陷教学文案.ppt

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1、材料的晶体缺陷一、多晶体结构第一节材料的实际晶体结构多晶体:实际应用的工程材料中，那怕是一块尺寸很小材料，绝大多数包含着许许多多的小晶体，每个小晶体的内部，晶格位向是均匀一致的，而各个小晶体之间，彼此的位向却不相同。称这种由多个小晶体组成的晶体结构称之为“多晶体”。一、多晶体结构第一节材料的实际晶体结构晶粒：多晶体材料中每个小晶体的外形多为不规则的颗粒状，通常把它们叫做“晶粒”。晶界：晶粒与晶粒之间的分界面叫“晶粒间界”，或简称“晶界”。为了适应两晶粒间不同晶格位向的过渡，在晶界处的原子排列总是不规

2、则的。二、多晶体的组织与性能：第一节材料的实际晶体结构伪各向同性：多晶体材料中，尽管每个晶粒内部象单晶体那样呈现各向异性，每个晶粒在空间取向是随机分布，大量晶粒的综合作用，整个材料宏观上不出现各向异性，这个现象称为多晶体的伪各向同性。组织：性能：组织敏感的性能组织不敏感的性能三、晶体中的缺陷概论第一节材料的实际晶体结构晶体缺陷：即使在每个晶粒的内部，也并不完全象晶体学中论述的(理想晶体)那样，原子完全呈现周期性的规则重复的排列。把实际晶体中原子排列与理想晶体的差别称为晶体缺陷。晶体中的缺陷的数量相当

3、大，但因原子的数量很多，在晶体中占有的比例还是很少，材料总体具有晶体的相关性能特点，而缺陷的数量将给材料的性能带来巨大的影响。三、晶体中的缺陷概论第一节材料的实际晶体结构晶体缺陷按范围分类：点缺陷在三维空间各方向上尺寸都很小，在原子尺寸大小的晶体缺陷。线缺陷在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶粒数量级)，另外两个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。其具体形式就是晶体中的位错Dislocation面缺陷在三维空间的两个方向上的尺寸很大(晶粒数量级)，另外一个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶

4、体缺陷。第二节点缺陷点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小，在原子尺寸大小的晶体缺陷。一、点缺陷的类型：空位在晶格结点位置应有原子的地方空缺，这种缺陷称为“空位”。间隙原子在晶格非结点位置，往往是晶格的间隙，出现了多余的原子。它们可能是同类原子，也可能是异类原子。异类原子在一种类型的原子组成的晶格中，不同种类的原子替换原有的原子占有其应有的位置。二、点缺陷的形成弗仑克耳缺陷：原子离开平衡位置进入间隙，形成等量的空位和间隙原子。肖特基缺陷：只形成空位不形成间隙原子。（构成新的晶面）金属：离子晶体：1负离

5、子不能到间隙2局部电中性要求三、点缺陷的表示Kroger-Vink提出了一套描写点缺陷的记号，并发展了应用质量作用定律等来处理晶格缺陷间关系的缺陷化学。以MO为例：空位VacancyVM，VO间隙原子InterstitialMi，Oi错位原子MO，OM溶质原子（外来原子）LM，Li自由电子及电子空穴e,，h·带电荷的缺陷VM,,，VO··缺陷方程三原则:质量守恒,电荷平衡,正负离子格点成比例增减。肖特基缺陷生成：0→VM,,+VO··弗仑克尔缺陷生成：0→VM,,+Mi··非计量氧化物：不等价参杂：

6、第二节点缺陷热力学分析表明，在高于0K的任何温度下，晶体最稳定的状态是含有一定浓度点缺陷的状态。此浓度称为点缺陷的平衡浓度。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”。在一摩尔的晶体中如存在n个空位，晶体中有N=6.023X1023个晶格位置，这是空位的浓度为x=n/N，系统熵值为：空位的出现提高了体系的熵值四、点缺陷的平衡浓度设每个空位的形成能为u，空位浓度为x时自由能的变化为：第二节点缺陷第二节点缺陷例如：Cu

7、晶体得空位形成能为0.9ev/atom=1.44X10-19J/atom，在500℃时计算可得出平衡空位的浓度为1.4X10-6(很低)，而在每立方米的铜晶体存在1.2X1023个空位(数量很多)。过饱和空位晶体中含点缺陷的数目明显超过平衡值。如高温下停留平衡时晶体中存在一平衡空位，快速冷却到一较低的温度，晶体中的空位来不及移出晶体，就会造成晶体中的空位浓度超过这时的平衡值。过饱和空位的存在是一非平衡状态，有恢复到平衡态的热力学趋势，在动力学上要到达平衡态还要一时间过程。五、点缺陷对材料性能的影响第

8、二节点缺陷原因：无论那种点缺陷的存在，都会使其附近的原子稍微偏离原结点位置才能平衡，即造成小区域的晶格畸变。效果提高材料的电阻定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡力(陷阱)，增加了阻力，加速运动提高局部温度(发热)。加快原子的扩散迁移空位可作为原子运动的周转站。形成其他晶体缺陷过饱和的空位可集中形成内部的空洞，集中一片的塌陷形成位错。改变材料的力学性能空位移动到位错处可造成刃位错的攀移，间隙原子和异类原子的存在会增加位错的运动阻力。会使强度提高，塑性下降、第三节位错的基