点缺陷教程文件.ppt

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1、点缺陷——————古一————————2021/10/5——————古一————————2021/10/5空位：在晶体中的正常点阵位置上抽出一个原子，就造成一个点阵空位。经典的空位图像很简单，原子抽出后，周围原子基本上保留在原有位置上，留下一个很明显的空位。松弛集团图像：如果周围原子朝向空位作较大的松弛，或甚至崩塌到空位里面去，那么就形成一种弥散的空位或是十几个原子构成的松弛集团，类似于局部熔区。接近熔点的温度时才出现。第一节点缺陷的几何组态——————古一————————2021/10/5间隙原子：在正常的点阵间隙位置挤进一个同类原子，就

2、形成一个间隙原子。（以面心立方为例）体心组态：间隙原子处于面心立方体中最大间隙位置，它是被六个面心原子构成的八面体所包围，间隙原子处于八面体的中心，并将周围原子略微挤离其正常位置，所产生的畸变是球面对称的。第一节点缺陷的几何组态——————古一————————2021/10/5对分组态：间隙原子沿[100]方向偏离一些，将点阵上的一个近邻原子挤离于平衡位置，形成两个原子对分的间隙组态，所产生的畸变具有四方对称性。挤列组态：沿密排方向，（n+1）个原子占据了n个原子的位置。哪种组态最为稳定，要对间隙原子的能量进行细致的计算之后才能确定第一节点

3、缺陷的几何组态——————古一————————2021/10/5点缺陷的形成能：形成一个点缺陷引起内能的增加。空位形成能：在晶体内取出一个原子放到晶体表面上而又不改变晶体的表面能时，所需要的能量称为空位的形成能。理论上，空位形成能和晶体表面原子的蒸发热相等，但考虑金属键的特征、空位周围原子的移动等因素，精确的估计认为空位形成能只有蒸发热的1/2~1/4。第二节点缺陷的形成能——————古一————————2021/10/5第二节点缺陷的形成能蒸发热越大，熔点越高，则空位形成能也越大。——————古一————————2021/10/5间隙原子

4、的形成能：从表面台阶上取去一个原子挤入晶体的间隙位置所需能量。间隙原子具有较大形成能，比空位大3～4倍。在面心立方晶体三种可能的间隙组态中，以对分组态能量最低，应为平衡组态。几个单体缺陷还可组成能量更低的缺陷集团，如空位对、三空位、空位集团、点缺陷与杂质原子的组合（如大的替代式原子与空位结合成对）。第二节点缺陷的形成能——————古一————————2021/10/5热平衡空位的形成第一种方式：原子跳到表面、晶界、或与位错结合，这样形成的空位称为肖脱基（Schottky）空位。第二种方式：一个原子跳入间隙位置后形成一个间隙原子和一个空位。通

5、常把这样一对点缺陷（空位和间隙原子）称为弗兰克耳（Frenkel）缺陷第三节热平衡状态下的点缺陷浓度——————古一————————2021/10/5热平衡状态下点缺陷的浓度热力学平衡条件，在温度和体积不变的情况下，自由能最小的状态是热力学最稳定的平衡状态。第三节热平衡状态下的点缺陷浓度——————古一————————2021/10/5第三节热平衡状态下的点缺陷浓度如前所述，平衡状态自由能为极小值，即：故平衡空位浓度为：振动熵系数,1～10k为玻尔兹曼常数，约为8.62×10-5ev/k或1.38×10-23J/K由上式可得：1）晶体中空位

6、在热力学上是稳定的，一定温度T对应一平衡浓度C2）C与T呈指数关系，温度升高，空位浓度增大3）空位形成能大，空位浓度小对间隙原子也可推出类似的关系式，但由于间隙原子的形成能一般比空位大3～4倍，所以它的热平衡浓度要比空位小的多。——————古一————————2021/10/5（1）结构变化：晶格畸变（如空位引起晶格收缩，间隙原子引起晶格膨胀，置换原子可引起收缩或膨胀。）（2）性能变化：物理性能（如电阻率增大，密度减小。力学性能（屈服强度提高。）第四节点缺陷对合金性能的影响——————古一————————2021/10/5近代物理研究结果表

7、明，晶体中的原子并不是在晶格节点上静止不动的，而是以平衡位置为中心不停地做热振动，原子的这种热振动具有起伏的性质，通过能量涨落产生点缺陷（空位和间隙原子），又是由于能量涨落使得这些缺陷在晶体中进行运动。空位移动机制：第五节点缺陷的移动——————古一————————2021/10/5间隙原子移动机制：第五节点缺陷的移动——————古一————————2021/10/5点缺陷运动的特点：不连续性。它靠能量涨落，当获得一定的能量跳跃到另一位置后，失去了能量，需要再经过一定时间获得新的能量后才能再跳跃；无规则性。点缺陷是在不停地做布朗运动，每次跳

8、跃可以以相等的几率向其最靠近的几个位置中的任何一个位置跳跃，而无明显的方向性。晶体中点缺陷的形成与消失是不断发生的，在一定的温度下，有一定的点缺陷平衡浓度，动态平衡。第五节点缺陷