北航课件-03.晶体缺陷.pptVIP

缺陷的含义：晶体缺陷就是指实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域。 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 § 2.1 晶体缺陷的类型 分类方式： 几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷等 形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等 一、按缺陷的几何形态分类 1. 点缺陷 2. 线缺陷 3. 面缺陷 1.点缺陷（零维缺陷） ? 　缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。 包括：空位（vacancy） 间隙原子（interstitial particle） 异类原子（foreign particle）。 ?　　点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。 晶体中的点缺陷  2.线缺陷（一维缺陷） 　　指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。 线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。 　刃位错　　　　　螺位错 3.面缺陷 面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、相界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。 面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。 二、按缺陷产生的原因分类 1. 热缺陷 2. 杂质缺陷 3. 非化学计量缺陷 4. 其它原因，如电荷缺陷，辐照缺陷等 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（Frenkel defect）和肖脱基缺陷（Schottky defect） 热缺陷浓度与温度的关系:温度升高时，热缺陷浓度增加 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。 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。 特点:其化学组成随周围气氛的性质及其分压大小而变化。 一、点缺陷的表示 二、点缺陷的平衡浓度 三、点缺陷对材料性能的影响 例题 下列位错反应能否进行 ： 解：几何条件： 反应前 a[100]+a[010]=a[110] 反应后 能量条件： 反应前： 反应后： 此反应既满足几何条件又满足能量条件，故反应式成立 。 例题 下列位错反应能否进行 ： 解： 几何条件： 反应后 能量条件： 反应前： 反应后： 此反应满足几何条件但不满足能量条件，故反应式不成立 。 2．实际晶体中位错的柏氏矢量 全位错：通常把柏氏矢量等于点阵矢量的位错称为全位错或单位位错 。 面心立方点阵 最短的点阵矢量为原点到面心位置 长度 次 短的点阵矢量为a<100>，长度为 a，它的能量较高，出现的机率很低, 其余的柏氏矢量都是不稳定的。 体心立方点阵中最短的点阵矢量是1/2a＜111＞，是体心立方晶体全位错的柏氏量。 密排六方晶体最密排的晶向是 该矢量上包含了三个原子间距，故位错的柏氏矢量值为 位错能量 柏氏矢量越小，位错越稳定 晶体中还可能形成一些柏 氏矢量小于点阵矢量的位错，即柏氏矢量不是从一个原子到另一个原子位置，而是从原子位置到结点之间的某一位置，这类位错称为分位错或不全位错。 例：面心立方晶体中的a/6<112>、a/3＜111＞ 体心立方晶体中的a/3＜111＞、a/8<110> 密排六方晶体中的c/2＜0001＞ 层错与完整晶体的交界线就是不全位错 3．面心立方晶体中全位错的分解及扩展位错 面心立方晶体中位错的滑移面为{111}，滑移面上柏氏矢量a/2＜110＞ 全位错会分解成两个a/6<112＞的分位错。肖克莱位错 以a/2[ī10]为例，位错的分解反应为： 几何条件 能量条件 反应前 ： 反应后： 上述反应中各位错柏氏矢量之间的关系 分解后两个分位错的柏氏向量B1C, CB2的夹角为1200，有一个净的同符号分量，分位错之间会相互排斥而彼此离开 这一排斥与简单立方晶体中b=2a的大位错分解为两个b=a的小位错的情况不同。在简单立方晶体中两个位错之间只有排斥力 ，且它们分开后位错之间的点阵排列仍处于正常情况,但面心立方晶体中分解后的两个分位错始终保持联系，成为不可分割的位错对,位错之间的原子正常排列破坏了，形成一层层错，正是由于层错使两个分位错保持一定的联系。 层错 FCC晶体的原子