答案2-晶体缺陷

.,第四章晶体中的结构缺陷及其运动,曾世碧2011-4-17,.,1、何谓晶体缺陷，晶体缺陷可以分为几类？,晶体缺陷是指晶体结构不完整，即原子的排列偏离完整性的区域。晶体缺陷分类：点缺陷：特征是三维空间的各个方面上尺寸都很小，尺寸范围约为一个或几个原子尺度，又称零维缺陷，包括空位、间隙原子、杂质和溶质原子。线缺陷：特征是在两个方向上尺寸很小,另外一个方面上很大，又称一维缺陷，如各类位错。面缺陷：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,.,2、位错对晶体结构将造成怎样的影响？对晶体的性能将造成什么样的影响？,位错是指晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。结构影响：晶格发生很大的畸变，长度达几百至几万原子间距，宽约几个原子间距范围内的原子偏离平衡位置，有序结构被破坏。性能影响：对晶体的生长、扩散、相变、塑性变形、断裂等许多物理、化学性质及力学性质都有很大影响，如：晶体内部产生应力场，晶体的范性形变等。,.,3、点缺陷的平衡浓度及其物理意义是什么？,一定温度下，晶格的热振动涨落使间隙原子和空位长生运动，引起其产生和复合，经过足够长的时间，产生和复合达到一个动态平衡，存在着分布均匀、密度稳定的点缺陷，该状态下缺陷的浓度为平衡浓度：,物理意义：温度对浓度的强烈影响，浓度随温度指数升高。缺陷的形成能决定缺陷所占的比例，形成能越高，越难形成该缺陷。,.,4、位错有哪两种类型，简述它们的几何特点。,位错分刃型位错和螺型位错两种。刃型位错是指一个完整的晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，晶面像刀刃一样切入晶体，这个多于原子面的边缘就是刃型位错。刃型位错的几何特点：(1)位错线与其滑移矢量d垂直，刃型位错可以为任意形状的曲线。(2)有多余半原子面。刃型位错周围的点阵畸变关于半原子面左右对称。畸变区是一个狭长的管道。在位错线周围的畸变区每个原子具有较大的平均能量。(3)习惯上，把多余半原子面在滑移面以上的位错称为正刃型位错，用符号“”表示，反之为负刃型位错，用“”表示。螺型位错是指警惕的上半部分已经发生了局部滑移，左边是未滑移区，右边是已滑移区，原子相对移动了一个原子间距，在已滑移区和未滑移区之间有一个很窄的过渡区。在过渡区中，原子都偏离了平衡位置，使原子面畸变成一串螺旋面。螺型位错的几何特征：(1)螺位错线与其滑移矢量d平行，故纯螺位错只能是直线。(2)螺位错没有多余原子面，它周围只引起切应变而无体应变。(3)据螺旋面不同，螺型位错分为左螺位错和右螺位错。,.,柏氏矢量的确定方法A、规定位错线指出屏幕（纸面）为正B、在位错周围沿着点阵结点形成右螺旋的封闭回路。（柏氏回路）C、在理想晶体中按同样顺序作同样大小的回路。（不能闭合）D、在理想晶体中从终点到起点的矢量即为柏氏矢量。,6、判断图中为何种位错，求图中位错的柏氏矢量。,右旋螺位错,.,7、位错反应的基本条件是什么？指出面心立方（fcc）和体心立方（bcc）中的特征位错（以最短点阵矢量为柏矢量的位错）,并判断以下位错反应是否可以进行，为什么？,位错反应的条件：(1)几何条件:柏氏矢量守恒性，即：b前=b后(2)能量条件:反应过程能量降低反应驱动力,即：b前b后特征位错：面心立方（fcc）:体心立方（bcc）:举例：几何条件：反应前后柏氏矢量守恒能量条件：反应前-反应后-能量降低，综上所述，该反应可以发生。,.,8、何谓全位错、不全位错？说明弗兰克不全位错是如何形成的？,全位错：柏氏矢量的模等于该晶向上的原子间距的位错，又叫单位位错。不全位错：柏氏矢量的模小于该晶向上的原子间距的位错弗兰克不全位错形成：在完整面心结构晶体的原子密排面111面结构中局部抽出或插入一层原子形成，其柏氏矢量为。插入型层错称为正弗兰克偏位错，抽出型层错称为负弗兰克偏位错。,.,9、简要说明:(1)刃型位错周围原子的处于怎样的应力状态（为切应力还是正应力，为拉应力还是压应力）；(2)若有间隙原子存在，则间隙原子更容易存在于位错周围的那些位置？,刃型位错周围原子的应力状态：(1)正应力与切应力分量同时存在；(2)对任意一点y0时：xx0拉应力，y=0时：xx=yy=0，只有切应力。间隙原子引起晶体体积膨胀，为使总应变能下降，间隙原子必然位于刃位错下方（膨胀区）。,.,10、判断如下为何种位错？,刃型位错的判断指标:柏氏矢量与位错线相互垂直,具体判断见右图。螺型为错的判断指标：柏氏矢量与位错线相互平行。当两者方向一致时，为右螺旋位错，当两个方向相反时为左螺旋位错。,.,12、位错运动有哪两种形式？简述刃型位错和螺型位错在运动形式上的差异。,位错运动的基本形式为滑移和攀移两种。位错的滑移是指位错线在滑移面上的运动，位错线移动到晶体表面时，位错消失，形成柏氏矢量值大小的滑移台阶；位错的攀移指在热缺陷或外力作用下，位错线在垂直其滑移面方向上的运动，结果导致晶体中空位或间隙质点的增殖或减少。滑移不涉及原子扩散，而攀移必须借助原子扩散；外加应力对攀移起促进作用,拉或压应力均促进攀移；高温影响位错的攀移，温度升高，原子扩散能力增大，攀移易于进行.刃型位错和螺型位错在运动形式上的差异：(1)滑移特征：刃型位错：b、bl、滑移方向l、滑移方向b，有单一滑移面;螺位错：b、b滑移线、滑移方向l、滑移方向b，非单一滑移面，可发生交滑移。(2)刃位错除了滑移外，还可进行攀移运动。攀移的实质是多余半原子面的伸长或缩短。螺位错没有多余半原子面，没有正应力，故无攀移运动。只有刃型位错才能发生攀移。,.,13、在简单立方晶体中，假定有一个刃型位错A，其柏氏矢量为b1=a0-10，沿着(100)晶面滑移，（1）请在三维晶格图中画出位错A。（2）如果有另一个刃型位错B，柏氏矢量为b2=a010方向，沿着（001）晶面上运动，请画出位错B。（3）如果位错B经过位