晶体缺陷-点缺陷

1、晶体缺陷-点缺陷实际晶体-由于原子的热运动并存在能量起伏， 原子排列不完整，偏离理想结构；晶体中一些微小区域原子排列的周期性受到破坏 -晶体缺陷 defects (Imperfections)晶体的形成条件；原子（离子、分子）的热运动；冷热加工过程；辐射、杂质等。晶体缺陷 ：crystal defect晶体缺陷的产生原因：3*1. 晶体缺陷与扩散、相变、塑性变形、再结晶、 氧化、烧结等（工艺过程）有着密切关系。晶体缺陷对晶体性能的影响2. 对强度/塑性/韧性等力学性能， 电磁热光等结构敏感的物理性能，有很大的影响。缺陷 defects (Imperfections)在材料中的重要地位：材料性质

2、（能）propertyperformance的决定性因素。4*It is the defects that makes materials so interesting , just like the human being .Defects are at the heart of material science.按照缺陷区尺寸相对晶体的大小，晶体缺陷分为三类: 点缺陷Point defect线缺陷line defect面缺陷Planar defect体缺陷：三维尺寸较大， 如-空洞，气泡，沉淀相等。空间三维方向上的尺寸都很小， 约为几个原子间距，又称零维缺陷。点缺陷 Point defec

3、t包括：空位: vacancy间隙原子: interstitial atom置换原子: Displaced atom“尺寸很小”？：一般与原子间距同一数量级。（1）某一方向上尺寸与晶体或晶粒的线度相当， 而在其它方向上的尺寸可以忽略。线缺陷 line defect （位错dislocation）（2）线缺陷就是各种类型的位错(dislocation)。8*位错的高分辨图像9*（1）在共面的各方向上尺寸可与晶体或晶粒的线度相比拟，在穿过该面的任何方向上缺陷区的尺寸都远小于晶体或晶粒的线度。面缺陷 Planar defect表面surface、晶界grain boundary、亚晶界sub-gra

4、in boundary、孪晶界twin boundary、层错stacking fault相界phase boundary 等。非化学计量: TiO2-x11*第4章 晶体缺陷 Chapter 4 Crystal Defect4.1 点缺陷 （Point defect）4.1.1 点缺陷的类型4.1.2 点缺陷的浓度4.1.3 点缺陷对材料性能的影响4.2 线缺陷（Line defects）4.2.1 位错的类型4.2.2 柏氏矢量4.2.3 位错的运动4.2.4 位错的应力场 4.2.5 位错与晶体缺陷间的交互作用4.2.6 位错的增殖与塞4.2.7 实际晶体中的位错4.3 面缺陷 (Sur

5、face defects)4.3.1 晶体表面4.3.2 晶界结构与能量4.3.3 单相多晶体中的晶粒形貌4.3.4 晶界偏析与晶界迁移4.3.5 相界13*4.1 点缺陷一、点缺陷形成与种类： 空位、间隙原子、置换原子原子热震动能量起伏动态4.1 点缺陷一、点缺陷形成与种类： 空位、间隙原子、置换原子晶体中的点缺陷 空位； 间隙原子； 置换原子（一）空位的类型动态Frankel空位Schottky空位德国物理学家Walter H.Schottky苏联物理学家Yakov Frenkel（1）肖脱基缺陷（Schottky)：原子迁移到外表面/晶界， （2）弗兰克空位（Frankel)：原子挤入点

6、阵间隙。动态Franker空位形成等量空位和间隙Schottky空位只形成空位（一）空位的类型（二）离子晶体中的点缺陷保持电中性：（1）Schottky空位： 等量的正/负离子空位。（2） Franker空位：等量的正离子空位/间隙。Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+VClVNaSchottky空位（二）离子晶体中的点缺陷：Frankel空位：等量的正离子空位/间隙。Schottky空位： 等量的正/负离子 空位。离子晶体中的点缺陷

7、：间隙和置换原子不同价位离子置换？20*FeO中：Fe3+置换Fe2+；引发Fe2+空位高价正离子占据低价正离子（A3+ B2+):该位置带正电荷；为保持电中性，产生间隙负离子或正离子空位。（三）缺陷方程 （了解）21*低价正离子占据高价正离子（A+ B2+):该位置带负电荷；为保持电中性，产生间隙正离子或负离子空位。缺陷方程： （了解）22*MgO晶体内常含有FeO，Fe2+离子置换了Mg2+：缺陷方程：1个正电荷1个空位,2个负电荷2个负电荷间隙Ca2+，2个正电荷23*小 结：点缺陷类型 二、点缺陷的平衡浓度平衡浓度Ce : Ce=Aexp（EV/kT） EV：空位形成能。Ei：间隙原子

8、形成能空位和间隙哪个容易形成？空位平衡浓度远大于间隙原子的 平衡浓度。主要点缺陷为空位。三、点缺陷对材料性能的影响原因：点缺陷使附近的原子稍微偏离原结点位置才能 平衡，造成小区域的晶格畸变。 点缺陷不断运动，加快原子的扩散 迁移。 空位可作为原子运动的周转站。 2）形成其他晶体缺陷。 过饱和空位集中形成空洞，集中塌陷形成位错。 27*3）改变材料的力学性能。使强度提高，塑性下降。 一般情况下，点缺陷对金属力学性能影响较小， 通过和位错交互作用，阻碍位错运动使晶体强化。 在高能粒子辐射下，形成大量点缺陷， 引起晶体显著硬化和脆化。 4）提高材料的电阻。 电子在点缺陷处受到非平衡力，增加运动阻力.四、过饱和点缺陷晶体中点缺陷数大大超过平衡值。 过饱和空位的存在是一非平衡状态，热力学上：有恢复到平衡态的趋势；动力学上：需要一时间过程。（2）辐照法（3）塑性变形（1）淬火法： 高温下快冷到低温，空位来不及移出晶体。29*空位: vacancy间隙原子: interstitial atom置换原子: Displaced atom小结：点缺陷的种类及对材料性能的影响。30*空位的类型：（1）肖脱基缺陷（Schottky)：原子迁移到外表面/晶界， 只形成空位而不形成等量的间隙原子。（2）弗兰克空位（Franker)：同时形成等量空位和间隙。动态Fran