ch31晶体缺陷点缺陷空位07级课件

第三章晶体缺陷

本章要求掌握的主要内容一.需掌握的概念和术语1、点缺陷、Schottky空位、Frankel空位、间隙原子、置换原子2、线缺陷、刃型位错、螺型位错、混合型位错、柏氏矢量、位错运动、滑移、(双)交滑移、多滑移、攀移、交割、割价、扭折、塞积；位错应力场、应变能、线张力、作用在位错上的力、位错密度、位错源、位错生成、位错增殖、位错分解与合成、位错反应、全位错、不全位错、堆垛层错3、面缺陷、表面、界面、界面能、晶界、相界4、关于位错的应力场、位错的应变能、线张力等可作为一般了解5、晶界的特性(大、小角度晶界)、孪晶界、相界的类型二.本章重点及难点1、点缺陷的平衡浓度公式2、位错类型的判断及其特征、柏氏矢量的特征，3、位错源、位错的增殖(F-R源、双交滑移机制等)和运动、交割4、关于位错的应力场、位错的应变能、线张力等可作为一般了解5、晶界的特性(大、小角度晶界)、孪晶界、相界的类型完整不一定精彩

缺憾也是一种美!

晶体缺陷（Crystaldefect）——通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的结构缺陷。晶体缺陷对于晶体结构来说规则完整排列是主要的,而非完整性是次要的；对一些对结构敏感的性能来说，起主要作用的是晶体的不完整性,而完整性是次要的；一些相变、扩散变形等都与晶体缺陷有关。晶体缺陷分类及特征：

[1]点缺陷（pointdefect）：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。

[2]线缺陷（linedefect）：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。

[3]面缺陷（planardefect）：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。[4]体缺陷:

如果晶体内部质点排列的规律性在三维空间一定的尺度范围内遭到破坏，就称为体缺陷，例如亚结构（嵌镶块）、沉淀相、层错四面体、晶粒内的气孔和第二相夹杂物等，三维缺陷。3.1点缺陷

3.1.1点缺陷的形成及类型

点缺陷（pointdefect）是在晶体晶格结点上或邻近区域偏离其正常结构的一种缺陷，它是最简单的晶体缺陷，在三维空间各个方向上尺寸都很小，范围约为一个或几个原子尺度。由于某种原因，原子脱离了正常格点，而在原来的位置上留下了原子空位，即空位就是未被占据的原子位置。离开平衡位置的原子有三个去处:

(1)形成Schottky空位：迁移到表面或内表面留下的空位。

(2)形成Frankely缺陷：挤入点阵间隙而形成的空位，并出现间隙原子。

(3)跑到其它空位上使空位消失或移位。

点缺陷的类型有哪些？

高分子晶体中的点缺陷：（1）分子链上的异常键结合；（2）分子链位置发生交换；（3）分子链向相对方向折叠。

离子晶体中的点缺陷：（1）Schottky缺陷：一个正负离子空位对。（2）Frenkel缺陷：一个空位－间隙离子对。离子晶体点缺陷类型3.1.2点缺陷的平衡浓度

空位形成时系统自由能的变化：ΔF=△U-T△S内能(Internalenergy)变化△U。n个内能为u的点缺陷使系统内能增加总量为:△U＝n△Ev空位形成能(vacancyformationenergy):形成一个空位时引起系统能量的增加，记为△Ev

T△S与组态熵变化有关：点缺陷的存在使体系混乱程度增大，大大增加了系统的熵值。通过热力学分析，在绝对零度以上的任何温度，晶体中最稳定的状态是含有一定浓度的点缺陷的状态，这个浓度称为该温度下晶体中点缺陷的平衡浓度(equilibriumconsistence)。经热力学推导：

C=n/N=exp(△Sf/k)exp(－△Ev/kT)=Aexp(－△Ev/kT)C与T、Ev之间呈指数关系(下页表）。T上升、C升高。△Ev对C的影响金属种类PbAl

Mg

Au

Cu

Pt

W△Ev×10-8J0.080.120.140.150.170.240.56C9.2×10-62.8×10-81.5×10-93.6×10-102.0×10-117.8×10-165.7×10-363.1.3点缺陷的运动

点缺陷的运动方式:

(1)空位运动;空位缺陷的运动实质上是原子的迁移过程，它构成了晶体中原子传输的基础。

(2)间隙原子迁移;

(3)空位和间隙原子相遇，两缺陷同时消失，称为点缺陷的复合

;(4)逸出晶体到表面，或移到晶界，点缺陷消失。3.1.4点缺陷对结构和性能的影响点缺陷引起晶格畸变(distortionoflattice),能量升高，结构不稳定，易发生转变。点缺陷的存在会引起性能的变化：(1)物理性质、如R、V、ρ等；(2)力学性能：采用高温急冷(如淬火q