第3节 原子的不规则排列-点缺陷课件

§1.3原子的不规律排列1第3节原子的不规则排列-点缺陷材料中的缺陷微观缺陷气孔，裂纹，夹杂物等晶体缺陷晶体缺陷对材料性能影响很大，未必有害！！！显微组织缺陷2第3节原子的不规则排列-点缺陷引言一、晶体缺陷的定义Imperfectionordefect任何偏离原子周期性排列的区域，都称为晶体缺陷。晶体缺陷对晶体的性能有很大的影响3第3节原子的不规则排列-点缺陷二、缺陷的分类点缺陷

Pointdefects：零维（zerodimensional）空位(vacancy)或间隙原子(interstitials)线缺陷

Lineardefects：1维（onedimensional）位错(dislocation)面缺陷

Planardefects：2维（twodimensional)

晶界、层错、相界、界面体缺陷

Bulk/Volumedefects：3维（threedimensional)

亚晶粒(subgrains)、亚结构(substructure)、层错四面体(faultedtetrahedron)4第3节原子的不规则排列-点缺陷§1.3.1点缺陷（Pointdefects）一、点缺陷的形成、结构、能量2.结构：零维的缺陷，如空位、间隙原子、置换原子等；点缺陷团，如空位片3.能量：点缺陷周围的点阵畸变，能量升高(点缺陷形成能)。1.形成：原子的热运动并存在能量起伏5第3节原子的不规则排列-点缺陷二、点缺陷的类型1.空位肖脱基空位：离位原子进入其它空位或迁移至晶界或表面。晶体中只有空位，而没有间隙原子.弗兰克尔空位：离位原子进入晶体间隙.

晶体中形成空位－间隙原子对.＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋––––––––金属晶体离子晶体6第3节原子的不规则排列-点缺陷2.间隙原子：位于晶体点阵间的原子3.置换原子：位于晶体点阵位置的异类原子7第3节原子的不规则排列-点缺陷三、点缺陷的平衡浓度（Equilibriumconcentration）在高于0K的任何温度下，晶体中总是存在一定数量的点缺陷（空位），这时体系的能量最低——具有平衡点缺陷的晶体比理想晶体在热力学上更加稳定。点缺陷的平衡浓度Ev－－形成一个缺陷（空位）需要的能量起伏（空位形成能）k－－波耳兹曼常数13.8×10-24J/(原子·K)A－－材料常数，一般取值1式中，N为晶体中的阵点数，n为缺陷数8第3节原子的不规则排列-点缺陷讨论：点缺陷是一种热力学平衡的缺陷，它是热振动中的能量起伏。在平衡浓度下晶体的Gibbs自由能最低，因而最稳定TC，成指数上升C表示在晶体中发现一个点缺陷的几率9第3节原子的不规则排列-点缺陷淬火Quenching

可以通过淬火实验测定空位的生成焓冷加工Coldworking

产生空位，位错的割阶、攀移等辐照Radiation

高能粒子的轰击

外来作用四、过饱和点缺陷（Supersaturatedpointdefects）1.形成10第3节原子的不规则排列-点缺陷2.过饱和点缺陷的运动迁移、复合→浓度降低；迁移、聚集→浓度升高或塌陷，形成位错环.五、点缺陷与材料行为11第3节原子的不规则排列-点缺陷力学性能.常温下，平衡空位在材料变形中的作用可忽略不计，但大量非平衡（过饱和）空位使金属强度有所提高、显著脆化.高温下，平衡空位在材料变形中的作用不可小视——蠕变.物理性能.如电阻率增大，密度较小，体积收缩或膨胀.1.对材料性能的影响空位和间隙原子的运动是晶体内原子扩散的内部原因，原子（或分子）的扩散是依靠点缺陷的运动而实现的，尤其在高温下。例如，改变表面成分的化学热处理、成分均匀化处理，退火与正火、时效硬化处理、表面氧化及烧结等过程均与原子的扩散有关。2.对材料加工工艺过程的影响12第3节原子的不规则排列-点缺陷例题：若Cu中每500个原子就会失去1个原子，其晶格常数为0.3615nm，试求Cu的密度。解：13第3节原子的不规则排列-点缺陷例题：在某晶体的扩散实验中发现，在500ºC时，1010个原子中有1个原子具有足够的激活能，可以跳出其平衡位置而进入间隙位置；在600ºC时，此比例会增加到109。求：(1).此跳跃所需要的激活能；

(2).在700ºC时，具有足够能量的原子所占的比例为多少？解：若激活过程可由著名的Arrhenius方程来描述。令E为形成一个间隙原子所需的激活能。因此，能量超过平均能量而具有高能量的原子数n与总原子数N之比为：A－－比例常数k－－Boltzmann常数T－－Absolutetemp14第3节原子的不规则排列-点缺陷在700ºC时，15第3节原子的不规则排列-点缺陷补充习题：Pt的晶体结构为FCC，其晶格常数为0.3923nm，密度为21.45g/cm3，试计算每106个Pt中所含的空位数目。在Fe中形成1mol空位的能量为104.675kJ，试计算从20º