材料科學(xué)基礎(chǔ)B晶體缺陷之一A

1、 3. 晶體缺陷晶體缺陷 在實際晶體中，由于原子（或離子、分子）在實際晶體中，由于原子（或離子、分子）的熱運動，以及晶體的形成條件、冷熱加工過程的熱運動，以及晶體的形成條件、冷熱加工過程和其他輻射、雜質(zhì)等因素的影響，實際晶體中原和其他輻射、雜質(zhì)等因素的影響，實際晶體中原子的排列不可能那樣規(guī)則、完整，常存在各種偏子的排列不可能那樣規(guī)則、完整，常存在各種偏離理想結(jié)構(gòu)的情況，即晶體缺陷。晶體缺陷對晶離理想結(jié)構(gòu)的情況，即晶體缺陷。晶體缺陷對晶體的性能，特別是對那些結(jié)構(gòu)敏感的性能，如屈體的性能，特別是對那些結(jié)構(gòu)敏感的性能，如屈服強度、斷裂強度、塑性、電阻率、磁導(dǎo)率等有服強度、斷裂強度、塑性、電阻率、磁導(dǎo)

2、率等有很大的影響。另外晶體缺陷還與擴散、相變、塑很大的影響。另外晶體缺陷還與擴散、相變、塑性變形、再結(jié)晶、氧化、燒結(jié)等有著密切關(guān)系。性變形、再結(jié)晶、氧化、燒結(jié)等有著密切關(guān)系。因此，研究晶體缺陷具有重要的理論與實際意義。因此，研究晶體缺陷具有重要的理論與實際意義。 3.1 點缺陷點缺陷點缺陷是最簡單的晶體缺陷，它是在結(jié)點上或鄰近的微觀區(qū)域內(nèi)偏離晶體結(jié)構(gòu)的正常排列的一種缺陷。晶體點缺陷包括空位、間隙原子、雜質(zhì)或溶質(zhì)原子，以及由它們組成的復(fù)雜點缺陷，如空位對、空位團和空位-溶質(zhì)原子對等。 一一 點缺陷的形成點缺陷的形成 空位空位-當(dāng)某一原子具有足夠大的振動能而使振幅增大到一定限度時，就可能克服周圍原

3、子對它的制約作用，跳離其原來的位置，使點陣中形成空結(jié)點，稱為空位空位。 離位原子的三個去處離位原子的三個去處:一.遷移到晶體表面或內(nèi)表面的正常結(jié)點位置上，而使晶體內(nèi)部留下空位，稱為肖脫基（Schottky）空位；二.擠人點陣的間隙位置，而在晶體中同時形成數(shù)目相等的空位和間隙原子，則稱為弗蘭克爾（Frenkel）缺陷；三.跑到其他空位中，使空位消失或使空位移位。 間隙原子的形成：間隙原子的形成： 在一定條件下，晶體表面上的原子也可能跑到晶體內(nèi)部的間隙位置形成間隙原子。 點缺陷的形成二二 點缺陷的平衡濃度點缺陷的平衡濃度 晶體中點缺陷的存在一方面造成點陣畸變，使晶體的內(nèi)能升高，降低了晶體的熱力學(xué)穩(wěn)

4、定性，另一方面由于增大了原子排列的混亂程度，并改變了其周圍原子的振動頻率，引起組態(tài)熵和振動熵的改變，使晶體熵值增大，增加了晶體的熱力學(xué)穩(wěn)定性。這兩個相互矛盾的因素使得晶體中的點缺陷在一定的溫度下有一定的平衡濃度。 TSUF空位平衡濃度公式的推導(dǎo)過程1.設(shè)N個原子組成的體系中有n個空位，每個空位的形成能為EV；n個空位引起的組態(tài)熵變化為SC，振動熵變化為Sf； 則恒溫恒容條件下的自由能變化為：2. 組態(tài)熵的變化：3. 自由能的變化： fCVSnSTnEFnnNNnNnNkSClnln)ln()( nnNNnNnNkTSTEnFfVlnlnln)(4.上式對n求導(dǎo),并令導(dǎo)數(shù)為零,可求得平衡時的空位濃度： 同理可得平衡時間隙原子的濃度： RTQAkTEAeeNnCVVVVkTETSVVfexpexpRTQAkTEACeeeeeexpexpmoveVeVeEEEEE離子晶體中點缺陷的特點離子晶體中點缺陷的特點 缺陷成對出現(xiàn)，形成能相當(dāng)大，濃度很低 Schottky缺陷： 設(shè)負離子空位濃度為Cva，正離子空位濃度為Cvc，則其濃度為