材料科學基礎課件各種習題華理第二章21點缺陷

第二章

晶體缺陷

第一節(jié)

點缺陷第二節(jié)

位錯的結構類型第三節(jié)位錯運動第四節(jié)實際晶體中的位錯實際晶體中原子的排列不完整，存在各種偏離理想結構的情況，晶體中一些微小的區(qū)域原子排列的周期性受到破壞---晶體缺陷。晶體的形成條件:原子（離子、分子）的熱運動:冷熱加工過程:輻射、雜質等:晶體缺陷晶體缺陷的產生:2.晶體缺陷與擴散、相變、塑性變形、再結晶、氧化、燒結等有著密切關系。按照缺陷區(qū)尺寸相對晶體的大小，晶體缺陷分為以下三類:

點缺陷Pointdefect線缺陷linedefect面缺陷Planardefect晶體缺陷對晶體性能的影響對斷裂強度、塑性、電阻率、磁導率等結構敏感的性能，有很大的影響。⑴空間三維方向上的尺寸都很小，約為幾個原子間距，又稱零維缺陷。點缺陷

Pointdefect⑵包括：空位:vacancy間隙原子:interstitialatom置換原子:Displacedatom（1）某一方向上尺寸與晶體或晶粒的線度相當，而在其它方向上的尺寸可以忽略。線缺陷linedefect

（位錯dislocation）（2）線缺陷就是各種類型的位錯(dislocation)。原子錯排是一個管狀原子畸變區(qū)，直徑為3～5個原子間距，長數(shù)百個原子間距以上。（1）在共面的各方向上缺陷的尺寸可與晶體或晶粒的線度相比擬，而在穿過該面的任何方向上缺陷區(qū)的尺寸都遠小于晶體或晶粒的線度。面缺陷

Planardefect表面surface、晶界grainboundary、亞晶界sub-grainboundary、孿晶界twinboundary、層錯stackingfault相界phaseboundary等。第一節(jié)點缺陷一、點缺陷形成與種類：

空位、間隙原子和置換原子原子熱振動，能量和混亂度競爭點缺陷空位的類型：

（1）肖脫基缺陷（Schottky)：原子遷移到外表面/晶界，

只形成空位而不形成等量的間隙原子。

（2）弗蘭克缺陷（Frankel)：同時形成等量空位和間隙。動態(tài)Frankel空位Schottky空位離子晶體中的點缺陷保持電中性：（1）Schottky空位：等量的正/負離子空位。（2）Frankel空位：等量的正離子空位/間隙。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空位離子晶體中的點缺陷：Frankel空位：等量的正離子空位/間隙。Schottky空位：等量的正/負離子空位。離子晶體中的點缺陷：間隙和置換原子保持電中性!!Fe2O32Fe3++VFe2+

+3O2-

FeO(溶劑)FeII1-1.5XFeIIIXV0.5xO二、點缺陷的平衡濃度空位形成能：空位破壞了周圍原子結合狀態(tài)，使局部能量升高，高出的能量稱為“空位形成能”

空位的出現(xiàn)提高了體系的熵值:振動熵和組態(tài)熵.平衡空位濃度:

體系的自由能最低時，晶體處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)，晶體中存在的空位濃度。n

空位+N

個原子,n+N個點完整晶體：缺陷晶體：固體振動熵和組態(tài)熵體系的自由能最低時，晶體處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)A=1～10間隙原子：間隙原子的平衡濃度Cf:

CF=A?exp（－EF/kT）

EF：間隙原子形成能，大于ES。

A由振動熵決定。平衡空位濃度Cs:

CS=A?exp（－ES/kT）ES：空位形成能?？瘴黄胶鉂舛冗h大于間隙原子的平衡濃度。主要點缺陷為空位。三、點缺陷對材料性能的影響原因：點缺陷使附近的原子稍微偏離原結點位置才能平衡，造成小區(qū)域的晶格畸變。

點缺陷不斷運動，加快原子的擴散遷移?？瘴豢勺鳛樵舆\動的周轉站。3）改變材料的力學性能。使強度提高，塑性下降。2）形成其他晶體缺陷。過飽和空位集中形成空洞，集中塌陷形成位錯。一般情況下，點缺陷對金屬力學性能影響較小，通過和位錯交互作用，阻礙位錯運動使晶體強化。在高能粒子輻射下，形成大量點缺陷，引起晶體顯

著硬化和脆化。4）提高材料的電阻。電子在點缺陷處受到非平衡力，增加運動阻力.四、過飽和點缺陷