第一節(jié)晶體中的點(diǎn)缺陷

第一節(jié)晶體中的點(diǎn)缺陷第一頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四 雖然晶體中存在缺陷，但從總體上看，還是較完整的。偏離平衡位置的原子，排列并不是雜亂無章的，仍按一定的規(guī)律產(chǎn)生、發(fā)展、運(yùn)動(dòng)和交互作用。晶體缺陷對(duì)晶體的許多性能有很大的影響，特別是對(duì)塑性、強(qiáng)度、擴(kuò)散等有著決定作用。第二頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一節(jié) 點(diǎn)缺陷一、點(diǎn)缺陷的形成、分類形成原因：原子熱振動(dòng)的能量起伏，使少數(shù)原子的振動(dòng)能量在某瞬間很大，大到可以克服周圍原子對(duì)它的束縛，該原子就可離開其平衡位置，形成點(diǎn)缺陷。第三頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四分類：空位：晶體內(nèi)部的原子離開其平衡位置后,留下的原子尺度的空洞。間隙原子：進(jìn)入晶體點(diǎn)陣間隙的原子。自間隙原子：由同類原子形成的間隙原子。異類間隙原子：由外來雜質(zhì)原子形成的間隙原子。置換原子：占據(jù)原來基體原子平衡位置的異類原子。置換原子與基體原子半徑總有差異，也是一類點(diǎn)缺陷。第四頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四第五頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四肖脫基缺陷：離位原子遷移到晶體的外表面或內(nèi)界面，而形成的空位。肖脫基缺陷第六頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四

弗蘭克缺陷弗蘭克缺陷：離位原子跳入晶體點(diǎn)陣間隙中，形成一個(gè)空位的同時(shí)，還形成了一個(gè)間隙原子。第七頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四點(diǎn)缺陷存在的結(jié)果：使周圍原子間的作用力失去平衡，原子將重新調(diào)整位置，點(diǎn)陣產(chǎn)生局部的彈性畸變，形成應(yīng)力場(chǎng)。如：空位周圍的原子向空位處偏移，間隙原子周圍的原子則向外偏移。空位引起的畸變較間隙原子小。第八頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四第九頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四二、點(diǎn)缺陷的形成能點(diǎn)陣畸變，意味著原子離開了平衡位置，故晶體內(nèi)能必然升高。通常把這部分增加的能量稱為點(diǎn)缺陷形成能。即：點(diǎn)缺陷形成能：形成點(diǎn)缺陷所引起的晶體能量的增量。它包括畸變能和電子能（缺陷對(duì)晶體中電子狀態(tài)有影響）?？瘴恍纬赡苤校娮幽転橹?，畸變能只占很小比例。間隙原子形成能中，彈性畸變能為主。第十頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四實(shí)測(cè)的一些金屬的空位形成能△Ev。金屬Au Ag Cu Pt Al W Pb△Ev(ev) 0.94 1.06 1.06 1.50 0.75 3.50 0.50間隙原子引起的畸變較空位大的多，間隙原子的形成能較空位形成能大幾倍。Cu晶體的間隙原子形成能約3.00ev，是其空位形成能的2.83倍。第十一頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四三、點(diǎn)缺陷的平衡濃度點(diǎn)缺陷是熱力學(xué)穩(wěn)定的缺陷，可以在熱力學(xué)平衡的晶體中存在。在一定溫度下，晶體中總有一定平衡濃度的空位和間隙原子存在。第十二頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四在T溫度下，空位和間隙原子的平衡濃度分別為：（2-1）（2-2）ne、ne′—平衡空位和平衡間隙原子的數(shù)目；N—陣點(diǎn)總數(shù)；k—玻爾茲曼常數(shù)?！鱁V、△EV′—空位形成能和間隙原子形成能；△Sv、△Sv′—相應(yīng)的振動(dòng)熵變化。A、A′—由振動(dòng)熵決定的系數(shù)，其值約在1~10之間，方便計(jì)算時(shí)可取A=1；第十三頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四空位和間隙原子的平衡濃度隨溫度升高呈指數(shù)關(guān)系急劇增加。例：Cu在22℃時(shí)，C=2×109個(gè)/m3，1000℃時(shí)，C=5×1024個(gè)/m3，相差15個(gè)數(shù)量級(jí)。第十四頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四1eV=1.602

×10-19J第十五頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2d)2=a2+a22a2=4d2 a=√2d晶胞體積a3，晶胞內(nèi)的原子數(shù)4體積L3中的空位數(shù)=1/8×8=1，單位體積內(nèi)的空位數(shù)為1/L3=nv，L3=1/nvfcc第十六頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四四、過飽和空位過飽和空位：晶體中數(shù)量超過了其平衡濃度的空位。過飽和空位將對(duì)晶體的性能產(chǎn)生影響。產(chǎn)生過飽和空位的方法：高溫淬火冷加工輻照第十七頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四五、點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)空位在晶體中的分布是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，其不斷地與周圍原子交換位置。例如：空位周圍的原子，由于熱振動(dòng)的能量起伏，而獲得足夠的能量跳入空位，并占據(jù)這個(gè)平衡位置，在這個(gè)原子原來的位置上，就形成一個(gè)空位。這一過程可看成是空位向鄰近陣點(diǎn)位置的遷移。空位的移動(dòng)第十八頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四空位遷移能：空位遷移必須獲得的能量△Em?？赏ㄟ^實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定。例如：金屬 AuAg Cu Al Pt W△Em(ev)0.87 0.81 0.94 0.62 0.75 1.87空位的遷移頻率：j=νZexp(Sm/k)exp(-Em/kT)ν－原子振動(dòng)頻率，Z－空位周圍原子配位數(shù)，Sm－空位

遷移熵，△Em－空位遷移能。同理，由于熱振動(dòng)，晶體中的間隙原子也可以由一個(gè)間隙位置遷移到另一個(gè)間隙位置。第十九頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四六、點(diǎn)缺陷對(duì)晶體性能的影響1、點(diǎn)缺陷引起電阻的增加。點(diǎn)缺陷區(qū)對(duì)傳導(dǎo)電子產(chǎn)生強(qiáng)烈的散射，使電阻增大。如銅中每增加1%(原子)的空位，電阻率增加約為1.5μΩm。2、點(diǎn)缺陷的存在使晶體體積膨脹，密度減小。形成一個(gè)肖脫基缺陷，體積膨脹約0.5個(gè)原子體積。形成一個(gè)弗蘭克缺陷，體積膨脹約1~2個(gè)原子體積。第二十頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四3、過飽和點(diǎn)缺陷提高金屬的屈服強(qiáng)度。4、空位對(duì)高溫下進(jìn)行的過程起重要作用。如金屬的擴(kuò)散、高溫塑性變形和斷裂、退火、沉淀、表面化學(xué)熱處理等過程，都與空位的存在和運(yùn)動(dòng)有著密切的聯(lián)系。5、點(diǎn)缺陷還對(duì)內(nèi)耗、介電常數(shù)等有影響。第二十一頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期四小結(jié)1、空位是熱力學(xué)穩(wěn)定的缺陷。2、不同金屬空位形成能不同。3、空位濃度與空位形成能、溫度密切相關(guān)4、空位對(duì)金屬的物理及力學(xué)性能有明顯影響5、空位對(duì)材料的高溫蠕變、沉淀、回復(fù)、