固體物理學(xué)：第四章 思考題

為什么形成一個(gè)肖特基缺陷所需能量比形成一個(gè)弗侖克爾缺陷所需能量低?

形成一個(gè)肖特基缺陷時(shí)，晶體內(nèi)留下一個(gè)空位，晶體表面多一個(gè)原子.因此形成形成一個(gè)肖特基缺陷所需的能量,可以看成晶體表面一個(gè)原子與其它原子的相互作用能,和晶體內(nèi)部一個(gè)原子與其它原子的相互作用能的差值.形成一個(gè)弗侖克爾缺陷時(shí)，晶體內(nèi)留下一個(gè)空位，多一個(gè)填隙原子.因此形成一個(gè)弗侖克爾缺陷所需的能量,可以看成晶體內(nèi)部一個(gè)填隙原子與其它原子的相互作用能,和晶體內(nèi)部一個(gè)原子與其它原子相互作用能的差值.填隙原子與相鄰原子的距離非常小,它與其它原子的排斥能比正常原子間的排斥能大得多.由于排斥能是正值,包括吸引能和排斥能的相互作用能是負(fù)值,所以填隙原子與其它原子相互作用能的絕對值,比晶體表面一個(gè)原子與其它原子相互作用能的絕對值要小.也就是說,形成一個(gè)肖特基缺陷所需能量比形成一個(gè)弗侖克爾缺陷所需能量要低金屬淬火后為什么變硬?我們已經(jīng)知道晶體的一部分相對于另一部分的滑移,實(shí)際是位錯(cuò)線的滑移,位錯(cuò)線的移動(dòng)是逐步進(jìn)行的,使得滑移的切應(yīng)力最小.這就是金屬一般較軟的原因之一.顯然,要提高金屬的強(qiáng)度和硬度,似乎可以通過消除位錯(cuò)的辦法來實(shí)現(xiàn).但事實(shí)上位錯(cuò)是很難消除的.相反,要提高金屬的強(qiáng)度和硬度,通常采用增加位錯(cuò)的辦法來實(shí)現(xiàn).金屬淬火就是增加位錯(cuò)的有效辦法.將金屬加熱到一定高溫,原子振動(dòng)的幅度比常溫時(shí)的幅度大得多,原子脫離正常格點(diǎn)的幾率比常溫時(shí)大得多,晶體中產(chǎn)生大量的空位、填隙缺陷.這些點(diǎn)缺陷容易形成位錯(cuò).也就是說,在高溫時(shí),晶體內(nèi)的位錯(cuò)缺陷比常溫時(shí)多得多.高溫的晶體在適宜的液體中急冷,高溫時(shí)新產(chǎn)生的位錯(cuò)來不及恢復(fù)和消退,大部分被存留了下來.數(shù)目眾多的位錯(cuò)相互交織在一起,某一方向的位錯(cuò)的滑移,會(huì)受到其它方向位錯(cuò)的牽制,使位錯(cuò)滑移的阻力大大增加,使得金屬變硬在位錯(cuò)滑移時(shí),刃位錯(cuò)上原子受的力和螺位錯(cuò)上原子受的力各有什么特點(diǎn)?在位錯(cuò)滑移時(shí),刃位錯(cuò)上原子受力的方向就是位錯(cuò)滑移的方向.但螺位錯(cuò)滑移時(shí),螺位錯(cuò)上原子受力的方向與位錯(cuò)滑移的方向相垂直試指出立方密積和六角密積晶體滑移面的面指數(shù)滑移面一定是密積面,因?yàn)槊芊e面上的原子密度最大,面與面的間距最大,面與面之間原子的相互作用力最小.對于立方密積,(111)是密積面.對于六角密積,(0001)是密積面.因此,立方密積和六角密積晶體滑移面的面指數(shù)分別為(111)和(0001).晶體結(jié)構(gòu)對缺陷擴(kuò)散有何影響?擴(kuò)散是自然界中普遍存在的現(xiàn)象,它的本質(zhì)是離子作無規(guī)則的布郎運(yùn)動(dòng).通過擴(kuò)散可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的輸運(yùn).晶體中缺陷的擴(kuò)散現(xiàn)象與氣體分子的擴(kuò)散相似,不同之處是缺