chapter-2-3(材料科学基础).ppt

2-6 固体中的原子无序 Defects in Crystals Solid Solution (alloys) Noncrystalline Diffusion 固溶体可从不同角度分类： 1.? 根据固溶体在相图中的位置划分： 1) 端部固溶体(初级固溶体): 它位于相图端部，亦即其成分范围包括纯组元（c1＝100％或cB＝100％） 相图端部 2) 中部固溶体(二次固溶体): 它位于相图中间，因而任一组元的浓度均大于0，小于100％ 相图中部 该固溶体虽有一定的成分范围，但并不具有任一组元的结构，故严格来讲，不符合前面谈到的固溶体定义。因此，“二次固溶体”这个名称已不常用，而代之以“中间相”了。不过，也可以将其看成是以化合物为基的固溶体，如β黄铜就可看成是以金属间化合物Cu－Zn为基的固溶体。 对于金属晶体来说，肖脱基缺陷就是金属离子空位，而弗仑克尔缺陷就是金属离子空位和位于间隙中的金属离子。 对于离子晶体，情况稍微复杂一点。由于局部电中性的要求，离子晶体中的肖脱基缺陷只能是等量的正离子空位和负离子空位。又由于离子晶体中负离子半径往往比正离子大得多，故弗仑克尔缺陷只可能是等量的正离子空位和间隙正离子。 在实际晶体中，点缺陷的形式可能更为复杂。例如，即使在金属晶体中，也可能存在两个、三个甚至多个相邻的空位，分别称为双空位、三空位或空位团。但由多个空位组成的空位团从能量上讲是不稳定的，很容易沿某一方向“塌陷”成空位片。同样，间隙原子也未必都是单个原子，而有可能m个原子均匀地分布在n个原子位置的范围内（mn），形成所谓“挤列子”。 点缺陷对晶体性质的影响 一般情况下，点缺陷主要影响晶体的物理性质，如比体积、比热容、电阻率等。 （1）比体积：为了在晶体内部产生一个空位，需将该处的原子移到晶体表面上的新原子位置，这就导致晶体体积增加。 （2）比热容：由于形成点缺陷需向晶体提供附加的能量（空位生成焓），因而引起附加比热容。 （3）电阻率：在有缺陷的晶体中，在缺陷区点阵的周期性被破坏，电场急剧变化，因而对电子产生剧烈散射，导致晶体的电阻率增大。 此外，点缺陷还影响其他物理性质，如扩散系数、内耗、介电常数等。 根据径向分布函数曲线，可求两个参数： （1）配位数：第一峰面积(最近邻原子数目） （2）原子间距：峰位置（第一、二峰的位置表示最近邻、次近邻原子的距离） 2． 扩散机制（Diffusion Mechanisms） 体积扩散过程的基本步骤是金属原子从一个平衡位置转移到另一个平衡位置，也就是说，通过原子在整体材料中的移动而发生质量迁移，在自扩散的情况下，没有净的质量迁移，而是原子从一种无规则状态在整个晶体中移动，在互扩散中，几乎都发生质量迁移，从而减少成分上的差异。已经提出了各种关于自扩散和互扩散的原子机制，扩散的微观机制主要有三种。 * 2-6 固体中的原子无序 (Imperfections in Solids) 2-6-1 固溶体(Solid Solution)： 定义：外来组分（原子、离子或分子）分布在基质晶体晶格内，类似溶质溶解在溶剂中一样，并不破坏晶体的结构，仍旧保持一个晶相，称固溶体。 两个基本特征： （1）溶质和溶剂原子占据一个共同的晶格点阵，且此点阵类型和溶剂的点阵类型相同。如： 少量的锌溶解于铜中形成的以铜为基的α固溶体（亦称α黄铜）就具有 溶剂（铜）的面心立方点阵； 而少量铜溶解于锌中形成的以锌为基的η固溶体则具有锌的密排六方点阵 （2）有一定的成分范围，即组元的含量可在一定范围内改变而不会导致固溶体点阵类型的改变。 固溶度：某组元在固溶体中的最大含量（或溶解度极限）便称为该组元在该固溶体中的固溶度。 Cu－Zn系相图： 其中，α和η固溶体都是端部（或初级）固溶体。 β黄铜在高温下就是一个二次固溶体，可看成是以金属间化合物Cu－Zn为基的固溶体。 2. 根据溶质在点阵中的位置划分： 1) 置换型固溶体(Substitutional solid solution)： 晶体原 (离)子被其它原(离)子部分代换后形成的固溶体 置换量不同可分为： 完全互溶（a）； 不形成固溶体（c）