2-1_晶体结构缺陷.ppt

作业 习题指南20页2-24（b）（c） 2-33（a）、2-34（a）（b） 本章学习要点 1、缺陷的分类及热缺陷浓度计算公式 2、缺陷的符号 3、缺陷的方程式及缺陷的化学式 4、固溶体的分类及置换型固溶体影响因素5、刃位错的理论 　　晶体结构缺陷：实际的真实晶体中，在高于oK的任何温度下，都或多或少地存在着对理想晶体结构的偏离，即结构缺陷。结构缺陷的存在及运动规律，对固体材料的电学性质、机械强度、扩散、烧结、化学反应、非化学计量化合物的组成及材料的物理化学性质都密切相关。掌握晶体缺陷的基本知识是本课的重点内容之一。 　　晶体结构缺陷包括：点缺陷、线缺陷、面缺陷和复合缺陷。点缺陷在无机材料中是最基本的缺陷，是无机材料科学研究的重点，也是本课的教学重点。 体缺陷--祖母绿中的两相“逗号状”包裹体 面缺陷（小角晶界） 图２－５　面缺陷－共格晶面面心立方晶体中{111}面反映孪晶 线缺陷 　(a) 刃位错　(b)螺位错 晶体中的点缺陷 　　 一、点缺陷(point defect) （一）、点缺陷的类型 　　1、根据其对理想晶格偏离的几何位置及成分来划分，可分为三种类型：空 位 填 隙 原 子 杂 质 原 子 (1)空 位:正常结点位置没有被质点占据，称为空位。 (2)填 隙 原 子:质点进入间隙位置成为填隙原子。 (3)杂子原子:杂子原子进入晶格占据节点位置或占据晶体的间隙位置。 　　2、根据产生缺陷的原因，也可以把点缺陷分为下列三种类型： 热缺陷、杂质缺陷和非化学计量结构缺陷１）热缺陷 当晶体的温度高于绝对0 K时，由于晶格内原子热振动，使一部分能量较大的原子离开平衡位置造成缺陷，这种缺陷称为热缺陷。 （1）弗伦克尔(Frenker)缺陷： 定义：在晶格热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置后，挤到晶格节点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。 特点：间隙原子与空位点是成对产生，晶体体积不发生变化。  2）、杂质缺陷； 　定义：由于外来原子进入晶体而产生的缺陷。　　　　　　　　　　　　　　　　 　 类型：杂质原子又可分为间隙杂质原子及置换杂质原子两种。 前者是杂质原子进入固有原子点 阵的间隙中；后者是杂质原子替代了固有原子。 3）、非化学计量缺陷 定义:指组成上偏离化学中的定比定律所形成的缺陷。它是由基质晶体本身存在变价元素产生的一种电子缺陷，如Fe1－xO、Zn1+xO等晶体中的缺陷。 特点:其化学组成随周围气氛的性质及其分压大小而变化。 4）、 其它原因，如辐照缺陷等 5)、缺陷的作用 点缺陷使晶体结构局部畸变，缺陷产生局部应力场，破坏晶格的完整性。杂质缺陷使晶体结构局部畸变。空位使也会使晶格产生畸变。 　3、缺陷表示方法 　　１）、缺陷化学 　　从理论上，缺陷的生成及复合存在着动态的平衡，定量地把材料中的点缺陷看作化学实物，并用化学热力学的原理来研究缺陷的产生、平衡及其浓度等问题的一门学科称为缺陷化学。 2）Kroger-Vink(克罗格—明克)的点缺陷符号 用一个主要符号表明缺陷的种类 用一个下标表示缺陷位置 用一个上标表示缺陷的有效电荷 ⑥带电缺陷：不同价离子之间的取代 如Ca2+取代NaCl中的Na+——CaNa Ca2+取代Zr4+——CaZr ⑦ 缔合中心：在晶体中除了单个缺陷外，有可能出现邻近两个缺陷互相缔合，把发生 缔合的缺陷用小括号表示，也称复合缺陷。 在离子晶体中带相反电荷的点缺陷之间，存在一种有利于缔合的库仑引力。 如：在NaCl晶体中， 缺陷的符号表示 3）缺陷反应方程式书写规则： ①位置关系： 对于计量化合物（如NaCl、Al2O3），在缺陷反应式中作为溶剂的晶体所提供的位置比例应保持不变。 例： 溶质 溶剂 溶剂晶格中 的质点位置比例 及状态 位置关系K : Cl = 1 : 1 ②位置增殖： 　　当缺陷发生变化时，有可能引入M空位VM，也可能把VM消除。当引入空位或消除空位时，相当于增加或减少M的点阵位置数。但发生这种变化时，要服从位置关系。 引起位置增殖的缺陷有：VM、Vx、MM、Mx、XM、Xx等。 不发生位置增殖的缺陷有：e‘