第二章.的结构-晶体缺陷要点分析.ppt

总述—— 1、缺陷产生的原因——热震动、杂质 2、缺陷定义——实际晶体与理想晶体相比有一定程度的偏离或不完美性， 把两种结构发生偏离的区域叫缺陷。 3、研究缺陷的意义——导电、半导体、发色（色心）、发光、扩散、烧结、固相反应………。（材料科学的基础） 4、缺陷分类——点缺陷、线缺陷、面缺陷（几何形态） 热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等（形成原因） 2.1点缺陷 本节介绍以下内容： 1、热缺陷 2、组成缺陷 3、电荷缺陷 4、色心 5、点缺陷化学反应表示法 5、点缺陷化学反应表示法 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 如“ . ”表示有效正电荷; “ / ”表示有效负电荷; “×”表示有效零电荷。 （1）空位： VM 表示M原子占有的位置，在M原子移走后出现的空位； VX 表示X原子占有的位置，在X原子移走后出现的空位。 (6) 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， 写出NaF加入YF3中的缺陷反应方程式 以正离子为基准，反应方程式为： 以负离子为基准，反应方程式为： 基本规律： 低价正离子占据高价正离子位置时，该位置带有负电荷，为了保持电中性，会产生负离子空位或间隙正离子。 高价正离子占据低价正离子位置时，该位置带有正电荷，为了保持电中性，会产生正离子空位或间隙负离子。 6、 热缺陷浓度计算 在一定温度下，热缺陷是处在不断地产生和消失的过程中，当单位时间产生和复合而消失的数目相等时，系统达到平衡，热缺陷的数目保持不变。 根据质量作用定律，可以利用化学平衡方法计算热缺陷的浓度。 来源 实际晶体在结晶时由于杂质、温度变化或振动产生应力作用，或者由于晶体受到外界应力，如切削、研磨等机械力作用。原子行列间相互滑移，不再符合理想晶格有序排序,从而形成线状缺陷。在线缺陷附近有一个相当范围内出现严重的点阵畸变，需要经过好几个点阵间距才能恢复，也称为位错。 位错概念的提出用于解释晶体的塑性变形。 本节内容 刃位错 螺位错 位错理论 位错的基本类型（一）、刃位错 形成及定义： 晶体在大于屈服值的切应力?作用下，以ABCD面为滑移面发生滑移。EF是晶体已滑移部分和未滑移部分的交线，犹如砍入晶体的一把刀的刀刃，即刃位错（或棱位错）。 几何特征：原子滑移方向与位错线相垂直；滑移面上部位错线周围原子受压应力作用，原子间距小于正常晶格间距；滑移面下部位错线周围原子受张应力作用，原子间距大于正常晶格间距。柏格斯矢量 b与位错线垂直 分类：正刃位错， “?” ；负刃位错， “T” 。符号中水平线代表滑移面，垂直线代表半个原子面。 刃位错示意图 正刃型位错 (二)、螺位错 形成及定义： 晶体在外加切应力?作用下，沿ABCD面滑移，图中EF线为已滑移区与未滑移区的分界处。由于位错线周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，故称为螺位错。 几何特征：滑移方向与位错线相平行；位错线周围原子的配置是螺旋状的。柏氏矢量b与位错线平行。 分类：有左、右旋之分，分别以符号“?”和“?”表示。其中小圆点代表与该点垂直的位错，旋转箭头表示螺旋的旋转方向。它们之间符合左手、右手螺旋定则。 两种位错的共同特点 位错是晶体中原子或者离子排列的线缺陷，但并不是几何意义的线。 位错线附近有很大的应力集中，在这些地区原子的能量比其它理想晶体位置原子能量高。 （一）、柏氏矢量的确定及表示 确定柏氏斯矢量的步骤 （1）对于给定位错，人为规定位错线的方向，如图2-15所示（一般规定位错线垂直纸面时，由纸面向外为正正向，按右手法则做柏氏回路，右手大拇指指位错线正向，四指指向回路方向。） （2）按照图2-15所示的规律走回路，最后封闭回路的矢量即要求的柏氏矢量。 图2-15 简单立方结构中，围绕刃位错的伯格斯回路 （2）柏氏矢量特征   利用柏氏矢量b与位错线t的关系，可判定位错类型。  若 b∥t 则为螺型位错。 若 b⊥t 为刃型位错。 2.2.3.2 位错的应力场与应变能* 应力场 晶体中存在位错时，位错线附近的原子偏离了正常位置，引起点阵畸变，从而产生应力场。