第1章金属的晶体结构.ppt

晶体缺陷 点缺陷 线缺陷 面缺陷： 体缺陷： 第一节 点缺陷 ①??空位：晶体内部原子迁移到界面后，在体内留下的原子尺度的空洞； 点缺陷 二. 点缺陷的应用： （一）点缺陷对金属物理性能和力学性能的影响 1. 比体积： 缺陷增多引起体积增大；（为了在晶体内部产生一 个 空位，该处原子迁移到晶体表面） 2. 比热容： 缺陷增多使热容增大；（需要向晶体提供附加能量） 3. 电阻率： 缺陷增多使电阻率增大。（缺陷晶体中缺陷点阵的周期性被破坏，电场急剧变化，对电子产生剧烈散射，导致电阻率增大） 4. 力学性能：点缺陷通过与位错的交互作用，阻碍位错运动使晶体强化 （二）点缺陷在实践中的应用 能加速烧结和固相反应； 对半导体电学性能产生影响； 使晶体强度增加； 使金属腐蚀加速或减缓。 第二节 位错(线缺陷) 位错分为刃型位错、螺型位错和混合位错三种类型。 刃型位错有一个额外的半原子面。一般把多出的半原子面在滑移面上边的称为正刃型位错，记为“┻”；而把多出的半原子面在下边的称为负刃型位错，记为“┳”。其实这种正、负之分只具相对意义而无本质的区别。 2.螺型位错： 晶体中一部分原子相对于另一部分原子发生错动，具有螺旋型特征，称螺型位错。 二.柏氏矢量 位错反应 （1）位错反应：位错的分解与合并。 练习 （2）反应条件 几何条件：∑b前=∑b后；反应前后位错的柏氏矢量之和相等。 能量条件：∑b2前∑b2后; 反应后位错的总能量小于反应前位错的总 能量。 练习 三. 位错密度 位错密度观察----浸蚀法 位错周围有点阵畸变，能量高，在相应化学浸蚀时出现浸蚀坑 位错密度观察----电镜法 刃型位错的运动 螺旋位错的运动 位错移动的实验观察 位错应变能与位错张力 位错应变能与位错张力 位错的应力场及其与其它缺陷的作用 晶体的界面（面缺陷） 界面是晶体中的二维缺陷（面缺陷） ，固体材料的界面分为三种： 1. 晶界：晶界是两相邻晶粒间的过渡界面。是取向不同，但晶体结构相同的区域间的界面； 2. 相界：固体中不同相之间的界面； 3. 表面：固体与气体（或液体）的界面。 晶界和亚晶界 2. 半共格 两相晶体结构或或晶格常数相差较大，界面上只有部分原子位于两相晶格的结点。 3. 非共格 晶体表面与表面能 （一）晶体表面 表面原子一侧没有固体原子与之键合，有较高能量，几个原子层厚，与周围气相或液相接触的面叫晶体表面，其结构、性能与晶体内部不相同。 表面 本章小结 τ τ 位错运动示意 滑移特点 ①?滑移只能在切应力的作用下发生; ②?滑移是晶体内部位错在切应力下作用的结果; ③?滑移方向沿柏氏矢量方向，刃型位错滑移方向与位错线运动方向一致;螺型位错滑移方向与位错线运动方向垂直; ④ 滑移时晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方向位移的距离为原子间距的整数倍,滑移结果在晶体的表面上造成台阶。 攀移：位错垂直滑移面的滑动（攀移伴随空位扩散，需要热激活以产生大量空位，因此攀移往往在高温下进行）。 半原子面向上运动，发生正攀移； 半原子面向下运动，发生负攀移； 影响攀移因素： ①温度：位错攀移需要热激活以产生大量空位，因此，攀移过程往往在高温下才能进行 ②正应力：施加正应力也有助于刃型位错攀移，切应力对刃型位错的攀移不起作用 应用：生产单晶时可以利用位错的攀移来消除位错，使位错吸附扩散来的空位或者间隙原子，逐步交换位置而移到表面，直至消失。 混合位错的运动 螺旋位错应变能 刃型位错应变能 单位长度位错的应变能 ?=0.5~1.0 螺旋位错取下限，刃位错取上限。 b小,应变能小，易形成位错。 位错的能量是以单位长度的能量来定义的，故位错的能量还与位错线的形状有关。由于两点间以直线为最短，所以直线位错的应变能小于弯曲位错的，即更稳定，因此，位错线有尽量变直和缩短其长度的趋势。 .位错的存在均会使体系的内能升高，虽然位错的存在也会引起晶体中熵值的增加，但相对来说，熵值增加有限。可以忽略不计。因此，位错的存在使晶体处于高能的不稳定状态，可见位错是热力学上不稳定的晶体缺陷。 位错的应变能 位错周围点阵畸变引起弹性应力场导致晶体能量增加，这部分能量称为位错的应变能，或称为位错的能量。 位错线张力T 位错有缩短的趋势以减小应变能。 直线位错 ?