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4.晶体缺陷

第三章 晶体缺陷 CRYSTAL DEFECTS 晶体缺陷 — 实际晶体中偏离理想结构的 不完整区域 根据晶体中结构不完整区域的形状及 大小,晶体缺陷常分为如下三类: THE END 空位 Vacancy 点缺陷 间隙原子 Interstitial atom 线缺陷 位错 Dislocation 晶体缺陷 晶界 Grain boundary 亚晶界 Subgrain boundary 孪晶界 Twin boundary 面缺陷 相界 Phase boundary 堆垛层错 Staking fault 表面 Surface 第一节 点缺陷 POINT DEFECTS 点缺陷的类型 点缺陷的浓度 点缺陷与材料行为 一、点缺陷的类型 点缺陷的类型: (a) Schottky 空位;(b) Frenkel 缺陷; (c) 异类间隙原子;(d) 小置换原子;(e) 大置换原子 离子晶体中两种常见的点缺陷 二、点缺陷的浓度 1. 平衡点缺陷的浓度 虽然点缺陷的存在使晶体的内能增高,但 同时也使熵增加,从而使晶体的能量下降.因 此,点缺陷是晶体中热力学平衡的缺陷. 等温等容条件下,点缺陷使晶体的亥姆 霍兹自由能变化为: A U TΔS Δ − Δ U Δnu 式中,n — 点缺陷个数 u — 一个点缺陷引起的内能增量,即 点缺陷的形成能 自由能随点缺陷数量的变化 平衡点缺陷的浓 度: n −u Ce e A exp N kT 式中,ne — 平衡点缺陷数目 N — 晶体中的原子总数 A — 材料常数,通常取值为1 u — 点缺陷形成能 −5 8.62 10 / × ev K k — 玻尔兹曼常数, 或 −23 1.38 10 / × J K 讨论 ⅰ) 平衡浓度点缺陷的存在使晶体自由能最低 ⅱ) 点缺陷产生于原子的热振动,故其平衡浓

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