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材料科学基础考研复习 第二部分
第二部分晶体缺陷
原因:热运动:强度是温度的函数
能量起伏=〉原子脱离原来的平衡位置而迁移别处
间隙原子: 晶体中的原子挤入结点的间隙,出现了多余的原子,形成一对
点缺陷(空位和间隙原子)。它们可能是同类原子,也可能是异类原子
(弗仑克尔缺陷)
异类原子: 在一种类型的原子组成的晶格中,不同种类的原子替换原有
的原子占有其应有的位置或挤入晶格间隙(外来原子)。
肖脱基缺陷——原子迁移到表面——仅形成空位
弗仑克尔缺陷——原子迁移到间隙中——形成空位-间隙对
杂质或溶质原子—— 间隙式(小原子)或置换式(大原子)
A=1
空位的平衡浓度
例如: Cu晶体的空位形成能Ev为0.9ev/atom =1.44X10-
19 -6
J/atom,在500℃时计算可得出平衡空位的浓度为1.4X10 (很
23
低),而在每立方米的铜晶体中存在1.2X10 个空位(数量很多)。
过饱和空位 晶体中含点缺陷的数目明显超过平衡值。如高
温下停留平衡时晶体中存在一平衡空位,快速冷却到一较低
的温度,晶体中的空位来不及移出晶体,就会造成晶体中的
空位浓度超过这时的平衡值。过饱和空位的存在是一非平衡
状态,有恢复到平衡态的热力学趋势,在动力学上要到达平
衡态还要一时间过程。
在一般情况下,相对于空位,间隙原子可以忽略不计,但是在
高能粒子辐照后,产生大量的弗仑克尔缺陷,间隙原子就不能
不算了。
例题:
在Fe中形成1 mol空位的能量为104.67kJ,试计算从
20℃升温至850℃时空位数目增加多少倍?
淬火、辐射、冷加工
线缺陷:在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶粒数量级),另外两
个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。其具体形式就
是晶体中的位错Dislocation
将晶体的上半部分向左移动一个原子间距,再按原子的结合方式连
接起来(右图) 。除分界线附近的一管形区域例外,其他部分基本都是完好
的晶体。在分界线的上方将多出半个原子面,这就是刃型位错。
刃型位错 edge dislocation
特征:
1)有一额外原子面, 额外半原子面刃口处的原子列称为位错线
2)位错线垂直于滑移矢量,位错线与滑移矢量构成的面是滑移面,刃位错的滑移面
是唯一的。
3)半原子面在上,正刃型位错 ┻ ; 在下, 负刃型位错 ┳
4)刃位错的位错线不一定是直线, 可以是折线, 也可以是曲线, 但位错线必与
滑移矢量垂直。
5)刃型位错周围的晶体产生畸变,上压,下拉,半原子面是对称的,位错线附近畸
变大,远处畸变小。
6)位错周围的畸变区一般只有几个原子宽(一般点阵畸变程度大于其正常原子间
距的1/4的区域宽度,定义为位错宽度,约2~5个原子间距。)* 畸变区是狭长的
管道, 故位错可看成是线缺陷。
螺型位错 screw dislocation
’
位错线bb :已滑移区和未滑移区的边界线
柏氏矢量回路
柏氏矢量的物理意义
1反映位错周围点阵畸变的总积累 (包括强度和取向)
2 该矢量的方向表示位错运动导致晶体滑移的方向,而
该矢量的模表示畸变的程度称为位错的强度。
(strength of dislocation )
例题:
面心立方晶体在(111)[110]滑移系统滑移时,试确定其柏氏矢量。
解:晶体在(111)[110]滑移系统滑移时,其滑移矢量在[110]晶向上。从
任一原子位置向前方另一原子位置引出的矢量,也就是从晶胞坐标原点[0、
0、0] 向(001 )晶面的晶胞面心[1/2, 1/2, 0]所引出的矢量。该矢量在晶胞
坐标轴X 、Y 、Z三轴上的分量依次为a/2, a/2,0。因此,用它表示的柏氏矢
量的符号为:b=[a/2 a/2 0]=a/2[110],此即位错的单位滑移矢量。
位错的运动
基本形式:滑移和攀移
滑移(slip ): 在外力作用下,位错线在其滑移面(即位错线和柏氏矢量b构成
的晶面
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