第五章 线、面和体缺陷.ppt

1 1 再说一次柏氏矢量 ＊ 刃型位错的攀移 正攀移 负攀移 发生攀移的条件 正应力: 压应力促进正攀移，拉引力促进负攀移。 高温： 促进原子的扩散，引起攀移 高空位浓度 螺型位错 刃型位错：用于描述位错区原子的畸变特征，包括畸变的位置和畸变的程度，个矢量，用b表示。 螺型位错 位错的关键特征 柏氏矢量的物理意义 柏氏矢量既表示位错的性质，又表示了位错区域点阵畸变总量的大小和方向。 柏氏矢量的另一个重要意义是指出了位错滑移后，晶体上、下部分产生相对位移的方向和大小，即滑移矢量。 位错的能量正比于柏氏矢量长度的平方 最短的柏氏矢量的位错能量最小，对于单位位错，必须是连接晶体学等同位置的矢量，位错运动必须使一个原子从一个平衡位置输运到另一个平衡位置。 等同点和同点阵位置的要求：在简单晶体结构中，柏氏矢量是密排方向。 FCC晶体结构中的滑移面和滑移方向 BCC晶体 HCP晶体结构 1.离子晶体 由于局部电中性的要求，使离子固体中位错概念变复杂。保持电中性的措施： 在晶体学等同位置间最短矢量不是离子接触的方向 滑移面(即最高密度面)不是密排面 有效滑移系的数目有限 2.共价晶体 在共价晶体中也存在位错。 在共价晶体中，低的配位数导致它的原子堆垛因子较低，也导致它的直线和面密度较低，这使得它的柏氏矢量比较长，位错移动的固有点阵阻力值高。 位错移动时必须破断高的共价键能，从而使得它具有高的强度。 在Si和Ge中的位错对晶体的电学和晶体长大特性有重要影响。 第3节 面缺陷 面缺陷 原子偏离理想状态的区域在二维方向上都较大，而在第三维方向上很小的晶体缺陷。包括晶界、相界、外表面、层错、孪晶面等等。 表面与界面的理论是非常重要的基础理论之一，而且具有广泛的应用价值。 一、晶体中的自由表面 材料表面在材料的服役和制备过程中起着举足轻重的作用，如催化、腐蚀、磨损、吸附等现象只发生在表面上；光－电、声－电、压－电转换现象都与表面密不可分；此外，表面在晶体生长中起着决定性的作用。 1.理想表面 理想表面是一种理论结构完整的二维点阵平面。 忽略了晶体内部的周期势场中断的影响 忽略表面原子的热运动以及出现的缺陷和扩散现象 忽略外界环境的作用 2.理想表面的晶体结构 3. 实际晶体的表面结构特征 表面重构 严格意义上的理想表面是不存在的。形成晶体表面时悬空键的存在，使得理想表面处于高能的不稳定状态。为了降低表面自由能，表面原子的位置必然发生变化。这种变化的结果，使得在平行于表面的平面内，表面原子的平移对称性与理想表面显著不同，这种表面结构的变化称为表面重构(surface reconstruction)。 表面驰豫 晶体的三维周期性在表面处中断，表面上原子的配位情况发生了变化，并且表面原子附近的电荷分布也有改变，使表面原子所在的力场与体内原子不同。因此，表面上的原子会发生相对正常位置的上或下的位移，以降低体系的能量。表面原子的这种位移称为表面驰豫(surface relaxation)。 表面台阶结构 吸附表面 与体相原子不同，固体表面的原子有一部分键被切断，以悬空键(dangling bonds)的形式存在，使表面具有较高的自由能。为降低表面自由能，除了表面原子的几何位置发生变化(表面重构和表面驰豫)以外，还通过吸附外来原子或分子来降低表面自由能，以使表面处于更稳定的状态。 二、晶界 1.小角度晶界 相邻两个晶粒的取向差小于10?C时，其界面称为小角度晶界。 对称倾侧小角度晶界 是由一列垂直分布的同号刃型位错所组成的，相邻两个位错间的距离为： D=b/? tg(?/2)??/2=(nb/2)/nD 扭转小角度晶界 2.大角度晶界 大角度晶界的结构较复杂，原子排列很不规则，由不规则的台阶组成的。晶界可看成坏区与好区交替相间组合而成。 2.大角度晶界 相邻晶粒的位向差大于10? (1)过冷液体模型 可解释晶界扩散速度比晶内快的事实。 无法解释有些晶界扩散的各向异性以及晶界范围较窄，只有2～3个原子宽的现象。 (2)小岛模型 莫特(Mott) 认为在大角度晶界区存在原子排列匹配较好，具有晶态特征的“岛”，其尺寸在几个～几十个原子之间。它们分布在原子匹配较差，具有接近非晶特征的“海”中。 小岛模