材料科学基础第05章晶体缺陷课件.ppt

第5章 晶体缺陷;缺陷的含义：通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的结构缺陷。 理想晶体：质点严格按照空间点阵排列。 实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。 缺陷对材料性能的影响;形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等 几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷等　;缺陷的形成原因 ;缺陷的形成原因;5.1 点缺陷;图5-3 半径较小的置换原子 ;5.1 点缺陷;5.1 点缺陷;Frenkel defect 和 Schottky defect产生示意图;5.1 点缺陷;5.1 点缺陷;5.1 点缺陷;若已知ΔUV和ΔSV，则可由上式计算出任一温度T下的浓度X. 由上式可得： 1）晶体中空位在热力学上是稳定的，一定温度T对应一平衡浓度X 2）X与T呈指数关系，温度升高，空位浓度增大 3）空位形成能ΔUV大，空位浓度小 例如：已知铜中ΔUV=1.7×10-19J，A取为1，则 ;5.1 点缺陷;5.1 点缺陷;5.1 点缺陷;5.1 点缺陷;5.2 位错 5.2.1 位错的基本类型和特征 位错的概念：位错是晶体的线性缺陷。 刃型位错：刃型位错的位错线垂直于滑移方向，模型如图所示，相当于在正常排列的晶体当中插入了半个原子面。拥有半原子面的晶体部分，原子间距减小，晶格受到压应力；在缺少半原子面的晶体部分，原子间距增大，晶体收到拉应力。;刃型位错的特点： 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。;刃型位错的特点： 刃型位错线可理解为晶体中已滑移区与未滑移区的边界线。它不一定是直线，也可以是折线或曲线，但它必与滑移方向相垂直，也垂直于滑移矢量。 滑移面必定是同时包含有位错线和滑移矢量的平面，在其他面上不能滑移。由于在刃型位错中，位错线与滑移矢量互相垂直，因此，由它们所构成的平面只有一个。 晶体中存在刃型位错之后，位错周围的点阵发生弹性畸变，既有切应变，又有正应变。就正刃型位错而言，滑移面上方点阵受到压应力，下方点阵受到拉应力：负刃型位错与此相反。;刃型位错的特点： 在位错线周围的过渡区（畸变区）每个原??具有较大的平均能量。但该区只有几个原子间距宽，畸变区是狭长的管道，所以刃型位错是线缺陷。 ;5.2 位错 5.2.1 位错的基本类型和特征 3. 螺型位错: 位错线垂直于滑移方向，模型如图3-7所示。晶体右上半部分在外力的作用下发生局部滑移，滑移面为ABCD，滑移方向如图所示。;螺型位错的特点： 螺型位错无额外半原子面，原子错排是呈轴对称的。 根据位错线附近呈螺旋形排列的原子的旋转方向不同，螺型位错可分为右旋和左旋螺型位错。 螺型位错线与滑移矢量平行，因此一定是直线，而且位错线的移动方向与晶体滑移方向互相垂直。;螺型位错的特点： 纯螺型位错的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面。但实际上，滑移通常是在那些原子密排面上进行。 螺型位错线周围的点阵也发生了弹性畸变，但是，只有平行于位错线的切应变而无正应变，即不会引起体积膨胀和收缩，且在垂直于位错线的平面投影上，看不到原子的位移，看不出有缺陷。 螺型位错周围的点阵畸变随离位错线距离的增加而急剧减少，故它也是包含几个原子宽度的线缺陷。;5.2 位错 5.2.1 位错的基本类型和特征 混合位错：混合位错的位错线呈曲线状，与滑移方向既不垂直也不平行，而是呈任意角度。因此，混合位错可以看成是由刃型位错和螺型位错混合而成。;5.2 位错 5.2.2 伯氏矢量 伯氏矢量的确定：柏氏回路是在有缺陷的晶体中围绕缺陷区将原子逐个连接而成的封闭回路。对于无法封闭的柏氏回路，为了使其封闭（起点与终点重合），必须增加一个向量closure failure ，如图3-8所示。该向量就称为柏氏矢量，记做b。;5.2 位错 5.2.2 伯氏矢量 伯氏矢量的确定：;5.2 位错 5.2.2 伯氏矢量 2. 基本类型位错的矢量图解;5.2 位错 5.2.2 伯氏矢量 3. 伯氏矢量的特性 柏氏矢量是一个反映位错周围点阵畸变总累积的物理量。该矢量的方向表示位错的性质与位错的取向，即位错运动导致晶体滑移的方向；而该矢量的模|b|表示了畸变的程度，称为位错的强度。 柏氏矢量与回路起点及其具体途径无关。柏氏矢量是唯一的，这就是柏氏矢量的守恒性。 ;5.2 位错 5.2.2 伯氏矢量 3. 伯氏矢量的特性 一根不分岔的位错线，不论其形状如何变化（直线、曲折线或闭合的环状），也不管位错线上各处的位错类型是否相同，其各部位的柏氏矢量都相同；而且当位错在晶体中运动或者改变方向时，其柏氏矢量不变，即一根位