材料科学基础第2章晶体缺陷 课件.ppt

* 材料科学基础 Chapter 2 –晶体缺陷 * Chapter Outline 2.1 Point Defects 2.2 Dislocations 2.3 Surface Defects * 晶体结构中原子组合的不完整性，称为晶体缺陷。 点缺陷—在三维方向都很小的（不超过几个原子间距）缺陷，或者说是零维缺陷。包括空位、间隙原子、置换原子等。 线缺陷—在两个方向上尺寸很小，而另一个方向尺寸很长的缺陷，即一维缺陷。也就是“位错”．这是本章要重点讨论的。 面缺陷—在一个方向尺寸很小，而另两个方向尺寸很大的缺陷，即二维缺陷。如相界面、晶界、亚晶界，还有孪晶界、堆垛层错等。 * Point defects - Imperfections, such as vacancies, that are located typically at one (in some cases a few) sites in the crystal. Extended defects - Defects that involve several atoms/ions and thus occur over a finite volume of the crystalline material (e.g., dislocations, stacking faults, etc.). Vacancy - An atom or an ion missing from its regular crystallographic site. Interstitial defect - A point defect produced when an atom is placed into the crystal at a site that is normally not a lattice point. Substitutional defect - A point defect produced when an atom is removed from a regular lattice point and replaced with a different atom, usually of a different size. Section 2.1 Point Defects 点缺陷 * 图2-1 点缺陷：(a) 空位 (b)间隙原子 (c)小置换原子 (d)大置换原子 (e) 弗兰克空位 (f) 肖脱基空位 Figure 2-1 Point defects: (a) vacancy, (b) interstitial atom, (c) small substitutional atom, (d) large substitutional atom, (e) Frenkel defect, (f) Schottky defect. All of these defects disrupt the perfect arrangement of the surrounding atoms. * * 1．空位(Vacancy) 晶体中的原子克服周围原子的约束力，跳到别的位置而在原有位置留下的空结点，称为空位。它包括以下两类： 弗兰克（Frank）空位—晶体中的原子迁移到晶体点阵的间隙位置，在原位置形成的空位。 肖脱基(Schottky)空位—晶体中的原子离开平衡位置，迁移到表面或其它界面而在原位置形成的空位。 2．间隙原子(interstitial atom) 晶体点阵的间隙位置出现的原子称为间隙原子。间隙原子又分为同类间隙原子和异类间隙原子。显然，同类间隙原子可与弗兰克空位同时产生。异类间隙原子，多由半径很小的异类原子形成。 2.1.1 分类 * 3.置换原子（Substitutional atom） 异类原子代换了原有晶体中的原子，而处于晶体点阵的结点位置，称为置换原子，亦称代位原子。 各种点缺陷，都破坏了原有晶体的完整性。它们从电学和力学这两个方面，使近邻原子失去了平衡。空位和直径较小的置换原子，使周围原子向点缺陷的方向松弛，间隙原子及直径较大的置换原子，把周围原子挤开一定位置。因而在点缺陷的周围，就出现了一定范围的点阵畸变区，或称弹性应变区。距点缺陷越远，其影响越小。因而在每个点缺陷的周围，都会产生一个弹性应力场。 2.1.1 分类 * 1.空位形成能和间隙原子形成能 形成一个空位（或间隙原子）所需要的能量，称为空位形成能（或间隙原子形成能）。它包括电子能（缺陷对晶体中电子状态的影响）和畸变能。空位以前者为主，间隙原子以后者为主。 间隙原子形成能比空位形成能高出