赵杰材料科学基础部分.pdfVIP

第二章 晶体缺陷 (Chapter 2 Imperfections of crystalline solids) 晶体缺陷：实际晶体中存在的各种偏离理想结构的现象 晶体缺陷对晶体的性能、扩散、相变等有重要的影响 晶体缺陷的种类： 1 点缺陷（point defects ）：空位、间隙原子等 the defects that associate with one or two atomic positions 2 线缺陷（linear defects ）：位错 dislocation is a linear or one-dimensional defect around which some of the atoms are misaligned 3 面缺陷（planar defects ）：晶界等 interfacial defects, boundaries, defects that are two dimensional Chapter 2 Imperfections of crystalline solids §2.1 点缺陷(point defects) 它是在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构的正常排列的 一种缺陷；其特征是在三维空间的各个方向上尺寸都很小； 包括空位（vacancies ）、间隙原子（self-interstitials ）、杂质或 impuritiessubstitutional and interstitial impurity atoms ）等 溶质原子 （ Chapter 2 Imperfections of crystalline solids 2.1.1 点缺陷的形成 热平衡缺陷(thermal equilibrium defects) ： 晶体中点阵结点上的原子以其平衡位置 为中心作热振动，当振动能足够大时， 将克服周围原子的制约，跳离原来的位 置，形成点缺陷，造成点阵畸变 肖脱基空位（Schottky vacancies） 弗兰克尔缺陷（Frenkel defects） 间隙原子（self-interstitials） 过饱和点缺陷(supersaturated point defects) ： 淬火、冷变形、高能粒子 使晶体中的点缺陷数量超过 其平衡浓度 Chapter 2 Imperfections of crystalline solids 2.1.2 点缺陷的平衡浓度 设由N个原子组成的晶体中含有n个空位 形成一个空位所需能量为Ev，振动熵为ΔS ，k为波尔兹曼常数 f 则空位在T温度时的平衡浓度C为： ΔS n ⎛ ⎞ ⎛ E ⎞ ⎛ E ⎞ C ⎜ f ⎟ − v A − v exp exp⎜ ⎟ exp⎜ ⎟ N ⎜ k ⎟ ⎝ kT ⎠ ⎝ kT ⎠ ⎝ ⎠ 类似的，间隙原子的平衡浓度： n ⎛ΔSf ⎞ ⎛ Ev ⎞ ⎛ Ev ⎞ C exp exp⎜− ⎟ Aexp⎜− ⎟ ⎜ ⎟ N ⎝ k ⎠ ⎝ kT ⎠ ⎝ kT ⎠ 一般，晶体中间隙原子的形成能比空位的形成能大3-4倍， 间隙原子的量与空位相比可以忽略 Chapter 2 Imperfections