课件：第二章-缺陷物理与性能.ppt

位错与物理性能——位错对材料的电学、光学性质的影响 因为位错的周围有应力场，从而杂质原子会聚集到位错的近邻，使晶体的性质发生改变位错对杂质原子有聚集作用。 在半导体材料中，由于杂质向位错周围的聚集，就可能形成复杂的电荷中心，从而影响半导体的电学、光学以及其它性质。 位错与物理性能——位错对扩散过程的影响 由于位错和杂质原子的相互作用，位错的存在影响着杂质在晶格中的扩散过程。 ——位错与晶体生长 晶体生长的前提——晶核 螺型位错台阶具有凝聚核的作用——产生晶核 位错与物理性能——位错与固体内耗 内耗的定义：振动着的固体,即使与外界完全隔离,其机械振动也会逐渐衰减下来,这种使机械能量耗散变为热能的现象,叫做内耗。 即固体在振动过程中由于内部的原因而引起的能量消耗,在英文文献中通用“internal friction”表示. 内耗是一个对结构高度灵敏的量,对内耗的研究不但可以推知固体中的结构和结构缺陷的情况,也可以得到固体结构变化及原子扩散的知识. 位错与物理性能——位错与固体内耗 要点： 位错内耗强烈地依赖于冷加工的程度；若内耗对冷加工敏感，就可以肯定这种内耗与位错有关。 在外加交变应力下位错弦的弓出、脱钉、缩回及再钉扎过程示意图 面缺陷 面缺陷是发生在晶格二维平面上的缺陷，其特征是在一个方向上的尺寸很小，而另两个方向上的尺寸很大，也可称二维缺陷。 晶体的面缺陷包括两类：晶体的外表面和晶体中的内界面，其中内界面又包括了晶界、亚晶界、孪晶界，相界、堆垛层错等。这些界面通常只有几个原子层厚，而界面面积远远大于其厚度，因此称为面缺陷。面缺陷对材料的力学、物理、化学性能都有影响。 表面 界面：晶界、相界 面缺陷 钢中的晶粒（其中黑线为晶界） 面缺陷——晶界 （a）晶界 （b）亚晶界 晶界与亚晶界 面缺陷——小角晶界 小角倾侧晶界（由一列刃型位错构成）；扭转晶界 面缺陷——大角晶界 当相邻晶粒的位相差大于10°-15°时，晶粒间的界面称为大角晶界。一般的大角晶界约为几个原子间距的薄层，层中的原子排列较疏松杂乱，结构比较复杂。但是并非所有大角晶界都具有松散紊乱的原子组态。当相邻两个晶粒具有某些特定的位向关系时，晶界上可以有较多的原子与两个晶粒的点阵结点都吻合的相当好。 面缺陷——大角晶界（孪晶界形成与分类） 面缺陷——大角晶界（堆垛层错） （a）面心立方堆垛次序 （b）密集六方堆垛次序 刚球密排面的堆垛 面缺陷——相界 THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 辐照引起的点缺陷变化 未辐照和受辐照的多晶铜的应力-应变曲线（在20℃下的实验） 线缺陷 线缺陷是发生在晶格中一条线周围，其特征是在两个方向上的尺寸很小，而另一个方向上的尺寸很大，晶体中的线缺陷主要是各种类型的位错，是晶体中某处的一列或几列原子发生错排产生的线形点阵畸变区。位错还影响着晶体的力、电、光学等性质，对相变和扩散等过程也有重大的影响。 位错的运动 位错的滑移：指位错在外力作用下，在滑移面上的运动，结果导致永久形变。 位错的攀移：指在热缺陷的作用下，位错在垂直滑移方向的运动，结果导致空位或间隙原子的增值或减少。 刃位错 刃位错 位错——刃位错 假设晶体内有一个原子平面在晶体内部中断，其中断处的边沿就是一个刃型位错。 位错——刃位错示意图 位错——刃位错 (a) 螺位错 (b) 位错线周围原子螺型排列 螺位错及其原子结构模型 螺型位错则是原子面沿一根轴线盘旋上升，每绕轴线盘旋一周而上升一个晶面间距。在中央轴线处就是一个螺型位错。 位错——螺位错 螺型位错的形成 位错——螺位错 刃位错的运动方式——滑移 刃型位错的滑移 （a）正刃型位错 （b）负刃型位错 滑移过程中，原子的滑移方向、位错线的运动方向和外加应力方向三者是平行的 刃位错的运动方式——滑移 螺位错的运动方式——滑移 螺型位错的运动 滑移过程中，原子滑移方向与外加应力方向相同，而与位错线运动方向垂直 THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 刃位错的运动 螺位错的运动 位错滑移对比： 刃位错滑移过程中，原子的滑移方向、位错线的运动方向和外加应力方向三者是平行的； 螺位错滑移过程中，原子滑移方向与外加应力方向相同，而与位错线运动方向垂直 位错的运动方式——攀移 刃型位错可以在滑移面内运动，也可以垂直于滑移面运动，这后一种运动称为位错的“攀移”。由于螺型位错没有附加的半原子平面，因此不能直接攀移。 刃