《材料结构与性能》第1章晶体结构与晶体缺陷.pptx

第一章 晶体的结构与缺陷一.空间点阵的概念固体的分类：晶体、非晶体、准晶体晶体 —— 构成材料的质点（原子、离子、分子、原子团）在三维空间按一定的周期重复排列的固体(长程有序)1.1 晶体结构点阵描述晶体中原子的排列点阵：为了描述晶体中原子的排列规则，将每一个原子（原子团等）抽象视为一个几何点（称为阵点），从而得到一个按一定规则排列分布的无数多个阵点组成的空间阵列，称为空间点阵或晶体点阵，简称点阵。点阵晶胞二.晶胞与点阵类型晶胞：在点阵中选择一个由阵点连接而成的几何图形(一般为平行六面体)作为点阵的基本单元来表达晶体结构的周期性，称为晶胞．晶胞的描述:用点阵常数描述: 矢量a、b、c 的长度 晶胞三个棱边的长度a、b、c矢量间的夹角? 、 ? 、 ? ?为b、c边夹角?为a、c边夹角 ?为a、b边夹角1 立方简单、体心、面心2 四方简单、体心3 六方简单4 三方简单七大晶系5 正交简单、底心、体心、面心c6 单斜简单、底心?βbγ7 三斜简单a三.晶系基矢a、b、c晶系划分的依据：点阵参数夹角α、β、γ14种布拉菲晶胞cbαβaγ(2)(3)(1)3种布拉菲晶胞1.立方晶系a=b=c, ?=?=?=90°简单立方体心立方面心立方c(4)αβbγa(5)2.四方晶系2 种布拉菲晶胞a=b?c, ?=?=?=90°简单四方体心四方cb=a a3.六方晶系1种简单六方布拉菲晶胞a=b?c, ?=?=90°, ?=120°αβγcab4.三方晶系1种简单三方布拉菲晶胞a=b=c, ?=?=??90°βαγcba4种布拉菲晶胞5.正交晶系a?b?c, ?=?=?=90°底心正交简单正交αβγ体心正交面心正交cβbaccββ bbaa6.单斜晶系2种布拉菲晶胞a?b?c ?=?=90°, ??90°简单单斜底心单斜cba7.三斜晶系一种布拉菲晶胞，简单单斜a?b?c ,? ?? ???90°四.晶向指数与晶面指数◆晶体中由原子组成的直线和平面分别称为晶向和晶面．国际上通用密勒的标识方法，来表示晶向和晶面的空间取向，称为密勒指数．1 晶向指数确定方法建立坐标系:对晶胞作晶轴x、y、z，, 通过坐标原点引一直线，使其平行于待标识的晶向;(3)求出该直线上任意一点的坐标 ;(4)将3个坐标值按比例化为最小整数，并加方括号.2 晶面指数确定方法 (1)：对晶胞作晶轴x、y、z，以晶胞的边长（晶格常数）作为晶轴上的单位长度。(2)：求出待定晶面在三个晶轴上的截距，如该晶面与晶轴平行，则截距为∞。(3)：取这些截距的倒数，如截距为∞，则其倒数为0。(4)：将上述倒数化为最小的简单整数（或称为互质整数），并加上圆括号，即表示该晶面的指数，一般为（h k l）。1.2 晶体的缺陷 在实际晶体中，由于原子（或离子、分子）的热运动，以及晶体的形成条件、冷热加工过程和其它辐射、杂质等因素的影响，实际晶体中原子的排列不可能那样规则、完整，常存在各?种偏离理想结构的情况，即晶体缺陷。 晶体缺陷对晶体的性能，特别是对那些结构敏感的性能，如强度、塑性、电阻率、磁导率等有很大的影响。另外晶体缺陷还与扩散、相变、变形、再结晶、氧化、烧结等有着密切关系。因此，研究晶体缺陷具有重要的理论与实际意义。1.2缺陷的分类：按纯几何的特征对点阵缺陷进行分类：一、点缺陷（零维缺陷）二、线缺陷（一维缺陷）三、面缺陷（二维缺陷）四、体缺陷（三维缺陷）肖特基缺陷）弗仑克尔缺陷点缺陷化学缺陷（置换式、填隙式)一、点缺陷点缺陷：指发生在晶格中一个原子尺寸范围内 的一类缺陷。1. 点缺陷的类型 弗仑克尔缺陷（Frenkel defect） 金属和离子晶体中都会由于热运动的能量涨落，使原子或离子脱离格点进入晶体中的间隙位置，从而同时出现空位和填隙原子（离子）。这种成对的空位和填隙原子称为弗仑克尔缺陷。弗仑克尔缺陷 肖特基缺陷 在一定温度，晶体中原子由于热涨落获得足够能量，离开格点位置，迁移至晶体表面，于是在晶体中出现不被原子占据的空格点，称为空位，也称肖特基缺陷。肖特基缺陷（空位缺陷）化学缺陷填隙式置换式化学缺陷　?1-大的置换原子? 4-复合空位?2-肖脱基空位? 5-弗兰克尔空位?3-异类间隙原子? 6-小的置换原子2. 点缺陷与材料行为 结构变化：晶格畸变（如空位引起晶格收缩，间隙原子引起晶格膨胀，置换原子可引起收缩或膨胀）。 性能变化：点缺陷可以使材料的物理性质与力学性质产生变化。点缺陷引起性能变化表现在（1）引起金属材料电阻的增加。 晶体中存在点缺陷时，破坏了原子排列的规律性， 使电子迁移时的散射增加，从而增加了电阻。（2）晶体密度下降。 空位的存在使晶体的密度下降。（3）高温蠕变。　空位的存在及其运动是晶体高温下发生蠕变的重要原因。 热振动产生的点缺陷属于热力学平衡缺陷，即在一