第三章 晶体结构缺陷课件.pptVIP

第三章晶体结构缺陷二、置换型固溶体（一）、形成置换固溶体的影响因素1.原子或离子尺寸的影响-Hume-Rothery经验规则2、晶体结构类型的影响3、离子类型和键性4、电价因素第三章晶体结构缺陷1.原子或离子尺寸的影响-Hume-Rothery经验规则以r1和r2分别代表半径大和半径小的溶剂(主晶相)或溶质(杂质)原子(或离子)的半径，当时，溶质与溶剂之间可以形成连续固溶体。当时，溶质与溶剂之间只能形成有限型固溶体，当时，溶质与溶剂之间很难形成固溶体或不能形成固溶体，而容易形成中间相或化合物。因此Δr愈大，则溶解度愈小。这是形成连续固溶体的必要条件，而不是充分必要条件。第三章晶体结构缺陷2、晶体结构类型的影响若溶质与溶剂晶体结构类型相同，能形成连续固溶体，这也是形成连续固溶体的必要条件，而不是充分必要条件。NiO-MgO都具有面心立方结构，且Δr15%，可形成连续固溶体；MgO-CaO两两结构不同，只能形成有限型固溶体或不形成固溶体。第三章晶体结构缺陷3、离子类型和键性化学键性质相近，即取代前后离子周围离子间键性相近，容易形成固溶体。4、电价因素形成固溶体时，离子间可以等价置换也可以不等价置换。在硅酸盐晶体中，常发生复合离子的等价置换，如Na++Si4+=Ca2++Al3+，使钙长石Ca[Al2Si2O6]和钠长石Na[AlSi3O8]能形成连续固溶体。又如，Ca2+=2Na+，Ba2+=2K+常出现在沸石矿物中。第三章晶体结构缺陷简单立方结构中，围绕刃位错的伯格斯回路第三章晶体结构缺陷（二）、伯氏矢量的守恒性对一条位错线而言，其伯氏矢量是固定不变的，此即位错的伯氏矢量的守恒性。推论：1.一条位错线只有一个伯氏矢量。2.如果几条位错线在晶体内部相交（交点称为节点），则指向节点的各位错的伯氏矢量之和，必然等于离开节点的各位错的伯氏矢量之和。第三章晶体结构缺陷（三）、位错线的连续性及位错密度1.位错线的连续性位错线不可能中断于晶体内部。在晶体内部，位错线要么自成环状回路，要么与其它位错相交于节点，要么穿过晶体终止于晶界或晶体表面。第三章晶体结构缺陷2.位错密度：单位体积内位错线的总长度ρ=L/V式中L为晶体长度，n为位错线数目，S晶体截面积。一般退火金属晶体中?为104~108cm-2数量级，经剧烈冷加工的金属晶体中，?为1012~1014cm-2第三章晶体结构缺陷四、位错的应力场与应变能理论基础：连续弹性介质模型假设：1.完全服从虎克定律，即不存在塑性变形；2.各向同性；3.连续介质，不存在结构间隙。位错的应力场:刃位错上面的原子处于压应力状态，为压应力场，刃位错下面的原子处于张应力状态，为张应力场。围绕一个螺位错的晶体圆柱体区域也有应力场存在。第三章晶体结构缺陷位错的应变能Wtot

位错使其周围点阵畸变，点阵能量增加，点阵所增加的能量即为位错的应变能。包括两部分：Wtot=Wcore+Wel（1）位错核心能Wcore，在位错核心几个原子间距ro=2|b|=2b以内的区域，滑移面两侧原子间的错排能即相当于位错核心能。错排能约占位错能的1/10，可忽略。（2）弹性应变能Wel，在位错核心区以外，长程应力场作用范围所具有的能量，约占位错能的9/10。第三章晶体结构缺陷总之：（1）位错的弹性应变能Wel?lnR，即随R缓慢地增加，所以位错具有长程应力场。（2）位错的能量是以单位长度的能量来定义的，直线位错更稳定。（3）位错的弹性应变能可进一步简化为一个简单的函数式：W=?Gb2。式中W为单位长度位错线的弹性应变能，G是剪切模量，b是柏氏矢量，α=1/4πlnR/r0其中R是晶体的外径、r0是位错核心的半径，系数?由位错的类型、密度（R值）决定，其值的范围为0.5~1.0。意义：上式表明W∝b2，故可用柏氏矢量的大小来判断晶体哪些地方最容易形成位错。第三章晶体结构缺陷五、位错的运动