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第八章缺陷习题和答案

第八章缺陷习题答案

1．为什么形成一个肖脱基缺陷所需能量比形成一个弗仑克尔缺陷

所需能量低？

[解答]形成一个肖特基缺陷时，晶体内留下一个空位，晶体表面

多一个原子。因此形成一个肖特基缺陷所需的能量，可以看成晶体表

面一个原子与其他原子的作用能，和晶体内部一个原子与其他原子的

相互作用能的差值。形成一个弗仑克尔缺陷时，晶体内留下一个空位，

多一个填隙原子。因此形成一个弗仑克尔缺陷所需要的能量，可以看

成晶体内部一个填隙原子与其他原子的相互作用能，和晶体内部一个

原子与其他原子相互作用能的差值。填隙原子与相邻原子的距离非常

小，它与其他原子的排斥能比正常原子间的排斥能大得多。由于排斥

能是正值，包括吸引能和排斥能的相互作用能是负值，所以填隙原子

与其他原子的相互作用能绝对值，比晶体表面一个原子与其他原子相

互作用能的绝对值要小。也就是说，形成一个肖特基缺陷所需能量比

形成一个弗仑克尔缺陷所需能量要低。

2．金属淬火后为什么变硬？

[解答]晶体的一部分相对于另一部分的滑移，实际是位错线的滑

移，位错线的移动是逐步进行的，使得滑移的切应力最小。这就是金

属一般较软的原因之一。显然，要提高金属的强度和硬度，似乎可以

通过消除位错的办法来实现。但事实上位错是很难消除的。相反，要

提高金属的强度和硬度，通常采用增加位错的办法来实现。金属淬火

就是增加位错的有效办法。将金属加热到一定高温，原子振动的幅度

比常温时的幅度大得多，原子脱离正常格点的几率比常温时大得多，

晶体中产生大量的空位、填隙缺陷。这些点缺陷容易形成位错。也就

是说，在高温时，晶体内的位错缺陷比常温时多得多。高温的晶体在

适宜的液体中急冷，高温时新产生的位错来不及恢复和消退，大部分

被存留下来。数目众多的位错相互交织在一起，某一方向的位错的滑

移，会受到其他方向位错的牵制，使位错滑移的阻力大大增加，使得

金属变硬。

3．在位错滑移时，刃位错上原子受的力和螺位错上原子受的力各

有什么特点？

[解答]在位错滑移时，刃位错上原子受力的方向就是位错滑移的

方向。但螺位错滑移时，螺位错上原子受力的方向与位错滑移的方向

相垂直。

4．离子晶体中正负离子空位数目、填隙原子数目都相等，在外电

场作用下，它们对导电的贡献完全相同吗？

[解答]在正负离子空位数目、填隙离子数目都相等情况下，-

+BA离子晶体的热缺陷对导电的贡献只取决于它们的迁移率μ。

设正离子空位附近的离子和填隙离子的振动频率分别为+uAν和+

iAν，正离子空位附近的离子和填隙离子跳过的势垒高度分别为+

uAE和+

iAE，负离子空位附近的离子和填隙离子的振动频率分别为-

uBν和-

iBν，负离子空位附近的离子和填隙离子跳过的势垒高度分别为-

uBE和-

uBE，则有

T

kEBAA

BAu

u

e

T

kvea/2+-+

+

=

υμ，T

kEBAABiAi

i

e

T

kvea/2+-+

+

=

μ，

T

kEBBBBBu

e

T

kvea/2

-=

υυμ，

T

kEBBBBiBi

i

e

T

kvea/2

-=

μ。由空位附近的离子跳到空位上的几率，比填隙离子跳到相邻间

隙位置上的几率

大得多，可以推断出空位附近的离子跳过的势垒高度，比填隙离

子跳过的势垒高度要低，即+

uAE+

iAE,

-uBE-

uBE。+uAν+iAν,-uBν-iBν，另外，由于+A和-B的

离子半径不同，质量不同，所以一般

-+≠BAEE，-+≠BAνν.也就是说，一般-

-++≠≠≠iuiuBBAAμμμ