材料科学基础第7章 晶体缺陷.pptVIP

第章晶体缺陷

●7.1点缺陷

●7.2位错的基本知识

●7.3位错的运动

●7.4位错的弹性性质

●7.5位错的生成与增殖

●7.6实际晶体中的位错

7.1点缺陷

●7.1.1空位与间隙原子

●7.1.2点缺陷的平衡浓度

●7.1.3点缺陷的移动

●7.1.4过饱和点缺陷

●7.1.5点缺陷对金属性能的影响

7.2位错的基本知识

●7.2.1位错概念的产生

●7.2.2位错类型和柏氏矢量

7.3位错的运动

●7.3.1刃型位错

●7.3.2位错的攀移

●7.3.3位错运动的ξ×v规则

●7.3.4位错的基本几何性质小结

7.4位错的弹性性质

●7.4.1刃型位错的应力场

●7.4.2位错的应变能

●7.4.3位错运动的动力与阻力

●7.4.4位错的线张力

●7.4.5位错间的相互作用

●7.4.6位错间的塞积

●7.4.7位错间的交割

●7.4.8位错与点缺陷的交互作用

7.5位错的生成与增殖

●7.5.1位错密度

●7.5.2位错的生成

●7.5.3位错的增殖

7.6实际晶体中的位错

●7.6.1实际晶体结构中的单位位错

●7.6.2堆垛层错

●7.6.3不全位错

●7.6.4位错反应

●7.6.5FCC晶体中位错反应的一般表示：汤

普森四面体

●7.6.6位错反应举例

原子的不规则排列产生晶体缺陷。

晶体缺陷：实际晶体中与理想点阵结构发生偏差的区域。

晶体缺陷在材料组织控制（如扩散、相变）和性能控制

（如材料强化）中具有重要作用。

晶体缺陷：

●点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小的缺陷。如

空位、间隙原子、异类原子等。

●线缺陷：在两个方向上尺寸很小，而另一个方向上尺

寸较大的缺陷。主要是位错。

●面缺陷：在一个方向上尺寸很小，在另外两个方向上

尺寸较大的缺陷。如晶界、相界、表面等。

●7.1点缺陷

在任何瞬间，总有一些原子的能量大到足以克服周围

原子对它的束缚作用，就可能脱离其原来的平衡位置而迁

移到别处。结果，在原来的位置上出现了空结点，称为空

位。

（a）弗兰克尔空位的形成

（空位与间隙质点成对出（b）单质中的肖特基空位的

现）形成

空位产生示意图

离开平衡位置的原子可以有两个去处：

既可迁移到晶体的表面上，这样形成的空位通常称为

肖脱基（Schottky）缺陷；

也可迁移到晶体点阵的间隙中，这样形成的空位称弗

兰克尔缺陷，这时在形成空位的同时产生了间隙原子。

间隙原子还可由晶体表面的原子移动到内部的间隙位

置而形成。

几种点缺陷形成动画演示

弹性畸变

空位的存在，使周围原子失去一个近邻原子而影响原

子间作用力的平衡，因而，周围的原子都要向空位方向稍

微作些调整，造成了点阵的局部弹性畸变。

同样，在间隙原子所在处的点阵也会发生弹性畸变。

显然，在这两种情况下，空位引起的畸变较小。

●7.1.2点缺陷的平衡浓度

空位等点缺陷与线缺陷、面缺陷的区别之一在于后者

是热力学不稳定的缺陷，而点缺陷可以在热力学平衡的晶

体中存在，是热力学稳定的缺陷。

在一定温度下，晶体中有一定的平衡数量的空位和间

隙原子，其数量可近似地分别计算出来。

点缺陷的热力学平衡浓度产生原因分析：

点缺陷是热力学平衡的缺陷－在一定温度下，晶体中总

是存在着一定数量的点缺陷（空位），这时体系的能量最低

－具有平衡点缺陷的晶体比理想晶体在热力学上更为稳定。

原因：晶体中形成点缺陷时，体系内能的增加将使自由

能升高，但体系熵值也增加了，这一因素又使自由能降低。

其结果是在G-n曲线上出现了最低值，对应的n值即为平衡空

位数。

点缺陷的平衡浓度

Qf

CAexp（)

RT

式中：

A：由振动熵决定的系数，在1～10之间；

Qf：形成点缺陷的激活能，单位J/mol

R：气体常数，8.31j/molK

T↑，C↑↑（指数关系）

晶体中的空位是处在不断地产生和消失的过程中，新

的空位不断产生，原来的空位不断由于复合而消失。若单

位时间内产生的空位和消失的