苏州大学材料科学基础晶体结构缺陷.pptVIP

3.1 晶体结构缺陷的类型 1、点缺陷——零维缺陷 A 根据对理想晶体偏离的几何位置来分，主要有三类（图3.1） 1、位错线是杂质富集的地方 位错线附近，晶格是不完整的； 位错线上原子的价态是不饱和的，易吸引杂质原子。 2、位错是一个空位源，也是空位消除点 正、负位错相遇时可使空位消失也会产生更大的空位。 3.5 固 溶 体 3.6 非化学计量化合物 非化学计量化合物的产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关，这是有别于其他缺陷的； 可看作是高价化合物与低价化合物的固溶体，即不等价置换是发生在同一种离子中的高价态与低价态间的相互置换； 缺陷浓度与温度有关，这点可从平衡常数看出。 线缺陷是晶体在结晶时受到杂质、温度变化或振动等产生的应力作用，或者晶体在使用时受到打击、切削、研磨等机械应力作用或高温射线辐照作用而产生的线状缺陷，分为刃位错、螺位错和混合位错等。 位错间的相互作用、位错与点缺陷间的相互作用以及运动，与晶体力学性质、塑性变形行为密切相关。运用位错理论可成功地解释晶体的屈服强度、加工硬化、合金强化、相变强化以及脆性、断裂和蠕变等晶体强度理论中的重要问题。 例14 非化学计量化合物FexO中，Fe3+/Fe2+＝0.1, 求FexO中空位浓度及x值。 实际晶体由于在形成过程中环境因素的作用，或者在合成、制备过程中由于原料纯度等因素的影响，或者在加工过程中由于外场的物理化学作用等，使得晶体结构的周期性势场发生畸变，出现各种结构不完整性， ——晶体结构缺陷 晶体结构缺陷不等于晶体的缺点，实际上，正是由于晶体结构缺陷的存在，才赋予晶体各种各样的性质或性能。 本章小结 与一列间隙原子等价的位错对 ┬ ┴ 与一行空位等价的位错对 ┬ ┴ 位错的应用 材料的塑性形变就是位错移动的结果； 晶体生长快的原因之一就是晶体中存在螺位错； 位错地区原子活动性较大故能加速物质在固体中的扩散。 线缺陷是晶体在结晶时受到杂质、温度变化或振动等产生的应力作用，或者晶体在使用时受到打击、切削、研磨等机械应力作用或高温射线辐照作用而产生的线状缺陷，分为刃位错、螺位错和混合位错等。 位错间的相互作用、位错与点缺陷间的相互作用以及运动，与晶体力学性质、塑性变形行为密切相关。运用位错理论可成功地解释晶体的屈服强度、加工硬化、合金强化、相变强化以及脆性、断裂和蠕变等晶体强度理论中的重要问题。 与原始组分均不同 （形成新物质） 组分间保持各自的性能结构不变 与原始组分中的主晶体（溶剂）相同 结 构 遵循定比定律 不遵循定比定律 化学计量 均匀单相系统 多相系统 均匀单相系统 物系相数 原子间相互反应生成 粉末混合 以原子尺寸“溶解”形成 形成原因 化合物 机械混合物 固溶体 固 溶 体与机械混合物、化合物的区别 固溶体的分类 1、 按溶质原子在基质晶体中所处位置 置换型固溶体 间隙型固溶体 2、按外来组元在基质晶体中的固溶度 无限固溶体 有限固溶体 形成置换型固溶体的条件 离子尺寸因素 晶体的结构类型 离子类型和键性 电价因素 电负性 形成间隙型固溶体的条件 溶质原子的半径小和溶剂晶格结构空隙大； 例：比较MgO、CaF2、TiO2、沸石形成间隙型固溶体的顺序 电价因素—必须保持结构中的电中性。一般可通过形成空位，复合阳离子置换和改变电子云结构达到。 形成固溶体对晶体性质的影响 稳定晶格，阻止晶型转变的发生 例：PbTiO3与PbZrO3 PbTiO3—铁电体，烧结性能极差，居里点490℃ PbZrO3—反铁电体，居里点230℃ Pb(ZrxTi1-x)O3——连续固溶体——PZT陶瓷 铁电体是一类特殊的电介质材料，早在1921年，人们在一种晶体中观察到铁电性，它在自然状态下基本晶胞内存在固有的不对称性，即有自发极化特性，且自发极化方向可随外加电压而转向，即使关断电源，其极化方向也不会改变；只有加上反向电压后，极化方向才能被改变。 　　 反铁电体在一定温度范围内相邻离子联线上的偶极子呈反平行排列，宏观上自发极化强度为零，无电滞回线的材料. 活化晶格 固溶强化 ——强度和硬度均高于各组元，而塑性较低的现象。 强化的程度取决于：成分，固溶体的类型，结构特点，固溶度，组元原子半径差等因素。 间隙型固溶体强化效果比置换型固溶体显著。 固溶体对材料物理性质的影响 固溶体的研究方法