第3章晶体缺陷1技巧.ppt

共价晶体：由同种非金属元素的原子或异种元素的原子以共价键结合成的无限大分子。典型-金刚石结构。 共价晶体特点： 1.饱和性：配位数服从8-N法则，即结构中每个原子都有8-N个最近邻的原子（N为原子的价电子数），共价晶体中的原子配位数比离子晶体和金属晶体中的小。 2.方向性：各键之间有确定的方位（配位数小，结构稳定）。 3.共价键的结合力比离子键强，故具有更高的硬度、强度、熔点、沸点；更低的挥发性，结构也更稳定。 4.导电能力差，因共用电子不能自由运动。;聚合物的晶体形态;非晶态材料在微观结构上的基本特征： (1) 只存在小区间范围内的短程有序，在近程或次近邻的原子间的键合（如配位数、原子间距、键角、键长等）具有某种规律性，但没有长程有序； (2) 非晶态材料的X-射线衍射花样是有较宽的晕和弥散的环组成，没有表征结晶态特征的任何斑点和条纹，用电子显微镜也看不到晶粒间界、晶格缺陷等形成的衍衬反差； (3) 当温度升高时，在某个很窄的温度区间，会发生明显的结构相变，因而它是一种亚稳相。;1、Ni的晶体结构为面心立方结构，其原子半径为r=0.1243 nm，求Ni的晶格常数a和密度ρ ？ 2、MgO具有NaCl型结构，Mg2+的离子半径为0.078 nm， O2-的离子半径为0.132 nm，求MgO的密度ρ和致密度K？ ; 第三章 晶体缺陷;本章主要内容;3.1 点缺陷;根据几何形态特征，可把晶体缺陷分为三类： (1)点缺陷 、(2)线缺陷、(3) 面缺陷 (1)点缺陷：特征是在三维空间的各个方向上的尺寸都很小，亦称为零维缺陷。如空位、间隙原子等。 (2)线缺陷：特征是在两个方向上的尺寸很小，在一个方向上的尺寸较大，亦称为一维缺陷。如晶体中的各类位错。 (3) 面缺陷：特征是在一个方向上的尺寸很小，在另外两个方向上的尺寸较大，亦称二维缺陷。如晶界、相界、层错、晶体表面等。;研究晶体缺陷的意义： （1）晶体中缺陷的分布与运动，对晶体的某些性能(如金属的屈服强度、半导体的电阻率等)有很大的影响。 （2）晶体缺陷在晶体的塑性和强度、扩散以及其它结构敏感性问题上往往起主要作用，而晶体的完整部分反而处于次要地位。 因此，研究晶体缺陷，了解晶体缺陷的基本性质，具有重要的理论与实际意义。 ;二、点缺陷（point defect ）： 晶体中的点缺陷：包括空位、间隙原子和溶质原子，以及由它们组成的尺寸很小的复合体（如空位对或空位团等）。 点缺陷类型：有空位、间隙原子、置换原子三种基本类型。;1、空位（vacancy） 在晶体中，位于点阵结点的原子并非静止，而在其平衡位置作热振动。在一定温度下，原子热振动平均能量是一定的，但各原子能量并不完全相等，经常发生变化，此起彼伏。;离开平衡位置的原子可有两个去处： （1）迁移到晶体表面，在原位置只形成空位，不形成间隙原子，此空位称为肖特基缺陷（Schottky defect）（图a）； （2）迁移到晶体点阵间隙中，形成的空位称弗兰克尔缺陷（Frenkel defece） ，同时产生间隙原子（图b）。;2、间隙原子 间隙原子：进入点阵间隙中的原子。可为晶体本身固有的原子（自间隙原子）；也可为尺寸较小的外来异类原子(溶质原子或杂质原子)。 外来异类原子：若是取代晶体本身的原子，而落在晶格结点上，称为置换原子。;3、置换原子 那些占据原基体原子平衡位置的异类原子称为置换原子。 置换原子半径常与原基体原子不同，故会造成晶格畸变。;空位和间隙原子的形成与温度密切相关。 一般，随着温度的升高，空位或间隙原子的数目也增多。 因此，点缺陷又称为热缺陷。 晶体中的点缺陷，并非都是由原子的热运动产生的。 冷变形加工、高能粒子(如α粒子、高速电子、中子)轰击(辐照)等也可产生点缺陷。;4、热平衡缺陷： 热力学分析表明，在高于0K的任何温度下，晶体最稳定的状态并不是完整晶体，而是含有一定浓度的点缺陷状态，即在该浓度情况下，自由能最低。此浓度称为该温度下晶体中点缺陷的平衡浓度。 具有平衡浓度的缺陷又称为热平衡缺陷。 ;热平衡缺陷及其浓度： 晶体中点缺陷的存在，一方面造成点阵畸变，使晶体的内能升高，增大了热力学不稳定性。 另一方面，因增大了原子排列的混乱程度，并改变了其周围原子的振动频率，又使晶体的熵值增大，晶体便越稳定。 因此这两互为矛盾因素，使晶体中点缺陷在一定温度下有一定的平衡数目，此点缺陷浓度称为其在该温度下的热力学平衡浓度。 晶体在一定温度下，有一定的热力学平衡浓度，这是点缺陷区别于其它类型晶体缺陷的重要特点。;晶体中空位缺陷的平衡浓度： 设温度 T 和压强 P 条件下，从 N 个原子组成的完整晶体中取走 n 个原子，即生成 n 个空位。 定义晶体中空位缺陷的平衡浓度为：; 在一定温度下，晶体中有