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第四章 晶体中的结构缺陷及其运动 曾世碧 2011-4-17 1、何谓晶体缺陷，晶体缺陷可以分为几类？ 晶体缺陷是指晶体结构不完整，即原子的排列偏离完整性的区域。 晶体缺陷分类： 点缺陷：特征是三维空间的各个方面上尺寸都很小，尺寸范围约为一个或几个原子尺度，又称零维缺陷，包括空位、间隙原子、杂质和溶质原子。 线缺陷：特征是在两个方向上尺寸很小,另外一个方面上很大，又称一维缺陷，如各类位错。 面缺陷：特征是在一个方面上尺寸很小,另外两个方面上很大，又称二维缺陷，包括表面、晶界、亚晶界、相界、孪晶界等 2、位错对晶体结构将造成怎样的影响？对晶体的性能将造成什么样的影响？ 位错是指晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。 结构影响：晶格发生很大的畸变，长度达几百至几万原子间距，宽约几个原子间距范围内的原子偏离平衡位置，有序结构被破坏。 性能影响：对晶体的生长、扩散、相变、塑性变形、断裂等许多物理、化学性质及力学性质都有很大影响，如：晶体内部产生应力场，晶体的范性形变等。 3、点缺陷的平衡浓度及其物理意义是什么？ 一定温度下，晶格的热振动涨落使间隙原子和空位长生运动，引起其产生和复合，经过足够长的时间，产生和复合达到一个动态平衡，存在着分布均匀、密度稳定的点缺陷，该状态下缺陷的浓度为平衡浓度： 4、位错有哪两种类型，简述它们的几何特点。 位错分刃型位错和螺型位错两种。 刃型位错是指一个完整的晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，晶面像刀刃一样切入晶体，这个多于原子面的边缘就是刃型位错。 刃型位错的几何特点： (1)位错线与其滑移矢量d垂直，刃型位错可以为任意形状的曲线。 (2)有多余半原子面。刃型位错周围的点阵畸变关于半原子面左右对称。畸变区是一个狭长的管道。在位错线周围的畸变区每个原子具有较大的平均能量。 (3)习惯上，把多余半原子面在滑移面以上的位错称为正刃型位错，用符号“┻”表示，反之为负刃型位错，用“┳”表示。 螺型位错是指警惕的上半部分已经发生了局部滑移，左边是未滑移区，右边是已滑移区，原子相对移动了一个原子间距，在已滑移区和未滑移区之间有一个很窄的过渡区。在过渡区中，原子都偏离了平衡位置，使原子面畸变成一串螺旋面。 螺型位错的几何特征： (1)螺位错线与其滑移矢量d平行，故纯螺位错只能是直线。 (2)螺位错没有多余原子面，它周围只引起切应变而无体应变。 (3)据螺旋面不同，螺型位错分为左螺位错和右螺位错。 6、 判断图中为何种位错，求图中位错的柏氏矢量。 柏氏矢量的确定方法 A、 规定位错线指出屏幕（纸面）为正 B、 在位错周围沿着点阵结点形成右螺旋的封闭回路。（柏氏回路） C、 在理想晶体中按同样顺序作同样大小的回路。 （不能闭合） D、 在理想晶体中从终点到起点的矢量即为柏氏矢量。 7、位错反应的基本条件是什么？指出面心立方（fcc）和体心立方（bcc）中的特征位错（以最短点阵矢量为柏矢量的位错）,并判断以下位错反应是否可以进行，为什么？ 位错反应的条件： (1)几何条件:柏氏矢量守恒性， 即：∑b前 = ∑b后 (2)能量条件:反应过程能量降低——反应驱动力, 即：∑︱b前︱2﹥∑︱ b后︱ 2 特征位错：面心立方（fcc）: 体心立方（bcc）: 举例： 几何条件： 反应前后柏氏矢量守恒 能量条件：反应前- 反应后- 能量降低，综上所述，该反应可以发生。 8、何谓全位错、不全位错？说明弗兰克不全位错是如何形成的？ 全位错：柏氏矢量的模等于该晶向上的原子间距的位错，又叫单位位错。 不全位错： 柏氏矢量的模小于该晶向上的原子间距的位错 弗兰克不全位错形成：在完整面心结构晶体的原子密排面{111}面结构中局部抽出或插入一层 原子形成，其柏氏矢量为 。插入型层错 称为正弗兰克偏位错，抽出型层错称为负弗兰克偏位错。 9、简要说明:(1)刃型位错周围原子的处于怎样的应力状态（为切应力还是正应力，为拉应力还是压应力）；(2)若有间隙原子存在，则间隙原子更容易存在于位错周围的那些位置？ 刃型位错周围原子的应力状态： (1)正应力与切应力分量同时存在； (2)对任意一点 y0时：σxx0 压应力， y0时：σxx0拉应力， y=0时： σxx= σyy=0，只有切应力。 间隙原子引起晶体体积膨胀，为使总应变能下降，间隙原子必然位于刃位错下方（膨胀区）。 10、判断如下为何