第三章晶体结构缺陷-2010.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 材料科学基础 总结： 从逐条判据出发 综合归纳 综合性判断。 材料科学基础 质点尺寸、晶体结构和电价因素的影响 类 别 质点尺寸 晶体结构 电价 连 续 ?15% 相同 相同 有 限 ?15% 二者中至少有一个不同 15%?30% 二者可同可不同 不生成 ?30% 二者可同可不同 材料科学基础 5.5.4 置换型固溶体中的“组分缺陷” 材料科学基础 等价置换——除了晶格位置上被杂质质点替代外，不生成其它缺陷，同时晶体依然保持电中性。 不等价置换——为了保持晶体的电中性，必然会在晶体结构中产生“组分缺陷”——V / i 材料科学基础 与热缺陷度异同比较： 形式上 本质上 材料科学基础 四种“组分缺陷” 材料科学基础 （1）阳离子空位型 材料科学基础 （2）阴离子间隙性 材料科学基础 （3）阳离子间隙型 材料科学基础 （4）阴离子空位型 材料科学基础 初步判断： 生成空位，容易发生 氧化物离子晶体，阴离子半径大，而空隙较小，间隙型不易发生，内能增大不稳定； 萤石型结构例外，阴离子填隙为主要缺陷 阳离子填隙，综合考虑离子半径和晶体结构中空隙大小 材料科学基础 准确判断： 固溶体研究方法 材料科学基础 “组分缺陷”意义： 制造不同材料 造成晶格畸变，晶格活化，有利于以扩散现象为基础的一系列高温过程，如固相反应、相转变和烧结过程等。 材料科学基础 Al2O3中加 1~2% TiO2，T烧 ? 300?C ZrO2中加 CaO 稳定剂，避免有害的体积效应，提高热稳定性 ZrO2电解质材料：Y2O3 掺杂，产生大量 成为阴离子导体。 本章小结： 重要的概念： 点缺陷，线缺陷，面缺陷；空位，间隙原子，肖特基空位，弗兰克尔空位；点缺陷的平衡浓度；刃型位错，螺型位错，混合位错，全位错，不全位错；柏氏回路，柏氏矢量即表示方法，柏氏矢量的物理意义，柏氏矢量的守恒性；位错的滑移，位错的攀移； 位错密度，位错增殖；堆垛层错，肖克莱不全位错，弗兰克不全位错；位错反应，几何条件，能量条件；汤普森四面体；扩展位错；晶界，亚晶界，小角度晶界；大角度晶界；孪晶界，相界，共格相界，半共格相界，非共格相界。 重点与难点： 1. 点缺陷的形成与平衡浓度；2. 柏氏矢量的确定，物理意义及守恒性；3. 位错的基本类型和特征；4. 分析归纳位错运动的两种基本形式：滑移和攀移的特点；5. 比较螺型位错与刃型位错二者应力场畸变能的异同点； 6. 位错的增值机制； 7. 堆垛层错与不全位错；8. 位错反应的条件；9. Thompson四面体；10. 扩展位错的生成；11. 小角度和大角度晶界模型；12. 晶界能与晶界特性；13. 孪晶界与相界。 * * * * * * * * * * * * * * * 3．晶界的特性 1).晶界处点阵畸变大，存在着晶界能。因此，晶粒的长大和晶界的平直化都能减少晶界面积，从而降低晶界的总能量，这是一个自发过程。 2).晶界处原子排列不规则，因此在常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高，宏观表现为晶界较晶内具有较高的强度和硬度。 3).晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，并且晶界处存在较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等，故晶界处原子的扩散速度比在晶内快得多。 4).在固态相变过程中，由于晶界能量较高且原子活动能力较大，所以新相易于在晶界处优先形核。 5).由于成分偏析和内吸附现象，特别是晶界富集杂质原子情况下，往往晶界熔点较低，故在加热过程中，因温度过高将引起晶界熔化和氧化，导致过热现象产生。 6).由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，以及晶界富集杂质原子的缘故，与晶内相比，晶界的腐蚀速度一般较快。 3.4.3 孪晶界 孪晶：沿一个公共晶面构成对称关系两个晶体 孪晶界：两块相邻孪晶的共晶面。 分为共格孪晶界和非共格孪晶界。 3.4.4 相界 相界：相邻两个不同结构的相之间的界面。 分类：共格、半共格和非共格相界。 3.5 固溶体 （Solid solution, ss） 3.5.1 概述 凡在固体条件下，一种组分（溶剂）内“溶解”了其它组分（溶质）而形成的单一、均匀的晶态固体称为固溶体。 材料科学基础 基本特征： （1）在原子尺度上相互混合的。 （2）破坏主晶相原有的晶体结构，但晶胞参数可能有少许改变，基本保持了主晶相的特性。 材料科学基础 （3）存在固溶度(有限固溶体或不连续固溶体)；部分体