2013晶体缺陷点缺陷与位错 2.pdf

第四章 晶体缺陷 南昌大学材料学院 彭文屹 wenyi.peng@ncu.edu.cn 考核方式 • 联系各自的学科方向，写一篇与晶体缺陷有关 的论文。 • 提示：分析方法、三种缺陷的（形成、结构、 演变等）的模拟（模型）、性能特点、制备工 艺等。 • 字数不限；但要求重点突出。 晶体缺陷（Crystal Defect）缺陷之美 • 在晶体内部原子排列并不是完全 规则的，在局部一定尺寸范围内 原子排列不规则的现象称为晶体 缺陷，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。 • “ ” 就好象维纳斯 无臂 之美更深入 人心 ， 晶体缺陷赋予材料丰富内 容入 晶体缺陷（Crystal Defect） 晶体结构完整地有规则排列只是理想情况。由于原子的热振 动以及晶体的形成过程、加工过程及使用过程受到种种条件的影 响，在实际的晶体结构中，原子（离子、原子团）并非完整地完 全有规律排列的，它存在各种不完整性，即晶体缺陷。根据缺陷 的尺寸特征，可以分为三类 ： ①点缺陷（Point Defect）：晶体中的空位、间隙原子、杂质原子等 是点缺陷。 ②线缺陷（LineDefect）：晶体中的位错就是线缺陷。 ③面缺陷（Plane Defect）：晶体中的晶界、相界、晶体表面、堆垛 层错等是面缺陷。 尽管从整个晶体来看，原子（离子，原子团）是规则排列的，但在 微观区域却存在不规则性（缺陷），这些不规则性对晶体很多物理化学 过程以及性质起重要作用，它们在这些过程中常常扮演主要角色，而晶 体的规则性只退居为舞台的背景。 • 实际中，三类缺陷往往共存，联系与制约，对 性能产生影响。 • 晶体缺陷对晶体的性能，特别是对那些结构敏 感的性能，如屈服强度、断裂强度、塑性、电 阻率、磁导率等有很大的影响。另外晶体缺陷 还与扩散、相变、塑性变形、再结晶、氧化、 烧结等有着密切关系。因此，研究晶体缺陷具 有重要的理论与实际意义。 一、点缺陷 • 类型： • 空位（Vacancy ）：由于某种原因，原子脱离正常格 点，在原来的位置上留下原子空位，或者说空位就 是未被占领的原子位置。 a Schottky : （） 肖脱基（ ）空位 离位原子进入其它空位或迁 移至晶界或表面。 （b ）弗兰克尔（Frenkel ）缺陷:离位原子进入晶体间隙。 • 间隙原子（Interstitial atom ）： • 位于晶体点阵间隙的原子 • 置换原子： • 位于晶体点阵位置的异类原子 • 它们还可组成的复杂点缺陷，如空位对、空位团和 空位-溶质原子对等 弗兰克和肖特基点缺陷 点缺陷的类型 晶体中的各种点缺陷 1-大的置换原子；2-肖脱基空位； 3-异类间隙原子；4-复合空位； 5－弗兰克尔空位；6-小的置换原子 点缺陷示意图 • 空位和间隙原子作为缺陷，引起点阵对称性的破 坏，必然造成其在附近一个区域内的弹性畸变； • 空位产生后，其周围原子间的相互作用力失去平 衡，因而它们都要朝着空位中心作一定程度的松 弛（调整），使空位周围出现弹性畸变区； • 从空位原子和间隙原子周围的组态分析：间隙原 子所引起的畸变，要比空位原子引起的畸变大的 多。 空位的类型 （a ）肖脱基空位 （b）弗兰克尔空位 晶体中的空位 点缺陷的形成 • 点阵结点上的原子热振动 ——起伏涨落 ——跳离 其原来的位置 ——