固体材料的晶体缺陷.PDF

第四章 固体材料的晶体缺陷 主主 讲讲 人：人： 杨振国杨振国 办办办办 公公公公 室室室室：： 先进材料楼先进材料楼先进材料楼先进材料楼 407407室室室室 电电 话：话： 6564252365642523 电子电子电子电子信箱信箱信箱信箱:::: zgyang@fudanzgyang@fudanzgyang@fudanzgyang@fudan..eduedueduedu..cncncncn 2014年9月 复旦大学材料科学系 1 第四章 固体材料的晶体缺陷 4.14.1 引言引言 4.2 点缺陷（point defect） 4.3 线缺陷（line defect） 44.44 位错特性及测定法位错特性及测定法 （（didisllocatition chharactteriistitic）） 4.54.5 面缺陷面缺陷 （（faceface defectdefect）） 4.6 体缺陷（body defect） 2014年9月 复旦大学材料科学系 2 4.1 引言 ●● 晶体材料并不是理想的晶体材料并不是理想的、、无缺陷的无缺陷的，，而是存在一些而是存在一些 不不 规规 则则 的的 现现 象象 或或 结结 构构 不不 完完 整整 区区 域域 ，， 即即 晶晶 体体 缺缺 陷陷 (crystalline(crystalline imperfection)，imperfection)，如空洞如空洞、、杂质杂质、、位错等位错等。。 ●●●● 晶体缺陷对材料的性能影响很大晶体缺陷对材料的性能影响很大晶体缺陷对材料的性能影响很大晶体缺陷对材料的性能影响很大，，，，比如晶体生长比如晶体生长比如晶体生长比如晶体生长、、、、 扩散扩散、、相变相变、、强度强度、、变形变形等等。。如果缺陷数量得到控制如果缺陷数量得到控制，， 有时对材料是有用的有时对材料是有用的有时对材料是有用的有时对材料是有用的 ，，，，比如金属因此具有延展性比如金属因此具有延展性比如金属因此具有延展性比如金属因此具有延展性、、、、半半半半 导体具有传输电子能力等导体具有传输电子能力等，，材料性能可以得到改善材料性能可以得到改善。。 再比如再比如 ，纯铁的抗拉强度仅为纯铁的抗拉强度仅为 15MP15MPa，如添加如添加一 定数量的碳原子后就变成了钢，其抗拉强度可以提高 到几百个到几百个MPMPa。 同样同样，，100100万个硅原子如掺杂万个硅原子如掺杂22个磷原子个磷原子 ，，其半导其半导 体的电导率就可以提高500万倍。 2014年9月 复旦大学材料科学系 3 ● 因此，要获得材料某种预定的性能，如强度、电 导率等导率等 ，有时需要人为地制造这样的有益有时需要人为地制造这样的有益 “缺陷缺陷”， 即通过合金化、掺杂、扩散、表面处理等工艺，设计、 控制好一些控制好一些 “缺陷缺陷”的数量和的数量和类型类型 ，改善材料的改善材料的一些一些 性能。这是提高产品性能的有效途径，也是控制产品 质量的关键质量的关键。 但是，如果晶体中缺陷数量过多，材料性能会出 现相反的结果现相反的结果。比如比如，存在不规则的孔洞存在不规则的孔洞、微裂纹等微裂纹等 缺陷，材料强度急剧下降，在低应力下就会脆性断裂。 ●● 晶体缺陷按其几何特征，通常分为四种类型：点 缺陷缺陷、线缺陷线缺陷((位错位错)) 、面缺陷和体缺陷面缺陷和体缺陷, 见图见图44--11。 2014年9月 复旦大学材料科学系 4 图图44--1 1 晶体缺陷的分类晶体缺陷的分类 2014年9月 复旦大学材料科学系