固体物理-12-03晶体的面缺陷.pptVIP

固体物理 Solid State Physics 西南科技大学 12.3 面缺陷 面缺陷（surface defects）是将材料分成若干区域的边界，如表面、晶界、界面、层错、孪晶面等。 一、晶界（位错界面） （一）、小角度晶界（small angle grain　boundary） （二）、大角度晶界 二、堆积层错 三、反映孪晶界面 一、晶界与亚晶界 多晶体由许多晶粒组成，每个晶粒组成是一个小单晶。相邻的晶粒位向不同，其交界面叫晶粒界，简称晶界。 多晶体中，每个晶粒内部原子也并非十分整齐，会出现位向差极小的亚结构，亚结构之间的交界为亚晶界。 晶界的结构与性质与相邻晶粒的取向差有关，当取向差约小于10°，叫小角度晶界，当取向差大于10°以上时，叫大角度晶界。 晶界处，原子排列紊乱，使能量增高，即产生晶界能。 1 小角度晶界 最简单的小角度晶界是对称倾侧晶界，由一系列柏氏矢量互相平行的同号刃型位错垂直排列而成，晶界两边对称，两晶粒的位相差为θ，柏氏矢量为b，当θ很小时，求得晶界中位错间距为D=b/θ。 对称倾侧晶界中同号位错垂直排列，刃型位错产生的压应力场与拉应力场可互相抵消，不产生长程应力场，其能量最低。 小角度晶界 D=b/θ 小角度晶界 小角晶界具有阻止原子扩散的作用。实验表明：沿着垂直于一个小角晶界中的位错扩散，要比平行于位错的扩散慢的多。并且通过晶界的扩散，能控制晶体中某些沉淀反应的速率。 D=b/θ 小角度晶界 多晶体中，每个晶粒内部原子也并非十分整齐，会出现位向差极小的亚结构，亚结构之间的交界为亚晶界。 亚晶界 2.大角度晶界  每个相邻晶粒的位向不同，由晶界把各晶粒分开。 晶界是原子排列异常的狭窄区域，一般仅几个原子间距。晶界处某些原子过于密集的区域为压应力区，原子过于松散的区域为拉应力区。 与小角度晶界相比，大角度晶界能较高，大致在0.5～0.6J/m2，与相邻晶粒取向无关。 大角度晶界示意图 大角度晶界的观察 晶界：约三个原子层厚 La3Cu2VO9晶体的电子衍射图 NiFe多晶纳米薄膜的电子衍射 非晶态材料电子衍射图的特征 图 面心立方晶体中的抽出型层错(a)  和插入型层错(b) 这种结构变化，并不改变层错处原子最近邻的关系(包括配位数、键长、键角)，几乎不产生畸变，所引起的畸变能很小。因而，层错是一种低能量的界面。 二、堆积层错 图 面心立方晶体中反映孪晶 孪晶界面的能量约为层错能之半。 两侧晶体以此面成镜面对称 三、反映孪晶界面 孪晶原子排布示意图 铜合金中的孪晶 High-Resolution Imaging 不同材料Cu（a，b）、Cu-10at.%Zn（c，d）和Cu-32at.%Zn（e，f）的滑移带开裂和孪晶界开裂行为. 小角晶界、孪晶界面与大角晶界低周疲劳开裂倾向性关系。 体缺陷，是指在晶体中三维尺度上出现的周期性排列的紊乱，也就是在较大的尺寸范围内的晶格排列的不规则。 这些缺陷的区域基本上可以和晶体或者晶粒的尺寸相比拟，属于宏观的缺陷，较大的体缺陷可以用肉眼就能够清晰观察。 四、体缺陷 非线性光学晶体KABO（K2Al2B2O7）晶体 在体缺陷中比较重要的是包裹体。包裹体是晶体生长过程中界面所捕获的夹杂物。 它可能是晶体原料中某一过量组分形成的固体颗粒，也可能是晶体生产过程中坩埚材料带入的杂质微粒。 这是一种严重影响晶体性质的体缺陷，如造成光散射，或吸收强光引起发热从而影响晶体的强度。另一方面，由于包裹体的热膨胀系数一般与晶体不同，在单晶体生长的冷却过程中会产生体内应力，造成大量位错的形成。 包裹体 氟代硼铍酸钾（KBBF）单晶中的包裹物 　点缺陷：在三维尺寸均很小，只在某些位置发生，只影响邻近几个原子。 　线缺陷：在二维尺寸小，在另一维尺寸大，可被电镜观察到。 　面缺陷：在一维尺寸小，在另二维尺寸大，可被光学显微镜观察到。 　体缺陷：在三维尺寸较大，如镶嵌块，沉淀相，空洞，气泡等。 缺陷种类 固体物理 Solid State Physics 西南科技大学