面缺陷与体缺陷课件.pptVIP

面缺陷與體缺陷晶體內偏離週期性點陣結構的二維缺陷稱為面缺陷，主要有層錯、小角晶界、晶界、相界等。晶體內部偏離週期性點陣結構的三維缺陷稱為體缺陷，主要有包裹體、空洞、夾雜物，第二相等。一、層錯層錯是在密排晶體中原子面的堆垛順序出現反常所造成的面缺陷。前面討論晶體的密堆積方式時得到：（1）fcc晶體在平行於{111}面的原子排列順序是ABCABCABC……。（2）hcp晶體在平行於{0001}面的原子排列順序是ABABAB……。若由力學因素（如變形）或熱力學因素（加熱或冷卻）使堆垛順序發生局部變化，形成如下幾種新結構：（1）外層錯：插入一密排層，形成ABCAB(A)CABC……。（2）內層錯：抽去一密排層，形成ABCABCBCABC……。（3）孿生：對密排層，形成ABCABCABCACBACBA……的排列。這些堆錯了的新結構，相當於在面心立方晶體中形成了薄層的hcp晶體，也稱為堆垛層錯。這些層錯對晶體的影響僅在於層錯面兩側的晶體結構相應於理想情況作了一個特定的非點陣相對平移，這種平移在密堆積結構中並不改變原子最近鄰的關係，只產生次近鄰的錯排，而且幾乎不產生畸變，所以是一種低能量的面缺陷。除密堆積結構外，其他類型的晶體也可能出現層錯，如金剛石結構和閃鋅礦結構的{111}面在外延生長過程中，將會出現層錯。二、晶界固體從蒸汽、溶液或熔體中結晶出來時，只有在一定條件下，例如有籽晶存在時，才能形成單晶，而大多數固體屬於多晶體。多晶是由許多小晶粒組成。這些小晶粒本身可以近似看作單晶，且在多晶體內做雜亂排列。多晶體中晶粒與晶粒的交界區域稱為晶界，晶粒間界的實驗結構模型如圖，晶界區含有不屬於任何晶粒的原子A，也含有同屬於兩個晶粒的原子D；既含有晶受壓縮的區域B，也含有晶格疏鬆的區域C和晶格基本不變的區域D。無論那種晶界模型，晶界上的原子都處於畸變狀態，具有較高的能量，而且具有非晶態特性。因此雜質原子傾向於在晶界上偏聚和析出。化學腐蝕或蝕刻現象也首先在晶界上發生，原子也較容易沿著結構較疏鬆的晶粒間界擴散，且在間界內容易產生新固相。材料中晶界的性質直接影響到材料的力學性質。例如對共價鍵陶瓷，畸變了的晶界點陣排列使晶界能較高，導致剪切開裂，常出現沿晶界斷裂。對離子鍵陶瓷，往往具有穿晶為主的斷裂特徵，晶界有阻礙裂紋擴散的作用。同時陶瓷的晶界物質也將影響到陶瓷材料的力學性能。三、小角晶界晶界結構和性質與相鄰晶粒的取向差有關，當取向差小於10?時，晶界稱為小角晶界；當取向大於10?時晶界稱為大角度晶界。實際的多晶材料一般都是大角度晶界，但晶粒內部的亞晶界則是小角晶界。最簡單的小角晶界是對稱傾斜晶界。圖中是簡單立方結構晶體中介面為（100）面的傾斜晶界，相當於一系列平行的、伯氏向量在[100]方向上的刃型位錯線。小角晶界具有阻止原子擴散的作用。實驗表明：沿著垂直於一個小角晶界中的位錯擴散，要比平行於位錯的擴散慢的多。並且通過晶界的擴散，能控制晶體中某些沉澱反應的速率。四、體缺陷在體缺陷中比較重要的是包裹體。包裹體是晶體生長過程中介面所捕獲的夾雜物。它可能是晶體原料中某一過量組分形成的固體顆粒，也可能是晶體生產過程中坩堝材料帶入的雜質微粒。這是一種嚴重影響晶體性質的體缺陷，如造成光散射，或吸收強光引起發熱從而影響晶體的強度。另一方面，由於包裹體的熱膨脹係數一般與晶體不同，在單晶體生長的冷卻過程中會產生體內應力，造成大量位錯的形成。