第二章晶体缺陷 材料的实际晶体结构 点缺陷 一位错的基本概念 >位错的弹性特征一 >晶体中的界面
第二章 晶体缺陷 ➢材料的实际晶体结构 ➢点缺陷 ➢位错的基本概念 ➢位错的弹性特征 ➢晶体中的界面
第一节材料的实际晶体结构 多晶体结构 单晶体 块晶体材料,其内部 的晶体位向完全一致时,即 整个材料是个晶体,这块黼I離菲排 晶体就称之为“单晶体”, 实用材料中如半导体集成电 路用的单晶硅、专门制造的瞄 金须和其他一些供研究用的 材料。 ■會
第一节 材料的实际晶体结构 一、多晶体结构 单晶体: 一块晶体材料，其内部 的晶体位向完全一致时，即 整个材料是一个晶体，这块 晶体就称之为“单晶体” ， 实用材料中如半导体集成电 路用的单晶硅、专门制造的 金须和其他一些供研究用的 材料
第一节材料的实际晶体结构 多晶体结构 多晶体 实际应用的工程材料 中,那怕是一块尺寸很小 晶粒 材料,绝大多数包含着许 许多多的小晶体,每个小 品体的内部品格位向是除8品厚 均匀一致的,而各个小晶 体之间,彼此的位向却不 相同。称这种由多个小晶 体组成的晶体结构称之为 “多晶体
一、多晶体结构 第一节 材料的实际晶体结构 多晶体: 实际应用的工程材料 中，那怕是一块尺寸很小 材料，绝大多数包含着许 许多多的小晶体，每个小 晶体的内部，晶格位向是 均匀一致的，而各个小晶 体之间，彼此的位向却不 相同。称这种由多个小晶 体组成的晶体结构称之为 “多晶体”
第一节材料的实际晶体结构 多晶体结构 晶粒:多晶体材料中每个 小晶体的外形多为不规则 的颗粒状,通常把它们叫 晶粒 做“晶粒” 晶界:晶粒与晶粒之间的 分界面叫“晶粒间界”, 或简称“晶界”。为了适 8品界 应两晶粒间不同晶格位向 的过渡,在晶界处的原子 排列总是不规则的
一、多晶体结构 第一节 材料的实际晶体结构 晶粒：多晶体材料中每个 小晶体的外形多为不规则 的颗粒状，通常把它们叫 做“晶粒” 。 晶界：晶粒与晶粒之间的 分界面叫“晶粒间界” ， 或简称“晶界”。为了适 应两晶粒间不同晶格位向 的过渡，在晶界处的原子 排列总是不规则的
第一节材料的实际晶体结构 二、多晶体的组织 与性能: 组织: 性能: 组织敏感的性能 组织不敏感的性能 工业纯铁的晶粒深没蚀组织 伪各向同性:多晶体材料中,尽管每个晶粒内部象单 晶体那样呈现各向异性,每个晶粒在空间取向是随机 分布,大量晶粒的综合作用,整个材料宏观上不出现 各向异性,这个现象称为多晶体的伪各向同性
二、多晶体的组织 与性能： 第一节 材料的实际晶体结构 伪各向同性：多晶体材料中，尽管每个晶粒内部象单 晶体那样呈现各向异性，每个晶粒在空间取向是随机 分布，大量晶粒的综合作用，整个材料宏观上不出现 各向异性，这个现象称为多晶体的伪各向同性。 组织： 性能： 组织敏感的性能 组织不敏感的性能
第一节材料的实际晶体结构 晶体中的缺陷概论 晶体缺陷:即使在每个晶粒的内部,也并不完全象 晶体学中论述的(理想晶体)那样,原子完全呈现 周期性的规则重复的排列。把实际晶体中原子排 列与理想晶体的差别称为晶体缺陷。晶体中的缺 陷的数量相当大,但因原子的数量很多,在晶体 中占有的比例还是很少,材料总体具有晶体的相 关性能特点,而缺陷的数量将给材料的性能带来 巨大的影响
三、晶体中的缺陷概论 第一节 材料的实际晶体结构 晶体缺陷：即使在每个晶粒的内部，也并不完全象 晶体学中论述的(理想晶体)那样，原子完全呈现 周期性的规则重复的排列。把实际晶体中原子排 列与理想晶体的差别称为晶体缺陷。晶体中的缺 陷的数量相当大，但因原子的数量很多，在晶体 中占有的比例还是很少，材料总体具有晶体的相 关性能特点，而缺陷的数量将给材料的性能带来 巨大的影响
第一节材料的实际晶体结构 晶体中的缺陷概论 晶体缺陷按范围分类: 1.点缺陷在三维空间各方向上尺寸都很小,在原 子尺寸大小的晶体缺陷。 2.线缺陷在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶 粒数量级),另外两个方向上的尺寸很小(原子尺 寸大小)的晶体缺陷。其具体形式就是晶体中的 位错 Dislocation 3.面缺陷在三维空间的两个方向上的尺寸很大(晶 粒数量级),另外一个方向上的尺寸很小(原子尺 寸大小)的晶体缺陷
三、晶体中的缺陷概论 第一节 材料的实际晶体结构 晶体缺陷按范围分类： 1. 点缺陷 在三维空间各方向上尺寸都很小，在原 子尺寸大小的晶体缺陷。 2. 线缺陷 在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶 粒数量级)，另外两个方向上的尺寸很小(原子尺 寸大小)的晶体缺陷。其具体形式就是晶体中的 位错Dislocation 3. 面缺陷 在三维空间的两个方向上的尺寸很大(晶 粒数量级)，另外一个方向上的尺寸很小(原子尺 寸大小)的晶体缺陷
第二节点缺陷 点缺陷:在三维空间各方向上尺寸都很小,在原子尺寸大小 的晶体缺陷。 点缺陷的类型: 间隙原子 1)空位在晶格结点位置应有原子的 地方空缺,这种缺陷称为“空位” 2)间隙原子在晶格非结点位置,往 往是晶格的间隙,出现了多余的原 子。它们可能是同类原子,也可能 是异类原子。 3)异类原子在一种类型的原子组成 的晶格中,不同种类的原子替换原异类原子空位 有的原子占有其应有的位置。 晶体中的点缺陷类型
第二节 点缺陷 点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小，在原子尺寸大小 的晶体缺陷。 一、点缺陷的类型 ： 1) 空位 在晶格结点位置应有原子的 地方空缺，这种缺陷称为“空位” 。 2) 间隙原子 在晶格非结点位置，往 往是晶格的间隙，出现了多余的原 子。它们可能是同类原子，也可能 是异类原子。 3) 异类原子 在一种类型的原子组成 的晶格中，不同种类的原子替换原 有的原子占有其应有的位置
第二节点缺陷 二、点缺陷对材料性能的影响 原因:无论那种点缺陷的存在,都会使其附近的原子稍微偏 离原结点位置才能平衡,即造成小区域的晶格畸变。 效果1)提高材料的电阻定向流动的电子在点缺陷处受到非 平衡力(陷阱),增加了阻力,加速运动提高局部温度 (发热)。 2)加快原子的扩散迁移空位可作为原子运动的周转站。 3)形成其他晶体缺陷过饱和的空位可集中形成内部的 空洞,集中一片的塌陷形成位错。 4)改变材料的力学性能空位移动到位错处可造成刃位 错的攀移,间隙原子和异类原子的存在会增加位错的 运动阻力。会使强度提高,塑性下降
二、点缺陷对材料性能的影响 第二节 点缺陷 原因：无论那种点缺陷的存在，都会使其附近的原子稍微偏 离原结点位置才能平衡，即造成小区域的晶格畸变。 效果 1) 提高材料的电阻 定向流动的电子在点缺陷处受到非 平衡力(陷阱)，增加了阻力，加速运动提高局部温度 (发热)。 2) 加快原子的扩散迁移 空位可作为原子运动的周转站。 3) 形成其他晶体缺陷 过饱和的空位可集中形成内部的 空洞，集中一片的塌陷形成位错。 4) 改变材料的力学性能 空位移动到位错处可造成刃位 错的攀移，间隙原子和异类原子的存在会增加位错的 运动阻力。会使强度提高，塑性下降
第二节点缺陷 、空位的平衡浓度 空位形成能空位的出现破坏了其周围的结合状态, 因而造成局部能量的升高,由空位的出现而高于没有 空位时的那一部分能量称为“空位形成能”。 空位的出现提高了体系的熵值一 在一摩尔的晶体中如存在n个空位,晶体中有N=6.023X10 个晶格位置,这是空位的浓度为x=n/N,系统熵值为: m! S=k-lna=k·ln( D=k[In NI-Innl-In(N-n)! nl-(N-n) S=k[NInN-N-nInn+n-(N-n)In(N-n)+(N-n N S=-kN-(nn-In M) (ln(N-m)-lnN)節 N N S=-Rxlnx+(1-xlnd1-xI
三、空位的平衡浓度 第二节 点缺陷 空位形成能 空位的出现破坏了其周围的结合状态， 因而造成局部能量的升高，由空位的出现而高于没有 空位时的那一部分能量称为“空位形成能” 。 空位的出现提高了体系的熵值 在一摩尔的晶体中如存在n个空位，晶体中有N=6.023X1023 个晶格位置，这是空位的浓度为x=n/N，系统熵值为：