材料科学基础考研复习 第二部分.pdf

第二部分晶体缺陷 原因：热运动：强度是温度的函数 能量起伏=〉原子脱离原来的平衡位置而迁移别处 间隙原子： 晶体中的原子挤入结点的间隙，出现了多余的原子，形成一对 点缺陷（空位和间隙原子）。它们可能是同类原子，也可能是异类原子 （弗仑克尔缺陷） 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或挤入晶格间隙（外来原子）。 肖脱基缺陷——原子迁移到表面——仅形成空位 弗仑克尔缺陷——原子迁移到间隙中——形成空位-间隙对 杂质或溶质原子—— 间隙式（小原子）或置换式（大原子） A=1 空位的平衡浓度 例如： Cu晶体的空位形成能Ev为0.9ev/atom =1.44X10- 19 -6 J/atom，在500℃时计算可得出平衡空位的浓度为1.4X10 (很 23 低)，而在每立方米的铜晶体中存在1.2X10 个空位(数量很多)。 过饱和空位 晶体中含点缺陷的数目明显超过平衡值。如高 温下停留平衡时晶体中存在一平衡空位，快速冷却到一较低 的温度，晶体中的空位来不及移出晶体，就会造成晶体中的 空位浓度超过这时的平衡值。过饱和空位的存在是一非平衡 状态，有恢复到平衡态的热力学趋势，在动力学上要到达平 衡态还要一时间过程。 在一般情况下，相对于空位，间隙原子可以忽略不计，但是在 高能粒子辐照后，产生大量的弗仑克尔缺陷，间隙原子就不能 不算了。 例题： 在Fe中形成1 mol空位的能量为104.67kJ，试计算从 20℃升温至850℃时空位数目增加多少倍？ 淬火、辐射、冷加工 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 将晶体的上半部分向左移动一个原子间距，再按原子的结合方式连 接起来(右图) 。除分界线附近的一管形区域例外，其他部分基本都是完好 的晶体。在分界线的上方将多出半个原子面，这就是刃型位错。 刃型位错 edge dislocation 特征： 1）有一额外原子面， 额外半原子面刃口处的原子列称为位错线 2）位错线垂直于滑移矢量，位错线与滑移矢量构成的面是滑移面,刃位错的滑移面 是唯一的。 3）半原子面在上,正刃型位错 ┻ ； 在下, 负刃型位错 ┳ 4）刃位错的位错线不一定是直线， 可以是折线， 也可以是曲线， 但位错线必与 滑移矢量垂直。 5）刃型位错周围的晶体产生畸变，上压,下拉，半原子面是对称的，位错线附近畸 变大，远处畸变小。 6）位错周围的畸变区一般只有几个原子宽（一般点阵畸变程度大于其正常原子间 距的1/4的区域宽度，定义为位错宽度，约2~5个原子间距。）* 畸变区是狭长的 管道， 故位错可看成是线缺陷。 螺型位错 screw dislocation ’ 位错线bb ：已滑移区和未滑移区的边界线 柏氏矢量回路 柏氏矢量的物理意义 1反映位错周围点阵畸变的总积累 （包括强度和取向） 2 该矢量的方向表示位错运动导致晶体滑移的方向，而 该矢量的模表示畸变的程度称为位错的强度。 （strength of dislocation ） 例题： 面心立方晶体在（111）[110]滑移系统滑移时，试确定其柏氏矢量。 解：晶体在（111）[110]滑移系统滑移时，其滑移矢量在[110]晶向上。从 任一原子位置向前方另一原子位置引出的矢量，也就是从晶胞坐标原点[0、 0、0] 向（001 ）晶面的晶胞面心[1/2, 1/2, 0]所引出的矢量。该矢量在晶胞 坐标轴X 、Y 、Z三轴上的分量依次为a/2, a/2,0。因此，用它表示的柏氏矢 量的符号为：b=[a/2 a/2 0]=a/2[110],此即位错的单位滑移矢量。 位错的运动 基本形式：滑移和攀移 滑移（slip ）: 在外力作用下，位错线在其滑移面（即位错线和柏氏矢量b构成 的晶面