《次晶体缺陷》PPT课件

《《次晶体缺陷》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、1第3章晶体缺陷分类(几何特征)点缺陷--在三维空间的各个方面上尺寸都很小，尺寸范围约为一个或几个原子尺度(节点上或邻近的微观区域内)，包括空位、间隙原子、杂质或溶质原子等；线缺陷--在两个方向上尺寸很小，另外一个方向上延伸较长，也称一维缺陷，如各类位错；面缺陷--在一个方向上尺寸很小，另外两个方向上扩展很大，也称二维缺陷。晶界、相界、孪晶界和堆垛层错等都属于面缺陷。13/9晶体中各种偏离理想结构的区域——晶体缺陷2晶体缺陷扩散塑形变形烧结相变再结晶氧化性能屈服强度断裂强度塑性电阻率磁导率33.1点缺陷(Pointdefect)空位(

2、vacancy)间隙原子(interstitialatom)(a)肖脱基缺陷(b)弗兰克尔缺陷(c)间隙原子Schottky空位Frenkel空位+间隙原子43.1.1点缺陷的形成原子热振动——热平衡缺陷——点阵弹性畸变改变电子的动能和势能由于热起伏促使原子脱离点阵位置而形成的点缺陷（热平衡缺陷）空位形成能E:在晶体内取出一个原子放在晶体表面所需的能量（不改变晶体的表面积和表面能）(a)体系能量与原子间距的关系(b)原子间作用力和距离的关系5点缺陷的其他形成方式高温淬火高能粒子(如中子、质子、α粒子等)的辐照效应冷变形加工晶体中的点缺

3、陷数量超过了其平衡浓度——过饱和的点缺陷63.1.2点缺陷的平衡浓度由热力学原理可知，在恒温下，系统的自由能F为F=U-TS(3.1)△F=△U-T△S△F=nEv–T(△Sc+n△Sf)(3.2)U为内能，S为总熵值(组态熵Sc和振动熵Sf)，T为绝对温度设由N个原子组成的晶体中含有n个空位，形成一个空位所需能量为Ev(空位形成能)则晶体中含有n个空位时，其内能增量为△U=nEvn个空位造成晶体组态熵的改变为△Sc，振动熵的改变为△Sf故自由能的改变为：k为玻尔兹曼常数(1.38X10-23J／K)；W为微观状态数根据统计热力学，组

4、态熵可表示为Sc=klnW(3.3)7在晶体中N+n阵点位置上存在n个空位和N个原子时可能出现的不同排列方式数为W=(N+n)!/N!n!(3.4)△Sc=S(n空位)-S(0空位)=k{ln[(N+n)!/N!n!]-ln1}=kln[(N+n)!/N!n!](3.5)当N和n值都非常大时，可用Stirling近似公式(lnx!≈xlnx-x)将上式改写为在平衡时自由能为最小，即(Ə△F/Ən)T=0(Ə△F/Ən)T=Ev-T△Sf-kT[ln(N+n)-lnn]=0则(3.2)式为△F=nEv–T(△Sc+n△Sf)=n(Ev-

5、T△Sf)-kT[(N+n)ln(N+n)-NlnN-nlnn]△Sc＝k[(N+n)ln(N+n)-NlnN-nlnn]ln[n/(N+n)]=-(Ev-T△Sf)/kT当N≫n时，≈ln(n/N)故空位在T温度时的平衡浓度为C=n/N=exp[-(Ev-T△Sf)/kT]=exp(△Sf/k)exp(-Ev/kT)8A=exp(△Sf/k)，是由振动熵决定的系数，在1-10之间C=Aexp(-Ev/kT)(3.6)将(3.6)式中指数的分子分母同乘以阿伏加德罗常数NA(6.023xl0-23)，有C=Aexp(-NAEv/kNAT

6、)=Aexp(-Qf/RT)(3.7)Qf=NAEv，为形成1摩尔空位所需作的功(J／mol)R=kN为气体常数(8.31J／mol)9按照类似的计算，也可求得间隙原子的平衡浓度C’C’=n’/N’=A’exp(-△E’v/kT)(3.8)点缺陷平衡浓度的影响因素:△EvTN’为晶体中间隙位置总数n’为间隙原子数△E’v为间隙原子的形成能103.1.3点缺陷的运动点缺陷形成消失运动金属晶体的电阻增加，体积膨胀，密度减小离子晶体的导电性改善过饱和点缺陷(淬火空位，辐照缺陷)可提高金属的屈服强度点缺陷晶体性能变化空位空位间隙原子间隙原子

7、间隙原子空位(复合)原子的自扩散点缺陷的迁移能11晶体缺陷的分类(几何特征)点缺陷的概念点缺陷的平衡浓度及其公式推导习题集P143-1~3-53-9~3-15123.2位错(dislocation)弹性变形塑性变形----主要方式是滑移(sliporglide)在晶体表面有滑移线3.2.1位错理论的产生3.2.1.1理论切变强度(TheoreticalShearStrength)的估算弗兰克尔假设：（1）完整晶体（2）刚性滑移13143.2.1.2位错概念的引入根据塑性变形的晶体学性、不均匀性和滑移行为是逐渐扩展等特点，人们设想在晶体

8、中会存在某些缺陷，这些缺陷可以使形变过程在局部地方发生、滑移区逐渐扩展，而不需要2个晶面作整体的相对刚性滑动，这样就有可能降低晶体滑移所需要的力。1934年，TaylorOrowanPlanyi位错153.2.2位错的基