《陶瓷晶体缺陷》PPT课件.ppt

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1、第二章陶瓷晶体缺陷Chapter2CrystalDefect缺陷的含义：通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的结构缺陷。理想晶体：质点严格按照空间点阵排列。实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。§2.1缺陷类型分类方式：几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷等形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等点缺陷线缺陷面缺陷体缺陷一、按缺陷的几何形态分类1.点缺陷(pointdefect，零维缺陷)缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。空位(vacancy)杂质质点(foreignparticle)间隙质点(interstitialpartic

2、le)晶体中的点缺陷－空位；－间隙原子；－置换原子2.线缺陷(linedefects，一维缺陷)在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。如各种位错(dislocation)。GHEFCBADD3.面缺陷(surfacedefects，二维缺陷)面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。如果晶体内部质点排列的规律性在三维空间一定的尺度范围内遭到破坏，就称为体缺陷。裂纹(crack)微孔(p

3、ore)夹杂物(inclusion)4.体缺陷(bodydefects，三维缺陷)二、按缺陷产生的原因分类热缺陷杂质缺陷非化学计量缺陷其它原因，如电荷缺陷，辐照缺陷等1.热缺陷定义：热缺陷亦称为本征缺陷，是指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点(原子或离子)。类型：弗仑克尔缺陷(Frenkeldefect)和肖特基缺陷(Schottkydefect)温度升高时，热缺陷浓度增加(1)Frenkeldefect：在晶格热振动时，一些能量较大的质点离开平衡位置后，进入到间隙位置，形成间隙质点，而在原来位置上形成空位(2)Schottkydefect：如果正常格点上的质点，在热起伏过程

4、中获得能量离开平衡位置迁移到晶体的表面或晶界，而在晶体内部正常格点上留下空位两个对比一下，肖脱基形成一个空穴,只须克服形成空穴所需的能量，而弗兰克尔除了要形成一个空穴外，还要形成一个间隙原子，所需能量较高。2.杂质缺陷定义：亦称为组成缺陷，是由外加杂质的引入所产生的缺陷。特征：如果杂质的含量在固溶体的溶解度范围内，则杂质缺陷的浓度与温度无关。取代杂质离子间隙杂质离子3.非化学计量缺陷定义：指组成上偏离化学中的定比定律所形成的缺陷。它是由基质晶体与介质中的某些组分发生交换而产生。如Fe1-xO、Zn1+xO等晶体中的缺陷。特点：其化学组成随周围气氛的性质及其分压大小而变化。是一种

5、半导体材料。§2.2点缺陷点缺陷的表示方法缺陷反应方程式热缺陷浓度热缺陷在外力作用下的运动非化学计量化合物缺陷一、点缺陷的表示方法(Kröger-Vink符号表示法)主符号，表明缺陷种类；上标，表示缺陷有效下标，表示缺陷位置；“·”表示有效正电荷(化合价正偏差)“”表示有效负电荷(化合价负偏差)“*”表示有效零电荷(化合价无偏差)Aba1.空位：VVM——M原子处产生空位VX——X原子处产生空位在金属材料中，只有原子空位——正离子空位，M+离子离开了格点形成空位，而将1个电子留在了原处，这时电子被束缚在空位上称为附加电子，所以空位带有1个有效负电荷。——负离子空位，X-离子离

6、开了格点形成空位，将获得的1个电子一起带走，则空位上附加了1个电子空穴，所以负离子空位上带有1个有效正电荷。e——电子;h——空穴在离子晶体NaCl中，取走1个钠离子和取走1个钠原子相比，前者少取走了1个电子，因此，这种情况下，钠离子空位可写成，上标“′”表示1个单位的负有效电荷。同理，取走1个Cl–，相当于取走1个氯原子和1个电子，因此可记为，上标“·”表示1个单位的正有效电荷。这两种离子空位，可用反应式表示成和　。带电空位举例：2.间隙原子（interstitial）Mi——M原子处在间隙位置上Xi——X原子处在间隙位置上例如Ca填隙在MgO晶格中写作Cai3.错位原子MX

7、表示M原子被错放在X位置上4.溶质原子LM表示溶质原子L通过置换处在M的位置上Li表示溶质原子L处在间隙位置上例如，Zni表示溶质的Zn原子处在间隙位置上。例如，Ca取代了MgO晶格中的Mg写作CaMg例如，在把Cr2O3掺入到Al2O3所形成的固溶体中，CrAl表示Cr3+处在Al3+的位置。对于填隙原子带电缺陷，可用Mi加上其在原点阵位置所带的电荷来表示，例如和。1VM2VX3Mi4Xi5MX6XM7LM8SX6.带电缺陷不同价离子之间的替代就出现带电缺陷，如Ca2+取代Na+形成；Ca