晶体缺陷线缺陷.ppt

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1、第1-6章晶体缺陷所谓晶体缺陷是指实际晶体与理想晶体之间的点阵结构的差异。晶体缺陷按其在空间的几何图像，可分为：在空间一个方向上尺寸很小，另外两个方向上尺寸较大，如晶面、界面、表面等。在空间三维各方向上尺寸都很小，亦称零维缺陷，如空位、间隙原子和异类原子等。在两个方向上尺寸很小，又称一维缺陷，主要有位错。（1）点缺陷（2）线缺陷（3）面缺陷复习：点缺陷一、点缺陷的类型---空位和间隙原子空位晶体结构中原来应该有原子的某些结点上因某种原因出现了原子空缺而形成。①肖特基空位脱位原子进入其它空位或逐渐迁移至晶面或界面。肖特基空位仅形成空位。②弗兰克空位脱位原子挤入节点的间

2、隙，同时形成间隙原子从而产生间隙原子-空位对。间隙原子晶体结构中间隙处因某种原因存在的同种原子。一般晶体中的肖脱基和弗兰克空位肖脱基空位弗兰克空位间隙原子一般晶体（如金属晶体）中，肖特基空位比弗兰克空位多得多。一、点缺陷的类型---空位和间隙原子离子晶体中的肖特基和弗兰克空位肖特基空位弗兰克空位一、点缺陷的类型---空位和间隙原子对于离子晶体，当正负离子尺寸差异较大、结构配位数较低时，小离子易于移入相邻的间隙而产生弗兰克空位；而若离子尺寸相差较小、配位数较高、排列较密集时，则易于形成肖特基空位。一、点缺陷的类型---外来原子异类原子进入到晶体中而形成。根据其与基体原

3、子尺寸的差异，既可进入间隙位置，又可置换晶格的某些结点。异类原子在晶体中的存在情况二、点缺陷的产生1、平衡点缺陷及其浓度点缺陷的产生一方面使晶体的内能升高，另一方面却使体系的混乱度增加，使熵值增加。设N为晶体的原子总数，n为晶体中的点缺陷数，μ为该类型缺陷的形成能。则点缺陷数形成后其自由能的变化为：ΔA=ΔU–TΔS=nμ–TΔS由此不难得出其ΔA-n关系曲线。Ce=ne/N=Aexp(-μ/kT)二、点缺陷的产生其中：Ce--某类型点缺陷的平衡浓度；N—晶体的原子总数；A--材料常数，其值常取1；T--体系所处的热力学温度；k--玻尔兹满常数，k值为8.62×10

4、-5ev/K。μ--该类型缺陷的形成能。1、平衡点缺陷及其浓度二、点缺陷的产生1、平衡点缺陷及其浓度②在一定温度下并非所有的原子都能离开平衡位置形成缺陷，只有比原子的平均能量高出缺陷形成能μ的那部分原子才能形成点缺陷。①点缺陷在晶体中必然会存在。在一定的温度条件下，晶体中存在一定浓度的点缺陷以使其处于最低的能量状态，使结构最稳定。③温度升高，则晶体中原子的热运动加剧，点缺陷浓度增大。2、过饱和点缺陷二、点缺陷的产生（2）过饱和点缺陷可通过高温淬火、辐照、冷加工等产生。（1）指晶体中点缺陷的数目明显超过其平衡值、处于过饱和状态。3、点缺陷与材料的行为（1）点缺陷的存在

5、及其运动是晶体中扩散得以实现的根本原因；（2）点缺陷导致材料物理和力学性能的改变。材料在使用过程中点缺陷的浓度的变化可使材料的性能发生相应改变，从而对其使用产生影响。第二节位错的基本概念人们最初认为晶体是通过刚性滑移而产生塑性变形的。一、位错概念的引入晶体的这种滑动方式需同时破坏滑移面上所有原子键。理论计算所需临界切应力:τm=G/301、理想晶体的刚性滑移模型实际上使晶体产生滑移所需的临界切应力只为理论值的百分之一到万分之一。实际晶体的内部一定存在着某中缺陷----位错，晶体的滑移正是借助于其内部位错的运动来实现，从而使材料在远低于其理论屈服强度时就产生滑移。位错

6、是晶体中存在的原子面的错排，即晶体中存在的不完全的原子面，是一种线缺陷。一、位错概念的引入2、实际晶体中存在位错的假设赫希（Hirsch）等应用相衬法在TEM中直接观察到了晶体中的位错。（Ni，Fe）Al金属间化合物中亚晶界处位错的TEM3、实际晶体中的位错滑移模型晶体的滑移借助于晶体中存在的一半原子面而产生的位错的运动来完成。晶体滑移的任一瞬间仅需破坏一个原子键。计算所需切应力与实际值相符，晶体中存在位错的假设成立！一、位错概念的引入二、位错的基本类型—刃型位错刃型位错的原子模型晶体中原子面的错排---半原子面的出现而形成，有正、负位错之分。称半原子面的边缘线EF

7、为位错线。半原子面的存在在晶体中产生畸变，畸变区为以半原子面的边缘线EF为中心的线型区域。刃型位错的位错线垂直于滑移方向！位错线不能终止于晶体内部，只能在晶体表面露头、终止于晶界或相界、与其它位错线相交、自行形成封闭的环！P26几种形状的位错线1-35位错线是未滑移区与已滑移区的边界！晶体的局部滑移形成刃型位错示意图二、位错的基本类型—螺型位错螺型位错有左右之分！螺型位错的位错线与滑移方向平行！BC左边晶体上下完全吻合，而aa右边晶体在τ作用下上下正好滑移一个晶格常数，过渡区晶体滑移小于一个晶格常数而产生畸变。BC为位错线！位错线是未滑移区与已滑移区的边界！位错