《晶体中的点缺陷》PPT课件.ppt

1、第六章晶体缺陷、晶体缺陷：晶体中的原子偏离平衡位置出现的不完全区域。 几何特征可分为三类：点缺陷：不完全区域的三个空间方向尺寸都很小(原子尺寸)，如空穴、间隙原子线缺陷：不完全区域的两个空间方向尺寸小，另一个方向尺寸位错等大的面缺陷：不完全区域的一个空间方向尺寸小偏离平衡位置的原子，其排列并不杂乱，而是按照一定的规则与发生、发展、运动相互作用。 晶体缺陷对晶体的许多性能有很大影响，特别是对塑性、强度、扩散等有决定作用。第一节点缺陷、一、点缺陷的形成、分类形成原因：原子热振动的能量起伏，少数原子的振动能量在某一瞬间增大，大到可以克服周围原子的束缚，该原子离开其平衡位置，可以形成点缺陷。 分类：空

2、位：晶体内部原子离开其平衡位置后留下的原子尺度空洞。 间隙原子：进入晶格间隙的原子。 自间隙原子：由同种原子构成的间隙原子。 异种间隙原子：由外来杂质原子构成的间隙原子。 取代原子：占原基质原子平衡位置的异种原子。 取代原子和基体原子的半径总是不同的，也是一种点缺陷。 肖脱基缺陷：脱位原子向结晶的外表面或内界面移动而形成的空穴。 肖脱基缺陷、法兰克缺陷、法兰克缺陷：在离位原子跳入晶格间隙形成空穴的同时，形成了间隙原子。 点缺陷的存在导致周围原子间作用力的平衡破坏，原子重新调整位置，晶格产生局部弹性应变，形成应力场。 例如，空穴周围的原子向空穴位置偏移，间隙原子周围的原子向外侧偏移。 由空穴引起

3、的应变比间隙原子小。 二、点缺陷的形成能量、晶格应变，意味着原子远离平衡位置，因此晶体内必然上升。 通常，在这个部分增加的能量称为点缺陷形成能量。 即，点缺陷的形成能量：形成点缺陷引起的结晶能量的增加。 包含应变能和电子能(缺陷影响结晶中的电子状态)。 在空穴形成能量中，电子能量是主要的，应变能量仅占很小的比例。 间隙原子的形成能中，以弹性应变能为主。 实测了几种金属的空穴形成能量Ev。 金属auagcuptalwpbev (ev )0. 941.061.061.500.753.500.50中，间隙原子引起的应变比空穴大，间隙原子的形成能比空穴形成能大数倍。 Cu晶体的间隙原子形成能力约为3.

4、00ev，是其空穴形成能力的2.83倍。 三、点缺陷的平衡浓度、点缺陷是热力学上稳定的缺陷，可以存在于热力学上平衡的晶体中。 在一定温度下，晶体中总是存在一定平衡浓度的空穴和间隙原子。 在t温度下，空穴和间隙原子的平衡浓度分别为(2-1) (2-2) ne、ne平衡空穴和平衡间隙原子的数量即n阵列点的总数k玻尔兹曼常数。 振动熵根据EV、EV空穴形成能量和间隙原子形成能量Sv、Sv而变化。 a、a是由振动熵决定的系数，其值约为110之间，修正计算容易时可以取A=1，空穴和间隙原子的平衡浓度随着温度上升以指数函数的关系急剧增加。 例如： Cu为22点、C=2109个/m3、1000点、C=510

5、24个/m3，相差15位。 1 eV=1.602 10-19J，(2d )2=a2a2=4d2a=2d的单元体积a3，单元内的原子数4体积L3中的空位数=1/88=1，单位体积内的空位数1过饱和空位影响晶体的性能。产生过饱和孔隙的方法：高温淬火冷加工照射、五、点缺陷运动、孔隙在晶体中的分布是动态平衡，它们不断与周围原子交换位置。 例如，空穴周围的原子通过热振动的能量变动获得足够进入空穴的能量，占据该平衡位置，在该原子的原始位置形成空穴。 该过程可以被认为是空穴向相邻阵列点位置的转换。 空穴的移动、空穴移动能量：空穴移动所需要的能量Em。 可以通过实验方法进行测定。 例如，金属auagcualp

6、twem (ev )0. 870.810.940.620.751.87空座的移动频率： j=zexp(sm/k)exp(-)同样，由于热振动，结晶中的间隙原子也从一个间隙位置移动到另一个间隙位置六、点缺陷对晶体性能的影响，一是点缺陷导致电阻增加。 点缺陷区域使传导电子产生强散射，使电阻增大。 铜中空孔每增加1% (原子)，电阻率就增加约1.5m。 2 .点缺陷的存在使晶体体积膨胀，减少密度。 形成一个肖脱基缺陷，体积膨胀约0.5个原子体积。 形成法兰克的缺陷，使约12个原子体积膨胀。 3、过饱和点缺陷可提高金属的屈服强度。 4 .空穴在高温下进行的过程中发挥重要作用。 例如金属的扩散、高温塑性变形和破坏、退火、沉淀、表面化学热处理等过程与空穴的存在和运动密切相关。 5、点缺陷还会影响内耗、介电常数等。 总结，1、空位是热力学稳定的缺陷。 2 .金属空位的形成能量不同。 3、空穴浓度与空穴形成能量、温度有密切关