固体物理-12-03晶体的面缺陷

1、12.3 面缺陷,面缺陷（surface defects）是将材料分成若干区域的边界，如表面、晶界、界面、层错、孪晶面等。 一、晶界（位错界面） （一）、小角度晶界（small angle grainboundary） （二）、大角度晶界 二、堆积层错 三、反映孪晶界面,一、晶界与亚晶界,多晶体由许多晶粒组成，每个晶粒组成是一个小单晶。相邻的晶粒位向不同，其交界面叫晶粒界，简称晶界。,多晶体中，每个晶粒内部原子也并非十分整齐，会出现位向差极小的亚结构，亚结构之间的交界为亚晶界。,晶界的结构与性质与相邻晶粒的取向差有关，当取向差约小于10，叫小角度晶界，当取向差大于10以上时，叫大角度晶界。,晶

2、界处，原子排列紊乱，使能量增高，即产生晶界能。,1 小角度晶界,最简单的小角度晶界是对称倾侧晶界，由一系列柏氏矢量互相平行的同号刃型位错垂直排列而成，晶界两边对称，两晶粒的位相差为，柏氏矢量为b，当很小时，求得晶界中位错间距为D=b/。 对称倾侧晶界中同号位错垂直排列，刃型位错产生的压应力场与拉应力场可互相抵消，不产生长程应力场，其能量最低。,小角度晶界,D=b/,小角度晶界,小角晶界具有阻止原子扩散的作用。实验表明：沿着垂直于一个小角晶界中的位错扩散，要比平行于位错的扩散慢的多。并且通过晶界的扩散，能控制晶体中某些沉淀反应的速率。,D=b/,小角度晶界,多晶体中，每个晶粒内部原子也并非十分整

3、齐，会出现位向差极小的亚结构，亚结构之间的交界为亚晶界。,亚晶界,2.大角度晶界,每个相邻晶粒的位向不同，由晶界把各晶粒分开。,晶界是原子排列异常的狭窄区域，一般仅几个原子间距。晶界处某些原子过于密集的区域为压应力区，原子过于松散的区域为拉应力区。,与小角度晶界相比，大角度晶界能较高，大致在0.50.6J/m2，与相邻晶粒取向无关。,大角度晶界示意图,大角度晶界的观察,晶界：约三个原子层厚,La3Cu2VO9晶体的电子衍射图,NiFe多晶纳米薄膜的电子衍射,非晶态材料电子衍射图的特征,图 面心立方晶体中的抽出型层错(a) 和插入型层错(b),这种结构变化，并不改变层错处原子最近邻的关系(包括配

4、位数、键长、键角)，几乎不产生畸变，所引起的畸变能很小。因而，层错是一种低能量的界面。,二、堆积层错,图 面心立方晶体中反映孪晶,孪晶界面的能量约为层错能之半。,三、反映孪晶界面,孪晶原子排布示意图,铜合金中的孪晶,High-Resolution Imaging,不同材料Cu（a，b）、Cu-10at.%Zn（c，d）和Cu-32at.%Zn（e，f）的滑移带开裂和孪晶界开裂行为.,小角晶界、孪晶界面与大角晶界低周疲劳开裂倾向性关系。,体缺陷，是指在晶体中三维尺度上出现的周期性排列的紊乱，也就是在较大的尺寸范围内的晶格排列的不规则。 这些缺陷的区域基本上可以和晶体或者晶粒的尺寸相比拟，属于宏观

5、的缺陷，较大的体缺陷可以用肉眼就能够清晰观察。,四、体缺陷,非线性光学晶体KABO（K2Al2B2O7）晶体,在体缺陷中比较重要的是包裹体。包裹体是晶体生长过程中界面所捕获的夹杂物。 它可能是晶体原料中某一过量组分形成的固体颗粒，也可能是晶体生产过程中坩埚材料带入的杂质微粒。 这是一种严重影响晶体性质的体缺陷，如造成光散射，或吸收强光引起发热从而影响晶体的强度。另一方面，由于包裹体的热膨胀系数一般与晶体不同，在单晶体生长的冷却过程中会产生体内应力，造成大量位错的形成。,包裹体,氟代硼铍酸钾（KBBF）单晶中的包裹物,点缺陷：在三维尺寸均很小，只在某些位置发生，只影响邻近几个原子。 线缺陷：在二维尺寸小，在另一