[理學(xué)]第三章晶體缺陷(已修改)
2025-04-03 02:14 本頁(yè)面
【正文】 第三章 晶體缺陷 點(diǎn)缺陷 線(xiàn)缺陷 位錯(cuò)的基本類(lèi)型和特征 柏氏矢量 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) 位錯(cuò)的彈性性質(zhì) 位錯(cuò)的生成與增殖 位錯(cuò)與晶體缺陷的相互作用 實(shí)際晶體中的位錯(cuò) 表面及界面 外表面 晶界和亞晶界 相界 晶體中的缺陷概論 晶體缺陷： 即使在每個(gè)晶粒的內(nèi)部，也并不完全象晶體學(xué)中論述的 (理想晶體 )那樣，原子完全呈現(xiàn)周期性的規(guī)則重復(fù)的排列。把實(shí)際晶體中原子排列與理想晶體的差別稱(chēng)為晶體缺陷。晶體中的缺陷的數(shù)量相當(dāng)大，但因原子的數(shù)量很多，在晶體中占有的比例還是很少，材料總體具有晶體的相關(guān)性能特點(diǎn)，而缺陷的數(shù)量將給材料的性能帶來(lái)巨大的影響。 晶體缺陷按范圍分類(lèi)： 1. 點(diǎn)缺陷 在三維空間各方向上尺寸都很小，在原子尺寸大小的晶體缺陷。 2. 線(xiàn)缺陷 在三維空間的一個(gè)方向上的尺寸很大 (晶粒數(shù)量級(jí) )，另外兩個(gè)方向上的尺寸很小 (原子尺寸大小 )的晶體缺陷。其具體形式就是晶體中的位錯(cuò) Dislocation 3. 面缺陷 在三維空間的兩個(gè)方向上的尺寸很大 (晶粒數(shù)量級(jí) )，另外一個(gè)方向上的尺寸很小 (原子尺寸大小 )的晶體缺陷。 點(diǎn)缺陷 點(diǎn)缺陷： 在三維空間各方向上尺寸都很小，在原子尺寸大小的晶體缺陷。 、點(diǎn)缺陷的形成 點(diǎn)缺陷通常有三種類(lèi)型： 1) 空位： 在晶格結(jié)點(diǎn)位置應(yīng)有原子的地方空缺，這種缺陷稱(chēng)為 “ 空位 ” 。 2）間隙原子： 在晶格非結(jié)點(diǎn)位置，往往是晶格的間隙，出現(xiàn)了多余的原子。它們可能是同類(lèi)原子，也可能是異類(lèi)原子。 3）置換原子： 在一種類(lèi)型的原子組成的晶格中，不同種類(lèi)的原子替換原有的原子占有其應(yīng)有的位置。 空位的形成能 Ev： 空位的出現(xiàn)破壞了其周?chē)慕Y(jié)合狀態(tài)，因而造成局部能量的升高，由空位的出現(xiàn)而高于沒(méi)有空位時(shí)的那一部分能量稱(chēng)為“空位形成能”。 、點(diǎn)缺陷對(duì)材料性能的影響 原因： 無(wú)論那種點(diǎn)缺陷的存在，都會(huì)使其附近的原子稍微偏離原結(jié)點(diǎn)位置才能平衡，即造成小區(qū)域的晶格畸變。 效果 1) 提高材料的電阻 定向流動(dòng)的電子在點(diǎn)缺陷處受到非平衡力 (陷阱 )，增加了阻力，加速運(yùn)動(dòng)提高局部溫度(發(fā)熱 )。 2) 加快原子的擴(kuò)散遷移 空位可作為原子運(yùn)動(dòng)的周轉(zhuǎn)站。 3) 形成其他晶體缺陷 過(guò)飽和的空位可集中形成內(nèi)部的空洞，集中一片的塌陷形成位錯(cuò)。 4) 改變材料的力學(xué)性能 空位移動(dòng)到位錯(cuò)處可造成刃位錯(cuò)的攀移，間隙原子和異類(lèi)原子的存在會(huì)增加位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)阻力。會(huì)使強(qiáng)度提高，塑性下降。 、空位的平衡濃度 空位形成能： 在晶體內(nèi)取出一個(gè)原子放在晶體表面上（但不改變晶體的表面積和表面能）所需要的能量。 空位的出現(xiàn)破壞了其周?chē)慕Y(jié)合狀態(tài)，因而造成局部能量的升高，由空位的出現(xiàn)而高于沒(méi)有空位時(shí)的那一部分能量稱(chēng)為 “ 空位形成能 ” 。 空位的出現(xiàn)提高了體系的熵值 在一摩爾的晶體中如存在 n個(gè)空位，晶體中有 N= 1023個(gè)晶格位置，這是空位的濃度為 x=n/N，系統(tǒng)熵值為： 平衡空位濃度 體系的自由能最低時(shí)，晶體處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)，晶體中存在的空位濃度。 設(shè)每個(gè)空位的形成能為 u，空位濃度為 x時(shí)自由能的變化為： P83間隙原子的平衡濃度與空位平衡濃度的區(qū)別。 過(guò)飽和空位 晶體中含點(diǎn)缺陷的數(shù)目明顯超過(guò)平衡值。如高溫下停留平衡時(shí)晶體中存在一平衡空位，快速冷卻到一較低的溫度，晶體中的空位來(lái)不及移出晶體，就會(huì)造成晶體中的空位濃度超過(guò)這時(shí)的平衡值。過(guò)飽和空位的存在是一非平衡狀態(tài)，有恢復(fù)到平衡態(tài)的熱力學(xué)趨勢(shì)，在動(dòng)力學(xué)上要到達(dá)平衡態(tài)還要一時(shí)間過(guò)程。 點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng) ?????? ????????TESZ mm???? e x pe x p0布朗運(yùn)動(dòng) 原子的自擴(kuò)散 固態(tài)相變 表面化學(xué)熱處理 蠕變 位錯(cuò) 線(xiàn)缺陷： 在三維空間的一個(gè)方向上的尺寸很大 (晶粒數(shù)量級(jí) )，另外兩個(gè)方向上的尺寸很小 (原子尺寸大小 )的晶體缺陷。其具體形式就是晶體中的位錯(cuò) Dislocation 、位錯(cuò)的 基本類(lèi)型和特征 刃型位錯(cuò) 參看南昌第一章動(dòng)畫(huà) 刃型位錯(cuò)結(jié)
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