[理學(xué)]第三章晶體缺陷(完整版)
【正文】 部能量的升高，由空位的出現(xiàn)而高于沒有空位時(shí)的那一部分能量稱為 “ 空位形成能 ” 。 空位的形成能 Ev： 空位的出現(xiàn)破壞了其周圍的結(jié)合狀態(tài)，因而造成局部能量的升高，由空位的出現(xiàn)而高于沒有空位時(shí)的那一部分能量稱為“空位形成能”。 晶體缺陷按范圍分類： 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。 、點(diǎn)缺陷對(duì)材料性能的影響 原因： 無論那種點(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。 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。 (2)刃型位錯(cuò)線可理解為晶體中己滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線。 螺型位錯(cuò) 參看南昌第一章動(dòng)畫 螺型位錯(cuò)具有以下特征： (1)螺型位錯(cuò)無額外半原子面，原子錯(cuò)排是呈軸對(duì)稱的。 混合位錯(cuò) 伯氏矢量 確定方法： 首先在原子排列基本正常區(qū)域作一個(gè)包含位錯(cuò)的回路，也稱為柏氏回路，這個(gè)回路包含了位錯(cuò)發(fā)生的畸變。 (1) 柏氏矢量是一個(gè)反映位錯(cuò)周圍點(diǎn)陣畸變總累積的物理量。 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的兩種基本形式：滑移和攀移 1. 位錯(cuò)的滑移 刃型位錯(cuò)的滑移運(yùn)動(dòng)：在圖示的晶體上施加一切應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力 足夠大時(shí)，有使晶體上部向右發(fā)生移動(dòng)的趨勢(shì)。 ② 晶體兩部分的相對(duì)移動(dòng)量決定于柏氏矢量的大小和方向，與位錯(cuò)線的移動(dòng)方向無關(guān)。只要 r一定， τzθ就為常數(shù)。 利用虛功原理可以導(dǎo)出這個(gè)作用在位錯(cuò)上的力。 穿過單位面積的位錯(cuò)線數(shù)目： 式中 l為每根位錯(cuò)線的長(zhǎng)度； n為在面積 A中所見到的位錯(cuò)數(shù)目。 不全位錯(cuò)（或部分位錯(cuò)） ：把柏氏矢量不等于點(diǎn)陣矢量的整數(shù)倍的位錯(cuò)，不全位錯(cuò)滑移后原子排列規(guī)律發(fā)生變化。 、外表面 ：就是晶體的外表面，一般是指晶體與氣體 (氣相或液相 )的分界面。 ：在 晶體形成的過程中，為了使系統(tǒng)的自由能最低，盡量降低表面的總能量，即 ΣσA最小?？煽闯墒且幌盗腥形诲e(cuò)排列成墻，晶界中位錯(cuò)排列愈密，則位向差愈大。然面晶粒的長(zhǎng)大和晶界的平直化均需通過原子的擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)，因此，隨著溫度升高和保溫時(shí)間的增長(zhǎng)，均有利于這兩過程的進(jìn)行。 孿晶界 孿晶：是指兩個(gè)晶體 (或一個(gè)晶體的兩部分 )沿一個(gè)公共晶面構(gòu)成鏡面對(duì)稱的位向關(guān)系，這兩個(gè)晶體就稱為“孿晶”，此公共晶面就稱孿晶面。 小結(jié) 名詞概念 單晶體與多晶體 晶粒與晶界 點(diǎn)缺陷 線缺陷 面缺陷 空位 位錯(cuò) 柏氏矢量 刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò) 滑移與攀移 內(nèi)容要求 1. 定性說明晶體平衡時(shí)為什么存在一定的空位濃度。 3. 位錯(cuò)滑移運(yùn)動(dòng)的條件及其結(jié)果。液體的表面是液相和氣相的分界面；晶體的表面是晶體和氣相 (或液相 )的分界面；兩個(gè)不同的固相之間的分界面也是相界面，在我們的課程中主要是指后者。晶粒愈細(xì)，材料的強(qiáng)度愈高，這就是細(xì)晶強(qiáng)化；而高溫下則相反，因高溫下晶界存在一定的粘滯性，易位相鄰晶粒產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。關(guān)于大角度晶界的結(jié)構(gòu)說法不一，晶界可視為 2— 3(5)個(gè)原子的過渡層，這部分的原子排列盡管有其規(guī)律，但排列復(fù)雜，暫以相對(duì)無序來理解。例如 fcc結(jié)構(gòu)的晶體自由生長(zhǎng)就為 14面體。計(jì)量單位為J/m2。 晶體中出現(xiàn)層錯(cuò)的幾率與層錯(cuò)能有關(guān)，層錯(cuò)能越高則幾率越小。其主要來源有； ①由于熔體中雜質(zhì)原子在凝固過程中不均勻分布使晶體的先后凝固部分成分不同，從而點(diǎn)陣常數(shù)也有差異，可能形成位錯(cuò)作為過渡； ②由于溫度梯度、濃度梯度、機(jī)械振動(dòng)等的影響，致使生長(zhǎng)著的晶體偏轉(zhuǎn)或彎曲引起相鄰晶塊之間有位相差，它們之間就會(huì)形成位錯(cuò)； ③晶體生長(zhǎng)過程中由于相鄰晶粒發(fā)生碰撞或因液流沖擊，以及冷卻時(shí)體積變化的熱應(yīng)力等原因會(huì)使晶體表面產(chǎn)生臺(tái)階或受力變形而形成位錯(cuò)。 需要特別指出的是作用于位錯(cuò)的力只是一種組態(tài)力，它不代表位錯(cuò)附近原子實(shí)際所受到的力，也區(qū)別于作用在晶體
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