[理學]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 在三維空間的一個方向上的尺寸很大 (晶粒數(shù)量級 )，另外兩個方向上的尺寸很小 (原子尺寸大小 )的晶體缺陷。 、點缺陷對材料性能的影響 原因： 無論那種點缺陷的存在，都會使其附近的原子稍微偏離原結點位置才能平衡，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個空位，晶體中有 N= 1023個晶格位置，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，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 參看南昌第一章動畫 螺型位錯具有以下特征： (1)螺型位錯無額外半原子面，原子錯排是呈軸對稱的。 混合位錯 伯氏矢量 確定方法： 首先在原子排列基本正常區(qū)域作一個包含位錯的回路，也稱為柏氏回路，這個回路包含了位錯發(fā)生的畸變。 (1) 柏氏矢量是一個反映位錯周圍點陣畸變總累積的物理量。 位錯運動的兩種基本形式：滑移和攀移 1. 位錯的滑移 刃型位錯的滑移運動：在圖示的晶體上施加一切應力，當應力 足夠大時，有使晶體上部向右發(fā)生移動的趨勢。 ② 晶體兩部分的相對移動量決定于柏氏矢量的大小和方向，與位錯線的移動方向無關。只要 r一定， τzθ就為常數(shù)。 利用虛功原理可以導出這個作用在位錯上的力。 穿過單位面積的位錯線數(shù)目： 式中 l為每根位錯線的長度； n為在面積 A中所見到的位錯數(shù)目。 不全位錯（或部分位錯） ：把柏氏矢量不等于點陣矢量的整數(shù)倍的位錯，不全位錯滑移后原子排列規(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排列成墻，晶界中位錯排列愈密，則位向差愈大。然面晶粒的長大和晶界的平直化均需通過原子的擴散來實現(xiàn)，因此，隨著溫度升高和保溫時間的增長，均有利于這兩過程的進行。 孿晶界 孿晶：是指兩個晶體 (或一個晶體的兩部分 )沿一個公共晶面構成鏡面對稱的位向關系，這兩個晶體就稱為“孿晶”，此公共晶面就稱孿晶面。 小結 名詞概念 單晶體與多晶體 晶粒與晶界 點缺陷 線缺陷 面缺陷 空位 位錯 柏氏矢量 刃型位錯和螺型位錯 滑移與攀移 內(nèi)容要求 1. 定性說明晶體平衡時為什么存在一定的空位濃度。 3. 位錯滑移運動的條件及其結果。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，材料的強度愈高，這就是細晶強化；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)生相對滑動。關于大角度晶界的結構說法不一，晶界可視為 2— 3(5)個原子的過渡層，這部分的原子排列盡管有其規(guī)律，但排列復雜，暫以相對無序來理解。例如 fcc結構的晶體自由生長就為 14面體。計量單位為J/m2。 晶體中出現(xiàn)層錯的幾率與層錯能有關，層錯能越高則幾率越小。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，從而點陣常數(shù)也有差異，可能形成位錯作為過渡； ②由于溫度梯度、濃度梯度、機械振動等的影響，致使生長著的晶體偏轉(zhuǎn)或彎曲引起相鄰晶塊之間有位相差，它們之間就會形成位錯； ③晶體生長過程中由于相鄰晶粒發(fā)生碰撞或因液流沖擊，以及冷卻時體積變化的熱應力等原因會使晶體表面產(chǎn)生臺階或受力變形而形成位錯。 需要特別指出的是作用于位錯的力只是一種組態(tài)力，它不代表位錯附近原子實際所受到的力，也區(qū)別于作用在晶體
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