材料科學(xué)基礎(chǔ)第一章(編輯修改稿)
2024-09-12 01:27 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 結(jié)構(gòu)屬于非密堆結(jié)構(gòu) 。 45 SiO2型 ：面心立方點(diǎn)陣， 1個(gè)硅原子被 4個(gè)氧原子所包圍，每個(gè)氧原子則介于兩個(gè)硅原子之間，起著連接兩個(gè)四面體的作用。單胞共有 24個(gè)原子。 SiC型：類似于金剛石型 46 第三節(jié) 原子的不規(guī)則排列 原子的不規(guī)則排列產(chǎn)生晶體缺陷 （ 在晶體中所占比例低 ） 。 晶體缺陷 ：晶體中原子偏離其平衡位置而出現(xiàn)不完整性的區(qū)域。 晶體缺陷是以一定的形態(tài)存在，按一定的規(guī)律產(chǎn)生、發(fā)展、運(yùn)動(dòng)和交互作用，對(duì)晶體的性能和物理化學(xué)變化有重要的影響。 47 根據(jù)晶體缺陷的幾何特征，可將他們分為三類： 點(diǎn)缺陷 如空位、間隙原子等 線缺陷 如各種類型的位錯(cuò) 面缺陷 如晶界、相界等 48 一 、 點(diǎn)缺陷 形成條件：能量起伏 1）空位： 肖脫基空位 弗蘭克爾空位 2）間隙原子 3）置換原子。 49 2 點(diǎn)缺陷的平衡濃度 1） 點(diǎn)缺陷是熱力學(xué)平衡的缺陷 －在一定溫度下 ，晶體中總是存在著一定數(shù)量的點(diǎn)缺陷 （ 空位 ） ，這時(shí)體系的能量最低－具有平衡點(diǎn)缺陷的晶體比理想晶體在熱力學(xué)上更為穩(wěn)定 。 2） 點(diǎn)缺陷的平衡濃度 )e xp()e xp()e xp( kTAkTk EESc VVVV ???????50 3 點(diǎn)缺陷對(duì)晶體性能的影響 點(diǎn)缺陷主要影響晶體的物理性質(zhì)，主要表現(xiàn)為引起電阻增加，過飽和點(diǎn)缺陷（即超過平衡濃度）還會(huì)提高金屬的屈服強(qiáng)度。 51 晶格畸變： 由于原子間的作用力的平衡被破壞，使原子離開其平衡位置的現(xiàn)象。 52 二 、 線缺陷 （ 位錯(cuò) ） 位錯(cuò) :晶體中一部分晶體相對(duì)另一部分晶體發(fā)生了一列或若干列原子有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象 。 1 位錯(cuò)的基本類型 (1)刃型位錯(cuò) edge dislocation 53 位錯(cuò)寬度： 晶格畸變程度大于正常原子間距 1/4的區(qū)域稱為位錯(cuò)寬度，約為 3～ 5個(gè)原子間距。 刃型位錯(cuò)的正、負(fù)只是相對(duì)而言的，無本質(zhì)區(qū)別。 刃型位錯(cuò)特征：位錯(cuò)線 ┻ 滑移方向 本質(zhì)上位錯(cuò)是一條具有一定寬度的細(xì)長的晶格畸變管道。 54 2） 螺型位錯(cuò) screw dislocation 模型：滑移面 //位錯(cuò)線 。 （ 位錯(cuò)線 //晶體滑移方向 ， 位錯(cuò)線 ┻ 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向 ， 晶體滑移方向 ┻ 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向 。 ） 分類：左螺型位錯(cuò) ,右螺型位錯(cuò) 。 左螺型位錯(cuò)和右螺型位錯(cuò)有著本質(zhì)的區(qū)別。 無論位置如何擺放也不會(huì)改變其類型。 螺型位錯(cuò)特征：滑移方向 //位錯(cuò)線 55 位錯(cuò)蝕坑 左螺位錯(cuò) 56 3）混合位錯(cuò) 模型：滑移面 /位錯(cuò)線。 滑移方向既不平行也不垂直于滑移方向 典型的混合型位錯(cuò)： 位錯(cuò)環(huán) 57 (100)硅片表面的位錯(cuò) 58 (111)硅片表面的位錯(cuò) 59 位錯(cuò)的透射電子顯微鏡照片 60 1939年柏格斯（ ）提出了一個(gè)可以揭示位錯(cuò)本質(zhì)并能描述位錯(cuò)行為的矢量，以后被稱為 柏氏矢量 ，并以 b表示。 1) 柏氏矢量的確定 61 2）柏氏矢量的表示方法 柏氏矢量的方向可用晶向指數(shù)表示；柏氏矢量的大小稱為位錯(cuò)強(qiáng)度，可用其 模 表示。柏氏矢量的模表示了該晶向上原子間的距離。 全位錯(cuò)或單位位錯(cuò) :|b|=晶向原子的間距 。 不全位錯(cuò) : |b|晶向原子的間距 。 ][ uv wnab ? wvunab 222 ???62 3) 柏氏矢量的特性 (1)b是位錯(cuò)周圍晶體彈性變形（彈性位移）的疊加。 b越大，彈性性能越高。 (2)確定位錯(cuò)的類型，當(dāng) b⊥L ，刃型位錯(cuò) 。 b∥L ，螺型位錯(cuò) (3)柏氏矢量的守恒性 (唯一性 ) ???niibb163 3 位錯(cuò)密度 單位體積中位錯(cuò)線總長度來表示 ， 即 式中 ， ρ 為位錯(cuò)密度 （ m2） ； Σ L為位錯(cuò)線的總長度 （ m） ； V為體積 （ m3） 一般經(jīng)過充分退火的金屬中位錯(cuò)密度為 1010～1012m2；而經(jīng)劇烈冷變形的金屬中位錯(cuò)密度可高達(dá) 1015～ 1016m2以上 。 VL???64 單晶體生長形貌與螺位錯(cuò) 65 4 作用在位錯(cuò)上的力及位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) 1）作用在位錯(cuò)上的力 為了描述位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，我們假定在位錯(cuò)上作用了一個(gè) 力 F(假想力 )，此力驅(qū)使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。 F必垂直于位錯(cuò)線。假想力 F和外加切應(yīng) τ 力的關(guān)系： F＝ τ Lb 作用于單位長度位錯(cuò)線上的力則為 F/(f)= τ b 66 由于同一位錯(cuò)線上各點(diǎn)的 b相同 ， 只要切應(yīng)力均勻地作用在晶體上 ， 則位錯(cuò)線上各處 F力的大小也相同 。 必須說明： F力的方向永遠(yuǎn)垂直于位錯(cuò)線，并且指向滑移面上的未滑移區(qū)。刃型位錯(cuò)：力 F// τ； 螺型位錯(cuò)：力 F┻ τ； 67 F并不是 τ
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