文档介绍：第二章晶体缺陷
材料的实际晶体结构
点缺陷
位错的基本概念
位错的弹性特征
晶体中的界面
第一节材料的实际晶体结构
一、多晶体结构
单晶体:
一块晶体材料,其内部的晶体位向完全一致时,即整个材料是一个晶体,这块晶体就称之为“单晶体”,实用材料中如半导体集成电路用的单晶硅、专门制造的金须和其他一些供研究用的材料。
一、多晶体结构
第一节材料的实际晶体结构
多晶体:
实际应用的工程材料中,那怕是一块尺寸很小材料,绝大多数包含着许许多多的小晶体,每个小晶体的内部,晶格位向是均匀一致的,而各个小晶体之间,彼此的位向却不相同。称这种由多个小晶体组成的晶体结构称之为“多晶体”。
一、多晶体结构
第一节材料的实际晶体结构
晶粒:多晶体材料中每个小晶体的外形多为不规则的颗粒状,通常把它们叫做“晶粒”。
晶界:晶粒与晶粒之间的分界面叫“晶粒间界”,或简称“晶界”。为了适应两晶粒间不同晶格位向的过渡,在晶界处的原子排列总是不规则的。
二、多晶体的组织与性能:
第一节材料的实际晶体结构
伪各向同性:多晶体材料中,尽管每个晶粒内部象单晶体那样呈现各向异性,每个晶粒在空间取向是随机分布,大量晶粒的综合作用,整个材料宏观上不出现各向异性,这个现象称为多晶体的伪各向同性。
组织:
性能:
组织敏感的性能
组织不敏感的性能
三、晶体中的缺陷概论
第一节材料的实际晶体结构
晶体缺陷:即使在每个晶粒的内部,也并不完全象晶体学中论述的(理想晶体)那样,原子完全呈现周期性的规则重复的排列。把实际晶体中原子排列与理想晶体的差别称为晶体缺陷。晶体中的缺陷的数量相当大,但因原子的数量很多,在晶体中占有的比例还是很少,材料总体具有晶体的相关性能特点,而缺陷的数量将给材料的性能带来巨大的影响。
三、晶体中的缺陷概论
第一节材料的实际晶体结构
晶体缺陷按范围分类:
点缺陷在三维空间各方向上尺寸都很小,在原子尺寸大小的晶体缺陷。
线缺陷在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶粒数量级),另外两个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。其具体形式就是晶体中的位错Dislocation
面缺陷在三维空间的两个方向上的尺寸很大(晶粒数量级),另外一个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。
第二节点缺陷
点缺陷:在三维空间各方向上尺寸都很小,在原子尺寸大小的晶体缺陷。
一、点缺陷的类型:
空位在晶格结点位置应有原子的地方空缺,这种缺陷称为“空位”。
间隙原子在晶格非结点位置,往往是晶格的间隙,出现了多余的原子。它们可能是同类原子,也可能是异类原子。
异类原子在一种类型的原子组成的晶格中,不同种类的原子替换原有的原子占有其应有的位置。
二、点缺陷对材料性能的影响
第二节点缺陷
原因:无论那种点缺陷的存在,都会使其附近的原子稍微偏离原结点位置才能平衡,即造成小区域的晶格畸变。
效果
提高材料的电阻定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡力(陷阱),增加了阻力,加速运动提高局部温度(发热)。
加快原子的扩散迁移空位可作为原子运动的周转站。
形成其他晶体缺陷过饱和的空位可集中形成内部的空洞,集中一片的塌陷形成位错。
改变材料的力学性能空位移动到位错处可造成刃位错的攀移,间隙原子和异类原子的存在会增加位错的运动阻力。会使强度提高,塑性下降、
三、空位的平衡浓度
第二节点缺陷
空位形成能空位的出现破坏了其周围的结合状态,因而造成局部能量的升高,由空位的出现而高于没有空位时的那一部分能量称为“空位形成能”。
空位的出现提高了体系的熵值
在一摩尔的晶体中如存在n个空位,晶体中有N=,这是空位的浓度为x=n/N,系统熵值为: