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1、第三章 晶体缺陷 1 1内 容 提 要一、点缺陷 二、线缺陷1.位错理论的产生2.位错的基本慨念3.位错线的弹性性质4.位错线的运动5.作用在位错线上的力及位借线的相互作用力6.位错的增殖7.实际晶体中的位错 三、面缺陷(表面与界面)1.面缺陷的分类及其晶体构造2.界面能及其对组织形貌的影响3.晶界的运动2 2前言u 晶体缺陷的产生在实际晶体中，由于原子(或离子、分子)的热运动，以及晶体的形成条件、冷热加工过程和其它辐射、杂质等因素的影响，实际晶体中原子的排列不可能那样规则、完整，常存在各种偏离理想结构的区域，即晶体缺陷。3 3u晶体缺陷的作用晶体缺陷对晶体的性能，特别是对那些结构敏感的性能，
2、如屈服强度、断裂强度、塑性、电阻率、磁导率等有很大的影响。另外晶体缺陷还与扩散、相变、塑性变形、再结晶、氧化、烧结等过程有着密切关系。因此，研究晶体缺陷具有重要的理论与实际意义。 4 4u分类 点缺陷：零维缺陷，空位、间隙原子、置换原子等 线缺陷：一维缺陷，位错 面缺陷：二维缺陷，包括晶界、相界、孪晶界、堆垛层错等； 体缺陷：在任意方向上的缺陷区尺寸都可以与晶体或晶粒的线度相比拟，那么这种缺陷就是体缺陷，包括沉淀相、空洞 、气泡等缺陷。5 5第1节 点缺陷6 61. 1. 空位的分类空位的分类 Schottky空位 Frankel空位晶体表面上的原子也可能跑到晶体内部的间隙位置形成间隙原子间隙
3、原子一、点缺陷的特点7 72. 实际晶体中的点缺陷组态双空位、三空位或空位团。空位团 “塌陷成空位片，形成位错环。m个原子均匀地分布在n个原子位置的范围内(mn)，形成所谓“挤塞子(crowdion) 。8 8二、空位的热力学分析p 点阵畸变使晶体的内能升高，降低了晶体的热力学稳定性。p 增大了原于排列的混乱程度，并改变了其周围原子的振动频率，引起组态熵和振动熵的改变，使晶体熵值增大，增加了晶体的热力学稳定性。这两个相互矛盾的因素使得晶体中的点缺陷在一定的温度下有一定的平衡浓度。它可根据热力学理论求得。点缺陷产生的效应点缺陷产生的效应9 910101. 空位平衡浓度的求解模型：假定一个理想晶体
4、中含有N个原子，在一定的条件下在晶格中产生了n个空位，形成每一个空位所需的能量为Uv。求解：空位浓度Cv=n/N形成n个空位时体系的内能增加值UnUv 体系中引入n个空位后造成原子的振动频率和振幅发生变化，引起体系熵值的变化，包括排列熵或结构熵sc和原子振动熵sv。二、空位的热力学分析1111p 体系的总自由能G变化为：G=(Uv+PV)-TS=Uv+PV+VP-TSG nUv-TSc+nSv 根据统计热力学可知，sc由微观状态的数目所决定，即：sc=klnklnN!/(N-n)!n! =kNlnN-N-nlnn+n-(N-n)ln(N-n)+(N-n)=NkCvlnCv+(1-Cv)ln(1
5、-Cv) 可利用Stirling公式展开：lnx!xlnx-x(当x0时， xx0。这说明正刃型位错 的滑移面上侧为压应力，下侧为张应力。p在应力场的任意位置处，|xx| |yy|px=y时， yy、xy0，只有xx。处于亚稳状态。偏离此处时xy(yx)及yy的符号变化。三、位错线的弹性性质刃型位错应力场的特点6969(三)位错的线张力位错线的能量与长度成正比，为了降低能量有力求缩短的倾向，故在位错线上存在一种使其变直的线张力T。假定把一条位错线用力拉长一个单位的长度，则力所做的功等于位错的能量增量。这个功可以看成是外力克服位错线张力所做的功。为系数，在0.51之间。三、位错线的弹性性质7070
