§1-3 晶体缺陷的研究
1、 结晶学观点出发，研究缺陷存在的形态 结晶学观点出发 研究缺陷存在的形态 2、 热力学立场出发，研究缺陷生成的理论依据 热力学立场出发 研究缺陷生成的理论依据
1
§1-3 晶体缺陷的研究
1、 准化学平衡法
? ?
原理 原理——将缺陷生成看作是一种化学反应 将缺陷生成看作是 种化学反应 缺陷反应方程式的规则：
数必须相等
(1) 质量关系——原子数平衡，方程两边各种原子(或离子)的个 (2) 位置关系——格点数成正确比例，每增加a个M格点，须增加b 个X格点 (3) 电荷关系——电荷平衡，方程两边的总有效电荷必须相同(晶 体的电中性)
2
§1-2 陶瓷的晶体缺陷种类
1、弗兰克尔缺陷
在离子晶体中把离子从正常位置移入附近的间隙位置 在离子晶体中把离子从正常位置移入附近的间隙位置， 这样就形成弗兰克尔缺陷对。 AgCl晶体产生弗兰克尔缺陷对
X ? ' Ag A ? Ag A + V 反应式 反应式： Ag i Ag
弗兰克尔缺陷平衡浓度: ? UF+ ? + CF + = Z exp ? ? ? ? 2 k BT ? 注意，在写缺陷反应式时必须遵守 ①正负离子的相对比例不能变；②质量平衡； ③电的中性。 。 纯银化合物，如AgCl、AlBr，由于Ag+足够小，易于形成 3 填隙离子，因而以正离子弗兰克尔缺陷为主。
§1-2 陶瓷的晶体缺陷种类
AgCl晶体产生另一种弗兰克尔缺陷对
弗兰克尔缺陷平衡浓度:
CF ? ? UF? ? = Z exp ? ? ? k T 2 ? B ?
?
' ? 反应式： ClX ? Cl + V Cl Cl i
因为负离子的尺寸比正离子大得多，所以一般不形成这样的弗兰 因为负离子的尺寸比正离子大得多 所以 般不形成这样的弗兰 克缺陷对。 CaF2结构的CaF2和ThO2等以负离子弗兰克尔缺陷为主。 4
§1-2 陶瓷的晶体缺陷种类
2、肖脱基缺陷
在离子晶体中把相同电荷的正离子和负离子同时移到 晶体表面，这样就形成肖脱基缺陷。
例如：在NaCl晶体中，肖脱 基缺陷对是由 个正离子空 基缺陷对是由一个正离子空 位和一个负离子空位构成。 反应式
? ' Null ? VCl +VNa
低浓度的肖特基缺陷平衡浓度为：
cs = exp( p(?U S / 2k BT )
5
§1-3 晶体缺陷的研究
例如：在MgCl2 晶体中，正 离子是两价 负离子都是 离子是两价，负离子都是一 价的，所以肖脱基缺陷对是 由 个正离子空位和两个负 由一个正离子空位和两个负 离子空位组成。 反应式
? '' Null ? 2VCl + VMg
碱卤化合物和许多简单氧化物， 如BaO、BeO、CaO、FeO、MgO、 MnO等均以肖脱基缺陷为主。高 价金属氧化物和复合氧化物晶体 则有较复杂的点缺陷组态 则有较复杂的点缺陷组态。
6
§1-3 晶体缺陷的研究
缺陷反应方程式应用示例（以M2+X2-为例）：
(1)具有正离子缺位Frankel缺陷的化学计量化合物M+2X-2：
X '' MM ? M i?? + VM
(2)具有负离子缺位Frankel缺陷的化学计量化合物M+2X-2：
X ?? XX ? X'i' + VX
(3)具有Schottky缺陷的化学计量化合物M+2X-2：
Null ? V + V
?? X
'' M
7
§1-3 晶体缺陷的研究
(4)负离子缺位的非化学计量比化合物MX1-y，如TiO2-y， WO2-y 2 y等
X
X X
? V
X X
1 + X 2 (g) 2
? ?? VX ? VX + e′
? X ? VX + e′ VX
若缺陷反应充分，则有：
X
X X
? V X? ? + 2 e ′ +
1 X 2(g ) 2
e′为多子，n型半导体 为多子 型半导体
如BaTiO3在还原性气氛条件下烧结： 在 原 气氛条件 烧结
O ?V
X O
?? O
1 + 2 e ′ + O2 ( g ) 2
8
§1-3 晶体缺陷的研究
(5)正离子缺位的非化学计量化合物M1-yX(Ni1-yO, Cu2-yO, Fe1-yO等)
1 X 2
2
(g ) ? V
X M
+ X
X X
相当于多了负离子格点
如果缺陷反应充分，则有:
′ + h? V MX ? V M
′ ? VM ′′ + h ? VM
正离子缺位 正离子缺位
X X
一价电离 二价电离
1 ′′ + 2 h ? + X X 2(g ) ? VM 2
h 为多子，p型半导体
?
9
§1-3 晶体缺陷的研究
(6)正离子填隙非化学计量化合物M1+yX 充分反应
M
X M
+X
X X
?M
?? i
1 + 2e + X 2 ( g ) 2
如：Zn1+yO在一定条件下以 Zn ?? i 缺陷为主时，呈n型半导体
1 Z +O ? Z Zn Zn + 2e + O2 ( g ) 2
X Zn X X ?? i
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§1-3 晶体缺陷的研究
(7)负离子填隙非化学计量化合物MX1+y 充分反应
1 X 2
? ′ ′ ( g ) ? X + 2 h 2 i
如 VO1+y ， UO2+y 在一定条件下，氧过量缺陷为主， 呈p型半导体
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§1-3 晶体缺陷的研究
(8) 电子与空穴复合
e′ + h ? 0
(9)杂质缺陷反应方程式
?
杂质 ? ? ? → 产生的各种缺陷
基质
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§1-3 晶体缺陷的研究
2、 用质量作用定律表述缺陷浓度
( ) 应用热力学方法处理缺陷浓度 (1) 应用热力学方法 缺陷浓度 G=U-TS 无缺陷时的自由能（绝对零度： 0）： 无缺陷时的自由能（绝对零度：T=0）： G=g0N g0：每个原子(分子)的自由能 每个原子(分子)的自由能 N：正负离子的格点数 有缺陷时的自由能(缺陷为肖特基缺陷：VM、V VX): G=g0N+gvmNvm + gvxNvx -TS gVm、gVx分别为造成一个VM、VX的自由能 NVm V 、NVx V 分别为VM、VX的数目
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§1-3 晶体缺陷的研究
按统计物理：S=klnW W 原子可能有的微观状态数（热力学几率） W—原子可能有的微观状态数（热力学几率） Nf个缺陷在N个晶格位置上分布的可能状态数:
W = C
N N
f
=
N! ( N ? N f )! N
f
!
G = g0 N + gVmNVm ? kT ln[N!/(N ? NVm )!NVm!] + gVx NVx ? kT ln[N!/(N ? NVx )!NVx!]
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§1-3 晶体缺陷的研究
G = g0 N + gVmNVm ? kT ln[ l [N!/(N ? NVm )!NVm!] + gVx NVx ? kT ln[N!/(N ? NVx V )! NVx V !]
上式作简化处理：
N S = NVm = NVx
( N ? N S )! N S ! N!
则： G = g 0 N + ( gVm + gVx ) N s + 2kT ln 按Stiring公式
d ln x ! = ln l x dx
热力学基本原理，系统在平衡状态下吉布斯自由能最低，
dG 平衡时： dN = 0 S
0= NS dG = ( gVm + gVx ) + 2kT ln dN S N ? NS
整理得：
N S = N ? exp[ [?( gVm + gVx ) / 2kT ]
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§1-3 晶体缺陷的研究
(2) 用质量作用定律处理缺陷浓度 质量作用定律 质量作用定律——在一定温度下，化学反应达到平衡时， 在 定温度下，化学反应达到平衡时， 正反两方面参加反应的组元浓度乘积之比保持为常数: 如： aA+bB?cC+dD 平衡常数:
[C ]c ? [D ]d K = [A ]a [B ]b
将质量作用定律应用于缺陷反应式时，用[ ]表示某种缺陷 的浓度 用n p分别表示电子 空穴的浓度 气体的分压表 的浓度，用n、p分别表示电子、空穴的浓度，气体的分压表 示该气体的浓度。 1 X ?? 如： ′ OO ? VO + 2e + O 2 ( g )
K=
?? 2 12 [VO ]n PO 2 X [O O ]
2
或
K
?? 2 12 = [VO ]n PO 2
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§1-3 晶体缺陷的研究
缺陷化学反应方程式：
? ′ VM + V X ? 中性 ? ′ [VM ][V X ] = K
? ? ′ ] + [ VX ′ + VX [ VM ] = [ VM ]
化学反应平衡条件：
μ Vm + μ Vx = 0
μVm、μVx分别为缺陷VM、VX的化学势
μVm
? ?G ? =? = gVm + kT ln[ NVm /( N ? NVm )] ? ?N ? ? ? Vm ?T , P ,.... = gVm + kT ln[ NVm / N ]
? ?G ?
? ? μ Vx = ? = g Vx + kT ln[ l [ N Vx / N ] ? ? ? N Vx ? T , P ,....
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§1-3 晶体缺陷的研究
由化学反应平衡条件 可得： 假设： 得：
μ Vm + μ Vx = 0
? NVm ?? NVx ? ? = exp[ ?( gVm + gVx ) / kT ] = K ? ?? ? N ?? N ?
N Vm = N Vx = N S
1
N S / N = exp[? ( gVm + gVx ) / 2kT ] = K
2
即：用缺陷化学方程式，可求得缺陷浓度之间的关系； 用缺陷化学式，可求得反应平衡常数值K。
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§1-3 晶体缺陷的研究
应用示例： 通常NiO为具有Ni缺位的非化学计量氧化物，p型半导体 1)掺杂对电导的影响： )掺杂对电导的影响 在NiO中掺杂微量的Li+, Na+，K+等一价金属离子
3 ，Cr3+ 3 等三价金属离子 在NiO中掺杂微量Fe 在 中掺杂微量 3+ 等 价金属离子
说明掺杂对电导的影响
2）说明气氛对电导的影响
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第三章晶体结构缺陷 【例3-1】写出MgO形成肖特基缺陷得反应方程式。 【解】MgO形成肖特基缺陷时,表面得Mg2+与O2－离子迁到表面新位置上,在晶体内部留下空位,用方程式表示为: 该方程式中得表面位置与新表面位置无本质区别,故可以从方程两边消掉,以零O(naught)代表无缺陷 状态,则肖特基缺陷方程式可简化为: 【例3-2】写出AgBr形成弗伦克尔缺陷得反应方程式。 【解】AgBr中半径小得Ag+离子进入晶格间隙,在其格点上留下空位,方程式为: 【提示】一般规律:当晶体中剩余空隙比较小,如NaCl型结构,容易形成肖特基缺陷;当晶体中剩余空隙比较大时,如萤石CaF2型结构等,容易产生弗伦克尔缺陷。 【例3-3】写出NaF加入YF3中得缺陷反应方程式。 【解】首先以正离子为基准,Na+离子占据Y3+位置,该位置带有2个单位负电荷,同时,引入得1个F－离子位于基质晶体中F－离子得位置上。按照位置关系,基质YF3中正负离子格点数之比为1/3,现在只引入了1个F－离子,所以还有2个F－离子位置空着。反应方程式为:可以验证该方程式符合上述3个原则。 再以负离子为基准,假设引入3个F－离子位于基质中得F－离子位置上,与此同时,引入了3个Na+离子。根据基质晶体中得位置关系,只能有1个Na+离子占据Y3+离子位置,其余2个Na+位于晶格间隙,方程式为: 此方程亦满足上述3个原则。当然,也可以写出其她形式得缺陷反应方程式,但上述2个方程所代表得
缺陷就是最可能出现得。 【例3-4】写出CaCl2加入KCl中得缺陷反应方程式。 【解】以正离子为基准,缺陷反应方程式为: 以负离子为基准,则缺陷反应方程式为: 这也就是2个典型得缺陷反应方程式,与后边将要介绍得固溶体类型相对应。 【提示】通过上述2个实例,可以得出2条基本规律: (1)低价正离子占据高价正离子位置时,该位置带有负电荷。为了保持电中性,会产生负离子空位或间隙正离子。 (2)高价正离子占据低价正离子位置时,该位置带有正电荷。为了保持电中性,会产生正离子空位或间隙负离子。 【例3-5】TiO2在还原气氛下失去部分氧,生成非化学计量化合物TiO2-x,写出缺陷反应方程式。 【解】非化学计量缺陷得形成与浓度取决于气氛性质及其分压大小,即在一定气氛性质与压力下到达平衡。该过程得缺陷反应可用 或 方程式表示,晶体中得氧以电中性得氧分子得形式从TiO2中逸出,同时在晶体中产生带正电荷得氧空位与与其符号相反得带负电荷得来保持电中性,方程两边总有效电荷都等于零。可以瞧成就是Ti4+被还原为Ti3+,三价Ti占据了四价Ti得位置,因而带一个单位有效负电荷。而二个Ti3+替代了二个
晶体缺陷习题与答案 1 解释以下基本概念 肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、混合位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克—瑞德源、派—纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、重合位置点阵、共格界面、失配度、非共格界面、内吸附。 2 指出图中各段位错的性质，并说明刃型位错部分的多余半原子面。 3 如图，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到一均匀切应力τ。(1)分析该位错环各段位错的结构类型。(2)求各段位错线所受的力的大小及方向。(3)在τ的作用下，该位错环将如何运动?(4)在τ的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大? 4 面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错]101[2a b =，在(111)面上分解为两个肖克莱不全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出πγ 242 Gb s d ≈(G 切 变模量，γ层错能)。 5 已知单位位错]011[2a 能与肖克莱不全位错]112[6a 相结合形成弗兰克不全位错，试说明： （1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。(2)判定此位错反应能否进行？(3)这个位错为什么称固定位错? 6 判定下列位错反应能否进行?若能进行，试在晶胞上作出矢量图。 (1)]001[]111[]111[22a a a →+ (2)]211[]112[]110[662a a a +→ (3)]111[]111[]112[263a a a →+ 7 试分析在(111)面上运动的柏氏矢量为]101[2a b =的螺位错受阻时， 能否通过交滑移转移
浅谈晶体缺陷及其应用 1103011036 周康粉体一班 摘要：晶体缺陷对晶体的力学性能既有有利的方面，也有不利的方面。少量晶体缺陷对于晶体的物理性能能够产生重要影响，所以可以根据不同的晶体缺陷，开发利用其产生的影响，充分发挥可能产生的作用，研究并制备具有不同性能的材料，以适应人们不同的实际需要和时代的发展需求。 关键词：晶体缺陷; 性能; 铁磁性; 电阻; 半导体材料；杂质 引言：在讨论晶体结构时，我们认为晶体的结构是三维空间内周期有序的，其内部质点按照一定的点阵结构排列。这是一种理想的完美晶体，它在现实中并不存在，只作为理论研究模型。相反，偏离理想状态的不完整晶体，即有某些缺陷的晶体，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。所有的天然和人工晶体都不是理想的完整晶体，它们的许多性质往往并不决定于原子的规则排列，而决定于不规则排列的晶体缺陷。 晶体缺陷对晶体生长、晶体的力学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等均有着极大影响，在生产上和科研中都非常重要，是固体物理、固体化学、材料科学等领域的重要基础内容。研究晶体缺陷因此具有了尤其重要的意义。本文着重对晶体缺陷及其对晶体的影响和应用进行阐述。 1.晶体缺陷的定义和分类 1.1 晶体缺陷的定义 在理想的晶体结构中，所有的原子、离子或分子都处于规则的点阵结构的位置上，也就是平衡位置上。1926 年弗仑克尔l首先指出，在任一温度
下，实际晶体的原子排列都不会是完整的点阵，即晶体中一些区域的原子的正规排列遭到破坏而失去正常的相邻关系。我们把实际晶体中偏离理想完整点阵的部位或结构称为晶体缺陷. 1.2 晶体缺陷的分类 1.2.1、按缺陷的几何形态分类可分为四类：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 1.点缺陷（零维缺陷）：缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。包括：空位（vacancy）、间隙原子（interstitial particle）、异类原子（foreign particle）。 点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。2..线缺陷（一维缺陷）：指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。 3.面缺陷：面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、相界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。 固体材料中最基本和最重要的晶体缺陷是点缺陷，包括本征缺陷和杂质缺陷等。 1.2.2、按缺陷产生的原因分类： 热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、其它原因（如电荷缺陷，辐照缺陷等）。
第一章 晶体结构缺陷习题与解答 1.1 名词解释（a ）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（b ）刃型位错和螺型位错 解：（a ）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的 间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。（b ）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。 1.2试述晶体结构中点缺陷的类型。以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号。试举例写出CaCl 2中Ca 2+置换KCl 中K +或进入到KCl 间隙中去的两种点缺陷反应表示式。 解：晶体结构中的点缺陷类型共分：间隙原子、空位和杂质原子等三种。在MX 晶体中，间隙原子的表示符号为M I 或X I ；空位缺陷的表示符号为：V M 或V X 。如果进入MX 晶体的杂质原子是A ，则其表示符号可写成：A M 或A X （取代式）以及A i （间隙式）。 当CaCl 2中Ca 2+置换KCl 中K +而出现点缺陷，其缺陷反应式如下： CaCl 2?→?KCl ?K Ca +' k V +2Cl Cl CaCl 2中Ca 2+进入到KCl 间隙中而形成点缺陷的反应式为： CaCl 2?→?KCl ??i Ca +2'k V +2Cl Cl 1.3在缺陷反应方程式中，所谓位置平衡、电中性、质量平衡是指什么？ 解：位置平衡是指在化合物M a X b 中，M 格点数与X 格点数保持正确的比例 关系，即M ：X=a ：b 。电中性是指在方程式两边应具有相同的有效电荷。质量平衡是指方程式两边应保持物质质量的守恒。 1.4（a ）在MgO 晶体中，肖特基缺陷的生成能为6ev ，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。 （b ）如果MgO 晶体中，含有百万分之一mol 的Al 2O 3杂质，则在1600℃时，MgO 晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。 解：（a ）根据热缺陷浓度公式： =N n exp （－ kT 2G ?） 由题意 △G=6ev=6×1.602×10-19=9.612×10-19J K=1.38×10-23 J/K T 1=25+273=298K T 2=1600+273=1873K 298K ： =N n exp ??? ? ??????---2981038.1210612.92319=1.92×10-51
非晶合金的强度研究及进展 非晶合金，又称金属玻璃，由于具有优异的物理、化学、光学、磁学和力学性能，受到人们的普遍关注，成为材料领域的研究热点之一。大量的研究与开发工作表明，非晶合金材料在许多实用性能方面具有十分明显的优势，具有良好的应用前景。非晶合金研究的进展，不仅突破了长期以来金属合金只能以结晶态形式凝固这一传统认识，丰富了合金液固相变理论，而且在合金的非晶形成能力、非晶合金的相结构及其相演化过程、非晶合金的性能等方面的研究都取得了大量成果。 1非晶合金的发展历史 自从1960 年首次用熔体快速凝固方法制备出Au-Cu 非晶合金以来，在随后的30 年里，大量的非晶合金已经被制备出来。众所周知，在1990年以前可以用105K/s 的冷却速率制备出Fe 基、Co 基和Ni 基非晶合金，但这些合金的厚度都小于50 μm，其中，作为特例的贵金属基Pd-Ni-P 和Pt-Ni-P 合金系，其临界冷却速度也在103 K/s 的数量级。在1974 年Chen对Pb-T-P(T=Ni, Co, Fe)合金进行了系统的研究并制备出了厚度为 1 mm 的非晶合金。在1982 年，可以制备出临界尺寸较大的Au55 Pd22.5 Sb22.5非晶合金。虽然在大块非晶合金的研究中取得了突出的进展，但是这些合金的成本昂贵，在长达十几年的时间内，利用非贵金属制备大块非晶合金的愿望始终未能实现，使非晶合金的应用范围受到很大限制。 上世纪八十年代后期，日本学者 A. Inoue(井上明久)领导的课题组首先在非贵金属系大块非晶合金制备方面取得了突破，并受到同行的关注。自从1988 年以来，发现可以用更低的临界冷却速率制备出新的多组元合金体系，包括Mg 基、Zr基、Fe 基、Pd基[、La 基、Ti基和Ni 基合金体系。由于发现了具有很强的非晶形成能力的合金体系，使得在临界冷却速度低于102 K/s 的条件下，用一般的工艺方法(铜模铸造方法等)即可获得三维尺寸在毫米以上量级的大块非晶合金。 目前人们所研究的大块非晶合金体系中，Pd系、La 系和Zr系多组元合金具有优秀的非晶形成能力，其中美国Johnson 课题组开发的Zr-Ti-Cu-Ni-Be 和日本
晶体的缺陷及其在半导体中的应用 内容摘要 缺陷对晶体来说是很难被消除的，缺陷的存在会影响晶体的某些性质。晶体中的缺陷包括点缺陷、线缺陷、面缺陷以及体缺陷。不管是哪种类型的缺陷，它都会对晶体材料的性质产生影响。人们可以根据实际需要，通过人为地向晶体引入缺陷来开发制备出对人们有用的材料。该文简要介绍了缺陷的类型、定义、运动以及一些缺陷的简单应用。 【关键词】缺陷运动半导体影响
Crystal defects and the application of defects in semiconductor Abstract Defects in the crystal is very difficult to be eliminated, the defect will affect some properties of the crystal. Crystal defects including point defects, line defects, surface defects and bulk defects. No matter what type of defect, it will affect some properties of the crystal . People can produce some crystal material which is useful by artificially introducing defects to the crystal according to actual needs. This paper briefly describes the type of defect, definitions, sports, and some applications of defects. 【Key Words】Defects Movement Semiconductor Impact
第三章晶体缺陷 第一节点缺陷 引言 ●完整晶体：原子规则地存在于应在的位置上。 ●晶体结构缺陷：实际晶体中偏离理想结构的区域。 晶体缺陷分类：（按几何特征分） ●1、点缺陷（零维缺陷）（Point defect） ●在各个方向上尺寸都很小的缺陷。如：空位、间隙原子、溶质原子等。 ●2、线缺陷（一维缺陷）（Line defects） ●在一个方向上尺寸较大，另两个方向上尺寸较小。如：位错。 ●3、面缺陷（二维缺陷）（Surface defects） ●在两个方向上尺寸较大，在另一个方向上尺寸较小。如：晶体表面、晶界、 相界、孪晶界等。 ●4、体缺陷（三维缺陷）（Body defects） ●在任意方向上尺寸较大。如：沉淀相、空洞、气泡等 ●研究缺陷的产生、运动、交互作用及转化，具有重要的理论和实际意义。 第一节点缺陷 一、晶体中点缺陷的结构及形成 二、点缺陷的平衡浓度 三、点缺陷的移动 四、点缺陷对金属性能的影响 1、点缺陷的形成 2、点缺陷的分类（离位原子的去处）
肖脱基(Schottky)缺陷——原子迁移到表面——仅形成空位 弗兰克(Franke)缺陷——原子迁移到间隙中—形成空位-间隙对 杂质或溶质原子——间隙式（小原子）或置换式（大原子） 迁移其它空位中，使空位发生移位，不增加空位数目。 3、点缺陷的弹性畸变和能量 ●点缺陷导致一定范围内的弹性畸变和能量增加 4、点缺陷与温度的关系 ●空位和间隙原子的形成与温度密切相关 ●随温度升高，点缺陷数目增加，称为热缺陷。 5、点缺陷的产生 ①原因：热运动 ②工艺：高温淬火、冷变形加工、高能粒子轰击也可产生点缺陷。(点缺陷并非都通过 原子的热振动产生)。 辐照对于材料性能所引起的一些特殊效应 ●电离 ●蜕变 ●离位（金属中最主要的辐照效应） 二、点缺陷的平衡浓度 ●点缺陷形成对晶体的影响： ●(1)点阵畸变，晶体内能增加，晶体不稳定； ●(2)原子排列混乱程度增加，改变周围原子振动频率，晶体熵增加，晶体稳定。 ●由于存在这两个互为矛盾的因素，所以，晶体中的点缺陷在一定温度下有一定的平 衡数目，这个平衡浓度可以借热力学求得 热力学平衡 ●当晶体中空位处于系统热力学平衡状态时，T 温度下系统的自由能F为： F=U–TS ●式中： ●U为内能； ●S为总熵，包括组态熵S c和振动熵S f。 ●设由N个原子组成的晶体中，含有n个空位。形成一个空位所需要的能量为△E v， 则n个空位使内能增加为△U=n△E v。n个空位将引起的总熵变为 △S=n△S f+ △S c。 ●自由能变化： △F= n△E v－T(n△S f+ △S c) ●根据统计热力学，组态熵可以表示为： S c＝klnW
第一章晶体结构与晶体中的缺陷 一、名词解释 1．正尖晶石与反尖晶石；2．弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷； 3．刃位错与螺位错；4．固溶体；5．非化学计量化合物： 二、填空与选择 2．在硅酸盐结构分类中，下列矿物Ca[Al2Si2O8]；CaMg[Si2O6]；β-Ca2SiO4和Mg3[Si4O10](OH)2，分别属于；；；和四类。 3．在负离子作立方密堆的晶体中，为获得稳定的晶体结构，正离子将所有八面体空隙位置填满的晶体有，所有四面体空隙均填满的晶体有，填满一半八面体空隙的晶体有，填满一半四面体空隙的晶体有。 4．在尖晶石（MgAl2O4）型晶体中，O2－作面心立方最紧密堆积，Mg2＋填入了；金红石晶体中，所有O2－作稍有变形的六方密堆，Ti4＋填充了。（A全部四面体空隙；B 全部八面体空隙；C四面体空隙的半数；D八面体空隙的半数；E四面体空隙的八分之一；F八面体空隙的八分之一） 5．构成层状硅酸盐的[Si2O5]片中的Si4＋，通常被一定数量的Al3＋所取代，为满足鲍林第二规则（静电价规则），在层状结构中结合有（OH）－离子和各种二价正离子或三价正离子。这种以Al3＋取代Si4＋的现象，称为。（ A同质多晶（同质多象）；B类质同晶；C有序－无序转化；D同晶置换（同晶取代）） 6．高岭石与蒙脱石属于层状硅酸盐结构，前者的结构特征是，后者的结构特征是。（A二层型三八面体结构；B三层型三八面体结构；C二层型二八面体结构；D 三层型二八面体结构） 7．在石英的相变中，属于重建型相变的是，属于位移式相变的是。（A α-石英→α-鳞石英；B α-石英→β-石英；C α-鳞石英→α-方石英；D α方石英→β-方石英） 8．晶体结构中的热缺陷有和二类。 9．CaO掺杂到ZrO2中，其中置换了。由于电中性的要求，在上述置换同时产生一个空位。以上置换过程可用方程式表示。10．由于的结果，必然会在晶体结构中产生"组分缺陷"，组分缺陷的浓度主要取决于：和。 11．晶体线缺陷中，位错线与和垂直的是位错；位错线与二者平行的是位错。
软件测试缺陷(Bug)写作注意点 提供准确、完整、简洁、一致的缺陷报告是体现软件测试的专业性、高质量的主要评价指标。遗憾的是，一些缺陷报告经常包含过少或过多信息，而且组织混乱，难以理解。由此导致缺陷被退回，从而延误及时修正，最坏的情况是由于没有清楚地说明缺陷的影响，开发人员忽略了这些缺陷，使这些缺陷随软件版本一起发布出去。 因此，软件测试工程师必须认识到书写软件缺陷报告是测试执行过程的一项重要任务，首先要理解缺陷报告读者的期望，遵照缺陷报告的写作准则，书写内容完备的软件缺陷报告。本文将阐述软件测试缺陷报告的读者，描述软件缺陷报告的主要组成部分和各部分的书写要求，指出某些常见错误和实用改进方法，最后总结了缺陷报告的写作要点。 1. 缺陷报告的读者对象 在书写软件缺陷报告之前，需要明白谁是缺陷报告的读者对象，知道读者最希望从缺陷报告中获得什么信息。通常，缺陷报告的直接读者是软件开发人员和质量管理人员，除此之外，来自市场和技术支持等部门的人也可能需要查看缺陷情况。每个阅读缺陷报告的人都需要理解缺陷针对的产品和使用的技术。另外，他们不是软件测试人员，可能对于具体软件测试的细节了解不多。 概括起来，缺陷报告的读者最希望获得的信息包括： ?易于搜索软件测试报告的缺陷； ?报告的软件缺陷进行了必要的隔离，报告的缺陷信息更具体、准确； ?软件开发人员希望获得缺陷的本质特征和复现步骤； ?市场和技术支持等部门希望获得缺陷类型分布以及对市场和用户的影响程度。 软件测试人员的任务之一就是需要针对读者的上述要求，书写良好的软件缺陷报告。 2. 缺陷报告的写作准则 书写清晰、完整的缺陷报告是对保证缺陷正确处理的最佳手段。它也减少了工程师以及其它质量保证人员的后续工作。 为了书写更优良的缺陷报告，需要遵守“5C”准则： ?Correct（准确）：每个组成部分的描述准确，不会引起误解； ?Clear（清晰）：每个组成部分的描述清晰，易于理解； ?Concise（简洁）：只包含必不可少的信息，不包括任何多余的内容； ?Complete（完整）：包含复现该缺陷的完整步骤和其他本质信息； ?Consistent（一致）：按照一致的格式书写全部缺陷报告。 3. 缺陷报告的组织结构 尽管不同的软件测试项目对于缺陷报告的具体组成部分不尽相同，但是基本组织结构都是大同小异的。一个完整的软件缺陷报告通常由下列几部分组成： ?缺陷的标题； ?缺陷的基本信息；
晶体结构与晶体中的缺陷 17、Li 2O 的结构是O2-作面心立方堆积，Li +占据所有四面体空隙位置，氧离子半径为0.132nm 。求： (1)计算负离子彼此接触时，四面体空隙所能容纳的最大阳离子半径，并与书末附表Li +半径比较，说明此时O 2-能否互相接触。 (2)根据离子半径数据求晶胞参数。 (3)求Li 2O 的密度。 解：（1）如图2-2是一个四面体空隙，O 为四面体中心位置。 -++=r r AO ，-=r BC 2， -=r CE 3， 3/323/2-==r CE CG 3/62-=r AG ， OGC ?∽EFC ?，CF EF CG OG //=，6/6/-=?=r CG CF EF OG 2/6-=-=r OG AG AO ，301.0)12/6(=-=-=--+r r AO r 查表知Li r + +=0.68>0.301，∴O 2-不能互相接触； （2）体对角线=a 3=4(r ++r -)，a=4.665；（3）ρ=m/V=1.963g/cm 3 图2-2 四面体空隙 28、下列硅酸盐矿物各属何种结构类型： Mg 2[SiO 4]，K[AISi 3O 8]，CaMg[Si 2O 6]， Mg 3[Si 4O 10](OH)2，Ca 2Al[AlSiO 7]。 解：岛状；架状；单链；层状（复网）；组群（双四面体）。 23、石棉矿如透闪石Ca 2Mg 5[Si 4O 11](OH)2具有纤维状结晶习性，而滑石Mg 2[Si 4O 10](OH)2却具有片状结晶习性，试解释之。 解：透闪石双链结构，链内的Si-O 键要比链5的Ca-O 、Mg-O 键强很多，所以很容易沿链间结合力较弱处劈裂成为纤维状；滑石复网层结构，复网层由两个 [SiO4]层和中间的水镁石层结构构成，复网层与复网层之间靠教弱的分之间作用力联系，因分子间力弱，所以易沿分子间力联系处解理成片状。 24、石墨、滑石和高岭石具有层状结构，说明它们结构的区别及由此引起的性质上的差异。
软件缺陷管理
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软件缺陷管理 1.什么是缺陷管理 世间万物都有着自己的生命历程,任何产品在生产过程中,从一开始创建它的过程中,产品缺陷就会逐惭产生,并可能缺陷数量越来越多,若在产品生命周期过程中不建立缺陷检测制度,对已发现的缺陷不采取有效的控制措施,最终可能导致产品无法具有相应的使用功能,产品生命周期就会提前结束,产品的生产是失败的.因此,必须建立一套完整的产品缺陷管理制度,针对具体的产品生产特征制定相应的缺陷检测、缺陷签定、缺陷处理、缺陷验收等一系列技术措施，不断的避免或纠正产品缺陷，使终使产品在其生命周期中处于可控状态。 2．缺陷管理的过程及方法 2．1缺陷的检测：由检测人员在产品的生产加工过程中，按照本行业的质量要求及检测手段随时对产品的全部或某项设计功能进行检查，如果不能达到设计要求（可能要求在某一范围内可认为是合格的），则认定这一环节存在缺陷，缺陷生命周期开始。 2．2 缺陷的签定：对部份产品的缺陷，由于检测人员还不能确定缺陷的全部相关信息，这时就应该组织缺陷的签定，通过采用专家评审、使用先进技术手段或设备等，得到缺陷的全部信息，为缺陷处理提供原始数据。 2．3缺陷的处理：生产人员从测试人员处得到缺陷信息后，就应根据缺陷所列内容结合产品的生产过程，检查缺陷可能出现在哪一个环节，应作如何改正，避免类似缺陷再度出现。已出现测试人员提出的缺陷的产品可否采用一定的方法可予纠正，并落实这些处理措施到生产过程中。 2．4缺陷的验收：生产人员将测试人员提现的缺陷处理完毕后，又反馈信息给测试人员，报告缺陷的处理情况，并请缺陷复测。测试人员根据以前的缺陷记录信息，对该缺陷再进行一次测试，如果测试结果在设计偏差范围内，则可认为该缺陷处理完毕，同时删除本产品的主条缺陷记录，该项缺陷的生命周期到此结束。若还不能达到设计偏差范围内，则将当前检测的信息形成新的缺陷记录提供给生产人员要求处理。 3．软件缺陷管理 软件测试管理的一个核心内容就是对软件缺陷生命周期进行管理。软件缺陷生命周期控制方法是在软件缺陷生命周期内设置几种状态，测试员、程序员、管理者从每一个缺陷产生开始，通过对这几种状态的控制和转换，管理缺陷的整个生命历程，直至它走入终结状态。 缺陷生命状态的定义: 每一个软件缺陷都规定了6个生命状态：Open、Working、Verify、Cancel、Close、Defer，它们的基本定义是： Open态---缺陷初试状态，测试员报告一个缺陷，缺陷生命周期开始； Working态---缺陷修改状态，程序员接收缺陷，正在修改中； Verify态---缺陷验证状态，程序员修改完毕，等待测试员验证； Close态---缺陷关闭状态，测试员确认缺陷被改正，将缺陷关闭； Cancel态---缺陷删除状态，测试员确认不是缺陷，将缺陷置为删除状态（不做物理删除）； Defer态---缺陷延期状态，管理者确认缺陷需要延期修改或追踪，将缺陷 置为延期状态；
软件的缺陷分析 一、缺陷分析的作用 软件缺陷不只是通常所说程序中存在的错误或疏忽，即俗称的Bug。其范围更大，除程序外还包括其相关产品：项目计划、需求规格说明、设计文档、测试用例、用户手册等等中存在的错误和问题。需要强调，在软件工程整个生命周期中任何背离需求、无法正确完成用户所要求的功能的问题，包括存在于组件、设备或系统软件中因异常条件不支持而导致系统的失败等都属于缺陷的范畴。 软件测试的任务就是发现软件系统的缺陷，保证软件的优良品质。但在软件中是不可能没有缺陷的。即便软件开发人员，包括测试人员尽了努力，也是无法完全发现和消除缺陷。 如何做到最大限度地发现软件系统的缺陷，人们首先想到提高开发人员的素质和责任心，科学地应用测试方法和制定优秀的测试方案。但这是不够的，我们还需要实施缺陷分析。缺陷分析是将软件开发、运行过程中产生的缺陷进行必要的收集，对缺陷的信息进行分类和汇总统计，计算分析指标，编写分析报告的活动。 通过缺陷分析，发现各种类型缺陷发生的概率，掌握缺陷集中的区域、明晰缺陷发展趋势、了解缺陷产生主要原因。以便有针对性地提出遏制缺陷发生的措施、降低缺陷数量。对于改进软件开发，提高软件质量有着十分重要的作用。 缺陷分析报告中的统计数据及分析指标既是对软件质量的权威评估，也是判定软件是否能发布或交付使用的重要依据。 二、管理软件的缺陷分析 不同于系统、工具、工控、游戏等软件，管理软件在实际运行时面临情况要复杂得多。首先是用户的需求更加不统一，而且随时间的推移需求发生变化快、变化大；其次运行环境更复杂，除受操作系统、数据库等影响外，用户在网络、甚至同一计算机安装运行不同性质和背景的应用软件，其影响很难预测；再者客户的操作习性不同，等等。因此管理软件的种种缺陷，不是在开发时通过测试都能预计的。预测并控制缺陷有效手段之一是缺陷分析。 在高级别的CMM 中就包含了缺陷分析活动。缺陷分析更是一种以发展方式进行软件过程改进的机制。 三、缺陷的信息收集 软件工程通常要求为开发项目建立缺陷管理库，也有人称为变更控制库。从发现缺陷开始创建变更，直到缺陷解决、经验证、关闭变更止。在缺陷管理的整个生命周期记录了大量相关资料，它们是缺陷分析所需要的宝贵信息。 由于变更库并不专为缺陷分析而设计，缺陷分析主要关心以下信息项：变更编号、变更主题、变更提交的日期、变更状态、变更性质、变更解决的日期、变更产生的根本原因、解决变更的工作量、验证变更的工作量、变更的严重性等级、变更所属软件产品及子系统、变更修改的模块、变更产生的阶段、变更来源、变更测试情况等。缺陷信息部分是在创建变更时输入的，部分是在变更解决中或解决后输入的。 为了实施统计，有些缺陷信息必需事先设定关键字。 变更控制库中有一信息项——变更原因，由修改缺陷程序的程序员详细记录缺陷产生的具体原因。这项信息显然无法直接用于分类和汇总。变更产生的根本原因信息项，则是基于变更原因的关键字字段，是专为处理缺陷分析中缺陷原因而设计的信息项。 软件发布前缺陷分析所用缺陷根本原因的关键字，可以有下几种实例： * 编程：原始编程出错，没有客观原因。 * 修改：由于修改缺陷而引发的新变更，并且引发的变更与原变更的错误是相关的。 * 培训：项目组新成员培训不充分，或使用新工具不熟练引起的变更。
第一章 金属的晶体结构 (一)填空题 3．金属晶体中常见的点缺陷是 空位、间隙原子和置换原子 ，最主要的面缺陷是 。 4．位错密度是指 单位体积中所包含的位错线的总长度 ，其数学表达式为V L =ρ。 5．表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做 晶格 ，而晶胞是指 从晶格中选取一个能够完全反应晶格特征的最小几何单元 。 6．在常见金属晶格中，原子排列最密的晶向，体心立方晶格是 [111] ，而面心立方 晶格是 [110] 。 7 晶体在不同晶向上的性能是 不同的 ，这就是单晶体的 各向异性现象。一般结构用金属 为 多 晶体，在各个方向上性能 相同 ，这就是实际金属的 伪等向性 现象。 8 实际金属存在有 点缺陷 、 线缺陷 和 面缺陷 三种缺陷。位错是 线 缺陷。 9．常温下使用的金属材料以 细 晶粒为好。而高温下使用的金属材料在一定范围内以粗 晶粒为好。 10．金属常见的晶格类型是 面心立方、 体心立方 、 密排六方 。 11．在立方晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)， 那么AB 晶向指数为10]1[- ，OC 晶向指数为[221] ，OD 晶向指数为 [121] 。 12．铜是 面心 结构的金属，它的最密排面是 ｛111｝ ，若铜的晶格常数a=0.36nm, 那么最密排面上原子间距为 0.509nm 。 13 α-Fe 、γ-Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Cr 、V 、Mg 、Zn 中属于体心立方晶格的有 α-Fe 、Cr 、 V ，属于面心立方晶格的有 γ-Fe 、Al 、Cu 、Ni 、 ，属于密排六方晶格的有 Mg 、 Zn 。 14．已知Cu 的原子直径为0．256nm ，那么铜的晶格常数为 。1mm 3Cu 中的原子数 为 。 15．晶面通过(0，0，0)、(1/2、1/4、0)和(1/2，0，1/2)三点，这个晶面的晶面指数为 . 16．在立方晶系中，某晶面在x 轴上的截距为2，在y 轴上的截距为1/2；与z 轴平行，则 该晶面指数为 （140） . 17．金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有 金属键 的 结合方式。 18．同素异构转变是指 当外部条件（如温度和压强）改变时，金属内部由一种金属内部由 一种晶体结构向另一种晶体结构的转变 。纯铁在 温度发生 和 多晶型转变。 19．在常温下铁的原子直径为0．256nm ，那么铁的晶格常数为 。 20．金属原子结构的特点是 。 21．物质的原子间结合键主要包括 离子键 、 共价键 和 金属键 三种。 (二)判断题 1．因为单晶体具有各向异性的特征，所以实际应用的金属晶体在各个方向上的性能也是不 相同的。 (N) 2．金属多晶体是由许多结晶位向相同的单晶体所构成。 ( N) 3．因为面心立方晶体与密排六方晶体的配位数相同，所以它们的原子排列密集程度也相同 4．体心立方晶格中最密原子面是｛111｝。 Y 5．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。N 6．金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。 7．实际金属在不同方向上的性能是不一样的。N 8．纯铁加热到912℃时将发生α-Fe 向γ-Fe 的转变。 ( Y ) 9．面心立方晶格中最密的原子面是111}，原子排列最密的方向也是<111>。 ( N ) 10．在室温下，金属的晶粒越细，则其强度愈高和塑性愈低。 ( Y ) 11．纯铁只可能是体心立方结构，而铜只可能是面心立方结构。 ( N ) 12．实际金属中存在着点、线和面缺陷，从而使得金属的强度和硬度均下降。 ( Y ) 13．金属具有美丽的金属光泽，而非金属则无此光泽，这是金属与非金属的根本区别。N
第一部分晶体结构和晶体缺陷 1.原子的负电性的定义和物理意义是什么？ 2.共价键的定义和特点是什么？ 3.金刚石结构为什么要提出杂化轨道的概念？ 4.V、VI、VII族元素仅靠共价键能否形成三维晶体？ 5.晶体结构，空间点阵，基元，B格子、单式格子和复式格子之间的关系和区别。 6.W-S元胞的主要优点，缺点各是什么？ 7.配位数的定义是什么？ 8.晶体中有哪几种密堆积，密堆积的配位数是多少？ 9.晶向指数，晶面指数是如何定义的？ 10.点对称操作的基本操作是哪几个？ 11.群的定义是什么？讨论晶体结构时引入群的目的是什么？ 12.晶体结构、B格子、所属群之间的关系如何？ 13.七种晶系和十四种B格子是根据什么划分的？ 14.肖特基缺陷、费仑克尔缺陷、点缺陷、色心、F心是如何定义的？ 15.棱(刃)位错和螺位错分别与位错线的关系如何？ 16.位错线的定义和特征如何？ 17.影响晶体中杂质替位几率的主要因素有哪些？ 18.晶体中原子空位扩散系数D与哪些因素有关？ 19.解理面是面指数低的晶面还是面指数高的晶面？为什么？ 20.为什么要提出布拉菲格子的概念？ 21.对六角晶系的晶面指数和晶向指数使用四指标表示有什么利弊？ 第二部分倒格子 1.倒格子基矢是如何定义的？ 2. 正、倒格子之间有哪些关系？ 3.原子散射因子是如何表示的，它的物理意义如何？ 4. 几何结构因子是如何表示的，它的物理意义如何？ 5. 几何结构因子S h与哪些元素有关？ 6．衍射极大的必要条件如何？ 7．什么叫消光条件？ 8．反射球是在哪个空间画的，反射球能起到什么作用，如何画反射球？ 9．常用的X光衍射方法有哪几种，各有什么基本特点？ 10．为什么要使用“倒空间”的概念？
第三章晶体缺陷习题答案 3-1 解：纯金属晶体中主要点缺陷类型有肖脱基空位和弗兰克空位，还有和弗兰克空位等量的间隙原子。点缺陷附近金属晶格发生畸变，由此会引起金属的电阻增加，体积膨胀，密度减小；同时可以加速扩散，过饱和点缺陷还可以提高金属的屈服强度。 3-2 解：在一定温度下，晶体处于平衡状态时空位数和构成晶体的原子总数的比值称为晶体在该温度下的空位平衡浓度。在一定的温度下总是存在一定浓度的空位，这是热力学平衡条件所要求的，这种空位浓度即为空位平衡浓度。影响空位浓度的主要因素有空位形成能和温度。当温度一定时，空位形成能越高则空位平衡浓度越低；当空位形成能一定时，温度越高则空位平衡浓度越高。 3-3 解：由exp(/)E V C A E kT =- 138502201exp(/)111051000 exp[()] 6.9510exp(/)29311238.31 E V E V C A E kT C A E kT -?==-?=?- 3-4 解： 6002300112 exp(/)11 exp[()]exp(/)E V V E V C A E kT E C A E kT kT kT -==-?- 56600300121111 ln /()8.61710(ln10)/() 1.98573873 E V E C E eV C kT kT -=-=??-= 3-5 解：exp(/)e V C A E kT =- exp(/)i i C A E kT '=- 由题设，A A '=，0.76, 3.0v i E eV E eV ==， 所以当T=293K 时 538exp(/)exp()/exp[(3.00.76)/(8.61710293)] 3.3910exp(/) e V i V i i C A E kT E E kT C A E kT --==-=-??=?'-
习题：第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章答案：第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章 3-2 略。 3-2试述位错的基本类型及其特点。 解：位错主要有两种：刃型位错和螺型位错。刃型位错特点：滑移方向与位错线垂直，符号⊥，有多余半片原子面。螺型位错特点：滑移方向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平面，呈螺施状，称螺型位错。 3-3非化学计量化合物有何特点？为什么非化学计量化合物都是n型或p型半导体材料？ 解：非化学计量化合物的特点：非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关；可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常数看出；非化学计量化合物都是半导体。由于负离子缺位和间隙正离子使金属离子过剩产生金属离子过剩（n型）半导体，正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩产生负离子过剩（p型）半导体。 3-4影响置换型固溶体和间隙型固溶体形成的因素有哪些？ 解：影响形成置换型固溶体影响因素：（1）离子尺寸：15%规律：1.（R1-R2）/R1>15%不连续。 2.<15%连续。 3.>40%不能形成固熔体。（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。（ 3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。（4）场强因素。（5）电负性：差值小，形成固熔体。差值大形成化合物。 影响形成间隙型固溶体影响因素：（1）杂质质点大小：即添加的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。（2）晶体（基质）结构：离子尺寸是与晶体结构的关系密切相关的，在一定程度上来说，结构中间隙的大小起了决定性的作用。一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体。（3）电价因素：外来杂质原子进人间隙时，必然引起晶体结构中电价的不平衡，这时可以通过生成空位，产生部分取代或离子的价态变化来保持电价平衡。 3-5试分析形成固溶体后对晶体性质的影响。 解：影响有：（1）稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生；（2）活化晶格，形成固溶体后，晶格结构有一定畸变，处于高能量的活化状态，有利于进行化学反应；（3）固溶强化，溶质原子的溶入，使固溶体的强度、硬度升高；（4）形成固溶体后对材料物理性质的影响：固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。固溶体的强度与硬度往往高于各组元，而塑性则较低， 3-6说明下列符号的含义：V Na，V Na'，V Cl˙，（V Na'V Cl˙），Ca K˙，Ca Ca，Ca i˙˙解：钠原子空位；钠离子空位，带一个单位负电荷；氯离子空位，带一个单位正电荷；最邻近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心；Ca2+占据K.位置，带一个单位正电荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+处于晶格间隙位置。 3-7写出下列缺陷反应式：（l）NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体；（2）CaCl2溶入NaCl中形成空位型固溶体；（3）NaCl形成肖特基缺陷；（4）Agl形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙）。
第一章金属的晶体结构 1、试用金属键的结合方式，解释金属具有良好的导电性、正的电阻温度系数、导热性、塑性和金属光泽等基本特性. 答：(1)导电性：在外电场的作用下，自由电子沿电场方向作定向运动。 (2)正的电阻温度系数：随着温度升高，正离子振动的振幅要加大，对自由电子通过的阻碍作用也加大，即金属的电阻是随温度的升高而增加的。 (3)导热性：自由电子的运动和正离子的振动可以传递热能。 (4) 延展性：金属键没有饱和性和方向性，经变形不断裂。 (5)金属光泽：自由电子易吸收可见光能量，被激发到较高能量级，当跳回到原位时辐射所吸收能量，从而使金属不透明具有金属光泽。 2、填空： 1)金属常见的晶格类型是面心立方、体心立方、密排六方。 2)金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有金属键的结合方式。 3)物质的原子间结合键主要包括金属键、离子键和共价键三种。 4)大部分陶瓷材料的结合键为共价键。 5)高分子材料的结合键是范德瓦尔键。 6)在立方晶系中，某晶面在x轴上的截距为2，在y轴上的截距为1/2；与z轴平行，则该晶面指数为（（ 140 ））. 7)在立方晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)，那么AB晶向指数为（ī10），OC晶向指数为（221），OD晶向指数为（121）。 8)铜是（面心）结构的金属，它的最密排面是（111 ）。 9) α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有（α-Fe 、 Cr、V ），属于面心立方晶格的有（γ-Fe、Al、Cu、Ni ），属于密排六方晶格的有（ Mg、Zn ）。 3、判断 1)正的电阻温度系数就是指电阻随温度的升高而增大。（√） 2)金属具有美丽的金属光泽，而非金属则无此光泽，这是金属与非金属的根本区别。（×） 3) 晶体中原子偏离平衡位置，就会使晶体的能量升高，因此能增加晶体的强度。(× ) 4) 在室温下,金属的晶粒越细,则其强度愈高和塑性愈低。(×) 5) 实际金属中存在着点、线和面缺陷，从而使得金属的强度和硬度均下降。 (×) 6)体心立方晶格中最密原子面是｛110｝，原子排列最密的方向也是<111> .（对） 7)面心立方晶格中最密的原子面是｛111}，原子排列最密的方向是<110>。 ( 对 ) 8)纯铁加热到912℃时将发生α-Fe向γ-Fe的转变，体积会发生膨胀。 ( 错 ) 9)晶胞是从晶格中任意截取的一个小单元。(错) 10)纯铁只可能是体心立方结构，而铜只可能是面心立方结构。 (错) 4、选择题 1)金属原子的结合方式是（ C ）
内容提要：通过讨论有代表性的氧化物、化合物和硅酸盐晶体结构， 用以掌握与本专业有关的各种晶体结构类型。介绍了实际晶体中点缺陷分 类；缺陷符号和反应平衡。固熔体分类和各类固熔体、非化学计量化学化 合物的形成条件。简述了刃位错和螺位错。 硅酸盐晶体结构是按晶体中硅氧四面体在空间的排列方式为孤岛状、组群状、链状、层装和架状五类。这五类的[SiO4]四面体中，桥氧的数目也依次由0增加到4， 非桥氧数由4减至0。硅离子是高点价低配位的阳离子。因此在硅酸盐晶体中，[SiO4] 只能以共顶方式相连，而不能以共棱或共面方式相连。表2-1列出硅酸盐晶体结构类型及实例。 表2-1 Array硅酸 盐晶 体的 结构 类型
真实晶体在高于0K的任何温度下，都或多或少地存在着对理想晶体结构的偏离，即存在着结构缺陷。晶体中的结构缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷和复合缺陷之分，在无机材料中最基本和最重要的是点缺陷。 点缺陷根据产生缺陷的原因分类，可分为下列三类： （1）热缺陷（又称本征缺陷） 热缺陷有弗仑克儿缺陷和肖特基缺陷两种基本形式。 弗仑克儿缺陷是指当晶格热震动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗仑克儿缺陷。 肖特基缺陷是指如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，而在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。 （2）杂质缺陷（非本征缺陷） （3）非化学计量化学化合物 为了便于讨论缺陷反应，目前广泛采用克罗格-明克（Kroger-Vink）的点缺陷符号（见表2-2）。 表2-2 Kroger-Vink缺陷符号（以M2+X2-为例）