晶体缺陷1电子教案

定向凝固与晶体缺陷实验教案教案：定向凝固与晶体缺陷实验实验目的：1. 了解定向凝固的基本概念，理解晶体生长的路径；2. 学习晶体缺陷的种类和形成原因；3. 实践观察定向凝固与晶体缺陷的实验操作方法；实验原理：定向凝固是利用凝固过程中形成的梯度温度场使金属材料的液相在坩埚中慢慢凝固成定向晶体的一种方法。

在凝固过程中，由于温度梯度的存在，固相生长的取向也随之发生变化。

此外，固相的晶粒尺寸还会因为温度的影响而发生变化，这种现象称为晶界迁移。

晶体缺陷是指晶体中存在的各种不规则排列或者缺陷现象。

其中常见的晶体缺陷有晶格缺陷、点缺陷和面缺陷等。

这些晶体缺陷的产生，既可能是因为材料在生长过程中受到了外界因素的干扰，也可能是因为晶体本身的结构不完整所致。

实验步骤：1. 准备实验所需的材料和设备，包括坩埚、金属材料、加热器等；2. 将金属材料熔化后，将坩埚中的金属液体放置在预先调整好的定向凝固装置中；3. 调整实验室的温度和湿度等环境参数，并且根据实验中的需要，调整设备的加热和冷却速度，控制实验中的温度梯度，让材料凝固成为一个定向晶体；4. 对实验结果进行观察和分析，包括定向晶体的形态特征、晶体表面的缺陷和材料的物理性能等各方面因素。

实验结果：通过实验，我们可以观察到定向凝固过程中金属材料逐渐凝固成为定向晶体的基本过程和规律。

同时根据晶体表面的颗粒和缺陷大小和形态，对比不同条件下的实验结果，我们可以进一步探究晶体缺陷的产生原因和形成规律。

此外，实验还可探究材料的物理性能，如拉伸强度、热膨胀系数等方面的变化。

实验注意事项：1. 实验设备需检查完好，确保实验室温度、湿度等环境因素稳定和实验设备的工作状态正常；2. 实验过程中需严格遵守操作规程，确保实验操作安全和结果准确；3. 实验结束后清理所用材料和设备，做好实验室环境卫生和清理工作。

实验拓展：1. 可以对不同材料的定向凝固进行比较实验，分析不同材料的定向凝固条件和效果差异；2. 可以通过实验对比，探究晶体缺陷的种类、形态、数量和分布情况的差异性；3. 可以结合模拟软件等技术，对实验结果进行验证和分析。

晶体结构与缺陷课程设计一、课程目标1.了解晶体结构的基本概念与发展历程；2.掌握晶体结构分析和晶格常数计算的方法；3.理解晶体缺陷对材料性质的影响；4.学会如何通过晶体结构设计和缺陷调控来改善材料的性能。

二、教学内容1. 晶体结构1.1 晶体结构的基本概念介绍晶体的基本概念和晶体结构的种类。

给出晶体结构分析的基本步骤和方法，包括X射线衍射、电子显微镜、透射电子显微镜等。

1.2 晶格常数计算介绍晶格常数的概念和计算方法。

讲解布拉维格子和费米点的概念，利用红外光谱和X射线衍射等手段计算晶格常数。

1.3 晶体结构调控介绍晶体结构的调控方法，包括掺杂和合金化。

讲解不同的掺杂方法、掺杂元素的选择和对掺杂后材料性能的影响。

同时介绍合金化的方法和合金化后的材料性能。

2. 晶体缺陷2.1 晶体缺陷的分类介绍晶体缺陷的种类和分类方法，包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。

讲解不同缺陷在材料中的分布规律和对材料性能的影响。

2.2 晶体缺陷的控制介绍晶体缺陷的控制方法和有关技术，包括气相沉积、离子注入和均匀化退火等方法。

讲解这些方法的基本原理、不同条件下的优缺点以及材料性能的改善情况。

3. 案例分析以一些典型的材料为例，讲解晶体结构和晶体缺陷的相关知识。

选取一些材料，包括金属材料、半导体材料和陶瓷材料，根据它们的晶体结构特点和缺陷情况，讲解这些材料的性能特点以及对于其性能改善的可行方法。

三、实验设计1.利用X射线衍射仪对样品进行晶体结构分析，了解晶体结构和晶格常数的计算方法；2.利用薄膜沉积装置，制备具有不同缺陷类型的材料薄膜；3.利用离子注入仪对材料进行缺陷控制，改善材料性能。

4.通过SEM、TEM等手段对样品进行形貌和微观结构分析。

四、教学方法1.讲授和讨论相结合，让学生更深入理解课程内容；2.安排实验和综合性课程设计任务，让学生在实践中学习；3.课程中引入案例分析，以讲解实用的应用问题为导向，激发学生思考。

五、参考资料1.《晶体学基础》教材，朱慧英主编；2.《实用晶体学》教材，许巍主编；3.《材料科学基础》教材，李新唐主编；4.《晶体缺陷与固体物理》教材，张思明主编。

晶体缺陷[学习目的][Back]材料的性质决定于其组成原子的性质及其结构（原子空间位置和相互作用关系）。

绝对理想化的晶体材料由于其原子性质和结构都是唯一确定的，所以其性质也是唯一确定的。

这样一来材料理想化晶体材料的性质就非常容易研究，材料世界中也会非常单调古板。

庆幸的是实际材料中存在很多对理想晶体的偏离（所谓晶体缺陷）。

这些偏离使实际材料的性质产生了许多变数，造就了我们面前的多彩的材料世界。

可以说材料的性质决定于其中晶体缺陷的种类和分布（结构）。

因此材料科技工作者必须要掌握材料中已知缺陷的种类、性质、结构、表征方法和这些缺陷对材料的各种性质的影响规律。

从而解释为什么这种材料在经过这样处理之后会有这样的性质。

应该说，我们对晶体缺陷的认识还不全面。

随着理论深化、表征手段的完善，晶体缺陷的知识在增加。

本章的另外一个重要目的是向同学展示晶体缺陷相关问题的研究思路和方法，培养大家对此类问题的研究能力。

[本章主要内容][Back]1、描述空位和自空隙原子晶体缺陷。

2、已知相关的常数，计算具体温度下材料中的平衡空位数。

3、说出两种固溶体类型，并且简要写出各自的定义，画出草图。

4、说出并描述在陶瓷化合物中发现的八种不同的离子点缺陷。

5、已知一金属的分子质量以及其中两种或两种以上元素的原子量，计算每一种元素的质量百分比和原子百分比。

6、对于刃型位错、螺型位错和混合位错：(a)描述并且画出每一种位错；(b)标出位错线的位置；(c)标明位错线的延伸方向。

7、描述(a)晶界(b)孪晶界附近区域内的原子结构。

[重要术语和概念][Back] Alloy: 合金A metallic substance that is composed of two or more elements.由两种及以上元素组成的金属材料。

Weight percent (wt%):质量百分数Concentration specification on the basis of weight (or mass) of a particular element relative to the total alloy weight (or mass).。