晶体缺陷线缺陷
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晶体缺陷类型晶体缺陷是指晶体中存在的原子或离子排列不规则或异常的现象。
晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种类型。
一、点缺陷点缺陷是晶体中原子或离子位置的局部不规则,主要包括空位、间隙原子和杂质原子。
1. 空位空位是指晶体中原子或离子在其晶体格点上的位置空缺。
晶体中的空位可以通过热处理、辐射或化学反应形成。
空位的存在会降低晶体的密度和电子迁移率,影响材料的性能。
2. 间隙原子间隙原子是指晶体中原子或离子占据晶体格点之间的空隙位置。
间隙原子的存在会导致晶体的畸变和疏松,影响材料的机械性能和导电性能。
3. 杂质原子杂质原子是指晶体中非本原子或离子替代晶体中的原子或离子。
杂质原子的存在会改变晶体的导电性、光学性质和热稳定性。
常见的杂质原子有掺杂剂、杂质原子和缺陷聚集体。
二、线缺陷线缺陷是晶体中原子或离子排列沿着一条线或曲线出现的不规则现象,主要包括位错和螺旋线缺陷。
1. 位错位错是晶体中原子或离子排列的一种不规则现象,可以看作是晶体中某一面上原子排列与理想晶体的对应面上的原子排列不匹配。
位错的存在会导致晶体的畸变和塑性变形,影响材料的力学性能。
2. 螺旋线缺陷螺旋线缺陷是晶体中原子或离子排列呈螺旋状的一种不规则现象。
螺旋线缺陷的存在会导致晶体的扭曲和磁性变化,影响材料的磁学性能。
三、面缺陷面缺陷是晶体中原子或离子排列在一定平面上不规则的现象,主要包括晶界和堆垛层错。
1. 晶界晶界是晶体中两个晶粒之间的交界面,是晶体中最常见的面缺陷。
晶界的存在会影响晶体的力学性能、导电性能和晶体的稳定性。
2. 堆垛层错堆垛层错是晶体中原子或离子排列在某一平面上的堆垛出现错误的现象。
堆垛层错的存在会导致晶体的畸变和位错密度增加,影响材料的机械性能和热稳定性。
总结:晶体缺陷是晶体中存在的原子或离子排列不规则或异常的现象。
根据缺陷的不同类型,晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷主要包括空位、间隙原子和杂质原子,线缺陷主要包括位错和螺旋线缺陷,面缺陷主要包括晶界和堆垛层错。
一、概述1、晶体缺陷:晶体中原子(离子、分子)排列的不规则性及不完整性。
种类:点缺陷、线缺陷、面缺陷。
1) 由上图可得随着缺陷数目的增加,金属的强度下降。
原因是缺陷破坏了警惕的完整性,降低了原子间结合力,从宏观上看,即随缺陷数目增加,强度下降。
2) 随着缺陷数目的增加,金属的强度增加。
原因是晶体缺陷相互作用(点缺陷钉扎位错、位错交割缠结等),使位错运动的阻力增加,强度增加。
3) 由此可见,强化金属的方向有两个:一是制备无缺陷的理想晶体,其强度最高,但实际上很难;另一种是制备缺陷数目多的晶体,例如:纳米晶体,非晶态晶体等。
二、点缺陷3、点缺陷:缺陷尺寸在三维方向上都很小且与原子尺寸相当的缺陷(或者在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构正常排列的一种缺陷),称为点缺陷或零维缺陷。
分类:空位、间隙原子、杂质原子、溶质原子。
4、肖特基空位:原子迁移到晶体表面或内表面正常结点位置使晶体内形成的空位。
5、弗仑克尔空位:原子离开平衡位置挤入点阵间隙形成数目相等的空位和间隙原子,该空位叫做弗仑克尔空位。
6、空位形成能EV:在晶体中取出一个原子放在晶体表面上(不改变晶体表面积和表面能)所需的能量。
间隙原子形成能远大于空位形成能,所以间隙原子浓度远小于空位浓度。
7、点缺陷为热平衡缺陷,淬火、冷变形加工、高能粒子辐照可得到过饱和点缺陷。
8、复合:间隙原子和空位相遇,间隙原子占据空位导致两者同时消失,此过程成为复合。
9、点缺陷对性能的影响:点缺陷使得金属的电阻增加,体积膨胀,密度减小;使离子晶体的导电性改善。
过饱和点缺陷,如淬火空位、辐照缺陷,还可以提高金属的屈服强度。
三、线缺陷10、线缺陷:线缺陷在两个方向上尺寸很小,另外一个方向上延伸较长,也称为一维缺陷。
主要为各类位错。
11、位错:位错是晶体原子排列的一种特殊组态;位错是晶体的一部分沿一定晶面与晶向发生某种有规律的错排现象;位错是已滑移区和未滑移区的分界线;位错是伯氏矢量不为零的晶体缺陷。
§5 晶体缺陷晶体中原子(或分子、离子)在三维空间中的周期性规则排列仅仅是一种理想情况,实际晶体中的情况则不尽然。
由于晶体的生长条件、原子的热运动以及材料加工过程中各种因素的影响,使原子排列不可能那样规则和完善,往往存在着偏离理想结构的区域,从而形成晶体缺陷。
研究表明,形成晶体缺陷的这些区域,其中的某些原子虽然失去了与周围原子之间的正常的相邻关系,但仍然受到原子键合力的约束,其排列并不是杂乱无章的。
因此,晶体是以一定的形态存在,按一定的规律产生、发展和运动,并对晶体的物理和化学性能产生重要影响。
根据晶体中缺陷的几何特征,可分为:点缺陷(0维):空间尺寸很小,相当于原子数量级,如空位、间隙原子等;线缺陷(一维):在两个方向上小但在另一个方向上尺寸大,如各种位错;面缺陷(二维):在一个方向上小但在另两个方向上尺寸大,如晶界、相界等。
5.1 点缺陷晶体缺陷的尺寸在三维方向上均处于原子数量级,为点缺陷。
点缺陷产生原因:原子热振动、高温淬火、冷加工、辐照等。
点缺陷类型结构:空位、间隙原子、置换原子肖脱基(Schottky)空位:脱离平衡位置的原子移动到晶体表面;弗兰克尔(Frankel)空位:脱离平衡位置的原子移动到晶体点阵的间隙中。
图2.13 点缺陷示意图a) 空位;b) 间隙原子;c) 异质间隙原子;d) 异质置换原子(原子半径小);e) 异质置换原子(原子半径大)图2.14 空位聚集成为空位片a) 孤立的空位;b) 聚集成片的空位片图2.15 化合物离子晶体中两种常见的点缺陷点缺陷形成能:由于空位或者间隙原子的存在而使点阵产生畸变,晶体内能升高,增加的能量称为点缺陷形成能。
常见金属中,间隙原子形成能比空位形成能大几倍。
点缺陷平衡浓度:热力学分析表明,在绝对零度以上的任何温度,晶体中含有一定数量的点缺陷在热力学上是稳定的(这也表明理想晶体在热力学上是不稳定的),并可以计算该温度下的点缺陷平衡浓度。
晶体缺陷的分类
1. 点缺陷,就像生活中的小瑕疵一样。
比如说金属晶体里少了个原子,这就是点缺陷呀!它虽然小,可对晶体的性能影响却不小呢!
2. 线缺陷,嘿,这就像一条小裂缝在晶体中蔓延。
想想看,位错不就是这样嘛,对晶体的强度等方面有着重要作用呢!
3. 面缺陷,哇哦,这好比晶体中有个明显的界面呀!像晶界、相界这些,对晶体的一些特性那可是有着关键影响的咧!
4. 空位缺陷,不就像是晶体里本该有的位置空了出来嘛,就像教室里面少了个同学一样明显,会引起一系列的变化哦!
5. 间隙原子缺陷,这多有趣,就像是硬生生挤进了一个不该在那的原子呀,对晶体的结构稳定性会带来挑战呢!
6. 杂质原子缺陷,就仿佛外来者闯入了晶体的世界。
比如说在硅晶体里掺杂其他原子,这影响可大啦!
7. 刃型位错,它就像晶体中一把隐形的刀呀,对晶体的变形等行为有着特殊意义呢!
8. 螺型位错,像不像一条螺旋状的小过道在晶体中呢,在晶体的生长等过程中作用明显得很呢!
9. 混合位错,哈哈,这就是前两种位错的结合体呀,复杂又有趣呢,对晶体来说可真是个特别的存在哟!
我的观点结论就是:晶体缺陷的分类可真是丰富多样又奇妙无比,每一种都有着独特的魅力和重要的作用呀!。