ZJ-晶体缺陷
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晶体缺陷的名词解释晶体缺陷是指晶体结构中存在的不规则性或者失序性,它们可以是由于晶体生长过程中的某些不完美导致的,也可以是在晶体使用过程中形成的。
晶体缺陷对材料的物理性质和化学性质有着重要影响,因此,对晶体缺陷的理解与研究具有重要意义。
一、点缺陷点缺陷是一种在晶体中以原子或原子团为单位存在的不规则性。
点缺陷可以分为两类,即缺陷原子和间隙原子。
缺陷原子是指晶体中一个位置上原子的缺失或替代,而间隙原子是指晶体中非正常晶格位置上的原子存在。
点缺陷的存在对晶体的导电性、热传导性以及光学性质等方面都会产生显著影响。
二、面缺陷面缺陷是指在晶体中存在的二维或三维结构缺陷。
面缺陷可以分为孪生界面、晶界和堆垛层错三类。
孪生界面是晶体内部两个完全互相倒转或者镜像对称的晶体颗粒之间的界面。
晶界是指晶体内部两个晶体颗粒之间的原子排列或晶格编织方式发生转变的区域。
堆垛层错是因为在晶体生长过程中,晶体颗粒之间因堆垛方式的差异而产生的错位。
面缺陷在晶体的力学性能、疲劳机制以及晶体生长等方面具有重要影响。
三、体缺陷体缺陷是指晶体内部原子排列或晶格结构出现不规则性或失序性的缺陷。
体缺陷包括空位、间隙和失序。
空位是指晶体内原子因缺失而导致的晶体结构不完整。
间隙是指晶体中非正常晶格位置上的原子存在。
失序则是指晶体中原子的无序或错位状态。
体缺陷对晶体的机械性能、热膨胀性质以及磁性等方面产生显著影响。
四、缺陷治理缺陷治理是指通过不同的方法和手段对晶体中的缺陷进行修复或改善的过程。
常见的缺陷治理方法包括热退火、添加合金元素和辅助材料等。
热退火是通过加热晶体使缺陷移动并重新排列,从而达到改善晶体结构的目的。
添加合金元素和辅助材料则是通过引入其他原子或化合物来改善晶体的物理性质和化学性质。
总结起来,晶体缺陷是晶体结构中存在的不规则性或失序性。
它们可以是点缺陷、面缺陷或体缺陷。
这些缺陷对晶体材料的性能产生重要影响,因此,研究和理解晶体缺陷的形成和治理具有重要意义。
第5章晶体缺陷在二十世纪初叶,人们为了探讨物质的变化和性质产生的原因,纷纷从微观角度来研究晶体内部结构,特别是X射线衍射的出现,揭示出晶体内部质点排列的规律性,认为内部质点在三维空间呈有序的无限周期重复性排列,即所谓空间点阵结构学说。
前面讲到的都是理想的晶体结构,实际上这种理想的晶体结构在真实的晶体中是不存在的,事实上,无论是自然界中存在的天然晶体,还是在实验室(或工厂中)培养的人工晶体或是陶瓷和其它硅酸盐制品中的晶相,都总是或多或少存在某些缺陷,因为:首先晶体在生长过程中,总是不可避免地受到外界环境中各种复杂因素不同程度影响,不可能按理想发育,即质点排列不严格服从空间格子规律,可能存在空位、间隙离子、位错、镶嵌结构等缺陷,外形可能不规则。
另外,晶体形成后,还会受到外界各种因素作用如温度、溶解、挤压、扭曲等等。
晶体缺陷:各种偏离晶体结构中质点周期重复排列的因素,严格说,造成晶体点阵结构周期势场畸变的一切因素。
如晶体中进入了一些杂质。
这些杂质也会占据一定的位置,这样破坏了原质点排列的周期性,在二十世纪中期,发现晶体中缺陷的存在,它严重影响晶体性质,有些是决定性的,如半导体导电性质,几乎完全是由外来杂质原子和缺陷存在决定的,许多离子晶体的颜色、发光等。
另外,固体的强度,陶瓷、耐火材料的烧结和固相反应等等均与缺陷有关,晶体缺陷是近三、四年国内外科学研究十分注意的一个内容。
根据缺陷的作用范围把真实晶体缺陷分四类:点缺陷:在三维尺寸均很小,只在某些位置发生,只影响邻近几个原子。
线缺陷:在二维尺寸小,在另一维尺寸大,可被电镜观察到。
面缺陷:在一维尺寸小,在另二维尺寸大,可被光学显微镜观察到。
体缺陷:在三维尺寸较大,如镶嵌块,沉淀相,空洞,气泡等。
一、点缺陷按形成的原因不同分三类:1 热缺陷(晶格位置缺陷)在晶体点阵的正常格点位出现空位,不该有质点的位置出现了质点(间隙质点)。
2 组成缺陷外来质点(杂质)取代正常质点位置或进入正常结点的间隙位置。
第3章晶体缺陷前言前面章节都是就理想状态的完整晶体而言,即晶体中所有的原子都在各自的平衡位置,处于能量最低状态。
然而在实际晶体中原子的排列不可能这样规则和完整,而是或多或少地存在离开理想的区域,出现不完整性。
正如我们日常生活中见到玉米棒上玉米粒的分布。
通常把这种偏离完整性的区域称为晶体缺陷(crystal defect; crystalline imperfection)。
缺陷的产生是与晶体的生成条件、晶体中原子的热运动、对晶体进行的加工过程以及其它因素的作用等有关。
但必须指出,缺陷的存在只是晶体中局部的破坏。
它只是一个很小的量(这指的是通常的情况)。
例如20℃时,Cu的空位浓度为3.8×10-17,充分退火后铁中的位错密度为1012m-2(空位、位错都是以后要介绍的缺陷形态)。
所以从占有原子百分数来说,晶体中的缺陷在数量上是微不足道的。
但是,晶体缺陷仍可以用相当确切的几何图像来描述。
在晶体中缺陷并不是静止地、稳定不变地存在着,而是随着各种条件的改变而不断变动的。
它们可以产生、发展、运动和交互作用,而且能合并消失。
晶体缺陷对晶体的许多性能有很大的影响,如电阻上升、磁矫顽力增大、扩散速率加快、抗腐蚀性能下降,特别对塑性、强度、扩散等有着决定性的作用。
20世纪初,X射线衍射方法的应用为金属研究开辟了新天地,使我们的认识深入到原子的水平;到30年代中期,泰勒与伯格斯等奠定了晶体位错理论的基础;50年代以后,电子显微镜的使用将显微组织和晶体结构之间的空白区域填补了起来,成为研究晶体缺陷和探明金属实际结构的主要手段,位错得到有力的实验观测证实;随即开展了大量的研究工作,澄清了金属塑性形变的微观机制和强化效应的物理本质。
按照晶体缺陷的几何形态以及相对于晶体的尺寸,或其影响范围的大小,可将其分为以下几类:1.点缺陷(point defects) 其特征是三个方向的尺寸都很小,不超过几个原子间距。
如:空位(vacancy)、间隙原子(interstitial atom)和置换原子(substitutional atom)。