点缺陷晶体缺陷和强.pptx
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1、2023/3/191第二章第二章 点缺陷点缺陷2.1 点缺陷的类型点缺陷的类型包括空位、间隙原子、杂质或溶质原子,以及它们所组合成的复包括空位、间隙原子、杂质或溶质原子,以及它们所组合成的复包括空位、间隙原子、杂质或溶质原子,以及它们所组合成的复包括空位、间隙原子、杂质或溶质原子,以及它们所组合成的复杂缺陷(如空位对或空位群)。由于原子热振动造成的。杂缺陷(如空位对或空位群)。由于原子热振动造成的。杂缺陷(如空位对或空位群)。由于原子热振动造成的。杂缺陷(如空位对或空位群)。由于原子热振动造成的。第1页/共34页2023/3/192 基本类型:空位(基本类型:空位(基本类型:空位(基本类型:空
2、位(Vacancy)Vacancy)Vacancy)Vacancy)和间隙原子和间隙原子和间隙原子和间隙原子(interstitial(interstitial(interstitial(interstitial atom)atom)atom)atom)如果在晶体中抽去在正常点阵位置上的一个原子就造成了如果在晶体中抽去在正常点阵位置上的一个原子就造成了如果在晶体中抽去在正常点阵位置上的一个原子就造成了如果在晶体中抽去在正常点阵位置上的一个原子就造成了点阵的点阵的点阵的点阵的空位空位空位空位,如果在点阵的间隙位置挤进一个原子,则形,如果在点阵的间隙位置挤进一个原子,则形,如果在点阵的间隙位置挤进
3、一个原子,则形,如果在点阵的间隙位置挤进一个原子,则形成一个成一个成一个成一个间隙原子间隙原子间隙原子间隙原子。空位空位间隙间隙原子原子第2页/共34页2023/3/1932.2 点缺陷的形成热振动当某一原子具有足够大的振动能而使振幅增大到一定限度时,就可能克服周围原子对它的制约作用,跳离其原来的位置,使点阵中形成空结点,称为“空位”。空位出现,周围原子的力平衡关系被破坏,原子偏离其平衡位置,产生三个方向尺寸均很小的点阵畸变点缺陷。第3页/共34页2023/3/194点缺陷的形成由于热激活离开平衡位置的原子可有三个去处由于热激活离开平衡位置的原子可有三个去处(1 1)迁移到晶体的表面或晶界,而
4、使晶体内部留下)迁移到晶体的表面或晶界,而使晶体内部留下空位,形成空位,形成Schotty Schotty 缺陷,缺陷,肖脱基空位。肖脱基空位。(2 2)挤入晶体的间隙位置,在晶体中形成数目相等)挤入晶体的间隙位置,在晶体中形成数目相等的空位和间隙原子,这样的一对点缺陷称为的空位和间隙原子,这样的一对点缺陷称为FrankelFrankel缺陷,缺陷,弗兰克尔空位。弗兰克尔空位。(3 3)跳到其它空位中,造成)跳到其它空位中,造成空位迁移或消失空位迁移或消失。第4页/共34页2023/3/195弗兰克耳缺陷和肖脱基缺陷第5页/共34页2023/3/196点缺陷形成的物理本质?点缺陷形成的物理本质
5、?l当原子间的吸引力和排斥力达到平衡时,原子在平当原子间的吸引力和排斥力达到平衡时,原子在平衡位置以一定的频率和振幅振动(即原子的热振动)。衡位置以一定的频率和振幅振动(即原子的热振动)。温度场温度场对这一振动行为起主要作用。温度越高,振动对这一振动行为起主要作用。温度越高,振动得越快,振幅越大。而且,每个原子在宏观统计上表得越快,振幅越大。而且,每个原子在宏观统计上表现出不同的振动频率和振幅。现出不同的振动频率和振幅。l 也就是:原子被束缚在它的平衡位置上,但原子却也就是:原子被束缚在它的平衡位置上,但原子却在做着挣脱束缚的努力。如果没有正常的格点供该原在做着挣脱束缚的努力。如果没有正常的格
6、点供该原子子“栖身栖身”,那么这个原子就处在非正常格点上即间,那么这个原子就处在非正常格点上即间隙位置,形成间隙原子。由于原子挣脱束缚而在原来隙位置,形成间隙原子。由于原子挣脱束缚而在原来的格点上留下了空位。这就是点缺陷形成的本质。的格点上留下了空位。这就是点缺陷形成的本质。第6页/共34页2023/3/197点缺陷形成的驱动力?点缺陷形成的驱动力?l温度温度是使原子脱离平衡位置的动力,是形成点缺陷是使原子脱离平衡位置的动力,是形成点缺陷的外界条件,我们把它称之为点缺陷形成的驱动力。的外界条件,我们把它称之为点缺陷形成的驱动力。l点缺陷形成的驱动力还可以是其他方式,如:点缺陷形成的驱动力还可以
7、是其他方式,如:塑性塑性变形变形、高能粒子辐照高能粒子辐照、热处理热处理等。等。l值得说明的是,在外界驱动力作用下,哪个原子能值得说明的是,在外界驱动力作用下,哪个原子能够挣脱束缚,脱离平衡位置是不确定的,宏观上说够挣脱束缚,脱离平衡位置是不确定的,宏观上说这是一种几率分布,每个原子都有这样的可能。这是一种几率分布,每个原子都有这样的可能。第7页/共34页2023/3/198点缺陷的形成能空位形成能定义:在晶体内取出一个原子放在晶体表面上(但不改变晶体的表面能)所需要的能量。包括畸变能和电子能结合能愈大,熔点愈高,则空位形成能也愈大。第8页/共34页2023/3/199贵金属中点缺陷的形成能(
8、理论计算值)缺陷类型缺陷类型金属金属形成能形成能/电子伏电子伏作者作者空位空位Cu0.8-1.0富米富米1.3-1.5亨丁顿亨丁顿Ag0.6-0.92富米富米Au0.6-0.77富米富米间隙原子间隙原子Cu4.0-5.0亨丁顿亨丁顿2.5-2.6特沃特特沃特3.0塞格等塞格等第9页/共34页2023/3/19102.3 点缺陷的运动l对于一定的体系,平衡时点缺陷的数目是一定的,但这仅仅是一种动态平衡和稳定。考虑到原子的热运动和能量的起伏,一个原子可能脱离平衡位置而占据另一空位。虽然空位数目不增加,但确实存在原子的迁移。l空位缺陷的运动实质上是原子的迁移过程,它构成了晶体中原子传输的基础。l空位
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