一、多晶体结构
第一节 材料的实际晶体结构
一、多晶体结构
晶粒：多晶体材料中每 个小晶体的外形多为不 规则的颗粒状，通常把 它们叫做“晶粒”。 晶界：晶粒与晶粒之间 的分界面叫“晶粒间 界”，或简称“晶界”。 为了适应两晶粒间不同 晶格位向的过渡，在晶 界处的原子排列总是不 规则的。
第一节 材料的实际晶体结构
第二节
的晶体缺陷。
点缺陷
点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小，在原子尺寸大小
一、点缺陷的类型 ：
1) 空位 在晶格结点位置应有原子的 地方空缺，这种缺陷称为“空位”。 2) 间隙原子 在晶格非结点位置，往 往是晶格的间隙，出现了多余的原 子。它们可能是同类原子，也可能 是异类原子。 3) 异类原子 在一种类型的原子组成 的晶格中，不同种类的原子替换原 有的原子占有其应有的位置。
空位的出现提高了体系的熵值
在一摩尔的晶体中如存在n个空位，晶体中有 N=6.023X1023个晶格位置，这是空位的浓度为x=n/N，系 统熵值为：
第二节
点缺陷
三、点缺陷的平衡浓度
N! S k ln k ln( ) k [ln N ! ln n! ln(N n)!] n!( N n)! S k [ N ln N N n ln n n ( N n) ln(N n) ( N n)] n N n S kN [ (lnn ln N ) (ln(N n) ln N )]即 N N S R ( x ln x (1 x ) ln( 1 x ))
设每个空位的形成能为u，空位浓度为x时 自由能的变化为：
第二节
点缺陷
三、点缺陷的平衡浓度 G H TS G xN u RT [ x ln x (1 x ) ln ( 1 x )] G 1 1 N u kNT[ x ln x (1 x ) ln ( 1 x )] 0 x x 1 x 由于空位的数目与晶的 格数目相比小得多， x 0, (1 x ) 1, ln ( 1 x) 0 n u x A e xp( )其 中 N kT A为 材 料 常 数 ， 在上推导中 A1
第二节
点缺陷
四、点缺陷的表示
•与金属中的点缺陷相比，离子晶体中的点缺陷 的一个重要特点是它们往往都是带电的。带电的 原子类点缺陷以及电子类点缺陷之间有电中性的 约束，例如，离子晶体中形成肖特基缺陷时，阳 离子空位和阴离子空位形成的比例必须符合化学 计量比以保持晶体的电中性。因此离子晶体中的 点缺陷的形成比较复杂，人们建立了一套专门的 符号系统来描述离子晶体中的点缺陷，并发展了 应用质量作用定律等来处理晶体缺陷关系的缺陷 化学，它们已经成为研究离子晶体点缺陷的有效 工具。
第二节
点缺陷
三、点缺陷的平衡浓度 例如： Cu晶体得空位形成能为0.9ev/atom =1.44X1019J/atom，在500℃时计算可得出平衡空位的浓度为 1.4X10-6(很低)，而在每立方米的铜晶体存在1.2X1023个 空位(数量很多)。
过饱和空位 晶体中含点缺陷的数目明显超过平 衡值。如高温下停留平衡时晶体中存在一平衡空 位，快速冷却到一较低的温度，晶体中的空位来 不及移出晶体，就会造成晶体中的空位浓度超过 这时的平衡值。过饱和空位的存在是一非平衡状 态，有恢复到平衡态的热力学趋势，在动力学上 要到达平衡态还要一时间过程。
第二节
点缺陷
二、点缺陷的形成
弗仑克耳缺陷：原子离开平衡位置进入间隙，形成等量 的空位和间隙原子。 肖特基缺陷：只形成空位不形成间隙原子。（构成新的 晶面） 金属： 离子晶体： 1 负离子不 能到间隙 2 局部电中 性要求
第二节
点缺陷
二、点缺陷的形成
第二节
点缺陷
三、点缺陷的平衡浓度
热力学分析表明，在高于0K的任何温度下，晶体最稳定 的状态是含有一定浓度点缺陷的状态。此浓度称为点缺 陷的平衡浓度。 空位形成能 空位的出现破坏了其周围的结合状态，因 而造成局部能量的升高，由空位的出现而高于没有空位 时的那一部分能量称为“空位形成能”。
第二章 晶体缺陷
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材料的实际晶体结构 点缺陷 位错的基本概念
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位错的弹性特征 晶体中的界面
第一节 材料的实际晶体结构
一、多晶体结构
单晶体: 一块晶体材料，其内部 的晶体位向完全一致时，即 整个材料是一个晶体，这块 晶体就称之为“单晶体”， 实用材料中如半导体集成电 路用的单晶硅、专门制造的 金须和其他一些供研究用的 材料。
第一节 材料的实际晶体结构
一、多晶体结构
多晶体: 实际应用的工程材 料中，那怕是一块尺寸 很小材料，绝大多数包 含着许许多多的小晶体， 每个小晶体的内部，晶 格位向是均匀一致的， 而各个小晶体之间，彼 此的位向却不相同。称 这种由多个小晶体组成 的晶体结构称之为“多 晶体”。
第一节 材料的实际晶体结构
第一节 材料的实际晶体结构
三、晶体中的缺陷概论
晶体缺陷按范围分类：
1. 点缺陷 在三维空间各方向上尺寸都很小，在 原子尺寸大小的晶体缺陷。 2. 线缺陷 在三维空间的一个方向上的尺寸很大 (晶粒数量级)，另外两个方向上的尺寸很小 (原子尺寸大小)的晶体缺陷。其具体形式就 是晶体中的位错Dislocation 3. 面缺陷 在三维空间的两个方向上的尺寸很大 (晶粒数量级)，另外一个方向上的尺寸很小 (原子尺寸大小)的晶体缺陷。
一、多晶体结构
第一节 材料的实际晶体结构
二、多晶体的组织与性能：
组织： 性能： 组织敏感的性能 组织不敏感的性能 伪各向同性：多晶体材料中，尽管每个晶粒内部象单
晶体那样呈现各向异性，每个晶粒在空间取向是随机分 布，大量晶粒的综合作用，整个材料宏观上不出现各向 异性，这个现象称为多晶体的伪各向同性。
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三Hale Waihona Puke 晶体中的缺陷概论晶体缺陷：
即使在每个晶粒的内部，也并不完全象 晶体学中论述的(理想晶体)那样，原子完全 呈现周期性的规则重复的排列。把实际晶体 中原子排列与理想晶体的差别称为晶体缺陷。 晶体中的缺陷的数量相当大，但因原子的数 量很多，在晶体中占有的比例还是很少，材 料总体具有晶体的相关性能特点，而缺陷的 数量将给材料的性能带来巨大的影响。