点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学 过程等有关。
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Now What Do You See?
Interstitial Vacancy
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8
Point Defects
• Vacancies:
-vacant atomic sites in a structure.
distortion of planes
第二章 晶体结构缺陷
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1
缺陷的含义：通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为 晶体的结构缺陷。 理想晶体：质点严格按照空间点阵排列。 实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。
研究缺陷的意义：由于缺陷的存在，才使晶体表现出各种 各样的性质，使材料加工、使用过程中的各种性能得以有 效控制和改变，使材料性能的改善和复合材料的制备得以 实现。因此，了解缺陷的形成及其运动规律，对材料工艺 过 缺程陷的对控 材制料，性对能材的料影性响能举的例改: 善，对于新型材料的设计、 研 材究料与的开 强发化具，有如重钢要——意是义铁。中渗碳 陶瓷材料的增韧 半导体掺杂
线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密 切相关。
Байду номын сангаас
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刃型位错
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刃型位错示意图：(a)立体模型;(b)平面图
G
H
F
E
晶体局部滑移造成的刃型位错
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螺型位错
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C B
D A
C
D
B A
(a )
(b)
螺型位错示意图:（a）立体模型 ；（b）平面图
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螺型位错示意图
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3.面缺陷
面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想 晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸 在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、表面、 堆积层错、镶嵌结构等。
Vacancy
Common
• Self-Interstitials:
-"extra" atoms positioned between atomic sites.
distortion of planes
selfinterstitial
Rare
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9
Impurities In Solids
Two outcomes if impurity (B) added to host (A):
O2-
cation vacancy
Ca 2+ resulting geometry
anion vacancy
C-l C-l initial geometry O2- impurity
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resulting geometry
8 11
2. 线缺陷（一维缺陷）位错(dislocation)
指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、 规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方 向较长，另外二维方向上很短。如各种位错 （dislocation），如图所示。
面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。
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面缺陷－晶界
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19
晶界示意图
亚晶界示意图
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晶界: 晶界是两相邻晶粒间的过渡界面。由于相邻晶粒 间彼此位向各不相同，故晶界处的原子排列与晶内不同， 它们因同时受到相邻两侧晶粒不同位向的综合影响，而做 无规则排列或近似于两者取向的折衷位置的排列，这就形 成了晶体中的重要的面缺陷。
E原子 > E平均 在原来位置上产生一个空位
热缺陷浓度与温度的关系:温度升高时，热缺陷浓度增加
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25
（a）单质中弗仑克尔缺陷的形 成（空位与间隙质点成对出现）
（b）单质中的肖特基缺陷的 形成
热缺陷产生示意图
• Impurities must also satisfy charge balance
• Ex: NaCl
• Substitutional cation impurity
Ca 2+ Na +
Na +
initial geometry Ca2+ impurity
• Substitutional anion impurity
位错
小角度晶界、大角度晶界 挛晶界面 堆垛层错 包藏杂质 沉淀 空洞
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6
1. 点缺陷（零维缺陷） Point Defect
缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺 陷的尺寸都很小。
包括：空位（vacancy） 间隙质点（interstitial particle） 错位原子或离子 外来原子或离子（杂质质点）（foreign particle） 双空位等复合体
• Solid solution of B in A (i.e., random dist. of point defects)
OR
Substitutional alloy (e.g., Cu in Ni)
Interstitial alloy (e.g., C in Fe)
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10
Impurities in Ceramics
亚晶界: 实验表明，在实际金属的一个晶粒内部晶格位 向也并非一致，而是存在一些位向略有差异的小晶块（位 向差一般不超过2°)。这些小晶块称为亚结构。亚结构之 间的界面称为亚晶界。
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21
面缺陷－堆积层错 面心立方晶体中的抽出型层错(a)和插入型层错(b)
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面缺陷－共格晶面 面心立方晶体中{111}面反映孪晶
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2
本章主要内容：
§2.1 晶体结构缺陷的类型 §2. 2 点缺陷 §2.3 线缺陷 §2.4 面缺陷 §2.5 固溶体 §2.6 非化学计量化合物
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3
本章要求掌握的主要内容：
掌握缺陷的基本概念、分类方法； 掌握缺陷的类型、含义及其特点；
熟练书写点缺陷的缺陷反应方程式、化学平衡方 法计算热缺陷的浓度；
了解缺陷在材料性能的改善、新型材料的设计、 研究与开发中的意义。
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4
2.1 晶体结构缺陷的类型
分类方式：
几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷等 形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等
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5
一、按缺陷的几何形态分类
点缺陷 零维缺陷
本征缺陷 杂质缺陷
线缺陷 一维缺陷
面缺陷 二维缺陷
体缺陷 三维缺陷
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二 按缺陷产生的原因分类
晶体缺陷
辐照缺陷 杂质缺陷
电荷缺陷 热缺陷 非化学计量缺陷
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1. 热缺陷
定义:热缺陷亦称为本征缺陷，是指由热起伏的原因所产生 的空位或间隙质点（原子或离子）。
类型:弗仑克尔缺陷（Frenkel defect）和肖特基缺陷 （Schottky defect）
T E 热起伏(涨落) 原子脱离其平衡位置