海南大学：《材料科学基础》课程教学资源（PPT课件）Chapter 晶体缺陷 3 1 点缺陷、位错

第三章晶体缺陷

第三章 晶体缺陷

宏观缺陷：孔洞，裂纹，氧化， 材料中 腐蚀，杂质. 的缺陷 晶体缺陷 微观缺陷： 非晶体缺陷 晶粒 晶界 理想晶体结构 实际晶体结构

材料中 的缺陷 宏观缺陷：孔洞，裂纹，氧化， 微观缺陷： 晶体缺陷 非晶体缺陷 腐蚀，杂质. 理想晶体结构 实际晶体结构

晶体缺陷的由来 ·理想晶体所有质点都在自已的结点位置，质点严格 按照空间点阵排列 。 实际晶体与理想的点阵结构发生偏离（位置、组成）， 存在着各种各样的结构的不完整性 原子（或离子、分子)的热运动，晶体的形成条件、 冷热加工过程和其他辐射、杂质等因素的影响

晶体缺陷的由来 • 理想晶体所有质点都在自己的结点位置，质点严格 按照空间点阵排列 • 实际晶体与理想的点阵结构发生偏离(位置、组成)， 存在着各种各样的结构的不完整性 原子（或离子、分子）的热运动，晶体的形成条件、 冷热加工过程和其他辐射、杂质等因素的影响

①晶体缺陷的定义 晶体缺陷：晶体结构中与理想的点阵结构发生偏差的区域， 即晶体中原子正常周期性排列遭到破坏的区域。 空位 点缺陷示意图 8888 八M 距离

①晶体缺陷的定义 晶体缺陷：晶体结构中与理想的点阵结构发生偏差的区域， 即晶体中原子正常周期性排列遭到破坏的区域

>晶体缺陷普遍存在 >晶体缺陷数量上微不足道 缺陷的存在只是晶体中局部的破坏。因为缺陷存在的 比例毕竟只是一个很小的量（通常情况下)。 例如20℃时，Cu的空位浓度为3.8×10-17，充分退火后 Fe中的位错密度为1012m2（空位、位错都是以后要介绍的 缺陷形态) 平移对称性的示意图 平移对称性的破坏

➢ 晶体缺陷普遍存在 ➢ 晶体缺陷数量上微不足道 缺陷的存在只是晶体中局部的破坏。因为缺陷存在的 比例毕竟只是一个很小的量（通常情况下）。 例如20℃时，Cu的空位浓度为3.8×10-17 ，充分退火后 Fe中的位错密度为10-12m-2（空位、位错都是以后要介绍的 缺陷形态） 平移对称性的示意图 平移对称性的破坏

②分类 点缺陷（零维缺陷）原子尺度的偏离， 按缺陷 例：空位、间隙原子、杂质原子等 线缺陷（一维缺陷）-原子行列的偏离. 例：位错等 几何形态 面缺陷（二维缺陷）-表面、界面处原子排列混乱. 例：表面、晶界、堆积层错、镶嵌结构等 体缺陷（三维缺陷）-局部的三维空间偏离理想晶体的周期性 例：异相夹杂物、孔洞、亚结构等 按缺陷 热缺陷 杂质缺陷 生 非化学计量缺陷 原因 其它原因：电荷缺陷，辐照缺陷等

点缺陷（零维缺陷）-原子尺度的偏离. 例：空位、间隙原子、杂质原子等 线缺陷（一维缺陷）-原子行列的偏离. 例：位错等 面缺陷（二维缺陷）-表面、界面处原子排列混乱. 例：表面、晶界、堆积层错、镶嵌结构等 体缺陷（三维缺陷）-局部的三维空间偏离理想晶体的周期性 例：异相夹杂物、孔洞、亚结构等 按 缺 陷 的 几 何 形 态 ②分类 热缺陷 杂质缺陷 非化学计量缺陷 其它原因：电荷缺陷，辐照缺陷等 按 缺 陷 产 生 的 原 因

③缺陷与材料性能的关系 ·点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变 >使强度、硬度提高，塑性、韧性下降； >与材料的电学性质、光学性质有关； y 影响材料的高温动力学过程（扩散、相变、固相反应、烧结）； ,对耐腐蚀性和化学反应性能也有较大影响 ●线缺陷（位错)的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关 000日0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 日 0 0 0 0 0 0 o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 空位缺陷 间隙原子 小置换原子 大置换原子

空位 间隙原子 小置换原子 大置换原子 ⚫点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变 ➢ 使强度、硬度提高，塑性、韧性下降； ➢ 与材料的电学性质、光学性质有关； ➢ 影响材料的高温动力学过程(扩散、相变、固相反应、烧结) ； ➢ 对耐腐蚀性和化学反应性能也有较大影响 ⚫线缺陷（位错）的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关 空位缺陷 大置换原子 ③缺陷与材料性能的关系

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，对材料工艺过程的控制，对材料性能的改善， 对于新型材料的设计、研究与开发具有重要意义 海蓝宝石 GGG激光晶体 含Fe2+的绿柱石Be3Al2[Si6O18l 掺钕钆镓石榴石(Nd:GGG)

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，对材料工艺过程的控制，对材料性能的改善， 对于新型材料的设计、研究与开发具有重要意义 海蓝宝石 含Fe2+的绿柱石Be3Al2 [Si6O18] GGG激光晶体 掺钕钆镓石榴石(Nd:GGG)

点缺陷：固有的 空位、自间隙原子 外来的 杂质原子，原则上可看成固溶体 Pt表面的STM像

点缺陷：固有的⎯⎯空位、自间隙原子 外来的⎯⎯杂质原子，原则上可看成固溶体 Pt表面的STM像

1.点缺陷：任何方向尺寸都远小于晶体线度的缺陷区 空位： (a)无原子的阵点位置 (b)双空位 间隙原子： (d挤入点阵间隙的原子 肖特基缺陷：(c)离子对空位 弗兰克尔缺陷：()等量的正离子空位和正离子间隙 (b)

1. 点缺陷：任何方向尺寸都远小于晶体线度的缺陷区 空位 ： (a)无原子的阵点位置 间隙原子： (d)挤入点阵间隙的原子 肖特基缺陷 ： (c)离子对空位 弗兰克尔缺陷：(e)等量的正离子空位和正离子间隙 (b)双空位