《材料科学基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三章 晶体缺陷 3.1 点缺陷

第三章晶体缺陷理想晶体一整个晶体完全是晶胞规则重复排列。实际晶体一由　于各　因　素　的　影　响　，总会存在一些不完整、原子排列偏离理想状态的区域，把实际晶体中原子排列与理想晶体有差别的这些区域称为晶体缺陷

第三章 晶体缺陷 理想晶体—— 实际晶体—— 整个晶体完全是晶胞规则重复排列。 由 于 各 因 素 的 影 响 ， 总会存 在一 些不完 整 、原 子排 列 偏离理 想状 态的区 域 ，把 实际 晶 体中原 子排 列与理 想晶体 有差 别 的 这 些 区 域 称 为 晶 体 缺 陷

晶体缺陷按尺度范围分类1.点缺陷在三维方向上尺寸都很小，又称零维缺陷典型代表空位、间隙原子等，本章重点。2.线缺陷在两个方向尺寸很小，一个方向尺寸较大又称一维缺陷。典型代表位错，本章难点。3.面缺陷在一个方向尺寸很小，另两个方向尺寸较大，又称二维缺陷。典型代表晶粒间界、晶体表面、层错等

晶体缺陷按尺度范围分类 1. 点缺陷 在三维方向上尺寸都很小，又称零维缺陷。 典型代表空位、间隙原子等，本章重点。 2. 线缺陷 在两个方向尺寸很小，一个方向尺寸较大， 又称一维缺陷。典型代表位错，本章难点。 3. 面缺陷 在一个方向尺寸很小，另两个方向尺寸较 大，又称二维缺陷。典型代表晶粒间界、晶体表 面、层错等

3.1.点缺陷3.1.1点缺陷类型①空位正常结点没能被原子或离子所占据*②填隙原子原子进入晶格中正常结点之间的间隙位置?③杂质原子外来原子进入晶格取代原来的原子进入正常位置或进入间隙

3.1 点缺陷 3.1.1 点缺陷类型 ❖①空位 正常结点没能被原子或离子所占据 ❖②填隙原子 原子进入晶格中正常结点之间的间隙位置 ❖③杂质原子 外来原子进入晶格取代原来的原子进入正常位置或进 入间隙

①空位正常结点没有被原子或离子所占据，成为空结点MXMXMXMXX MXMXXMMIMXMXXMMXMXMXX正窗

①空位 正常结点没有被原子或离子所占据，成为 空结点 M+ M+ M+ M+ M+ M+ X M+ X X X X X X X M+ M+ M+ M+ M+ M+ M+ X M+ X X X X X X 正离子空位 负离子空位

②填隙原子原子进入晶体中正常结点之间的间隙位置，成为填隙原子。从成分上看，填隙质点可以是晶体自身的质点，也可以是外来杂质的质点

②填隙原子 原子进入晶体中正常结点之间的间隙位置，成为 填隙原子。 从成分上看，填隙质点可以是晶体自身的质点， 也可以 是外来 杂质的 质点

③杂质原子外来杂质质点进入晶体中生成缺陷，从位置上看，它可以进入间隙位置，也可以进入结点位置间隙杂原子置换杂原子置换杂原子

③杂质原子 外来杂质质点进入晶体中生成缺陷，从位置上 看，它可以进入间隙位置，也可以进入结点位置。 间隙杂原子 置换杂原子 置换杂原子

3.1.2点缺陷形成的物理模型（1）点缺陷的物理本质是什么？2）点缺陷形成的驱动力来自何处？

(1)点缺陷的物理本质是什么？ (2)点缺陷形成的驱动力来自何处？ 3.1.2 点缺陷形成的物理模型

晶体中的原子受到两种作用力：(1）原子间的吸引力（2）原子间的斥力作用力平衡条件下，原子有各自的平衡位置点缺陷形成最重要的环节是原子的振动：原子在平衡位置上不是静止不动，而是以一定的频率和振幅作振动，这就是原子的热振动

晶体中的原子受到两种作用力： (1)原子间的吸引力 (2)原子间的斥力 作用力平衡条件下，原子有各自的平衡位置。 点缺陷形成最重要的环节是原子的振动：原 子在平衡位置上不是静止不动，而是以一 定的频率和振幅作振动，这就是原子的热 振动

原子被束平衡位置上，温度对振动起主要作用温度越高，振动得越快，振幅越大。温度足够高，原子振幅变得很大，以致于能挣脱周围原子对其束缚，成为“自由的”原子。原子处在非正常格点上即间隙位置，成为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。点缺陷形成的物理本质

原子被束缚平衡位置上，温度对振动起主要作用 温度越高，振动得越快，振幅越大。 温度足够高，原子振幅变得很大，以致于能挣脱周 围原子对其束缚，成为“自由的” 原子。 原子处在非正常格点上即间隙位置，成为间隙原子。 由于原子挣脱束缚而在原来的格点上留下了空位。 点缺陷形成的物理本质

点缺陷形成的驱动力热平衡缺陷：温度是使原子脱离平衡位置的动力是形成点缺陷的外界条件。过饱和缺陷：晶体中含点缺陷的数目明显超过平衡值。如高温下平衡时晶体中存在一平衡空位，快速冷却到较低的温度，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平衡值。过饱和缺陷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

热平衡缺陷：温度是使原子脱离平衡位置的动力， 是形成点缺陷的外界条件。 过饱和缺陷：晶体中含点缺陷的数目明显超过平衡 值。如高温下平衡时晶体中存在一平衡空位，快 速冷却到较低的温度，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平衡值。 过饱和缺陷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。 点缺陷形成的驱动力