无机材料科学第三章晶体结构缺陷.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,一、晶体结构缺陷概述,1,、概述,固体在热力学上最稳定的状态是处于,0 K,时的完整晶体状态，此时，其内部能量最低。晶体中的原子按理想的晶格点阵排列。实际的真实晶体中，在高于,0 K,的任何温度下，都或多或少地存在着对理想晶体结构的偏离，即存在着结构缺陷。,第三章晶体结构缺陷一,第三章晶体结构缺陷一,2,、造成晶体结构缺陷的原因,:,实际晶体温度总是高于绝对零度,(,热缺陷,),实际晶体总是有限大小,(,表面,/,界面缺陷,),实际晶体总是含有或多或少的杂质,(,外来缺陷,),缺陷就是对于理想晶体结构的偏离,第三章晶体结构缺陷一,影响晶体的电学以及力学性能,影响晶体内部质点的扩散,影响晶体的烧结和化学反应活性,形成非化学计量物质,改变材料的物理化学性能,3,、缺陷对于晶体的影响,第三章晶体结构缺陷一,按照其几何形态分为,点缺陷,：,在,一个或若干个质点,范围内所形成的晶格缺陷。,线缺陷（位错）：,原子,行列相互滑移,，不再符合理想晶,格有序的排列的线状缺陷。,面缺陷,：,沿晶格内或晶粒间,某些面的两侧局部范围内,所,出现的晶格缺陷。,4,、缺陷的分类,第三章晶体结构缺陷一,第三章晶体结构缺陷,二,二、点缺陷,1,点缺陷的类型,在点缺陷中，根据其对理想晶格偏离的,几何位置,及成分来划分，可以分为三种类型：,(1),填隙原子,：原子进入晶体中正常结点之间的,间隙,位置，成为,填隙原子或称间隙原子,。,(2),空位,：正常结点没有被原子或离子所占据，成为,空结点,，称为空位。,(3),杂质原子,：外来原子进入晶格就成为晶体中的杂质。这种杂质原子可以取代原来晶格中的原子而进入正常结点的位置，这称为,取代,原子；也可以进入本来就没有原子的,间隙,位置，生成间隙式杂质原子。杂质进入晶体可以看作是一个溶解的过程，杂质为溶质，原晶体为溶剂，这种溶解了杂质原子的晶体称为固体溶液,(,简称固溶体,),。,第三章晶体结构缺陷,二,第三章晶体结构缺陷,二,杂质原子（离子）,空位,填隙原子（或离子）,点缺陷示意图,根据,产生缺陷的原因,，也可以把点缺陷分为下列三种类型：,(1),热缺陷,：当晶体的温度高于绝对,0K,时，由于晶格内原子热振动，使一部分能量较大的原于离开平衡位置造成缺陷，这种缺陷称为热缺陷。,热缺陷,有两种基本形式，,弗伦克尔,(,Frenkel,),缺陷和,肖特基,(,Schottky,),缺陷。,在晶格热振动时，一些能量足够大的原于离开平衡位置后，,挤到晶格点的间隙中,，形成间隙原子，而,原来位置上形成空位,，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷如图所示。,如果,正常格点,上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置,迁移到晶体的表面,，在晶体内,正常格点上留下空位,，这即是肖特基缺陷如图所示。,第三章晶体结构缺陷,二,第三章晶体结构缺陷,二,第三章晶体结构缺陷,二,缺陷类型,缺陷中原子位置,特点,Frenkel,晶格的,间隙,位置,空位,/,间隙原子同时出现；晶体体积不发生变化；,密度不变化,Schottky,表面,的正常格点位置,晶体内仅留有空位,体积膨胀,密度下降,热缺陷类型,(2),杂质缺陷,：由于外来原子进入主晶格（即原有晶体点阵）而产生的结构缺陷。,杂质原子,(,掺杂原子,),其量一般小于,0.1%,，,进入主晶格后，因杂质原子和原有的原子性质不伺，故它不仅,破坏了原子有规则的排列,，而且在杂质原子周围的,周期势场引起改变,，因此形成一种缺陷。,特点,：,A,杂质原子又可分为间隙杂质原子及置换杂质原子两种。前者是杂质原子进入固有原子点阵的间隙中；后者是杂质原子替代了固有原子。杂质原子在晶格中随机分布，,不形成特定的结构,。,B,晶体中杂质原子含量在未超过其固溶度时，杂质缺陷的,浓度与温度无关,，这与热缺陷是不同的。,第三章晶体结构缺陷,二,(3),非化学计量结构缺陷,：有一些化合物，它们的化学组成会明显地随着周围气氛的性质和压力的大小的变化而发生,组成偏离化学计量,的现象，这种称为非化学计量缺陷，它是生成,n,型或,p,型半导体,的重要基础。例如,TiO,2,在还原气氛下形成,TiO,2-x,(x=0,1),，,这是一种,n,型半导体。,第三章晶体结构缺陷,二,非化学计量结构缺陷也称为,电荷缺陷,，从能带理论来看，非金属固体具有价带，禁带或导带。当在,0K,时导带全部空着，价带全部被电子填满。由于热能作用或其它能量传递过程，价带中电子得到能量而被激发到导带中，此时在价带留一空穴，在导带中存在一个电子。这样虽然未破坏原子排列的周期性，但由于空穴和电子带正和负电荷，因此在它们周围形成了一个附加电场，引起,周期性势场的畸变,，造成,晶体的不完整性,，称电荷缺陷。,第三章晶体结构缺陷,二,第三章晶体结构缺陷,二,2,点缺陷化学反应表示法,凡从理论上定性定量地把材料中的点缺陷看作化学实物，并用化学热力学的原理来研究缺陷的产生，平衡及其浓度等问题的一门学科称为,缺陷化学,。,广泛使用,Kr,o,er-Vink,（,克罗格明克）符号表示缺陷化学符号。,第三章晶体结构缺陷,二,第三章晶体结构缺陷,二,点缺陷的名称,点缺陷所带的有效电荷,点缺陷在晶体中占的位置,中性,正电荷,负电荷,（,1,）,空位,：用,V,M,和,V,x,分别表示,M,原子空位和,X,原子空位。,（,2,）,填隙原子,：用,M,i,和,X,i,表示。,（,3,）,错放位置,：,M,x,表示,M,原子错放在,X,位置。,（,4,）,溶质原子,：,L,M,表示,L,溶质处在,M,位置。,（,5,）,自由电子及电子空穴,：有些电子不一定属于某一特定位置的原子，在某种光、电、热的作用下，可以在晶体中运动，这些电子用符号,e,表示。同样也可能在某些缺陷上缺少电子，这就是电子空穴用,h,表示。它们都不属于某一个特定的原子位置。,第三章晶体结构缺陷,二,（,6,）,带电缺陷,：不同价离子之间的替代就出现除离子空位以外的又一种带电缺陷。,（,7,）,缔合中心,：一个带电的点缺陷也可能与另一个带有相反符号的点缺陷相互缔合成一组,或一群，这种缺陷把发生缔合的缺陷放在括号内来表示。,第三章晶体结构缺陷,二,在写,缺陷反应方程式,时，也与化学反应式一样，必须遵守一些基本原则，点缺陷反应式的规则如下：,（,1,）,位置关系,：在化合物,M,a,X,b,中，,M,位置的数目必须永远与,X,位置的数目成一个正确的比例。,（,2,）,位置增殖,：当缺陷发生变化时，有可能引入,M,空位,V,M,也有可能把,V,M,消除。,（,3,）,质量平衡,：和在化学反应中一样，缺陷方程的两边必须保持质量平衡，必须注意的下标只是表示缺陷位置，对质量平衡没有作用。如,V,M,为,M,位置上的空位,（,4,）,电荷守恒,：在缺陷反应前后晶体必须保持电中性。或者说缺陷反应式两边必须具有相同数目的总有效电荷。,第三章晶体结构缺陷,二,第三章晶体结构缺陷,二,CaCl,2,杂质溶入,KCl,晶体，可以写出三种缺陷反应方程：,AgBr,晶体的弗伦克尔缺陷（银离子）：,NaCl,晶体的肖特基缺陷：,第三章晶体结构缺陷,二,MgO,溶解到,Al,2,O,3,晶格内形成有限置换型固溶体，反应式：,3.,热缺陷浓度的计算,：热缺陷的数目可以用热力学中自由焓的最小原理来进行计算。,现举,肖特基,缺陷为例：设构成完整的单质晶体的,原子数为,N,，在,TK,时,形成,n,个孤立空位,，每个空位形成能是,hv,。,相应这个过程的自由焓变化为,G,，,热焓的变化为,H,，,熵的变化为,S,，则,第三章晶体结构缺陷,二,第三章晶体结构缺陷,二,当平衡时,当,x1,根据斯特令公式,若将括号内第一项,dn,改为,d(N+n),再用斯特令公式得：,第三章晶体结构缺陷,二,当,nN,时,式中,G,f,是缺陷形成自由焓，近似地为常数。,在离子晶体内若考虑正、负离子空位成对出现，正离子空位数,n,M,和负离子空位数,n,x,。,W=W,M,W,x,用以上两式计算：,n,N=exp(-,G,f,2kT),同理弗伦克尔缺陷也推得此结果。,在同一晶体中生成弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷的能量往往存在着很大的差别，这样就使得在某种特定的晶体中，某一种缺陷占优势，到目前为止，尚不能对缺陷形成自由焓进行精确的计算。然而，形成焓的大小和晶体结构、离子极化率等有关。,第三章晶体结构缺陷,二,4.,点缺陷的化学平衡,：在晶体中缺陷的产生与回复是一个动平衡的过程。缺陷的产生过程可以看成是一种化学反应过程，可用化学反应平衡的质量作用定律来处理。,(1),弗伦克尔缺陷,：弗伦克尔缺陷可以看作是正常格点离子和间隙位置反应生成间隙离子和空位的过程。,正常格点离子,+,未被占据的间隙位置,间隙离子,+,空位,第三章晶体结构缺陷,二,在缺陷浓度很小时，,(V,i,)Ag,Ag,)1,。,K,F,(,Ag,i,)(V,i,),缺陷反应平衡常数与温度关系为：,例如在,AgBr,中，弗伦克尔缺陷的生成可写成：,Ag,Ag,+V,i,=,Ag,i,+V,Ag,由质量作用定律，,第三章晶体结构缺陷,二,(2),肖特基缺陷,：,上式可写成：,0,表示无缺陷状态。,第三章晶体结构缺陷,二,肖特基缺陷平衡常数是,式中,Gf,为肖特基缺陷形成自由焓。,K,为常数，,k,为波尔兹曼常数，也可用,R,气体常数表示。,第三章晶体结构缺陷,二,第三章晶体结构缺陷,二,5,点缺陷与材料行为,（,1,）,结构变化,：晶格畸变（如空位引起晶格收缩，间隙原子引起晶格膨胀，置换原子可引起收缩或膨胀。）,（,2,）,性能变化,：物理性能（如电阻率增大，密度减,小）力学性能（屈服强度提高）,第三章晶体结构缺陷三,三、固溶体,：,1,、,定义,：,液体有纯溶剂和含有溶质的溶液之分。固体中也有纯晶体和含有杂质原子的固体溶液之分，我们把,含有外来杂质原子的晶体称为固体溶液，简称固溶体,。凡在固态条件下，一种组份,(,溶剂,),内溶解”了其它组分,(,溶质,),而形成的单一、均匀的晶态固体称为固溶体。如果固溶体是由,A,物质溶解在,B,物质中形成的，一般将原组分,B,或含量较高的组分称为溶剂,(,或称主晶相、基质,),。把掺杂原子或杂质称为溶质。在固溶体中不同组分的结构基元之间是以原子尺度相互混合的，这种混合并,不破坏原有晶体的结构。,以,A1,2,O,3,晶体中溶入,Cr,2,O,3,为例，为溶剂，,Cr,3+,溶解在,A1,2,O,3,中以后，并,不破坏,A1,2,O,3,原有晶格构造,。但少量,Cr,3+,(,约,0.5,2wt%),的溶入，,Cr,3+,能产生受激幅射,，使原来没有激光性能的白宝石,(A1,2,O,3,),变为有激光性能的红宝石。,固溶体可以在晶体生长过程中进行，也可以从溶液或熔体中析晶时形成，还可以通过烧结过程由原子扩散而形成。固溶体中由于杂质原子占据正常格点的位置，,破坏了基质晶体中质点排列的有序性,，,引起,晶体内,周期性势场的畸变,，这也是一种点缺陷范围的晶体结构缺陷。,第三章晶体结构缺陷三,2,、固溶体、机械混合物和化合物三者之间的区别：,若晶体,A,、,B,形成,固溶体,，,A,和,B,之间以原于尺度混合成为,单相均匀晶态物质,。,机械混合物,AB,是,A,和,B,以,颗粒态混合,，,A,和,B,分别保持本身原有的结构和性能，,AB,混合物不是均匀的单相而是,两相,或多相。,若,A,和,B,形成,化合物,A,m,B,n,，,A:B=m:n,有固定的比例，,A,m,B,n,化合物的,结构不同于,A,和,B,。若,AC,与,BC,两种晶体形成固溶体,(A,x,B,1-x,)C,，,A,与,B,可以任意比例混合，,x=0,1,范围内变动，该固溶体的结构仍与主晶相,AC,相同。,第三章晶体结构缺陷三,3,固溶体的分类,(1),按溶质原子在溶剂晶格中的,位置划分,：,溶质原子进入晶体后，可以进入原来晶体中正常格点位置，生成,取代,(,置换,),型的固溶,体,，在无机固体材料中所形成的固溶体绝大多数都属这类型。在金属氧化物中，主要发生在金属离子位置上的置换。例如：,MgO,CoO,；,MgO-CaO,；,PbZrO,3,PbTiO,3,；,A1,2,O,3,Cr,2,O,3,。,杂质原子如果进入溶剂晶格中的间隙位置就生成填隙型固溶体。在无机固体材料中，,填隙固溶体,一般发生在阴离子或阴离子团所形成的间隙中。,第三章晶体结构缺陷三,(2),按溶质原子在溶剂晶体中的,溶解度,分类,分为,连续固溶体和有限固溶体,两类。连续固溶体是指溶质和溶剂可以按任意比例相互固溶。因此，在连续固溶体中溶剂和溶质都是相对的。在二元系统中连续固溶体的相平衡图是连续的曲线如下图,MgO,CoO,的相图。有限固溶体则表示溶质只能以一定的限量溶入溶剂，超过这一限度即出现第二相。如,MgO,和,CaO,形成有限固溶体如图。,第三章晶体结构缺陷三,Mg,2,半径为,0,072nm,，,Co,2+,为,0,074nm,。,第三章晶体结构缺陷三,2000,时约有,3wt,CaO,溶入,MgO,中。超过这一限量，便出现第二相,氧化钙固溶体。从相图中可以看出，溶质的溶解,度和温度有关，温度升高，溶解度增加。,第三章晶体结构缺陷三,第三章晶体结构缺陷三,溶质原子在溶剂晶格中的,位置,置换固溶体,间隙固溶体,溶质原子在溶剂,中的,溶解度,有限固溶体,无限固溶体,溶质原子在固溶体中,分布规律,无序固溶体,有序固溶体,有序化：在一定条件,(,如成分、温度等,),下，一些合金的,无序固溶体可转变为有序固溶体。,间隙,固溶体,置换固溶体,第三章晶体结构缺陷三,4,置换型固溶体,在天然矿物方镁石,(,MgO,),中常常含有相当数量的,NiO,或,FeO,，,Ni,2,和,Fe,2,离子置换晶体中,Mg,2,离子，生成连续固溶体。固溶体组成可以写成,Mg,l-x,Ni,x,O,，,x=o,1,。,能生成连续固溶体的实例还有：,A1,2,O,3,Cr,2,O,3,；,ThO,2,UO,2,；,PbZrO,3,PbTiO,3,等,。除此以外，还有很多二元系统可以形成有限置换型固溶体。,第三章晶体结构缺陷三,影响置,换固溶体中溶质原子,(,离子,),溶解度的因素,：,(1),离子尺寸因素,：若以,r,1,和,r,2,分别代表半径大和半径小的溶剂或溶质离子的半径，经验证明一般规律如下：,(2),晶体的结构类型,：只有晶体的结构类型相同时才能生成连续置换型固溶体。,(3),离子的电价影响,：只有离子价相同或离子价总和相同时才能生成连续置换型固溶体。,(4),电负性,：电负性相近，有利于固溶体的生成，电负性差别大，倾向于生成化合物。,达肯,(,Darkon,),等曾将电负性和离子半径分别作为坐标轴，取溶质与溶剂半径之差为,15,作为椭园的一个轴，又取电负性差,o,4,为椭园的另一个轴，画一个椭园。发现在这个椭园之内的系统，,65%,是具有很大的固溶度，而椭园外的有,85%,系统固溶度小于,5%,；因此电负性之差,o,4,也是衡量固溶度大小的边界。,第三章晶体结构缺陷三,5.,置换型固溶体中的“组分缺陷”,置换型固溶体可以有等价置换和不等价置换之分，在不等价置换的固溶体中，为了保持晶体的电中性，必然会在晶体结构中产生“组分缺陷”。即在原来结构的结点位置产生空位，也可能在原来没有结点的位置嵌入新的质点。,第三章晶体结构缺陷三,不等价置换还可以形成阳离子或阴离子填隙的情况，现将不等价置换固溶体中，可能出现的四种“组分缺陷”归纳如下：,上述四种情况中，阴离子进入间隙位置一般较少，因其半径大，形成填隙使晶体内能增大而不稳定。只有萤石结构是例外，组分缺陷的形式一般必须通过实验测定来确定。,第三章晶体结构缺陷三,6.,间隙型固溶体：,若杂质原子比较小，它们能进入晶格的间隙位置内，这样形成的固溶体称为间隙型固溶体。,影响形成间隙固溶体的因素：,(1),溶质原子的大小是和溶剂晶格结构密切相关的。,(2),形成间隙型固溶体也必须保持结构中的电中性，一般可以通过形成空位，复合阳离子置换和改变电子云结构来达到。,常见的填隙型固溶体：,(1),原子填隙,(2),阳离子填隙,(3),阴离子填隙,第三章晶体结构缺陷三,第三章晶体结构缺陷三,固溶体,的性能,强度和硬度高于纯组元，塑性则较低。,物理性能有较大的变化,如电阻率上升,导电率下降,磁矫顽力增大,。,第三章晶体结构缺陷三,固溶强化：,溶质含量适当时，显著提高材料的强度,和硬度，而塑性和韧性没有明显降低。,结论：,固溶体的综合机械性能高于纯金属,强度,硬度,收缩率,Cu,220MPa,40HBS,70%,Cu-Ni,390MPa,70HB,50%,第三章晶体结构缺陷三,四、固溶体的研究方法,固溶体的生成可以用各种相分析手段和结构分析方法进行研究。因为，不论何种类型的 固溶体，都将引起结构上的某些变化及反映在性质上的相应变化,(,如密度和光学性能等,),。但是，最本质的方法是用,x,射线分析测定晶胞参数，并辅以有关的物性测试。以此来测 定固溶体及其组分、鉴别固溶体的类型等。,1,、固溶体的生成形式判断步骤如下：,（,1,）根据结构判断,固溶体的生成形式；,（,2,）写出固溶式；,（,3,）用,x,射线分析测定晶胞参数；,（,4,）计算密度与理论值比较。,第三章晶体结构缺陷四,2,、固溶体生成型式的大略估计,（,1,）在金属氧化物中，具有氯化钠结构的晶体，只有四面体间隙是空的，不大可能生成间隙式固溶体,例如,MgO,，,NaCl,、,GaO,、,SrO,、,CoO,、,FeO,、,KCl,等都不会生成间隙式固溶体。,（,2,）具有空的氧八面体间隙的金红石结构，或具有更大空隙的萤石型结构，金属离子能填入。例如,CaF,2,，,Zr0,2,，,UO,2,等，有可能生成间隙式固溶体。,第三章晶体结构缺陷四,（,3,）固溶体类型的实验判别,对于金属氧化物系统，最可靠而简便的方法是写出生成不同类型固溶体的缺陷反应方程，根据缺陷方程计算出杂质浓度与固溶体密度的关系，并画出曲线，然后把这些数据与实验值相比较，哪种类型与实验相符合即是什么类型。,第三章晶体结构缺陷四,理论密度计算,计算方法：,1,）先写出可能的缺陷反应方程式；,2,）根据缺陷反应方程式写出固溶体可能的化学式；,3,）由化学式可知晶胞中有几种质点，计算出晶胞中,i,质点的质量。,第三章晶体结构缺陷四,固溶体化学式的写法,以,CaO,加入到,ZrO,2,中为例，以,1mol,为基准，掺入,xmolCaO,。,（,1,）,形成置换式固溶体,：,则化学式为：,Ca,x,Zr,1-x,O,2-x,（,2,）,形成间隙式固溶体：,则化学式为：,Ca,2y,Zr,1-y,O,2,x,、,y,为待定参数，可根据实际掺入量确定。,第三章晶体结构缺陷四,例：,以添加了,0.15molCaO,的,ZrO,2,固溶体为例。,（）置换式固溶体：化学式,Ca,x,Zr,1-x,O,2-x,即,Ca,0.15,Zr,0.85,O,1.85,。,ZrO,2,属立方晶系，萤石结构，,Z=4,，,晶胞中有,Ca,2+,、,Zr,4+,、,O,2-,三种质点。,第三章晶体结构缺陷四,x,射线衍射分析晶胞常数,a=5.131,10,-8,cm,，,晶胞体积,V=a,3,=135.110,-24,cm,3,第三章晶体结构缺陷四,（,）间隙型固熔体,d,实测,=5.477g/cm,3,可判断生成的是置换型固溶体。,化学式,Ca,2y,Zr,1-y,O,2,第三章晶体结构缺陷四,非化学计量化合物的产生及其缺陷的浓度与气氛的性质及气压的大小有密切的关系,。非化学计量化合物可以看成 是高价与低价氧化物之间形成的固溶体。它是不等价置换固溶体中的一个特例。非化学计量化合物往往是发生在具有变价元素的化合物中。而且，它和环境中氧分压直接有关。,第三章晶体结构缺陷四,五、非化学计量化合物,在普逼化学中，定比定律认为，化合物中不同原子的数量要保持固定的比例。但在实 际的化合物中，有一些并不符合定比定律，正，负离子的比例并不是一个简单的固定比例关 系。这些化合物称为非化学计量化合物,(,Nonstoichiometrlc,Compounds),。,这是一种由于,在化学组成上偏离化学计量而产生的缺陷。,第三章晶体结构缺陷五,这种晶体缺陷，可分为四种类型：,1,阴离子缺位型：,如,TiO,2-x,；,ZrO,2-x,缺陷反应,第三章晶体结构缺陷五,Ti,4+,+e,Ti,3+,电子,e,并不固定在一个特定的,Ti,4+,上，可把,e,看作束缚在,V,o,负离子空位周围。因为,Vo,负离子空位,是带正电的，在电场作用下,e,可以 迁 移，形成电子导电，易形成,色心,。,第三章晶体结构缺陷五,2,阳离子填隙型：,具有这种缺陷的结构如图所示。,ZnO,和,CdO,属于这种类型。过剩的金属离子进入间隙位置，它是带正电的，为了保特电中性，等价的电子被束缚在间隙正离子周围，这也是一种色心，如,ZnO,在锌蒸汽中加热，颜色会逐渐加深，缺陷反应式如下：,第三章晶体结构缺陷五,第三章晶体结构缺陷五,3,阴离子间隙型：,具有这种缺陷的结构如图所示。目前只发现,UO,2+x,。,有这种缺陷产生。它以可看作是,U,3,O,8,在,UO,2,中的固溶体。为了保持电中性，结构中引入电子空穴，相应的正离子升价。,第三章晶体结构缺陷五,4,阳离子空位型：,下 图是这种缺陷的示意图。如,Cu,2-x,O,和,Fe,1-x,O,属于这种类型。为了保持电中性，在正离子空位周围捕获电子空穴。,第三章晶体结构缺陷五,第三章晶体结构缺陷五,六、线缺陷（位错）,1,、位错的定义,：实际晶体在结晶时受到杂质、温度变化或振动产生的应力作用。或由于晶体受到打击、切削、研磨等机械应力的作用，使晶体内部质点排列变形。原子行列间相互滑移，而不再符合理想晶格的有秩序的排列，形成线状的缺陷，称位错。,晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。,2,、位错的意义：,对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性的作用，对材料的扩散、相变过程有较大影响。,第三章晶体结构缺陷六,3,、位错的类型：,（,1,）,刃型位错,edge dislocation,：,模型：,滑移面,/,半原子面,/,位错线（位错线晶体滑移方向，位错线位错运动方向，晶体滑移方向,/,位错运动方向。）,分类：,正刃型位错（）；负刃型位错（）。,特点：,具有,柏格斯矢量,b,，它的方向表示滑移方向，。其大小一般是一个原子间距。柏格斯失量,b,与位错线垂直的位错称为刃型位错用符号表示。垂线指向额外平面。,在位错线的周围引起晶格的弹性畸变。在刃位错之上，晶格受压缩，在它之下，晶格受伸张，这说明在,位错线四周存在一个弹性应力场,。,第三章晶体结构缺陷六,第三章晶体结构缺陷六,刃位错 位错线柏氏矢量,(b),位错。,第三章晶体结构缺陷六,刃型位错的形成,：空位塌陷；,局部滑移。,（,2,）螺型位错,screw dislocation,模型：,滑移面,/,位错线。（位错线,/,晶体滑移方向，位错线位错运动方向，晶体滑移方向位错运动方向。）,分类：,左螺型位错；右螺型位错。,特点：,位错线和滑移方向,(,柏格斯矢量,b),相互平行如图所示，由于和位错线,AD,垂直的平行面，不是水平的，而是象螺旋形的，故称螺旋位错，用符号,表示。在滑移面上质点的排列如图所示，实园点和空园圈代替同一质点在滑移面的左右侧。,在实际晶体中，很可能是同时产生刃位错和螺位错。,第三章晶体结构缺陷六,第三章晶体结构缺陷六,(c)2003 Brooks/Cole Publishing/Thomson Learning,第三章晶体结构缺陷六,螺旋位错 位错线,柏氏矢量,螺型位错,screw dislocation,第三章晶体结构缺陷六,第三章晶体结构缺陷六,（,3,）混合位错,模型：滑移面,/,位错线。,混合位错,柏氏矢量与位错线既不平行也不垂直的位错。,第三章晶体结构缺陷六,4,位错的性质,（,1,）形状：不一定是直线，位错及其畸变区是一条管道。,（,2,）是已滑移区和未滑移区的边界。,（,3,）不能中断于晶体内部。可在表面露头，或终止于晶界和相界，或与其它位错相交，或自行封闭成环。,第三章晶体结构缺陷六,七、面缺陷,第三章晶体结构缺陷七,定义：分成若干区域的边界，区域内结构相同，区域间取向不同。,分类：,平移界面,：,晶格中的一部分沿某一面网相对于另一部分滑动。以,滑动面为界，格子构造规律被破坏。,堆垛层错：堆垛层排列偏离了原来固有的顺序产生了堆垛层错。,晶粒间界：同种晶体内部结晶方位不同的两晶格间的界面。按结晶,方位差异的大小，可将晶界分为小角晶界和大角品界。,小角晶界,两晶格间结晶方位之差小于,15,o,的晶界,。,大角晶界,晶格间结晶方位之差大干,15,o,的晶界,。,第三章晶体结构缺陷七,假设将一晶体沿某一面网方向切开，分成两块晶格。,倾斜晶界 两部分晶格间相对倾斜而造成的界面,扭转晶界 然后绕垂直切面的一中心轴相对旋转一定的角度,，此时两块晶格之间形成的界面称扭转晶界它可视为由两组互相垂直的螺旋位错所组成的网络构成。,第三章晶体结构缺陷七,第三章晶体结构缺陷七,