材科基考点强化(第4讲缺陷)知识分享

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厦门大学材料科学基础(二) 第四章-2 缺陷化学点缺陷的类型及表示方法

电子缺陷：用e′表示。空穴缺陷：用h· 表示。带电缺陷： · Cl ’ 间隙离子： Nai· Cai· i 离子空位： VNa’ VCl· VNa′ ⇌ VNa+e′和 VCl·⇌ VCl+h· 杂质离子： CaNa· CaZr’’ FeFe · FeFe’
缔合中心：VNa′+VCl· （VNa′VCl· ）无缺陷状态：用0来表示。
杂质缺陷
杂质缺陷是指由外来杂质原子（离子）而引入的各种缺陷
杂质缺陷 (a)置换型；(b)填隙型
杂质原子（离子）可以使原有晶体的晶格发生局部畸变
晶格畸变的几种情况 (a)、(b)置换型；(c)填隙型；(d)产生空位
电子缺陷和带电缺陷
电子和空穴在它们的附近形成了一个附加的电场，引起了周期势场的畸变，造成了晶体的不完整性。
4.6 点缺陷的类型及表示方法

根据对理想晶格偏离的几何位置及成分分类
填隙质点

原子（或离子）进入晶体中正常结点之间的间隙位置，成为填隙原子（或离子）。正常结点没有被原子或离子所占据，成为空结点。
空位

杂质质点

由于外来杂质原子（或离子）进入晶格而产生。

根据缺陷产生的原因分类
热缺陷
4.7点缺陷和缺陷反应的表示
克罗格-明克（Kroger-Vink）符号
所带有效电荷缺陷名称在晶体中的位置
空位缺陷：用V表示。VM Vx VNa VCl 填隙原子：角标i表示间隙位置。Mi Xi Nai Cli 错位原子：Mx表示M原子被错放到X位置上。KNa 取代原子：LM表示L处在M的位置上，Li表示L处在间隙位置上。CaMg
电子缺陷和带电缺陷

材料科学基础点缺陷

第三章晶体结构缺陷
一点缺陷
第一节点缺陷
三章
第
第
三章
第三章晶体结构缺陷
一点缺陷
肖脱基空位
弗兰克尔空位
第一节点缺陷
8
点缺陷对晶体结构的影响
空位和间隙原子都将使周围原子间作用力失去平衡，点阵产生弹性畸变，形成应力场，引起晶体内能升高。点缺陷形成能：点缺陷的引入使得晶体内能升高，这部分增加的能量称为点缺陷形成能。通常空位引起的晶格畸变小于间隙原子的晶格畸变，空位形成能也小于间隙原子形成能。
17
第
三章
点缺陷对性能的影响
1. 点缺陷能使金属的电阻增加；
2. 体积膨胀，密度减小；
3. 能加速与扩散有关的相变、化学热处理
及高温下的塑性变形和断裂等；
4. 过饱和点缺陷还可以提高金属的屈服强
度。
18
第三
四、过饱和点缺陷
章
概念：在某些特殊情况下，晶体也可以具有超过平衡浓度的点缺陷，称之为过饱和点缺陷。
陷
（2）点缺陷的平衡浓度
C=Aexp(-∆Ev/kT)
12
第
三章
点缺陷平衡浓度公式推导
体系自由能：内能增殖：系统熵增殖：组态熵：推导：
13
斯特令近似：求极值：
讨论：1、存在极小值； 2、
平衡浓度公式：
影响平衡浓度的因素：1、温度 2、空位形成能
时体系自由能最小。
14
第
三平衡点缺陷对体系自由能的影响
第七讲第三章晶体结构缺陷
内容：
1.晶体缺陷种类 2.点缺陷
1
第
三章
第三章晶体结构缺陷

华南师范大学材料科学与工程教程第四章晶体缺陷(一)

力(陷阱)，增加了阻力，加速运动提高局部温度(发热)。 2) 加快原子的扩散迁移 3) 形成其他晶体缺陷 4) 改变材料的力学性能
集中一片的塌陷形成位错。攀移，间隙原子和异类原子的存在会增加位错的运动阻力。会使强度提高，塑性下降。
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二、位错
1、位错模型的提出
背景 • 完整晶体塑性变形─滑移的模型→金属晶体的理论强度→理论强度比实测强度高出几个数量级→ 晶体缺陷的设想─ 线缺陷（位错）的模型→ 以位错滑移模型计算出的晶体强度，与实测值基本相符。
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晶体中存在的点缺陷使体系自由能升高？降低？内能
自由能高低
体系的熵变
亥姆霍兹自由能变化
A U TS
△U=nu
n 为缺陷数目，u为内能增加值 (缺陷形成能）
空位的出现提高了体系的熵值
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点缺陷平衡浓度计算
ne u Ce A exp N kT
3 ）位错周围的点阵发生弹性畸变，既有正应变，又有切应变，位错是一管道；
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2）螺旋型位错
• 形成及定义： • 晶体在外加切应力作用下，沿ABCD面滑移，图中EF 线为已滑移区与未滑移区的分界处。由于位错线周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，故称为螺位错。
• 几何特征：位错线与原子滑移方向相平行；位错线周围原子的配置是螺旋状的。
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点缺陷的表示
• Kroger-Vink提出了一套描写点缺陷的记号，并发展了应用质量作用定律等来处理晶格缺陷间关系的缺陷化学。以 MO为例： • 空位 Vacancy VM″，VO¨ • 间隙原子 Interstitial Mi¨，Oi″

《材料科学基础》教学中的晶体缺陷

《材料科学基础》教学中的晶体缺陷第一篇：《材料科学基础》教学中的晶体缺陷《材料科学基础》教学中的晶体缺陷摘要：晶体缺陷是材料科学基础课中的重点和难点。

本章节内容比较抽象复杂，属于比较难理解和掌握的章节。

如何讲好讲清楚本章内容，使学生理解起来更容易、掌握起来更透彻，笔者就自身的课堂教学及具体知识点从多媒体教学的直观优势、将抽象概念与实际晶体相联系、加强师生间的互动及不可摒弃的板书四个方面进行了探讨。

关键词：晶体缺陷；多媒体教学；互动；教学体会中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）40-0223-02《材料科学基础》是高等学校材料化学相关专业的一门重要的专业基础课，主要研究材料的微观结构、微观过程，使学生掌握研究材料微观的方法，建立微观和宏观特性与性能间的联系及对应关系，并掌握材料成分、结构与性能之间的关系及其变化规律。

本课程是多学科知识的交叉与渗透，为后续专业课学习的基础，同时也是学生将来从事材料研究的理论基础。

“晶体缺陷”与前面章节“晶体结构”紧密相连，同时也是后续章节“材料的形变与再结晶”学习的基础，在《材料科学基础》课程内容中起到承上启下的作用。

此外，由于本章节涉及到晶体的内部微观，内容相对来说比较抽象，是历届学生反映最难理解掌握的章节。

如何清楚讲解该部分内容，使学生理解起来更容易、掌握起来更透彻，笔者就自身的课堂教学及具体知识点的讲解谈一些切身体会。

一、充分利用多媒体教学多媒体教学是目前比较普遍和先进的教学手段。

利用多媒体进行材料科学基础的教学，能够优化教学过程。

由于内容可以丰富多彩，多媒体教学也能从一定程度上激发学生的学习兴趣，从而充分调动了学生的积极性，并能提高教学质量。

多媒体教学具有非常好的直观优势，可以在很大程度上弥补学生在学习晶体缺陷时三维空间想象力的不足。

材料科学基础中，对晶体缺陷的定义是“在实际材料的微观结构中原子的排列或多或少地存在离开理想的区域，出现不完整性，通常把这种偏离完整性的区域称为晶体缺陷”。

《材料科学基础》课件之第四章----04晶体缺陷

41
刃位错：插入半原子面，位错上方，原子间距变小，产生压应变，下方原子间距变大，拉应变。过渡处切应变，滑移面处有最大切应力，正应力为0。x NhomakorabeaGb
2 (1 )
y(3x2 (x2
y2) y2 )2
y
Gb
2 (1
)
y(x2 y2) (x2 y2)2
z ( x y )
x
xy
Gb
2 (1 )
21
刃位错b与位错线垂直
螺位错b与位错线平行
bb
l
l
正
负
b
b
右旋
左旋
任意一根位错线上各点b相同，同一位错只有一个b。
有大小的晶向指数表示
b a [uvw] 模 n
b a u2 v2 w2 n
22
Burgers矢量合成与分解：如果几条位错线在晶体内
部相交（交点称为节点），则指向节点的各位错的伯氏矢量之和，必然等于离开节点的各位错的伯氏矢量之和。
不可能中断于晶体内部（表面露头，终止与晶界和相界，与其他位错相交，位错环）
半原子面及周围区域统称为位错
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2. 螺位错
晶体在大于屈服值的切应力作用下，以某晶面为滑移面发生滑移。由于位错线周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，故称为螺位错。
几何特征：位错线与原子滑移方向相平行；位错线周围原子的配置是螺旋状的。
d
34
六、位错应变能
位错原子偏移正常位置，产生畸变应力，处于高能量状态，但偏移量很小，晶格为弹性应变。
位错心部应变较大，超出弹性范围，但这部分能量所占比例较小， <10%，可以近似忽略。
35
1. 理论基础：连续弹性介质模型

材料化学第4章固体中的点缺陷

第4章固体中的点缺陷
• 完美的晶体是没有热力学地位的
H G
G= H-TS 对于位置的选择所引起的熵变称为构型熵根据Boltzmann公式： S=klnw
-TS
缺陷浓度
晶体中有如下几种可能的对理想结构偏离和结构不完整性的情况：
第一，当温度增加时，原子的振动频率也随着增加，其运动能量是量子化的，单位能量子hν（ch为普朗克常量）叫做声子(phonon) （hole，带正电）。电子可以被激发到较高的能级，而在通常是充满的电子能带(electronic energy level bands)上留下空穴，称为电子空穴。如果这个被激发的电子仍然同电子空穴紧密结合在一起，这个电子–电子空穴对就叫做激子(exciton)，也可以把激子看成是处于激发态的原子或离子。声子和激子问题，不在缺陷化学的讨论范围内。
点缺陷的局域能级
局域能级是指束缚着电子时的缺陷的能量状态，不论是施主还是受主，都是指它带有电子时的状态。
点缺陷的局域能级
• 施主缺陷D
D ED1 D e' D ED2 D e'
ED1
D
受主缺陷A
A E A1 A' h A' E A2 A' ' h
4.3 本征缺陷
• 本征缺陷 • 具有本征缺陷的晶体是指那些不含外来杂质但其结构并不完善的晶体 (1) 晶体中各组分偏离化学整比性； (2) 点阵格位上缺少某些原子/离子(空位缺陷)； (3) 在格位的间隙处存在原子/离子(间隙缺陷)； (4) 一类原子/离子占据了另一类原子/离子本该占据的格位(错位缺陷)。
4.1缺陷的分类
• • • • • • 4.1 缺陷的分类(根据缺陷的尺寸) (1)点缺陷，零维缺陷 (2) 线缺陷，一维缺陷 (3) 面缺陷，二维缺陷 (4) 体缺陷，三维缺陷 (5) 电子缺陷

材料科学基础结构缺陷详解

远大于Sckottky 空位形成能（约为1ev）。
第一节点缺陷
1-2 点缺陷的平均浓度
Material
以空位平均浓度为例：
C Aexp( Ev kT)
式中：C —— 空位的平均浓度； A —— 缺陷形成的自由能； k —— 波尔兹曼常数； T —— 温度；
上式说明：点缺陷的平均浓度与温度密切相关，温度越高，C以指数规律急剧增大。
b
a
uvw，其
n
中n是与点阵类型有关的常数。柏氏矢量的模
a b
u2 v2 w2
。
n
四、位错的柏氏矢量( b )
7. 位错密度
Material
位错的密度包括以下两种： •体密度（ρv ) •面密度（ ρs )
第一节点缺陷
1-1 点缺陷的类型及形成(续）
Material
有动画哦
(a)Schottky空位形成示意图
(b)Frankel空位形成示意图
第一节点缺陷
1-1 点缺陷的类型及形成(续）
Material
④点缺陷形成能：点缺陷形成能＝电子能＋畸变能
（空位形成能中，电子能是主要的；间隙原子形成能，畸变能是主要的。）间隙原子形成能 > 空位形成能 Frankel 空位形成能＝空位形成能＋间隙原子形成能（约为4ev），
材料科学基础
第一讲晶体中的结构缺陷
缺陷在空间的分布情况
缺陷在空间的分布有如下三种情况：
Guidelines
①点缺陷：是零维缺陷，包括空位、间隙原子、置换原子等；
②线缺陷：是一维缺陷，即位错；
③面缺陷：是二维缺陷，包括晶界、相界、孪晶界、堆垛层错等；
缺陷在空间的分布情况

材科基考点精讲(第4讲晶体缺陷)

•一维—线缺陷：各类位错。

•二维—面缺陷：各类晶界，表面及层错等。

实际晶体中常存在各种偏离理想结构的区域，即晶体缺陷。

晶体缺陷对晶体的性质起着重要作用。

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。

（03年）2. 叙述常见的晶体缺陷。

（09年）答：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。

空位、间隙原子、置换原子线缺陷。

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。

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。

各类晶界，表面及层错等。

1. 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。

材科基考点强化(第4讲缺陷)

本章特点本章的中心内容就是各种缺陷的分类，特性，相互作用以及对材料的影响。

重点是位错的理解。

出题形式本章内容试题的题型有选择题、简答题、此类试题的容量和难度都不会太大，以记忆知识为主，比较简单。

但还有综合性质的计算题，这类题目难度较大，需要对于知识有更深入的掌握，理解和运用。

主要考点考点1：晶体缺陷的分类考点2：空位浓度的计算考点3：点缺陷的分类和形成考点4：点缺陷对于材料性能的影响考点5：位错的一些基础知识:位错分类，柏氏矢量，滑移方式考点6：位错的运动与增殖考点7：位错的相互作用考点8：扩展层错考点9：位错应力场考点10：位错与点缺陷和面缺陷的交互作用考点11：全位错，不全位错考点12：位错反应考点13：面缺陷的分类考点14：晶界考点15：相界考点1：晶体缺陷的分类例1：什么是晶体缺陷？按照晶体缺陷的几何组态，晶体缺陷可分为哪几类？例2：缺陷的特征是（）。

A．不随外界条件的改变而变动，也不会合并和消失B．随着各种条件的改变而不断变动，它们运动，发展以及会产生交互作用、合并和消失。

C．随着各种条件的改变而不断变动，但不产生交互作用，不会合并和消失考点2：空位浓度的计算（1）已知温度T，求形成能。

例：由600℃降温到300℃时，锗晶体中的空位平衡浓度降低了6个数量级。

试计算锗晶体中的空位形成能（玻尔兹曼常数k=1.38×10-23J/K）。

（2）已知形成能，求温度T。

例：计算某金属的空位浓度比室温（300K）空位浓度大1000倍时的温度。

已知Cu的空位形成能力为1.7×1019J/mol。

（3）求点缺陷数目例1：已知空位形成能是1.08eV/atom，铁的原子量是55.85，铁的密度是7.65g/cm3，阿伏加德罗常数N A=6.023×1023，玻尔兹曼常数k=8.62×10-5eV/atom-K，请计算1立方米的铁在850℃下的平衡数目。

例2：铝的密度是2.69g/cm3，假设其中只有肖脱基空位，求空位浓度。

材料基础-第四章固体材料的缺陷

1.晶体外表面 (outer surface of crystal) 位于表面上的原子与晶体内部的原子相比，其配位数较少，使表面原子偏离正常位置(图4-13), 在表面层产生了晶格畸变，导致其能量升高。将这种单位表面面积升高的能量称为比表面能，简称表面能，用单位长度上的表面图4-13 表面原子排列张力（N／m）表示。
那么原来的柏氏回路中包含的缺陷是点缺陷。如果不能成为封闭的回路，则回路中包含的缺陷是位错。这时，为使回路封闭，还需增加一个向量b。图4-8所示的为刃型位错示意图。
图4-8 刃型位错的柏格斯回路和柏格斯矢量
用同样的方法作封闭回路，可以得到图49所示的螺型位错柏格斯矢量回路示意图。
a.实际晶体的柏氏回路； b.理想晶体的柏氏回路图4-9 螺型位错的柏格斯回路
图4-7为螺型位错示意图
3.柏格斯回路 (Burgers circuit) 为描述晶体中位错移动的方向（晶向）和原子畸变的大小，1939年柏格斯(J. M. Burgers)采用柏氏回路来定义位错，借助一个规定的矢量，即柏氏矢量来揭示位错的本质。柏格斯回路是在有缺陷的晶体中，围绕缺陷区将原子逐个连接而成的右旋封闭回路，简称柏氏回路，用柏氏矢量b 连接，确保整个回路的起点和终点的重合。另外，为判断回路中包含的缺陷是点缺陷还是位错，只需无缺陷的完整晶体中按同样的顺序将原子逐个连接，如能得到一个封闭回路，
图4-5 刃型位错的产生
需要强调的是，当两个原子面之间滑移或塑性变形时，并不是原子面间发生整体刚性位移，而是通过位错线的逐步移动来实现，如图 4-6所示。更应记住，刃型位错线始终是与滑移方向相垂直的。
图4-6 位错的运动过程
例4-1 在图示的FCC金属的（1 1 1）滑移面上标出滑动方向的晶向指数。

材料科学基础晶体结构缺陷

1.淬火高温时晶体中的空位浓度很高，经过淬火后，空位来不及通过扩散达到平衡浓度，在低温下仍保持了较高的空位浓度。
2.冷加工金属在室温下进行压力加工时，由于位错交割所形成的割阶发生攀移，从而使金属晶体内空位浓度增加。
3.辐照当金属受到高能粒子（中子、质子、α粒子、电子等）辐照时，晶体中的原子将被击出，挤入晶格间隙中，由于被击出的原子具有很高的能量，因此还有可能发生连锁作用，在晶体中形成大量的空位和间隙原子。
四、点缺陷的运动
晶体中的点缺陷并不是固定不动的，而是处于不断的运动过程中。
三种运动形式：
①空位周围的原子，由于热激活，某个原子有可能获得足够的能量而跳入空位中，并占据这个平衡位置。这时，在该原子的原来位置上，就形成了一个空位。这一过程可以看作空位向邻近阵点位置的迁移(空位的运动）。
②由于热运动，晶体中的间隙原子也可由一个间隙位置迁移到另一个间隙位置（间隙原子的运动）。
③在运动过程中，当间隙原子与一个空位相遇时，它将落入该空位，而使两者都消失，这一过程称为复合。
图2-7 点缺陷运动示意图
五、点缺陷对晶体材料性能的影响一般情形下，点缺陷主要影响晶体的物理性
质，如比容(specific volume)、比热容(specific
heat volume)、电阻率(resistivity)、扩散系数、
③只能在同时包含有位错线和滑移矢量的滑移平面上滑移； ④位错周围点阵发生弹性畸变，有切应变，也有正应变； ⑤在位错线周围的过渡区（畸变区）每个原子具有较大的能量。
b、间隙原子
处于晶格间隙中的原子即为间隙原子。在形成弗仑克尔空位的同时,也形成一个间隙原子，另外溶质原子挤入溶剂的晶格间隙中后，也称为间隙原子,他们都会造成严重的晶体畸变。间隙原子也是一种热平衡缺陷，在一定温度下有一平衡浓度，对于异类间隙原子来说，常将这一平衡浓度称为固溶度或溶解度。

材料科学基础知识点大全

点缺陷1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3面缺陷在三维空间的两个方向上的尺寸很大,另外一个方向上的尺寸很小的晶体缺陷2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3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4点缺陷的方程缺陷方程三原则: 质量守恒, 电荷平衡, 正负离子格点成比例增减.肖特基缺陷生成:0＝V M,,+ V O··弗仑克尔缺陷生成: M M＝V M,,+ M i ··非计量氧化物:1/2O2(g)＝V M,,+ 2h·+ O O不等价参杂:Li2O＝2Li M,+ O O + V O··Li2O+ 1/2O2 (g) ＝2Li M, + 2O O + 2h· .Nb2O5＝2Nb Ti ·+ 2 e, + 4O O + 1/2O2 (g)5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.6点缺陷对材料的影响.原因无论那种点缺陷的存在,都会使其附近的原子稍微偏离原结点位置才能平衡即造成小区域的晶格畸变.效果1提高材料的电阻定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡力(陷阱),增加了阻力,加速运动提高局部温度(发热)2加快原子的扩散迁移空位可作为原子运动的周转站3形成其他晶体缺陷过饱和的空位可集中形成内部的空洞,集中一片的塌陷形成位错4改变材料的力学性能.空位移动到位错处可造成刃位错的攀移,间隙原子和异类原子的存在会增加位错的运动阻力.会使强度提高,塑性下降.位错7刃型位错若将上半部分向上移动一个原子间距,之间插入半个原子面,再按原子的结合方式连接起来,得到和(b)类似排列方式(转90度),这也是刃型位错.8螺型位错若将晶体的上半部分向后移动一个原子间距,再按原子的结合方式连接起来(c),同样除分界线附近的一管形区域例外,其他部分基本也都是完好的晶体.而在分界线的区域形成一螺旋面,这就是螺型位错9柏氏矢量.确定方法,首先在原子排列基本正常区域作一个包含位错的回路,也称为柏氏回路,这个回路包含了位错发生的畸变.然后将同样大小的回路置于理想晶体中,回路当然不可能封闭,需要一个额外的矢量连接才能封闭,这个矢量就称为该位错的柏氏矢10柏氏矢量与位错类型的关系刃型位错,柏氏矢量与位错线相互垂直.(依方向关系可分正刃和负刃型位错).螺型位错,柏氏矢量与位错线相互平行.(依方向关系可分左螺和右螺型位错).混合位错,柏氏矢量与位错线的夹角非0或90度. 柏氏矢量守恒1同一位错的柏氏矢量与柏氏回路的大小和走向无关.2位错不可能终止于晶体的内部,只能到表面,晶界和其他位错,在位错网的交汇点, 11滑移运动--刃型位错的滑移运动在晶体上施加一切应力,当应力足够大时,有使晶体上部向有发生移动的趋势.假如晶体中有一刃型位错,显然位错在晶体中发生移动比整个晶体移动要容易.因此,①位错的运动在外加切应力的作用下发生;②位错移动的方向和位错线垂直;③运动位错扫过的区域晶体的两部分发生了柏氏矢量大小的相对运动(滑移);④位错移出晶体表面将在晶体的表面上产生柏氏矢量大小的台阶.螺型位错的滑移在晶体上施加一切应力,当应力足够大时,有使晶体的左右部分发生上下移动的趋势.假如晶体中有一螺型位错,显然位错在晶体中向后发生移动,移动过的区间右边晶体向下移动一柏氏矢量.因此,①螺位错也是在外加切应力的作用下发生运动;②位错移动的方向总是和位错线垂直;③运动位错扫过的区域晶体的两部分发生了柏氏矢量大小的相对运动(滑移);④位错移过部分在表面留下部分台阶,全部移出晶体的表面上产生柏氏矢量大小的完整台阶.这四点同刃型位错.刃,螺型位错滑移的比较.1因为位错线和柏氏矢量平行,所以螺型位错可以有多个滑移面,螺型位错无论在那个方向移动都是滑移2晶体两部分的相对移动量决定于柏氏矢量的大小和方向,与位错线的移动方向无关. 12刃位错的攀移运动:刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动.刃位错发生攀移运动时相当于半原子面的伸长或缩短,通常把半原子面缩短称为正攀移,反之为负攀移.滑移时不涉及单个原子迁移,即扩散.刃型位错发生正攀移将有原子多余,大部分是由于晶体中空位运动到位错线上的结果,从而会造成空位的消失;而负攀移则需要外来原子,无外来原子将在晶体中产生新的空位.空位的迁移速度随温度的升高而加快,因此刃型位错的攀移一般发生在温度较高时;另外,温度的变化将引起晶体的平衡空位浓度的变化,这种空位的变化往往和刃位错的攀移相关.切应力对刃位错的攀移是无效的,正应力的存在有助于攀移(压应力有助正攀移,拉应力有助负攀移),但对攀移的总体作用甚小.13位错点缺陷交互.晶体内同时含由位错和点缺陷时(特别时溶入的异类原子),它们会发生交互作用异类原子在刃位错处会聚集,如小原子到多出半原子面处,大原子到少半原子面处,而异类原子则溶在位错的间隙处. 空位会使刃位错发生攀移运动.界面14表面能的来源.材料表面的原子和内部原子所处的环境不同,内部在均匀的力场中,能量较低,而表面的原子有一个方向没有原子结合,处在与内部相比较高的能量水平.另一种设想为一完整的晶体,按某晶面为界切开成两半,形成两个表面,切开时为破坏原有的结合键单位面积所吸收的能量.由于不同的晶面原子的排列方式不同,切开破坏的化学键的量也不同,故用不同的晶面作表面对应的表面能也不相同,一般以原子的排列面密度愈高,对应的表面能较小15表面能与晶体形状之间的关系.在晶体形成的过程中,为了使系统的自由能最低,尽量降低表面的总能量,即ΣσA最小.一方面尽量让σ最小的晶面为表面,当然也可能是表面能略高但能明显减小表面积的晶面为表面.如fcc结构的晶体自由生长就为14面体粗糙表面与平滑表面晶体的表面在宏观为一能量较低的平面,但表面原子的缺陷,局部表面原子缺少或有多余原子,以表面存在的阵点数与实有原子数的比x来表示,这些缺陷的存在可提高表面的熵,是必然存在的.每种材料有特定的x值下表面能最低,其中x=0.5的表面稳定的称为粗糙表面,大多数的金属材料是属于粗糙表面;x值仅在0或1附近稳定的称为平滑表面,大多是非金属材料. 17晶界与杂质原子的相互作用.少量杂质或合金元素在晶体内部的分布也是不均匀的,它们常偏聚于晶界,称这种现象为晶界内吸附.产生的原因可参见位错与点缺陷的作用,一般杂质原子与晶体的尺寸或性质差别愈大,这种偏聚愈严重.杂质原子在晶界的偏聚对晶体的某些性能产生重要的影响,18相界面.两种不同相的分界面.液体的表面是液相和气相的分界面;晶体的表面是晶体和气相(或液相)的分界面;两个不同的固相之间的分界面也是相界面,在我们的课程中主要是指后者.相界面的特性:相界面的结构和晶界有一定的共性,也有一些明显的差别.非共格界面类似大角度晶界,而完全的共格是困难的,共格面两边微少的差别可以用晶格的畸变来调整,界面两边差别不十分大时,将可以补充一定的位错来协调,组成半共格界面.无论那种情况,界面都存在自己的界面能,都将对材料的结构形貌带来明显的影响.第三章相固溶体分类位置分置换固溶体.溶质原子取代了部分溶剂晶格中某些节点上的溶剂原子而形成的固溶体.间隙固溶体.溶质原子嵌入溶剂晶格的空隙中,不占据晶格结点位置固溶体分类溶解度无限溶解固溶体.溶质可以任意比例溶入溶剂晶格中.这是把含量较高的组元称为溶剂,含量较少的组元称为溶质.有限溶解固溶体.溶质原子在固溶体中的浓度有一定限度,超过这个限度就会有其它相(另一种固溶体或化合物)的形成.间隙固溶体都是有限溶解固溶体.通常是过渡族金属为溶剂,小尺寸的C,N,H,O,B等元素为溶质. 4影响固溶体溶解度的因素在一定条件下,溶质元素在固溶体中的极限浓度叫该元素在固溶体中的溶解度.影响溶解度的因素很多,目前还在研究中,现在公认的有1尺寸因素.在置换固溶体中,溶质原子的尺寸和溶剂相近,溶解度也愈大,Δr小于15%时才有利于形成置换固溶体,要能达到无限互溶,Δr 的值还要小一些.间隙固溶体的形成的基本条件D质/D剂<0.59.在间隙固溶体中,显然D质/D剂愈小,即溶质原子的尺寸愈小,溶解度也大.间隙固溶体只能有限溶解2．晶体结构因素.组元间晶体结构相同时,固溶度一般都较大,而且才有可能形成无限固溶体.若组元间的晶体结构不同,便只能生成有限固溶体3电负性差.电负性为这些元素的原子自其它原子夺取电子而变为负离子的能力.反映两元素的化学性能差别.两元素间电负性差越小,则越容易形成固溶体,且所形成的固溶体的溶解度也就越大;随两元素间电负性差增大,溶解度减小,当其差别很大时,往往形成较稳定的化合物4电子浓度.在金属材料(合金)中,价电子数目(e)与原子数目(a)之比称为电子浓度.由于溶质和溶剂的价电子数可能不同,电子浓度e/a = V A(1-x) + V B x.其中x为溶质的原子百分比浓度(摩尔分数),V A,V B分别为溶剂和溶质的价电子数.一方面,溶质和溶剂的价电子数目相差大,它们的电负性的差别也大,溶解度会下降.另一方面,当e/a 为某些特定值时形成一新的晶体结构,因此它们的溶解度也就受到相应的限制.5固溶体的性能特点.1由于固溶体的晶体结构与溶剂相同,固溶体的性能基本上与原溶剂的性能相近,即固溶体的性能主要决定于溶剂的性能,或在溶剂性能基础上发生一些改变2固溶体的性能与原溶剂性能的差别,或称性能变化的大小,随着溶质的浓度的增加而加大3以金属元素为溶剂的固溶体,随着溶质的溶入,强度将提高,称为固溶强化,溶质的溶入可造成晶格畸变,材料的塑性变形的阻力加大,塑性略有下降,但不明显.是有效提高金属材料力学性能的途径之一6金属化合物类型.1.正常价化合物两组元服从原子价规律而生成的正常化学中所称的化合物.通常是金属元素与非金属元素组成,组元间电负性差起主要作用,两组元间电负性差较大,它们符合一般化合物的原子价规律.例如MnS,Al2O3,TiN,ZrO2等,其结合键为离子键;也有的是共价键,如SiC;少数也有以金属键结合,如Mg2Pb2电子化合物这类化合物大多是以第Ⅰ族或过渡族金属元素与第Ⅱ至第Ⅴ族金属元素结合而成.它们也可以用分子式表示,但大多不符合正常化学价规律.当e/a 为某些特定值时形成一新的晶体结构,并且电子浓度不同,其对应的晶体结构的类型也就不同.常见的电子浓度值有21/14,21/13,21/12.由于这类中间相与电子浓度有关,所以就称为电子化合物,主要出现在金属材料中,它们的结合键为金属键.一些常见的电子化合物可参看教材.例如Cu31Sn8,电子浓度21/13,具有复杂立方晶格3.间隙化合物.主要受组元的原子尺寸因素控制,通常是由过渡族金属原子与原子半径小于0.1nm 的非金属元素碳,氮,氢,氧,硼所组成.由于非金属元素(X)与金属元素(M)原子半径比不同,结构也有所不同.当r X/r M<0.59时,形成具有简单晶体结构的化合物,如fcc,bcc,cph或简单立方,通常称它们为间隙相,相应的分子式也较简单,如M4X,M2X,MX,MX2 .当r X/r M>0.59时,形成的化合物的晶体结构也较复杂,通常称它们为间隙化合物,相应的分子式也较复杂,如钢中常见的Fe3C,Cr7C3,Cr23C6等.7金属化合物的性能特点.大多数化合物,特别是正常价化合物,熔点都较高(结合键强的表现之一),力学性能表现为硬而脆.单一由化合物在金属材料中比较少见,而陶瓷材料则是以化合物为主体.少量硬度高的质点加入到塑性材料中,将明显提高材料的强度,即第二相强化机制.另一方面,化合物往往由特殊的物理,化学(电,磁,光,声等)性能,从而在功能材料中的应用得到迅速发展.相图热力学8克劳修斯-克莱普隆方程.设在一定温度和压力下,某物质处于两相平衡状态,若温度改变为dT,压力相应的改变dp之后,两相仍呈平衡状态.根据等温定压下的平衡条件△G=0,考虑1mol物质吉布斯自由能变化,由于平衡状态△G=G2-G1=0即 d G2=d G1按 d G=-SdT+Vdp因为过程是在恒温恒压的条件下进行的即为克劳修斯-克莱普隆方程,适应于任何物质的两相平衡体系.9公切线法则-两相平衡.在二元的情况,温度一定时,若AB组元可能形成αβ两种相,其自由能与成分的关系曲线.合金成分为X时: 以单一的α相存在,自由能在1点;以单一的β相存在,自由能在2点;作GαGβ的公切线,切点分别为P,Q,延长交坐标轴为a,b.a点为组元A在α和β的化学位b点为组元B在α和β的化学位,显然二者相等,所以P点的α相成分为x1;Q点的β相成分为x2;它们是平衡相.两相的数量满足杠杆定律,以这两相混合的自由能在M点.这时的自由能最低,它们才是这个温度下的平衡相.注意平衡相是以共切点的成分来分配,如果连接两曲线的最低点,以这样的成分的两相混合,尽管每一相的自由能比切点低,但数量按杠杆定律分配后的混合自由能在3点,依然高于M点结论:二元合金两相平衡的条件是能够作出这两相自由能曲线的工切线.公切线在两条曲线上的切点的成分坐标值便是这两个相在给定温度下的平衡成分.推论三个溶体平衡共存的条件是在给定的温度下,公切线能同时切过三条自由能曲线.或曰这三个溶体的自由能曲线有公切线.这三个切点的成分坐标值便是这三个相在给定温度下的平衡成分. 10相律—相律是描述系统的组元数,相数和自由度间关系的法则.相律有多种,其中最基本的是吉布斯相律,其通式f=C-P+2式中,C为系统的组元数,P为平衡共存的相的数目.自由度f不能为负值.对于恒压条件:f = c – p + 1.系统中有p相,c个组元,则成分引起的变数p(c-1)个.系统总的变数为p(c-1)+1.在多相平衡时,任一组元在各相间的化学位相等, 每个组元可写出个p-1等式,平衡条件总数为c(p-1)11几种二元相图.匀晶相图.两组元在液态和固态都能无限互溶.如Cu—Ni,Ag—Au形成二元合金对应的相图就是二元匀晶相图.相图的构成:由两条曲线将相图分为三个区.左右两端点分别为组元的熔点.上面的一条曲线称为液相线,液相线之上为液相的单相区,常用L表示;下面的一条曲线称为固相线,固相线之下为固溶体的单相区,常用α表示;两条曲线之间是双相区,标记L+α表示.二元共晶相图.两组元在液态下无限互溶,固态下有限溶解,一组元溶入另一组元中时都使凝固温度下降,并发生共晶转变.如Pb—Sn,Ag—Cu 等形成二元合金对应的相图就是二元匀晶相图.相图的构成:t A E和t B E为两液相线,与其对应的t A C和t B D为两固相线;CG和DH固溶体α,β的溶解度随温度变化线;CED为水平共晶线.将相图分成三个单相区L,α,β;三个双相区L＋α,L＋β,α＋β和一个三相区L＋α＋β,即CED为共晶线.二元包晶相图.两组元在液态下无限互溶,固态下有限溶解,并且发生包晶转变.相图的构成:ac和bc 为两液相线,与其对应的ad和bp为两固相线;df和pg固溶体α,β的溶解度随温度变化线;dpc为包晶转变线.它们分隔相图为三个单相区L,α,β;三个双相区L＋α,L＋β,α＋β; 一个三相区L＋α＋β,即水平线dpc 为包晶线.第四章单组元材料的结晶1凝固状态的影响因素1物质的本质.原子以那种方式结合使系统吉布斯自由能更低.温度高时原子活动能力强排列紊乱能量低,而低温下按特定方式排列结合能高可降低其总能量.这是热力学的基本原则2熔融液体的粘度:粘度表征流体中发生相对运动的阻力,随温度降低,粘度不断增加,在到达结晶转变温度前,粘度增加到能阻止在重力作用物质发生流动时,即可以保持固定的形状,这时物质已经凝固,不能发生结晶.例如玻璃,高分子材料3熔融液体的冷却速度:冷却速度快,到达结晶温度原子来不及重新排列就降到更低温度,最终到室温时难以重组合成晶体,可以将无规则排列固定下来.金属材料需要达到106℃/s才能获得非晶态.2结晶的热力学条件.结晶过程不是在任何情况下都能自动发生.自然界的一切自发转变过程总是向着自由能降低的方向进行.因为液体的熵值恒大于固体的熵,所以液体的曲线下降的趋势更陡,两曲线相交处的温度T m,当温度T= T m时,液相和固相的自由能相等,处于平衡共存,所以称T m为临界点,也就是理论凝固温度.当T< T m时,从液体向固体的转变使吉布斯自由能下降,是自发过程,发生结晶过程;反之,当T> T m时,从固体向液体的转变使吉布斯自由能下降,是自发过程,发生熔化过程.所以结晶过程的热力学条件就是温度在理论熔点以下.3结晶过程.温度变化规律:材料的熔体在熔点以上不断散热,温度不断下降,到理论结晶温度并不是马上变成固态的晶体,继续降温而出现过冷.过冷到某一程度开始结晶,放出结晶潜热,可能会使其温度回升.到略低于熔点的温度时,放出的热量和散热可达到平衡,这时处于固定温度,在冷却曲线上出现平台.结晶过程完成,没有潜热的补充,温度将重新不断下降,直到室温.组织的变化在一定的过冷度下,液态的熔体内首先有细小的晶体生成,称为形核.随后已形成的晶核不断的长大,同时在未转变的液体中伴随新的核心的形成.生长过程到相邻的晶体互相接触,直到液体全部转变完毕.每个成长的晶体就是一个晶粒,它们的接触分界面就形成晶界. 4自发形核1能量变化.在一定的过冷度下,液体中若出现一固态的晶体,该区域的能量将发生变化,一方面一定体积的液体转变为固体,体积自由能会下降,另一方面增加了液－固相界面,增加了表面自由能2临界大小.在一定过冷度下,ΔG V为负值,而σ恒为正值.可见晶体总是希望有最大的体积和最小的界面积.设ΔG V和σ为常数,最有利的形状为球.当细小晶体的半径大于临界尺寸,晶体长大时吉布斯自由能下降,这种可以长大的小晶体称为晶核.如果它的半径小于临界尺寸,晶体长大时吉布斯自由能将上升,自发过程为不断减小到消失3晶核的来源.熔体在熔点附近时,处在液态总体的排列是无序的,但局部的小区域并非静止不动的,原子的运动可造成局部能量在不断变化,其瞬间能量在平均值的上下波动,对应的原子排列在变化,小范围可瞬间为接近晶体的排列,其范围大小对应的能量于平均能量之差ΔG小于临界尺寸的(晶胚)下一步减小到消失,大于临界尺寸的可能不断长大,晶核.等于临界尺寸大小的晶核高出平均能量的那部分称为“形核功”.过冷度愈小,固—液自由能差也小,临界尺寸大,形核功也高,出现的几率也小.太小的过冷度在有限的时空范围内不能形核5非自发形核.如果形核不是在液体内部,如附着在某些已存在的固体(液体中存在的未熔高熔点杂质),例如在固体上形成球冠形,这时可以利用附着区原液体和杂质的界面能,特别是核心和杂质间可能有小的界面能.这种依附在某些已有的固体上形核称之为6晶核的长大一长大条件.从热力学分析可知,要使系统的自由能下降,在液—固界面附近的部分液体转变为固体,依然要求在界面附近要存在过冷度,前面冷却曲线上平台和理论结晶温度之差就是长大所要求的过冷度,也称为“动态过冷度”.金属材料的动态过冷度很小,仅0.01—0.05℃,而非金属材料的动态过冷度就大得多.若液—固界面处于平衡,则界面的温度应该为理论结晶温度.二长大速度.凝固过程中,晶体在不断长大,界面在单位时间向前推移的垂直距离称为长大线速度三正温度梯度下晶体的长大.正温度梯度是指液—固界面前沿的液体温度随到界面的距离的增加而升高,这时结晶过程的潜热只能通过已凝固的固体向外散失.平衡时界面的温度为理论结晶温度,液体的温度高于理论结晶温度.当通过已凝固的固体散失热量时,达到动态过冷的部分液体转变为固体,界面向前推移,到达理论结晶温度处,生长过程将停止.所以这时界面的形状决定于散热,实际上为理论结晶温度的等温面.在小的区域内界面为平面,局部的不平衡带来的小凸起因前沿的温度较高而放慢生长速度,因此可理解为齐步走,称为平面推进方式生长.四负温度梯度下晶体的长大.负温度梯度是指液—固界面前沿的液体温度随到界面的距离的增加而降低,这时结晶过程的潜热不仅可通过已凝固的固体向外散失,而且还可向低温的液体中传递.在小的区域内若为平面,局部的不平衡可带来某些小凸起,因前沿的温度较低而有利生长,因而凸起的生长速度将大于平均速度,凸起迅速向前发展,可理解赛跑的竞争机制,在凸起上可能再有凸起,如此发展而表现为数枝晶的方式长大.枝晶间的空隙最后填充,依然得到完整的晶体. 7树枝晶的生长按树枝方式生长的晶体称为树枝晶,先凝固的称为主干,随后是分支,再分支.①纯净的材料结晶完毕见不到树枝晶,但凝固过程中一般体积收缩,树枝之间若得不到充分的液体补充,树枝晶可保留下来②生长中晶体分支受液体流动,温差,重力等影响,同方向的分支可能出现小的角度差,互相结合时会留下位错③材料中含有杂质,在结晶时固体中的杂质比液体少,最后不同层次的分枝杂质含量不相同,其组织中可见树枝晶8非金属晶体的长大正温度梯度下,等温面和有利的晶体表面不相同时,界面会分解为台阶形.在表面的台阶处有利晶体的生长,这时原子从液体转移到固体中增加的表面积较小,台阶填充完后在表面生长也需要一定的临界尺寸,表现为非金属生长的动态过冷度比金属大,其中特别是螺位错造成的表面台阶对生长有利,并且是永远填不满的台阶. 9界面结构对晶体生长影响-受界面能和表明熵的影响,液－固界面的微观结构有两中类型:平滑型(晶面型)界面上原子排列平整,通常为晶体的某一特定晶面,界面上缺位或单贴原子较少.粗糙型(非晶面型) 界面上缺位或单贴原子较多,粗糙不平,不显示任何晶面特征.大多金属材料时如此.粗糙界面生长时向各个方向无区别.对于平滑界面能低的晶面与等温面不重和,原子将在台阶面处生长.（无台阶时,少量的原子很难吸附在光滑平面上,需要一批原子<二维晶核>,所需的动态过冷度较大.最终的形状与晶体的各向异性相关,对应独特的外形10铸件晶粒大小的控制从液体凝固后,每个晶核生长成一个晶粒,晶核多晶粒的尺寸自然就小.凝固理论分析表明晶粒尺寸决定于N/G,即形核率高晶粒细小,而长大速度快,晶粒尺寸增大.控制原理与方法:生产过程通常希望材料得到细小的尺寸,为此控制晶粒尺寸的方法有:第一,降低浇注温度和加快冷却速度,如金属模,或加快散热,尽管形核率和长大速度都提高,但形核率的提高快得多,所得到的晶粒将细化,可是快冷却速度会增加零件的内应力有时甚至可能造成开裂,有时因生产环境和零件尺寸达不到快速冷却.第二,加变质剂即人为加入帮助形核的其它高熔点细粉末,如在铜中加少量铁粉或铝中加Al2O3粉等,以非均匀方式形核并阻碍长大.第三,铸件凝固中用机械或超声波震动等也可细化晶粒尺寸.若希望晶粒粗大,如用于高温的材料,对这些因素进行相反的操作.。

材料科学基础I_缺陷

•晶体结构理论
位错组态（柏氏矢量和柏氏回路）
简单立方晶体中刃型位错A，柏氏矢量b1=a[0-10]，沿（100）晶面滑移
•晶体结构理论
位错组态（柏氏矢量和柏氏回路）
简单立方晶体螺型位错B，柏氏矢量b2=a[100]，在（001）晶面滑动
位错的运动（滑移）
•晶体结构理论
位错的运动（2）
位错的运动（攀移）
位错的提出
晶体的理论切应力与实验值的比较（单位：MPa）
金属 Al Ag Cu
理论切应力 3830 3980 6480 11000 2630
实验值 0.786 0.372 0.490 2.75 0.393
切变模量 24400 25000 40700 68950 16400
α-Fe
Mg
•晶体结构理论
•晶体结构理论
空位平衡浓度的观测
温度升高，NiAl 的（110）面的原子岛面积也随之增加，为何？
•晶体结构理论
各种的点缺陷
1）空位 2）自间隙原子 3）异间隙原子 4）5）置换原子
•晶体结构理论
各种的点缺陷
•杂质（纯度） •固溶体（固溶度）
•晶体结构理论
点缺陷的运动
•晶体结构理论
点缺陷对性能的影响
•晶体结构理论
第三章
晶体缺陷
•晶体结构理论
理想晶体结构－－平移重复性
•晶体结构理论
实际晶体结构－－平移重复性破坏
•晶体结构理论
实际晶体结构－－平移重复性破坏
维纳斯“无臂”之美更深入人心
晶体缺陷赋予材料丰富内容
•晶体结构理论
实际晶体结构－－含有缺陷 •数量相当少 •Cu的室温空位浓度：3.8×10-17 •充分退火Fe的位错密度：1012m-2 •作用相当大 •影响晶体的生长、性能以及加工

第四章点缺陷

kB ln )

F0为完整的晶体的自由能， Uy 为空位的形成能， Sf为空位
的周围原子振动态引起的振动熵，而kBlnΩ 则为无序度增加而致的组态熵，Ω =（N+n)!/N!n!为系统的所有可能组态数。

N n F (T , p) F 0(T , P) n(Uv SfT ) kBT ( N ln n ln ) 斯特令近似： N n N n
第四章点缺陷
晶体缺陷：点缺陷、线缺陷和面缺陷
点缺陷：是指那些对晶体结构的干扰仅波及几个原子间距范
围的晶体缺陷。点缺陷类型：

（1）结构缺陷：点阵空位、填隙原子。（2）化学点缺陷：代位杂质、填隙杂质。（图4-1）
点缺陷对晶体结构及性能有重要的影响，例如：物理性质、电学性质、光学性质等。

4.1
空位与填隙原子
4.1.1 热平衡态的点缺陷浓度
晶态固体中的原子总是在其平衡位置附近一刻不停地作微小的振动。由于热振动的非线性，任一原子的热振动都与周围原子的热振动状态密切相关，使热振动能量存在涨落。当一原子一单具有足够大的动能时就可能脱落正常位置，跳到邻近的原子间隙中去，形成填隙原子，并在原位置留下一个空位。

（ 3 ）离子注入这是一种用高能离子轰击材料将其嵌入近表面区域的工艺，可以产生大量点缺陷。其中，注入组分离子产生空位和填隙离子；注入杂质原子则产生代位或填隙杂质。在制备某些合金材料时，不溶的合金元素只有借助离子注入技术才能实现合金化，此外，高能离子注入还能产生位错和各种类型的面缺陷，甚至非晶层。

（ 2 ）辐照在金属晶体中，只有将原子由其正常位置打出来的粒子才能产生点缺陷，只能激发电子的辐照则不能。而在非金属中，由于电子激发态可以局域化且能保持相当长的时间，因而电离辐照就能使晶体严重损伤，产生大量点缺陷。不同类型的辐照粒子在产生离位原子从而形成点缺陷方面是相差甚大的。产生离位轰击的电子需要兆电子伏量级的能量，而中子与质子只需数百电子伏，如果轰击粒子的质量与被轰击的原子很接近则只需数十电子伏便已足够。

材科基考点强化(第4讲 缺陷)知识分享

厦门大学 材料科学基础(二) 第四章-2 缺陷化学 点缺陷的类型及表示方法