原子的不规则排列

合集下载

点线面缺陷

密度的变化：简单地考虑肖脱基空位。密度的变化：简单地考虑肖脱基空位。空位的形使得体积增加，由此而将引起密度的减小。成，使得体积增加，由此而将引起密度的减小。
过饱和点缺陷（如淬火空位，辐照，过饱和点缺陷（如淬火空位，辐照，塑性变形产生的大量间隙原子-空位对）还可以提高金属屈服强度。量间隙原子-空位第三节原子的不规则排列
(14)
• •
1.3.2.1 位错的基本类型 (2)螺型位错：左螺型位错、右螺型位错螺型位错：螺型位错左螺型位错、螺位错具有如下的几何特征： (1)螺位错线与其滑移矢量d平行，故纯螺位错只能是直线。 (2)根据螺旋面的不同，螺位错可分左和右两种，当螺旋面为右手螺旋时，为右螺位错，反之为左螺位错。 (3)螺位错没有多余原子面，它周围只引起切应变而无体应变。
(11)
刃型位错的几何特征：刃型位错的几何特征： (1)位错线与其滑移矢量垂直，刃型位错可以为任意形位错线与其滑移矢量d垂直位错线与其滑移矢量垂直，刃型位错可以为任意形状的曲线。状的曲线。 (2)有多余半原子面。有多余半原子面。有多余半原子面习惯上，习惯上，把多余半原子面在滑移面以上的位错称为正刃型位错，用符号“ 表示，反之为负刃型位错，正刃型位错，用符号“┻”表示，反之为负刃型位错，表示。用“┳”表示。刃型位错周围的点阵畸变关于半原子面左右对称。面左右对称。
(19)
P 11 12 13Q
O 8 9 10
76 5
4
P 12 13 Q 11
N 3 2 1 M
§1.3.2 线缺陷
第三节原子的不规则排列 1.3.2.2 柏氏矢量（1）确定方法） a 在位错周围沿着点阵结点形成右螺旋的封闭回路。（柏氏回路）回路） b 在理想晶体中按同样顺序作同样大小的样大小的回路。 c 在理想晶体中从终点到起点的矢量即为柏氏矢量。矢量。 1 2 3 1 2 3 4 4 3 2 1 2 1 1 1

晶格缺陷造成的阈值电压漂移

晶格缺陷造成的阈值电压漂移
晶格缺陷是指晶体材料中原子排列的不规则性，这些缺陷可能由杂质掺入、辐射损伤或热处理过程中产生。

在半导体设备中，尤其是MOSFET （金属-氧化物-半导体场效应晶体管）中，晶格缺陷会对设备的电学特性产生显著影响，其中之一就是引起阈值电压（threshold voltage，Vth）的漂移。

阈值电压是晶体管从截止状态变为导电状态所需的最小电压。

在理想情况下，这个电压是恒定的，但在实际中，由于晶格缺陷的存在，阈值电压会随着时间和使用条件的变化而改变。

晶格缺陷如位错（dislocations）、空位（vacancies）、间隙原子（interstitials）以及杂质原子等，可以造成以下几种影响：
1. 电荷陷阱：晶格缺陷可以作为电荷陷阱，捕获载流子（电子或空穴）。

这些被捕获的电荷会影响晶体管沟道区的电荷分布，从而改变阈值电压。

2. 掺杂剂扩散：晶格缺陷可加速掺杂剂在半导体材料中的扩散，这可能导致掺杂浓度不均匀，进而影响沟道区的掺杂剖面和阈值电压。

3. 界面态：在绝缘层与半导体界面处，晶格缺陷可能导致界面态
密度增加，这些界面态能够与沟道区交换电荷，改变沟道的导电行为，并导致阈值电压漂移。

4. 应力效应：晶格缺陷引入的局部应力可以改变晶体管沟道区的能带结构，进而影响其导电性能和阈值电压。

为了减少晶格缺陷对阈值电压的影响，半导体制造过程中会采取多种措施，例如使用退火工艺来修复晶格缺陷、优化掺杂过程以实现更均匀的掺杂剖面，或采用高质量的衬底材料以降低初始缺陷密度。

此外，通过设计和工艺改进来提高晶体管的鲁棒性，也是减少晶格缺陷影响的一种方式。

晶体缺陷与固态相

晶体缺陷点缺陷晶体缺陷：晶体中原子排列的不规则性及不完整性。

晶体缺陷的种类：点缺陷、线缺陷、面缺陷点缺陷：缺陷尺寸在三维方向上都很小且与原子尺寸相当的缺陷（或者在结点上或邻近微观区域内偏离晶体结构正常排列的一种缺陷）。

点缺陷的类型：空位、间隙原子、杂质或溶质原子以及他们组成的复杂点缺陷如，空位，空位团和空位—溶质原子对等。

点缺陷与扩散的关系：空位，间隙原子均为自扩散，异类原子为弥扩散。

点缺陷对性能的影响：点缺陷的存在使得金属的电阻增加，体积膨胀，密度减小，使得离子晶体的导电性能改善。

过饱和点缺陷，如淬火空位、辐照缺陷，还可以提高金属的屈服强度。

获得过饱和点缺陷的方法：辐照、高温淬火和冷变形加工。

线缺陷线缺陷：在两个方向上的尺寸很小，另一个方向上延伸较长，也称一维缺陷，如各类位错。

位错：晶体排列的一种特殊组态，晶体中沿某一原子面及某一原子方向发生有规律的错排现象；为错是伯氏矢量不为零的晶体缺陷。

位错的基本类型：刃型位错，螺型位错和混合位错。

他们与伯氏矢量的关系：刃型位错的位错线与伯氏矢量垂直，螺型位错的位错线与伯氏矢量平行，混合型位错的位错线与伯氏矢量相交成任意角度。

刃型位错正负的判定：用右手的拇指，食指和中指构成直角坐标，中指指向伯氏矢量方向，食指指向位错线方向，拇指向上为正刃型位错反之为负刃型位错。

螺位错左旋与右旋的判定：用拇指代表螺旋的前进方向，而以其余四指代表螺旋的旋转方向，凡符合右手法则称为右螺旋位错，符合左手法则的称为左螺旋位错。

伯氏矢量与位错线正向方向相同的为右螺旋位错，相反为左螺旋位错。

刃型位错的结构特点：1，刃型位错有一个额外的半原子面；2，刃型位错可以理解成已滑移区与未滑移区的边界线。

3，滑移面必定是包含有位错线和滑移矢量的平面，在其他面上不能滑移。

位错的产生：晶体中相邻的两部分在切应力作用下沿一定的晶面和晶向相对滑动，滑移的结果在晶体表面上出现明显的滑移痕迹----滑移线。

扩展位错：通常把一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错组态称为扩展为错。

第三章晶体缺陷

形成缺陷时，基质晶体中的原子数会发生变化，外加杂质进入基质晶体时，系统原子数增加，晶体尺寸增大；基质中原子逃逸到周围介质中时，晶体尺寸减小。
•
（2）质量平衡：与化学反应方程式相同，缺陷反应方程式两边的质量应该相等。需要注意的是缺陷符号的右下标表示缺陷所在的位置，对质量平衡无影响。（3）电中性：电中性要求缺陷反应方程式两边的有效电荷数必须相等。 2. 缺陷反应实例 1）杂质（组成）缺陷反应方程式──杂质在基质中的溶解过程杂质进入基质晶体时，一般遵循杂质的正负离子分别进入基质的正负离子位置的原则，这样基质晶体的晶格畸变小，缺陷容易形成。在不等价替换时，会产生间隙质点或空位。
浓度超过平衡浓度。
在晶体中，位于点阵结点上的原子并非静止的，而是以其平衡位置为中心作热振动。原子的振动能是按几率分布，有起伏涨落的。当某一原子具有足够大的振动能而使振幅增大到一定限度时，就可能克服周围原子对它的制约作用，跳离其原来的位置，使点阵中形成空结点，称为空位。离开平衡位置的原子有三个去处：一是迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置上，而使晶体内部留下空位，称为肖脱基（Schottky）空位；二是挤人点阵的间隙位置，而在晶体中同时形成数目相等的空位和间隙原子，则称为弗兰克尔（Frenkel）缺陷；三是跑到其他空位中，使空位消失或使空位移位。
6.缔合中心电性相反的缺陷距离接近到一定程度时，在库仑力作用下会缔合成一组或一群，产生一个缔合中心， VM和VX发生缔合,记为（VMVX）。
(二) 缺陷反应表示法
对于杂质缺陷而言，缺陷反应方程式的一般式：
1.写缺陷反应方程式应遵循的原则与一般的化学反应相类似，书写缺陷反应方程式时，应该遵循下列基本原则：（1）位置关系（2）质量平衡（3）电中性

玻璃原子排列

玻璃的原子排列方式具有其独特的特点。

从宏观角度来看，玻璃的原子排列似乎是无序的，没有明显的规律性。

然而，如果仔细观察每一个硅原子，你会发现它们都与四个氧原子相连接，这种排列方式被称为“短程有序”。

这意味着在局部范围内，原子排列是有序的，但在更大的范围内，这种有序性消失，整体呈现出无序的状态。

此外，玻璃的原子排列还与液体的无序排列有些相似。

尽管玻璃具有固定的形状和硬度，看起来像是固体，但其内部原子的排列方式却更像液体。

这是因为固体和液体的原子排列方式之间存在一种模糊的界限。

有些固体物质，其原子排列可能在一定程度上表现出类似于液体的特征。

因此，可以得出结论，玻璃的原子排列是一种复杂且独特的结构，既有局部的有序性，又有整体的无序性，这也解释了玻璃为什么既有固体的形态，又在一定程度上表现出了液体的特性。

上海交大材料科学基础知识点总结

第一章材料中的原子排列第一节原子的结合方式1 原子结构2 原子结合键（1）离子键与离子晶体原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。

如氧化物陶瓷。

（2）共价键与原子晶体原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。

如高分子材料。

（3）金属键与金属晶体原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。

如金属。

金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。

（3）分子键与分子晶体原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。

分子晶体：熔点低，硬度低。

如高分子材料。

氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O（4）混合键。

如复合材料。

3 结合键分类（1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。

（2）二次键（物理键）：分子键和氢键。

4 原子的排列方式（1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。

长程有序，各向异性。

（2）非晶体：――――――――――不规则排列。

长程无序，各向同性。

第二节原子的规则排列一晶体学基础1 空间点阵与晶体结构（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。

图1-5特征：a 原子的理想排列；b 有14种。

其中：空间点阵中的点－阵点。

它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。

描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。

空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。

（2）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。

特征：a 可能存在局部缺陷；b 可有无限多种。

2 晶胞图1－6（1）――－：构成空间点阵的最基本单元。

（2）选取原则：a 能够充分反映空间点阵的对称性；b 相等的棱和角的数目最多；c 具有尽可能多的直角；d 体积最小。

（3）形状和大小有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。

晶体缺陷

一、概述1、晶体缺陷：晶体中原子（离子、分子）排列的不规则性及不完整性。

种类：点缺陷、线缺陷、面缺陷。

1) 由上图可得随着缺陷数目的增加，金属的强度下降。

原因是缺陷破坏了警惕的完整性，降低了原子间结合力，从宏观上看，即随缺陷数目增加，强度下降。

2) 随着缺陷数目的增加，金属的强度增加。

原因是晶体缺陷相互作用（点缺陷钉扎位错、位错交割缠结等），使位错运动的阻力增加，强度增加。

3) 由此可见，强化金属的方向有两个：一是制备无缺陷的理想晶体，其强度最高，但实际上很难；另一种是制备缺陷数目多的晶体，例如：纳米晶体，非晶态晶体等。

二、点缺陷3、点缺陷：缺陷尺寸在三维方向上都很小且与原子尺寸相当的缺陷（或者在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构正常排列的一种缺陷），称为点缺陷或零维缺陷。

分类：空位、间隙原子、杂质原子、溶质原子。

4、肖特基空位：原子迁移到晶体表面或内表面正常结点位置使晶体内形成的空位。

5、弗仑克尔空位：原子离开平衡位置挤入点阵间隙形成数目相等的空位和间隙原子，该空位叫做弗仑克尔空位。

6、空位形成能EV：在晶体中取出一个原子放在晶体表面上（不改变晶体表面积和表面能）所需的能量。

间隙原子形成能远大于空位形成能，所以间隙原子浓度远小于空位浓度。

7、点缺陷为热平衡缺陷，淬火、冷变形加工、高能粒子辐照可得到过饱和点缺陷。

8、复合：间隙原子和空位相遇，间隙原子占据空位导致两者同时消失，此过程成为复合。

9、点缺陷对性能的影响：点缺陷使得金属的电阻增加，体积膨胀，密度减小；使离子晶体的导电性改善。

过饱和点缺陷，如淬火空位、辐照缺陷，还可以提高金属的屈服强度。

三、线缺陷10、线缺陷：线缺陷在两个方向上尺寸很小，另外一个方向上延伸较长，也称为一维缺陷。

主要为各类位错。

11、位错：位错是晶体原子排列的一种特殊组态；位错是晶体的一部分沿一定晶面与晶向发生某种有规律的错排现象；位错是已滑移区和未滑移区的分界线；位错是伯氏矢量不为零的晶体缺陷。

06-晶体结构与布拉格方程

距公式代入布拉格公式，并进行平方后得：
• 立方系 sin 2 2 H 2 K 2 L2 4a 2
•
正方系
sin 2
2
4
H2 K2 a2
L2 c2
•
斜方系
sin 2
2
4
H2 a2
K2 b2
L2 c2
• 从三个公式可以看出，波长选定后，不同晶系或同一晶系而晶胞大小不同的晶体，其衍射线束的方向不相同。因此，研究衍射线束的方向，可以确定晶胞的形状大小。另外，从上述三式还能看出，衍射线束的方向与原子在晶胞中的位置和原子种类无关，只有通过衍射线束强度的研究，才能解决这类问题。
晶面：晶体中各方位上的原子面。
国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。
2.晶向指数的标定
a 建立坐标系。确定原点（阵点）、坐标轴和度量单位（棱边）。
b 求坐标。u’,v’,w’。 c 化整数。 u,v,w. d 加[ ]。[uvw]。说明： a 指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向。 b 负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向。
• 单晶体具有各向异性，而多晶体则具有各向同性。
三、晶体与非晶体的转变
• 晶体与非晶体在一定条件下可以相互转变 1、玻璃经长时间加热能变为晶态玻璃； 2、金属从高温液态急冷，可变为非晶态金属； 3、非晶态金属具有高的强度与韧性等一系列突出性能，
近年来已为人们所重视。
四、空间点阵的概念
晶体是指组成它的粒子（离子、原子或他们的集团）有规则排列的固体。为了描述晶体中原子的排列规则，用每一个粒子质心所在位置表示这个粒子，称为结点，并得到一个按一定规则排列分布的无数多个结点组成的空间阵列，称为空间点阵或晶体点阵。

半导体缺陷解析及中英文术语一览

半导体缺陷解析及中英⽂术语⼀览⼀、半导体缺陷1.位错：位错⼜可称为差排（英语：dislocation），在材料科学中，指晶体材料的⼀种内部微观缺陷，即原⼦的局部不规则排列（晶体学缺陷）。

从⼏何⾓度看，位错属于⼀种线缺陷，可视为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线，其存在对材料的物理性能，尤其是⼒学性能，具有极⼤的影响。

产⽣原因：晶体⽣长过程中，籽晶中的位错、固-液界⾯附近落⼊不溶性固态颗粒，界⾯附近温度梯度或温度波动以及机械振动都会在晶体中产⽣位错。

在晶体⽣长后，快速降温也容易增殖位错。

（111）呈三⾓形；（100）呈⽅形；（110）呈菱形。

2.杂质条纹：晶体纵剖⾯经化学腐蚀后可见明、暗相间的层状分布条纹，⼜称为电阻率条纹。

杂质条纹有分布规律，在垂直⽣长轴⽅向的横断⾯上，⼀般成环状分布；在平⾏⽣长轴⽅向的纵剖⾯上，呈层状分布。

反映了固-液界⾯结晶前沿的形状。

产⽣原因：晶体⽣长时，由于重⼒产⽣的⾃然对流和搅拌产⽣的强制对流，引起固-液界近附近的温度发⽣微⼩的周期性变化，导致晶体微观⽣长速率的变化，或引起杂质边界厚度起伏，⼀截⼩平⾯效应和热场不对称等，均使晶体结晶时杂质有效分凝系数产⽣波动，引起杂质中杂质浓度分布发⽣相应的变化，从⽽在晶体中形成杂质条纹。

解决⽅案:：调整热场，使之具有良好的轴对称性，并使晶体的旋转轴尽量与热场中⼼轴同轴，抑制或减弱熔热对流，可以使晶体中杂质趋于均匀分布。

采⽤磁场拉晶⼯艺或⽆重⼒条件下拉晶可以消除杂质条纹。

3.凹坑：晶体经过化学腐蚀后，由于晶体的局部区域具有较快的腐蚀速度，使晶体横断⾯上出现的坑。

腐蚀温度越⾼，腐蚀时间越长，则凹坑就越深，甚⾄贯穿。

4.空洞：单晶切断⾯上⽆规则、⼤⼩不等的⼩孔。

产⽣原因：在⽓氛下拉制单晶，由于⽓体在熔体中溶解度⼤，当晶体⽣长时，⽓体溶解度则减⼩呈过饱和状态。

如果晶体⽣长过快，则⽓体⽆法及时从熔体中排出，则会在晶体中形成空洞。

5.孪晶：使晶体断⾯上呈现⾦属光泽不同的两部分，分界线通常为直线。

物质的结构必考知识点归纳

物质的结构必考知识点归纳物质的结构是化学和物理学中的基础概念，它涉及到原子、分子、晶体等微观粒子的组成和排列方式。

以下是物质结构的必考知识点归纳：1. 原子结构：原子是物质的基本单位，由原子核和电子组成。

原子核包含质子和中子，而电子在原子核周围以特定的轨道运动。

2. 元素周期表：元素周期表是按照原子序数排列的元素列表，它展示了元素的周期性和族性。

元素的化学性质主要由其原子序数决定。

3. 化学键：化学键是原子之间通过共享、转移或吸引电子而形成的连接。

主要类型有共价键、离子键和金属键。

4. 分子结构：分子是由两个或更多原子通过化学键连接而成的稳定结构。

分子的几何形状和化学性质受其原子排列和化学键类型的直接影响。

5. 晶体结构：晶体是由原子、离子或分子按照一定规律排列形成的固体。

晶体结构的类型包括立方晶系、四方晶系、六方晶系等。

6. 晶格缺陷：晶格缺陷是晶体中原子排列的不规则性，包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。

这些缺陷会影响晶体的物理性质。

7. 非晶体与准晶体：与晶体相比，非晶体没有长程有序的原子排列，而准晶体则具有长程有序但不具备传统晶体的周期性。

8. 纳米材料：纳米材料是指具有纳米尺度（1-100纳米）的材料，它们展现出独特的物理化学性质，如量子效应、表面效应等。

9. 超分子化学：超分子化学研究分子之间通过非共价键（如氢键、π-π堆叠等）形成的复杂结构和功能。

10. 材料的宏观性质与微观结构的关系：材料的宏观性质，如硬度、弹性、导电性等，与其微观结构紧密相关。

例如，金属的导电性与其自由电子的分布有关。

11. X射线晶体学：X射线晶体学是一种用于确定晶体结构的技术，通过测量X射线在晶体中的衍射模式来解析原子的位置。

12. 扫描隧道显微镜：扫描隧道显微镜（STM）是一种能够观察到原子尺度表面结构的仪器，它利用量子隧道效应来探测样品表面的电子态。

这些知识点是物质结构领域的基础，对于理解物质的组成、性质和反应机制至关重要。

体积扩散和晶界扩散名词解释-概述说明以及解释

体积扩散和晶界扩散名词解释-概述说明以及解释1.引言1.1 概述体积扩散和晶界扩散是材料科学中两个重要的扩散现象。

扩散是物质在固体内部的原子或分子从高浓度区域向低浓度区域的传输过程。

在晶体结构中，扩散是通过原子或分子的跳跃来实现的，目的是达到能量的最低点。

体积扩散和晶界扩散是两种不同的扩散机制，分别发生在固体体积内部和晶界处。

体积扩散主要发生在固体结构的体积内部，即晶体内部的原子或分子之间的传输。

这种扩散过程是通过晶体晶格中的空位或间隙来实现的，并具有一定的速率和规律。

体积扩散在金属材料中尤为常见，对于材料的晶粒生长、相变行为和物理性能等都起着重要的影响。

晶界扩散指的是发生在晶体内部的晶界区域的扩散现象。

在晶体生长或材料加工过程中，由于晶粒的不完整性或晶体之间的接触，形成了晶界区域。

晶界的形成带来了晶体内部的一些缺陷和杂质，导致了晶界处的原子或分子传输过程。

晶界扩散对于晶粒生长的影响较大，也对材料的力学性能和耐蚀性等方面有一定的影响。

本文将对体积扩散和晶界扩散的定义、原理、影响因素、应用和意义进行详细的解释和探讨。

同时，还将比较和对比这两种不同的扩散机制，探究它们之间的区别和联系。

最后，通过总结体积扩散和晶界扩散的概念，强调它们在材料科学中的重要性，并展望未来的研究方向。

通过对这两个名词的解释和探讨，可以更好地理解和应用扩散现象，促进材料科学的发展和应用。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：1.2 文章结构本文将主要分为三个部分进行讨论。

首先，在引言部分将对体积扩散和晶界扩散的概念进行简要介绍，旨在引起读者对这两个重要的扩散现象的兴趣。

其次，在正文部分，将详细讨论体积扩散和晶界扩散的定义、原理、影响因素、应用和意义。

其中，对于体积扩散，将重点介绍其在材料科学中的重要作用以及相关领域中的应用。

对于晶界扩散，将探讨其与晶界结构的关系，以及晶界扩散在材料制备、合金强化等方面的应用。

最后，在结论部分，将总结体积扩散和晶界扩散的概念和特点，并强调它们在材料科学领域中的重要性。

材料科学晶体缺陷

§5 晶体缺陷晶体中原子（或分子、离子）在三维空间中的周期性规则排列仅仅是一种理想情况，实际晶体中的情况则不尽然。

由于晶体的生长条件、原子的热运动以及材料加工过程中各种因素的影响，使原子排列不可能那样规则和完善，往往存在着偏离理想结构的区域，从而形成晶体缺陷。

研究表明，形成晶体缺陷的这些区域，其中的某些原子虽然失去了与周围原子之间的正常的相邻关系，但仍然受到原子键合力的约束，其排列并不是杂乱无章的。

因此，晶体是以一定的形态存在，按一定的规律产生、发展和运动，并对晶体的物理和化学性能产生重要影响。

根据晶体中缺陷的几何特征，可分为：点缺陷(0维)：空间尺寸很小，相当于原子数量级，如空位、间隙原子等；线缺陷(一维)：在两个方向上小但在另一个方向上尺寸大，如各种位错；面缺陷(二维)：在一个方向上小但在另两个方向上尺寸大，如晶界、相界等。

5.1 点缺陷晶体缺陷的尺寸在三维方向上均处于原子数量级，为点缺陷。

点缺陷产生原因：原子热振动、高温淬火、冷加工、辐照等。

点缺陷类型结构：空位、间隙原子、置换原子肖脱基(Schottky)空位：脱离平衡位置的原子移动到晶体表面；弗兰克尔(Frankel)空位：脱离平衡位置的原子移动到晶体点阵的间隙中。

图2.13 点缺陷示意图a) 空位；b) 间隙原子；c) 异质间隙原子；d) 异质置换原子（原子半径小）；e) 异质置换原子（原子半径大）图2.14 空位聚集成为空位片a) 孤立的空位；b) 聚集成片的空位片图2.15 化合物离子晶体中两种常见的点缺陷点缺陷形成能：由于空位或者间隙原子的存在而使点阵产生畸变，晶体内能升高，增加的能量称为点缺陷形成能。

常见金属中，间隙原子形成能比空位形成能大几倍。

点缺陷平衡浓度：热力学分析表明，在绝对零度以上的任何温度，晶体中含有一定数量的点缺陷在热力学上是稳定的（这也表明理想晶体在热力学上是不稳定的），并可以计算该温度下的点缺陷平衡浓度。

材料科学基础复习题

材料科学基础复习题第一章原子结构一判断题1.共价键是由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。

2. 范德华力既无方向性亦无饱和性，氢键有方向性但无饱和性。

3. 绝大多数金属均以金属键方式结合，它的基本特点是电子共有化。

4. 离子键这种结合方式的基本特点是以离子而不是以原子为结合单元。

5. 范德华力包括静电力、诱导力、但不包括色散力。

二、简答题原子间的结合键对材料性能的影响第二章晶体结构一、填空1.按晶体的对称性和周期性，晶体结构可分为7 空间点阵，14 晶系， 3 晶族。

2.晶胞是能代表晶体结构的最小单，描述晶胞的参数是a ,b ,c ,α,β,γ。

3. 在立方，菱方，六方系中晶体之单位晶胞其三个轴方向中的两个会有相等的边长。

4. 方向族<111>的方向在铁的(101)平面上，方向族<110>的方向在铁的(110)平面上。

5. 由hcp(六方最密堆积)到之同素异形的改变将不会产生体积的改变，而由体心最密堆积变成即会产生体积效应。

6. 晶体结构中最基本的结构单元为，在空间点阵中最基本的组元称之为。

7.某晶体属于立方晶系，一晶面截x轴于a/2、y轴于b/3、z轴于c/4，则该晶面的指标为8. 硅酸盐材料最基本的结构单元是，常见的硅酸盐结构有、、、。

9. 根据离子晶体结构规则－鲍林规则，配位多面体之间尽可能和连接。

二判断题1.在所有晶体中只要(hkl)⊥(uvw)二指数必然相等。

2. 若在晶格常数相同的条件下体心立方晶格的致密度,原子半径都最小。

3. 所谓原子间的平衡距离或原子的平衡位置是吸引力与排斥力的合力最小的位置。

4.晶体物质的共同特点是都具有金属键。

5.若在晶格常数相同的条件下体心立方晶格的致密度,原子半径都最小。

6. 在立方晶系中若将三轴系变为四轴系时,(hkIl)之间必存在I=-(h+k)的关系与X1,X2,X3,X4间夹角无关。

7.亚晶界就是小角度晶界,这种晶界全部是由位错堆积而形成的。

机械工程材料第十版课后答案

机械工程材料第十版课后答案
1.解释下列名词
点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。

答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。

线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。

如位错。

面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。

如晶界和亚晶界。

亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。

第3节原子的不规则排列-位错1

ρ
22
三、位错的观察
1.浸蚀法——利用显微镜观察位错露头处的腐蚀坑位错露头处的腐蚀坑形位错露头处的腐蚀坑貌（如三角形、正方形等规则的几何外形，且呈有规律分布）。适合于位错密度很低的高纯度晶体或者化合物晶体的位错观察。 2.透射电镜——位错线的实际形貌
23
3
位错理论发展的历史
• 1907年有人在弹性力学中提出了位错的概念，并讨论了位错的应力场； • 1934年，Taylor、Polanyi和Orowan几乎同时从晶体学角度提出位错概念，把位错和晶体塑性变形联系起来，开始建立并逐步发展了位错理论模型； • 1947年，Cotterll在英国国际强度会议上报告了用溶质原子与位错的相互作用来解释碳钢的屈服点效应，得到了满意的结果。这使得从假设出发的位错理论在解决金属力学性质的具体问题上获得成功； • 1950年以后，由于透射电子显微镜透射电子显微镜技术的发展，证实了位错的存透射电子显微镜证实了位错的存在及其运动，位错理论从假设⇒实验证实⇒理论发展。在及其运动
6
从这个角度看，晶体中的位错作为滑移区与未滑移区的晶体中的位错作为滑移区与未滑移区的边界，就不可能终断于晶体内部，边界，就不可能终断于晶体内部，它们或者在表面露头，或者终止于晶界和相界，或者与其它位错线交叉，或者自行在晶体内部形成一个封闭环，这是位错的一个重要位错的一个重要特征。特征。
z O’ b
b1 = a[110]
a b2 = [110] 2
O a x
y
右图中的矢量Ob，其晶向指数也为[110]，柏氏矢量b2=1/2a+1/2b+1/2c，可简写为：
16
立方晶系柏氏矢量的一般表达式：

原子排列方式不同

原子排列方式不同原子排列方式不同。

1. 非晶态物质的原子排列非晶态物质是一种无定形的物质，其原子排列方式并没有规律可言。

在非晶态物质中，原子之间的排列呈现出无序、不规则的状态。

在固体材料中，非晶态常见于玻璃和某些合金中，其原子排列方式具有较高的自由度。

2. 晶体的原子排列晶体是一种有规则的物质，其原子排列方式呈现出高度的有序性。

晶体的形成取决于原子之间的相互作用力和结构。

晶体的原子排列可以分为以下几种方式：2.1 简单立方格子简单立方格子是一种最简单的晶体原子排列方式。

在简单立方格子中，每个原子与其周围的六个原子相邻，形成一个正方体结构。

这种原子排列方式常见于某些金属和离子晶体中。

2.2 面心立方格子面心立方格子也是一种常见的晶体原子排列方式。

在面心立方格子中，每个原子与其周围的十二个原子相邻，形成一个立方体结构。

这种原子排列方式常见于一些金属和某些离子晶体中。

2.3 体心立方格子体心立方格子是另一种常见的晶体原子排列方式。

在体心立方格子中，每个原子与其周围的八个原子相邻，形成一个立方体结构。

这种原子排列方式常见于一些金属中。

2.4 其他晶体结构除了简单立方格子、面心立方格子和体心立方格子，还存在着许多其他的晶体结构，如六方密排、钻石结构等。

这些晶体结构具有不同的原子排列方式，呈现出不同的化学和物理性质。

总结：原子的排列方式因物质的性质而异。

在非晶态物质中，原子排列方式呈现出无序、不规则的状态；而在晶体中，原子排列方式具有高度的有序性，可分为简单立方格子、面心立方格子、体心立方格子和其他晶体结构。

不同的原子排列方式决定了物质的性质和应用。

材料科学基础点缺陷

11
第三章
点缺陷的平衡浓度
2 点缺陷的平衡浓度（ 1 ）点缺陷是热力学平衡的缺陷－在一定温度下，晶体中总是存在着一定数量的点缺陷（空位），这时体系的能量最低－具有平衡点缺陷的晶体比理想晶体在热力学上更为稳定。（原因：晶体中形成点缺陷时，体系内能的增加将使自由能升高，但体系熵值也增加了，这一因素又使自由能降低。其结果是在G-n曲线上出现了最低值，对应的n值即为平衡空位数。）（2）点缺陷的平衡浓度 C=Aexp(-∆Ev/kT)
6
(c) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning
第三章晶体结构缺陷
一点缺陷
第一节点缺陷
第三章
7
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
第三章
点缺陷的形成
构成晶体的所有原子总是以其平衡位置为中心进行热振动原子热振动的平均能量与晶体所处的温度有关，温度越高，平均能量越大。当温度一定时，原子热振动的平均能量是一定的但是各原子在同一瞬间的热振动能量并不相同，面且同一原子在不同瞬间的能量也不相同，也就是说各原子的能量总是处于不断起伏变化之中，这种现象称为能量起伏．由于能量起伏，总有一些原子的能量大到足以克服周围原子对它的束缚，就有可能迁移到别处，这样在原来的平衡位置上出现空结点，称为“空位”。
9
其它点缺陷
晶体中的点缺陷除了包括空位、间隙原子、置换原子外，还包括由这些基本点缺陷组成的三维方向上的尺寸都很小的复杂缺陷，例如空位对或空位片等．
10
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。

晶体缺陷的基本类型和特征

晶体缺陷的基本类型和特征
晶体缺陷是晶体中原子或离子位置的错误或不规则排列。

基本类型和特征包括以下几种：
1. 点缺陷：点缺陷是晶体中原子或离子缺失、替代或插入所引起的缺陷。

常见的点缺陷包括：空位缺陷（晶体中存在未被占据的空位）、插入缺陷（晶格中多余的原子或离子）、置换缺陷（晶体中某种原子或离子被其他种类的原子或离子替代）。

2. 线缺陷：线缺陷是沿晶体中某一方向的错误排列或不规则缺陷。

常见的线缺陷包括：位错（晶体中原子排列错误引起的错位线）、螺旋位错（沿着晶格某个方向成螺旋形排列的错位线）。

3. 面缺陷：面缺陷是晶体中平面上原子排列错误或不规则的缺陷。

常见的面缺陷包括：晶界（不同晶体颗粒的交界面）、层错（晶体中平行于某一层的错位面）。

4. 体缺陷：体缺陷是三维空间中晶体结构的错误或不规则排列。

常见的体缺陷包括：空间格点缺陷（晶体晶格中存在未被占据的空间）、体间隙（晶体中原子或离子占据不规则的空间位置）。

每种缺陷类型都有其特定的物理和化学性质，对晶体的电学、光学、磁学等性质都有影响。

因此，研究晶体缺陷对于理解晶体的结构和性质至关重要。

层错能与晶粒尺寸的关系

层错能与晶粒尺寸的关系层错是指晶体中原子排列的不规则性，它是晶体内部的微观缺陷之一。

在晶体生长、加工以及应力作用下，层错会发生变化，影响晶体的性质和行为。

因此，研究层错与晶粒尺寸的关系对于理解材料本质、改进材料性能具有重要意义。

首先，层错与晶粒尺寸有密切关系。

随着晶粒尺寸减小，层错密度会增加。

这是因为在小尺寸的颗粒中，原子间距相对较短，易形成位错和层错。

同时，在小晶粒中，界面活性较高，容易形成新的位错和层错。

其次，不同类型的位错和层错对于晶体性质有不同影响。

例如，在金属材料中，螺旋型位错会导致材料塑性降低；平移型位错会影响材料弹性模量；而滑移型位错则会导致材料疲劳、断裂等问题。

类似地，在半导体材料中，点缺陷和线缺陷也会影响电学特性。

第三，晶粒尺寸与材料性能之间也存在密切关系。

在晶体中，晶界是不同晶粒之间的界面。

随着晶粒尺寸的减小，晶界面积相对增大，这会导致材料强度降低、塑性变差、疲劳性能下降等问题。

同时，小尺寸的颗粒中，由于原子间距较短、表面活性高等因素的影响，会导致材料化学反应容易发生、腐蚀性增强等问题。

最后，通过控制晶粒尺寸和层错密度来改善材料性能已成为一种常用方法。

例如，在金属材料中通过热处理、冷变形等方式可以控制层错密度和晶粒尺寸；在半导体材料中通过气相沉积、离子注入等方式可以控制点缺陷和线缺陷。

此外，在纳米材料中由于其特殊的结构和表面效应等因素的影响，其性质也与传统宏观材料有所不同。

综上所述，层错与晶粒尺寸之间存在紧密的关系，并且对于材料性能具有重要影响。

通过控制晶粒尺寸和层错密度，可以改善材料的性能，这对于材料科学和工程应用具有重要意义。