晶体缺陷
晶体缺陷异质结构
晶体缺陷异质结构在固体物理学中，晶体缺陷异质结构是一个关键的研究领域，它涉及到晶体中原子排列的局部不规则性及其对材料性能的影响。
晶体通常以其规则的原子排列和长程有序性而著称，然而，在实际晶体中，总会存在各种各样的缺陷和不规则性。
这些缺陷可以是由原子或离子的缺失、取代或位置错乱引起的，也可以是由外部因素如辐射、杂质或温度变化等引起的。
当这些缺陷以特定的方式排列或聚集时，它们就形成了所谓的“异质结构”。
一、晶体缺陷的类型晶体缺陷主要分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种类型。
1.点缺陷：点缺陷是最简单的晶体缺陷形式，它只涉及到晶体中单个或少量原子的位置错乱。
常见的点缺陷有空位、填隙原子和反位原子。
空位是指晶体中某个位置上原子的缺失；填隙原子是指位于晶体正常点阵间隙中的多余原子；反位原子则是指晶体中某种类型的原子占据了另一种类型原子的位置。
2.线缺陷：线缺陷，也称为位错，是晶体中一种常见的一维缺陷。
位错可以看作是晶体中一部分原子相对于其他部分发生了滑移，形成了一条连续的错位线。
位错对晶体的力学性质、电学性质等都有重要影响。
3.面缺陷：面缺陷是晶体中二维的缺陷形式，包括晶界、孪晶界和堆垛层错等。
晶界是指不同晶粒之间的界面，孪晶界是指晶体中两部分原子排列呈镜像对称的界面，而堆垛层错则是指晶体中原子层的堆垛顺序发生了错误。
二、异质结构的形成异质结构通常是由不同类型的晶体缺陷相互作用、聚集或排列而形成的。
例如，在某些情况下，点缺陷可能会聚集在一起形成团簇或纳米尺度的结构；线缺陷可能会相互交错或形成网络结构；而面缺陷则可能会分隔晶体成不同的区域或畴。
这些缺陷的聚集和排列方式取决于晶体的生长条件、处理历史以及外部环境等因素。
三、晶体缺陷异质结构对材料性能的影响晶体缺陷异质结构对材料的物理、化学和机械性能都有显著的影响。
以下是一些主要方面：1.力学性质：晶体缺陷可以降低材料的强度和硬度，增加其塑性和韧性。
例如，位错可以作为滑移的起点和传播路径，在材料受力时促进塑性变形。
晶体缺陷
可写成
VCu
Cu3Au晶胞
ⅱ在NaCl中的Na+和Cl-1缺陷, 可写成
, VNa . VCl
NaCl晶胞
② 错位原子缺陷: 用错位原子的元素符号表示.
Cu3Au晶胞
错位Cu3Au晶胞
Au Cu
Cu Au
③ 杂质缺陷: 用该原子或离子的元素符号表示;
ZnS
Zn1-Cu S
Zn1- ’ Al S
其中R为模板剂三乙基胺, x + y = 1; Mg源为醋酸镁, 铝源为异丙
醇铝, 磷源为磷酸. ☺活性胶液的晶化温度: 150 ~ 250 oC. ☺分子筛的焙烧: 用于活性评价的分子筛试样需在500 ~ 600 oC, 以除去存在于分子筛孔道中的模板剂.
2. MgAPO-5 分子筛的表征 (1) X-射线粉末衍射 (XRD): 分子筛的物相结构和晶格参数; (2) 元素分析 (AES-ICP): 分子筛中的Al, P和Mg的含量; (3) 扫描电镜 (SEM): 分子筛的晶体形貌; (4) N2吸附 (BET): 分子筛的比表面积和比孔容; (5) 红外光谱 (FT-IR): 分子筛的骨架结构;
2 ( )
(2) MgAPO-5分子筛的AES-ICP分析
* 杂原子同晶取代为Mg(II)取代骨架Al(III) ( Mg ,Al ).
(3) 扫描电镜 (SEM): 分子筛的晶体形貌
a b c
d
e
f
* SEM images of as-synthesized MgAPO-5 (a-e) and calcined
（001）
KCl晶胞 (NaCl型晶体) 热振动 迁移至外表面
, VK
-
迁移至外表面 Schottky缺陷
晶体缺陷的名词解释
晶体缺陷的名词解释晶体缺陷是指晶体结构中存在的不规则性或者失序性，它们可以是由于晶体生长过程中的某些不完美导致的，也可以是在晶体使用过程中形成的。
晶体缺陷对材料的物理性质和化学性质有着重要影响，因此，对晶体缺陷的理解与研究具有重要意义。
一、点缺陷点缺陷是一种在晶体中以原子或原子团为单位存在的不规则性。
点缺陷可以分为两类，即缺陷原子和间隙原子。
缺陷原子是指晶体中一个位置上原子的缺失或替代，而间隙原子是指晶体中非正常晶格位置上的原子存在。
点缺陷的存在对晶体的导电性、热传导性以及光学性质等方面都会产生显著影响。
二、面缺陷面缺陷是指在晶体中存在的二维或三维结构缺陷。
面缺陷可以分为孪生界面、晶界和堆垛层错三类。
孪生界面是晶体内部两个完全互相倒转或者镜像对称的晶体颗粒之间的界面。
晶界是指晶体内部两个晶体颗粒之间的原子排列或晶格编织方式发生转变的区域。
堆垛层错是因为在晶体生长过程中，晶体颗粒之间因堆垛方式的差异而产生的错位。
面缺陷在晶体的力学性能、疲劳机制以及晶体生长等方面具有重要影响。
三、体缺陷体缺陷是指晶体内部原子排列或晶格结构出现不规则性或失序性的缺陷。
体缺陷包括空位、间隙和失序。
空位是指晶体内原子因缺失而导致的晶体结构不完整。
间隙是指晶体中非正常晶格位置上的原子存在。
失序则是指晶体中原子的无序或错位状态。
体缺陷对晶体的机械性能、热膨胀性质以及磁性等方面产生显著影响。
四、缺陷治理缺陷治理是指通过不同的方法和手段对晶体中的缺陷进行修复或改善的过程。
常见的缺陷治理方法包括热退火、添加合金元素和辅助材料等。
热退火是通过加热晶体使缺陷移动并重新排列，从而达到改善晶体结构的目的。
添加合金元素和辅助材料则是通过引入其他原子或化合物来改善晶体的物理性质和化学性质。
总结起来，晶体缺陷是晶体结构中存在的不规则性或失序性。
它们可以是点缺陷、面缺陷或体缺陷。
这些缺陷对晶体材料的性能产生重要影响，因此，研究和理解晶体缺陷的形成和治理具有重要意义。
晶体缺陷知识点
晶体缺陷知识点晶体缺陷是固体材料中晶格出现的非理想性质，通常由于外界因素或内部原子位置错配引起。
晶体缺陷可以对材料的性质和行为产生显著影响，因此对晶体缺陷的认识和理解对于材料科学和工程领域至关重要。
本文将主要介绍晶体缺陷的类别、产生原因以及对材料性能的影响等相关知识点。
一、点缺陷点缺陷是晶体中最常见的缺陷之一，它包括空位、附加原子和原子间隙等。
空位是晶体中原子缺失的位置，它可能由于热振动、离子辐照或经历一系列化学反应等因素而形成。
附加原子是晶体中多余的原子，它可以是来自杂质或外界加入的额外原子。
原子间隙是晶体中原子之间的间隙空间，它的存在会导致晶体结构的变形和变化。
二、线缺陷线缺陷是晶体中延伸成线状的缺陷，包括位错和螺旋排列。
位错是晶体中原子错位或排列不当导致的线性缺陷，它可以通过晶体的滑移和或扩散过程产生。
螺旋排列是沿晶体某个轴线方向发生的原子错位，在某些晶体材料中常见。
三、面缺陷面缺陷是晶体中存在的平面或界面缺陷，包括晶界、层错和孪晶等。
晶界是晶体中两个晶粒的交界面，它由于晶体生长或晶体结构不匹配引起。
层错是晶体中原子层次错位排列的缺陷，通常发生在层状晶体结构中。
孪晶是晶体中两个晶粒具有相同的晶格方向但是镜像对称的缺陷。
四、体缺陷体缺陷是晶体中三维空间内存在的缺陷，主要包括孔洞和包裹物。
孔洞是晶体中的空隙空间，可以影响晶体的密度和物理性质。
包裹物是晶体中包裹其他原子或分子的空间，它可以是点状、线状或面状。
晶体缺陷的产生原因多种多样，包括热力学因素、机械应力和外部影响等。
温度和压力的变化可以导致晶体中原子位置发生偏移或畸变，进而产生缺陷。
机械应力也可以引起晶体的位错和断裂等缺陷。
此外，电磁辐射、化学环境和放射性衰变等因素也会影响晶体的结构和缺陷形成。
晶体缺陷对材料的性能和行为产生重要影响。
例如，点缺陷的存在可以改变材料的电导率、热导率和光学性能。
线缺陷和面缺陷可以导致晶体的强度和塑性发生变化，并影响晶体的断裂行为。
《晶体缺陷》课件
热稳定性
晶体缺陷可能影响材料在高温下的稳 定性，降低其使用温度范围。
比热容
晶体缺陷可能影响比热容，改变材料 吸收和释放热量的能力。
光学性能的影响
折射率与双折射
光吸收与散射
晶体缺陷可能导致折射率变化和双折射现 象，影响光学性能。
晶体缺陷可能导致光吸收增强或光散射增 加，改变光学透射和反射特性。
荧光与磷光
热电效应
某些晶体缺陷可能导致热电效应增强，影响 热电转换效率。
介电常数
晶体缺陷可能影响介电常数，改变电场分布 和电容。
电阻温度系数
晶体缺陷可能影响电阻温度系数，改变温度 对电阻的影响。
热学性能的影响
热导率变化
晶体缺陷可能降低材料的热导率，影 响热量传递和散热性能。
热膨胀系数
晶体缺陷可能影响热膨胀系数，影响 材料在温度变化下的尺寸稳定性。
。
韧性下降
晶体缺陷可能导致材料韧性下 降，使其在受到外力时更容易
脆裂。
疲劳性能
晶体缺陷可能影响材料的疲劳 性能，降低其循环载荷承受能
力。
强度与延展性
晶体缺陷可能影响材料的强度 和延展性，从而影响其承载能
力和塑性变形能力。
电学性能的影响
导电性变化
晶体缺陷可能改变材料的导电性，影响其在 电子设备中的应用。
传感器
基于晶体缺陷的原理，可以设计新型传感器，如压力传感 器、温度传感器和气体传感器等，以提高传感器的灵敏度 和稳定性。
在新能源领域中的应用
太阳能电池
在太阳能电池中，可以利用晶体 缺陷来提高光吸收效率和载流子 的收集效率，从而提高太阳能电
池的光电转换效率。
燃料电池
在燃料电池中，可以利用晶体缺陷 来改善电极的催化活性和耐久性， 从而提高燃料电池的性能和稳定性 。
晶体缺陷
6 ln10 8.617 10 5 13.8 8.617 105 u 1.98(e V) 3 3 1 1 1.145 10 1.745 10 873 573
晶体缺陷
缺陷的含义：
通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的
结构缺陷。 理想晶体：质点严格按照空间点阵排列。 实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。(原 因：原子或离子、分子的热运动，晶体形成条件、冷 热加工过程和辐射、杂质等因素）
意义： 1.缺陷对材料性能，比如对结构敏感的屈服强度、断裂 强度、塑性、电阻率、磁导率等有很大的影响. 2.晶体缺陷与扩散、相变、塑性变形、再结晶、氧化、 烧结有着密切关系。
在离子晶体中： 肖特基缺陷 为了维持电中性，当离子晶体中有一个正离子产生空 缺，则邻近必有1个负离子空位，即正负离子空位是成 对出现。 弗兰克尔缺陷 如果1个正离子跳到离子晶体的间隙位置，则在正常的 正离子位置出现1个正离子空位，即空位-间隙离子。
离子晶体中 的点缺陷
2.杂质缺陷定义:
亦称为组成缺陷，是由外加杂质的引入所产生的 缺陷。 类型：
例题2
Cu晶体的空位形成能为1.44×10-19J/atom，材料常数 A取1，Cu摩尔质量为63.54g/mol，500℃下密度为 8.96×106g/m3，求500℃下每立方米Cu中的空位数。 原子总数
N 6 63 . 54 8 . 96 10 6.02 1023
空位数
u n Nexp kT
不同材料的空位形成能
材料 W Fe Ni Cu Ag Mg Al Pb Sn
晶体缺陷
晶体缺陷晶体缺陷crystal defects实际晶体中原子偏离理想的周期性排列的区域称作晶体缺陷。
晶体缺陷在晶体中所占的总体积很小，也就是说，实际晶体中的绝大部分区域，原子排列于周期性位置上。
因此，晶体缺陷是近完整晶体中的不完整性。
但晶体缺陷对固体的许多结构敏感的物理量（如引起形变的临界切应力、扩散系数等）有极大的影响，晶体缺陷的研究对材料的强度、热处理等问题的研究有很重要的作用。
晶体缺陷分为：①点缺陷，包括空位、自填隙原子、代位原子、异类填隙原子等；②线缺陷，如位错；③面缺陷，如堆垛层错、孪晶界、反相畴界等，面缺陷还可以包括晶体表面、晶界和相界面（见界面）。
点缺陷图1是点缺陷的示意图,表示各种点缺陷的形式。
热平衡状态下点缺陷浓度C 遵从统计物理规律C＝exp(－u/kT)这里k是玻耳兹曼常数;T是绝对温度;u是点缺陷形成能。
常用金属铁、铜、铝等的室温平衡空位浓度很小，接近熔点时的空位浓度约为 10-4。
自填隙原子形成能是空位形成能的3～4倍，其平衡浓度极小。
代位原子和异类填隙原子的最大浓度由相图决定。
表面空位和增原子的形成能和表面的取向关系很大,但都比体空位形成能小。
在某些表面，它们的形成能只有体空位形成能的一半。
因此它们的平衡浓度比体空位高得多（见晶体表面）。
界面的曲率半径ρ对平衡空位浓度Cv的影响由下式表示：这里 C0是界面曲率为零(曲率半径ρ为无穷大)的空位浓度，σ是界面能，V是原子体积。
图2a表示曲率半径不同引起的表面空位的浓度差（曲率半径不同对界面附近体空位浓度的影响类似）。
表面增原子浓度受到的影响和表面空位受到的影响相反(上式的括号内加一负号)。
由此引起的表面空位流和增原子流会使波浪状表面变平（图2a）；使两个颗粒颈部变粗（图2b）。
这是粉末冶金烧结过程的重要理论依据。
非平衡状态下点缺陷浓度可以大大超过平衡浓度。
从熔点附近淬火后得到的过饱和空位浓度可以比平衡浓度大几个数量级。
形变产生的空位浓度达10-4 ε(ε是应变量)。
晶体缺陷
注意
形成填隙原子时，原子挤入间隙位置所需要的能量 比产生肖特基空位所需能量大，因此当温度不太高时， 肖特基缺陷的数目要比弗仑克尔缺陷的数目大得多。
Schottky 缺陷（空位缺陷）
有序合金中的错位
置 换 式
填 隙 式
化学缺陷
正离子
负离子
离子晶体中的点缺陷
1-大的置换原子 2-肖脱基空位 3-异类间隙原子
小角倾侧晶界（由一列刃型位错构成）
孪晶界( twin boundaries ) 孪晶是指两个晶体(或一个晶体的两部分)沿一个 公共晶面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体 就称为“孪晶(twin)”，此公共晶面就称孪晶面 。 • 共格孪晶界 • 半共格孪晶界
共格孪晶界就是在孪晶面上的原子同时位于两个晶体点阵的 结点上，为两个晶体所共有，属于自然地完全匹配是无畸变 的完全共格晶面，它的界面能很低，约为普通晶界界面能的 1／10，很稳定，在显微镜下呈直线，这种孪晶界较为常见
晶体的一般特点是什么？点阵和晶体结构有何关系？ 螺位错区别于刃位错的主要特征是什么？ 在位错滑移时, 刃位错上原子受的力和螺位错上原子 受的力各有什么特点? 金属淬火后为什么变硬?
2.2.3 面缺陷
面缺陷是发生在晶格二维平面上的缺陷，其特征 是在一个方向上的尺寸很小，而另两个方向上的 尺寸很大，也可称二维缺陷。 1. 面缺陷的分类 晶界 亚晶界 面缺陷 孪晶界 相界 堆垛层错
多 晶 体 结 构 示 意 图
钢中的晶粒（其中黑线为晶界）
图2-50 纯铁的微观结构照片
亚晶界（sub-boundaries）
晶粒内部也不是理想晶体，而 是由位向差很小的称为嵌镶块 的小块所组成，称为亚晶粒。 亚晶粒的交界称为亚晶界。 晶粒之间位向差较大，亚晶粒 之间位向差较小。大于10°～ 15°的晶界称为大角度晶界。 各晶粒之间的界面属于大角度 晶界。亚晶界是小角度晶界， 位向差小于1Leabharlann °，其结构可以 看成是位错的规则排列。
晶体缺陷
s xx xy xz yx s yy yz s zy zz zx
s rr r r s zr z
rz z s zz
• 平衡状态，有切应力互等
y
yx
xy
3、柏氏矢量的性质
（1）守恒性
a.一根位错线只有一个 b，运动过 程中不变。
∵ b 是滑移区上下两部分晶体相
对滑动的矢量。
未 滑 移 区
滑 移 区
b
∴ 无论位错线形状如何，怎样运动，滑移区的相对滑移 矢量不变，即 b 相同。
b例：位错环 的确定
τ
A C B D C
A
┻
b
┬
• Frank
复合型
空位 ＋ 间隙离子
• Shockley
复合型
一对带电空位
Cl Frank Ca+2取代Na+ Shockley Na+ Ca+2 空位
NaCl晶体
按形成原因分为三类：
热缺陷 由原子的热振动，形变加工，高能粒子轰击等，此 类点缺陷浓度受热力学控制，尤其前者与温度有关。
Cv＝ f（T）
G ＝ 0 n
ΔG 0
平衡时：
令
n Ev TS v kT ln( )0 N n
n
Ev TS v kT ln(
n )0 N n
E TS v n exp( v ) N n kT N n Ev TS v Gv n Cv exp[ ] exp[ ] N kT kT
τ
B A b
部分晶体沿滑移面发生了部分
滑移。 滑移区与未滑移区交线为EF， EF线周围的原子失去了正常排 列。
晶体的缺陷
无外电场时的势能曲线
有外电场时的势能曲线
离子晶体的导电性强烈依赖于温度
位错对力学性能的影响
范性形变：金属受到的应力超过弹性限度时会发生永久形变。 范性形变的发生是由于晶体某族晶面发生了滑移 临界切应力：对于一定的晶体材料，存在产生范性形变的最小 的切应力tc 金属晶体：实际值105～106 N/m2；理论值109 N/m2（认为金属 晶体是理想的，在滑移过程中，晶面整个地发生了相对的滑移） 理论值和实验值严重不同---理论模型不符合实际。 实验证明晶体内位错的存在使临界切应力大为减小。
杂质缺陷
替位杂质：落在晶体的正常格点位置 的杂质原子。 填隙杂质：落在晶体格点之间间隙位 置的杂质原子。
点缺陷
替位杂质缺陷
自填隙原子：纯净晶体的表面原子离 开表面进入晶格间隙位置，称为自填隙 原子。此时只有填隙原子，没有空位。
填隙杂质缺陷
色心
点缺陷
能吸收光的点缺陷（使晶体呈现一定颜色）。
F心：将碱卤晶体放在碱金属的蒸气中加热，然后骤冷 到室温，原来透明的晶体就出现了颜色，氯化钠变成淡 黄色，氯化钾变成紫色，氟化锂变成粉红色等等。这些 晶体的吸收光谱在可见光区有一个钟形的吸收带，称为F 带，产生这个吸收带的吸收中心称为F心。 ----负离子空位束缚一个电子的组合 V心：--- --其他：、N心、 M心等
缺陷存在的比例只是一个很小的量(通常情况）。例如20℃ 时，Cu的空位浓度为3.8×10-17
※ 缺陷对金属晶体性质的影响 ？
点缺陷对晶体性质的影响
晶体缺陷引起晶格局部弹性变形称晶格畸变。 点缺陷引起的三种晶格畸变
杂质粒子缺陷
空位缺陷
间隙粒子缺陷
晶格畸变引起晶体结构的变化，对晶体性质如机械强度、 导电性、耐腐蚀性和化学反应性能都有较大影响。
晶体的缺陷
4．1 晶体缺陷的基本类型
晶体缺陷按几何形态分，有点缺陷、线缺陷和面缺陷
4.1.1 点缺陷
( 1)．弗仑克尔(Frenkel)缺陷 正常格点上的原子，无时无刻 不在作围绕平衡点的振动．由 于存在热振动的涨落，振幅达 的原子就会摆脱平衡位置而进 入原子间隙位置．这种由一个 正常原子同时产生一个填隙原 子和一个空穴的缺陷称为弗仑 克尔缺陷。
τ1：空位从一个格点跳到相邻格点所需等待的时间 τ2：填隙从一个间隙跳到下一个间隙所需等待的时间
假设τ2》τ1， 与空位相邻的原子跳入空位所要等待的时间
可得出单位时间内一个原子由正常格点跳到间隙位置变 成填隙原子的几率为
当τ1》τ2时，即空位从一个格点跳到相邻格点所需等 待的时间比填隙原子从—个间隙位经跳到相邻间隙位置 所需等待的时间长得多时，可以近似把空位看作相对静 止．由类似的分析可得
从N个院子中取出n个原子形成n个空位的可能方式数目
N! W N n 形成间隙院子的方式数目为
' N ! W1'' ' N n !n!
有缺陷后晶格的微观状态数目为
' N ! N ! W W1'W1''W0 ' N n !N n(n!) 2
4．3 热缺陷的统计理论
4.3.1 热缺陷的产生几率
弗仑克尔缺陷和肖持基缺陷，存在产生、运动 和复合问题． 当温度一定时，热缺陷的产生和复合达到平衡， 热缺陷的统计平均数目为一定值，热缺陷在晶体内均 匀分布．设晶体是由N个原子构成，空位数目为nl，填 隙原子数目为n2； P代表在单位时间内，一个正常格点 上的原子跳到间隙位置的几率，τ＝l／P代表一个正常 格点上的原子成为填隙原子所需等待的时间．
晶体的缺点和不足
晶体的缺点和不足
晶体是由原子、分子或离子按照一定的周期性在空间排列形成的固体物质，具有以下缺点和不足：
1. 晶体生长缓慢：晶体的生长通常需要较长的时间，尤其是对于大尺寸、高质量的晶体，生长过程可能非常耗时。
2. 晶体缺陷：在晶体生长过程中，可能会引入各种缺陷，如点缺陷、线缺陷、面缺陷等。
这些缺陷可能会影响晶体的物理、化学和电子性质。
3. 晶体的各向异性：晶体在不同方向上的物理性质可能会有所不同，这被称为晶体的各向异性。
这可能会导致在某些应用中需要对晶体的取向进行控制，增加了制备的难度。
4. 晶体的脆性：大多数晶体材料相对较脆，容易在受到外力作用时发生断裂或破裂。
这限制了它们在需要一定柔韧性或抗冲击性的应用中的使用。
5. 有限的晶体结构：晶体的周期性结构限制了它们在某些方面的性能。
例如，晶体的能带结构决定了它们的电子传输性质，可能无法满足某些特定应用的要求。
需要注意的是，不同类型的晶体可能具有不同的特点和应用领域。
对于特定的应用，人们可以选择合适的晶体材料或通过晶体工程等方法来克服其缺点和不足。
此外，随着科学技术的发展，人们也在不断探索和研究新的晶体材料和制备方法，以满足各种应用需求。
晶体的缺陷名词解释
晶体的缺陷名词解释晶体学是研究晶体内部结构和缺陷的科学，晶体的缺陷是晶体中不规则排列的原子或离子，其存在对晶体的性质和性能产生重要影响。
本文将对晶体的缺陷名词进行解释和探讨。
一、位错位错是晶体中最常见的缺陷之一。
位错是晶体中原子或离子的断裂、错位或在晶体内偏离理想位置的缺陷。
位错分为直线位错、面内位错和体位错。
直线位错是沿着某个方向延伸的位错线，用于解释晶体中的滑移和塑性行为。
面内位错是紧邻平面的晶格原子错位，可以影响晶体的断裂和强度。
体位错是晶体中多个面内位错重叠形成的三维位错结构。
二、点缺陷点缺陷是晶体中存在的原子或离子缺陷，其大小仅为一个晶胞的量级。
点缺陷包括原子间隙、自间隙、离子空位和杂质原子。
原子间隙是晶体中某些原子的理想位置为空出的空间，可以容纳其他原子。
自间隙则是由原来的晶格原子跑到别处形成的间隙，导致了晶体中的晶格畸变。
离子空位是离子晶体中缺失的离子，结果是电荷不平衡。
杂质原子是非晶体中掺入的其他原子，可以显著改变晶体的化学和物理性质。
三、线缺陷线缺陷是晶体中存在的缺陷行，其宽度明显大于点缺陷。
线缺陷包括晶格扭曲、晶格错位带、螺旋位错带和阵列位错。
晶格扭曲是晶格不一致引起的畸变，主要表现为晶格常数的变化。
晶格错位带是晶格中原子错位所形成的缺陷带，常见于金属材料。
螺旋位错带是由于晶体中原子扭曲形成的螺旋线结构，可以影响晶体的力学性能。
阵列位错是沿某个方向连续形成的位错，会导致晶体的局部应力集中。
四、界面缺陷界面缺陷是晶体内部不同晶体区域之间的缺陷，包括晶界和相界。
晶界是晶体中两个晶粒之间的边界，常见于多晶材料中，可以影响晶体的导电性和力学性能。
相界则是晶体内部不同相之间的边界，会导致晶体中的相变和形态变化。
五、体缺陷体缺陷是晶体中三维空间的缺陷，其大小大于线缺陷和点缺陷。
体缺陷包括晶格空缺、晶格畸变和晶格间隙。
晶格空缺是晶体中空出的晶格位置，导致晶体中缺失原子的紧邻空位。
晶格畸变是晶体中晶格常数的变化，常见于热力学非平衡过程和应力作用下。
晶体缺陷的分类
晶体缺陷的分类
1. 点缺陷，就像生活中的小瑕疵一样。
比如说金属晶体里少了个原子，这就是点缺陷呀！它虽然小，可对晶体的性能影响却不小呢！
2. 线缺陷，嘿，这就像一条小裂缝在晶体中蔓延。
想想看，位错不就是这样嘛，对晶体的强度等方面有着重要作用呢！
3. 面缺陷，哇哦，这好比晶体中有个明显的界面呀！像晶界、相界这些，对晶体的一些特性那可是有着关键影响的咧！
4. 空位缺陷，不就像是晶体里本该有的位置空了出来嘛，就像教室里面少了个同学一样明显，会引起一系列的变化哦！
5. 间隙原子缺陷，这多有趣，就像是硬生生挤进了一个不该在那的原子呀，对晶体的结构稳定性会带来挑战呢！
6. 杂质原子缺陷，就仿佛外来者闯入了晶体的世界。
比如说在硅晶体里掺杂其他原子，这影响可大啦！
7. 刃型位错，它就像晶体中一把隐形的刀呀，对晶体的变形等行为有着特殊意义呢！
8. 螺型位错，像不像一条螺旋状的小过道在晶体中呢，在晶体的生长等过程中作用明显得很呢！
9. 混合位错，哈哈，这就是前两种位错的结合体呀，复杂又有趣呢，对晶体来说可真是个特别的存在哟！
我的观点结论就是：晶体缺陷的分类可真是丰富多样又奇妙无比，每一种都有着独特的魅力和重要的作用呀！。
晶体的缺陷与影响因素
晶体的缺陷与影响因素一、晶体的基本概念1.晶体的定义：晶体是原子、分子或离子按照一定规律在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质。
2.晶体的特点：具有规则的几何形状、透明的光学性质、各向异性的物理性质等。
二、晶体的缺陷1.晶体缺陷的定义：晶体缺陷是指晶体结构中周期性重复排列的失去或破坏。
2.晶体缺陷的类型：a.点缺陷：原子、分子或离子在晶体中的位置上缺失或被其他粒子所替代。
b.线缺陷：晶体中若干个连续的原子、分子或离子排列发生偏离，形成缺陷线。
c.面缺陷：晶体中一个或多个平面上原子、分子或离子的排列发生偏离，形成缺陷面。
三、晶体缺陷的影响因素1.温度：温度对晶体缺陷的影响主要表现在原子、分子或离子的运动上，温度升高，运动加剧，晶体缺陷增多。
2.压力：压力对晶体缺陷的影响主要体现在晶体结构的稳定性上，压力增大，晶体结构稳定性降低，缺陷增多。
3.材料的制备方法：不同的制备方法会导致晶体结构的差异，从而影响晶体缺陷的生成。
4.杂质：杂质的存在会影响晶体中原子、分子或离子的排列，容易产生缺陷。
四、晶体缺陷对材料性能的影响1.点缺陷对材料性能的影响：a.空位缺陷：会使材料的硬度、强度降低，熔点升高。
b.替位缺陷：会使材料的熔点、电导率等发生变化。
2.线缺陷对材料性能的影响：a.位错：会使材料的塑性变形能力增强，强度降低。
b.裂纹：会使材料的强度、韧性降低，易断裂。
3.面缺陷对材料性能的影响：a.晶界：会影响材料的力学性能、扩散性能等。
b.相界面：会使材料的物理性能、化学性能发生变化。
五、晶体缺陷的控制与利用1.控制晶体缺陷的方法：a.优化材料的制备工艺：如控制温度、压力、杂质等。
b.引入合适的掺杂元素：调节晶体缺陷的类型和数量。
2.利用晶体缺陷的方法：a.制造半导体器件：如集成电路、太阳能电池等。
b.制备纳米材料：利用晶体缺陷实现材料的特殊性能。
以上是对晶体缺陷与影响因素的详细介绍，希望对您有所帮助。
晶体中的缺陷
空位的移动
原子作热振动，一定温度下原子热振动能量一定，呈统计 分布，在瞬间一些能量大的原子克服周围原子对它的束缚，迁 移至别处，形成空位。
点缺陷的平衡浓度
热力学分析表明：在高于 0K 的任何温度下，晶体最稳定 的状态是含有一定浓度点缺陷的状态。在某一温度下，晶体 自由焓最低时对应的点缺陷浓度为点缺陷的平衡浓度，用 CV 表示。 在一定温度下，晶体中有一定平衡数量的空位和间隙原 子，其数量可近似算出。 设自由能 F=U－TS U为内能，S为系统熵（包括振动熵Sf和排列熵SC） 空位的引入，一方面由于弹性畸变使晶体内能增加；另 一方面又使晶体中混乱度增加，使熵增加。而熵的变化包括 两部分： ① 空位改变它周围原子的振动引起振动熵Sf； ② 空位在晶体点阵中的排列可有许多不同的几何组态，使 排列熵SC增加。
X原子位于晶格间隙位置。 3. 错位原子 错位原子用MX、XM等表示，MX的含义是M原子占据X原子的位
置。XM表示X原子占据M原子的位置。
4. 自由电子（electron）与电子空穴 (hole） 分别用e，和h · 来表示。其中右上标中的一撇“，”代表一个单位负电荷，
一个圆点“ ·”代表一个单位正电荷。
点缺陷基本理论小结
1、点缺陷是热力学稳定的缺陷。 2、不同金属点缺陷形成能不同。 3、点缺陷浓度与点缺陷形成能、温度密切相关
n C exp( SV / k ) exp( EV / kT ) A exp( EV / kT ) N
4、点缺陷对金属的物理及力学性能有明显影响 5、点缺陷对材料的高温蠕变、沉淀、回复、表面氧化、 烧结有重要影响
T CV
100K 300K 500K 10-57 10-19 10-11
700K 900K 1000K 10-8.1 10-6.3 10-5.7
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
分类：刃位错、螺位错、混合型位错。
12、刃型位错特点：a) 刃型位错有一个多余半原子面。
正刃型位错和负刃型位错只有相对意义，无本质区别。
b) 位错线不一定为直线，但滑移面必定是位错线和滑移矢量确定的平面，滑移面唯一。
c) 刃型位错周围点阵发生弹性畸变，既有切应变，又有正应变。
能引起材料体积变化。
d) 刃型位错位错线垂直于柏氏矢量，垂直于滑移方向，垂直于滑移矢量。
位错线移动方向平行于晶体滑移方向。
e) 刃型位错属于线缺陷，位错线可以理解为晶体中已滑移区与未滑移区的边界线。
f) 刃型位错位错线不能终止于晶体内部，只能露头晶体表面或晶界。
13、螺型位错特点：a) 螺型位错无额外半个原子面，原子错排是呈轴对称的。
右螺型位错和左螺型位错有本质区别。
b) 螺型位错线一定是直线，但滑移面不唯一，凡是包含螺型位错线的（原子密排）平面都可以作为他的滑移面。
c) 螺型位错周围点阵发生弹性畸变，只有平行于位错线的切应变，没有正应变。
不会引起材料体积变化。
d) 螺型位错位错线平行于柏氏矢量，平行于滑移方向，平行于滑移矢量，位错线的移动方向垂直于晶体滑移方向。
e) 刃型位错属于线缺陷，位错线可以理解为晶体中已滑移区与未滑移区的边界线。
f) 螺型位错位错线不能终止于晶体内部，只能露头晶体表面或晶界。
14、混合型位错：滑移矢量既不平行也不垂直于位错线，而与位错线相交成任意角度，这种位错称为混合位错。
特点：a) 混合型位错位错线既不平行也不垂直于滑移矢量，每一段混合型位错均包含刃型位错分量和螺型位错分量（可以有纯刃型位错环，没有纯螺型位错环）。
b) 混合型位错是已滑移区和未滑移区的分界线。
c) 混合型位错位错线不能终止于晶体内部，只能露头晶体表面或晶界。
15、柏氏矢量的确定：1) 首先选定位错线的正向，一般选择出纸面方向为正向。
2) 在实际晶体中，从任一原子出发，围绕位错（避开位错线附近的严重畸变区）以一定的步数作一右旋闭合回路MNOPQ(称为柏氏回路）。
3) 在完整晶体中按同样的方向和步数作相同的回路，该回路并不封闭，由终点Q向起点M引一矢量b，使该回路闭合，这个矢量b就是实际晶体中位错的柏氏矢量。
16、右手法则：右手的拇指、食指、中指构成直角坐标体系，食指指向位错线方向，中指指向柏氏矢量方向，则拇指指向多余半原子面方向，规定若拇指向上为正刃型位错，反之为负刃型位错。
17、规定柏氏矢量b与位错线同向平行者为右螺型位错，反向平行者为左螺型位错；通常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。
凡符合右手法则的称为右螺型位错，符合左手法则的称为左螺型位错。
19、柏氏矢量性质：1) 一条位错线只有一个柏氏矢量，一个位错环只有一个柏氏矢量（柏氏矢量守恒性）。
2) 多个位错相遇时指向同一结点或离开同一结点，他们的b之和为零。
3) 晶体中的位错或自由封闭或终止于晶体表面或晶界处，不能在晶体中中断（称为位错的连续性）。
20、刃位错运动：1) 滑移：刃位错滑移方向与外加切应力τ及柏氏矢量b的方向一致，正刃负刃方向相反。
滑移只涉及靠近位错的一部分原子，故刃位错滑移所需的切应力很小。
位错沿滑移面滑过整个晶体时会在晶体表面沿柏氏矢量方向产生一个宽度为柏氏矢量大小的台阶。
2)攀移：刃位错在垂直于滑移面方向上的运动成为攀移。
多余半原子面向上运动称为正攀移，多余半原子面向下运动称为负攀移。
21、螺位错运动：1) 滑移：螺型位错的滑移方向与外加切应力τ及柏氏矢量b的方向垂直，左螺右螺方向相反。
其他特点同刃位错滑移。
2) 交滑移：对于螺位错，所有包含位错线的晶面都可能成为其滑移面，当螺位错在某一晶面上运动受阻时就可能原滑移面上转移到与之相交的另一滑移面上继续滑移，此过程称为交滑移。
如交滑移后的位错再转回和原滑移面平行的晶面上继续滑移，则称为双交滑移（交滑移滑移面改变，滑移方向不变！！！）。
22、混合型位错的滑移：方向与外加切应力τ及柏氏矢量b呈一定角度，晶体的滑移方向外加切应力τ及柏氏矢量b的方向一致。
23、林位错：当一位错在某一滑移面上运动时，会与穿过滑移面的其他位错交割，其他位错就是称为林位错。
24、位错很难全长同时运动，尤其在遇到阻碍的情况下，可能其中一部分首先滑移，若由此位错线上形成的曲折线段在位错的滑移面上，则称该曲折线段为扭折，若该曲折线段垂直于位错的滑移面，则称为割阶。
位错间交割也可形成割阶或扭折，刃型位错攀移可产生割阶。
25、小结：1) 运动位错交割后，每根位错线上都可能产生一个扭折或割阶，其大小和方向取决于另一位错的伯氏矢量，但是具有原位错线的柏氏矢量。
2) 所有的割阶都是刃型位错，而扭折可能是刃型也可能是螺型。
3) 扭折与原位错线在同一滑移面上，可随主位错线一道运动，几乎不产生阻力，而且在线张力作用下易于消失。
4) 割阶与原位错线不在同一滑移面，故除非割阶产生攀移，否则割阶就不能随主位错线一道运动，成为位错运动的障碍，通常称此为割阶硬化。
5) 刃型位错运动时，割阶滑移方向与原位错滑移方向相同，能与原位错一起运动，但割阶的滑移面并不一定是晶体的最密排面，割阶段所受到的晶格阻力较大。
相比较而言，而螺型位错的割阶阻力则小的多26、带割阶螺型位错的运动：（位错交割产生许多割阶，异号割阶反向运动相互抵消，最后剩下同号割阶，同号割阶相互排斥保持一定距离，最后在位错线上留下许多不可动割阶）按割阶高度的不同可分为三种情况：①割阶高度为1～2个原子间距，位错可以把割阶拖着走，留下一排点缺陷（空位或间隙原子）；②割阶高度约在二十个原子间距以上，它们可以各自独立的在各自的滑移面上滑移，并以割阶为轴，在滑移面上旋转（单边弗朗克-瑞德位错源）；③割阶高度介于上述两种时，位错与割阶连接点被拉长，形成两条符号相反的刃型位错线（称为位错偶），位错偶长度达到一定值时会与原位错脱离形成位错环。
原位错恢复到带割阶的原来状态。
28、单位为错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错。
全位错：柏氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错。
全位错滑移后晶体原子排列方式不变。
面心立方晶体典型单位位错：a2<110>29、不全位错：柏氏矢量不等于点阵矢量或其整数倍的位错。
不全位错滑移后原子排列方式改变。
面心立方晶体中典型不全位错：肖克莱不全位错、弗兰克不全位错、压杆位错等。
若堆垛层错只在原子面部分区域存在，则层错与完整晶体的交界处就存在不全位错。
原子面上抽去或插入半个原子面，靠近半原子面处点阵畸变较大，远离半原子面处由于原子是垂直升高或落下，仍处于密排位置，故没有畸变，畸变处原子组成不全位错。
不全位错特点：1) 不全位错四周不全是完整结构，有一部分层错；2) 不全位错的柏氏回路必须从层错开始，最后穿过回路；3) 不全位错的柏氏矢量不是完整的最小点阵矢量；4) 不全位错的柏氏矢量也有守恒性。
27、位错增殖：弗朗克-瑞德位错源、单边弗朗克-瑞德位错源、双交滑移增殖机制、空位片塌陷增殖机制、位错攀移增殖机制、绕过机制。
30、位错反应：位错分界和合并的合称。
需要满两个条件：1) 几何条件：b i 为反应各位错柏氏矢量，b k 为反应后各位错柏氏矢量：∑b i =∑b k 。
2) 能量条件：位错反应必须是个能量降低过程：∑|b i |2＞∑| b k |2。
31、堆垛层错：实际晶体结构中密排面的正常堆垛顺序被破坏的情况称为堆垛层错，简称层错（面心立方晶体最密排面堆垛顺序ABC ）。
分为抽出型层错和插入型层错，一个插入型层错相当于两个抽出型层错。
32、堆垛层错能：形成层错时几乎不产生点阵畸变，但层错破坏了晶体的完整性和正常的周期性，使电子发生反常的衍射效应，使晶体能量增加，这部分增加的能量称为堆垛层错能。
层错能高，出现层错的概率小。
33、肖克莱不全位错特点：在｛111｝面上；柏氏矢量a 6<112>；柏氏矢量与半原子面在位错线左和右无关； 可以是纯刃型纯螺型也可以是混合型；可动位错，可以在其所在｛111｝面上滑移，滑移结果是使层错面扩大或缩小，但即便纯螺型位错也不能交滑移；纯刃型肖克莱不全位错也不可以攀移，因为不全位错有确定的层错相连，若进行攀移，势必脱离层错面，故不可能进行。
34、弗兰克不全位错特点：1),都垂直于｛111｝晶面；柏氏矢量a 3<111>； 2),柏氏矢量与半原子面在位错线左和右有关； 3),抽出型层错—负弗兰克不全位错；4),插入型层错—正弗兰克不全位错；5),纯刃型位错；固定位错，不能在滑移面上滑移，否则会使其脱离层错，但可以通过点缺陷运动进行攀移，使层错面扩大或缩小；35、汤普森四面体：在面心立方单位晶胞内由D （0,0,0）、A （12，12，0）、B （12，0，12）、C （0，12，12）四个点为顶点的由四个｛111｝面组成的棱边平行于<110>方向的四面体。