7.1晶体缺陷的基本类型

合集下载

《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

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)。

晶体的缺陷

第四章晶体的缺陷
原子绝对严格按晶格的周期性排列的晶体是不存在的，实际晶体中或多或少都存在缺陷，至少晶体不可能是无穷大的。晶体缺陷按几何形态划分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷是原子热运动造成的，在平衡时，这些热缺陷的数目是一定的。缺陷的扩散不仅受到晶格周期性的约束，还会发生复合现象。杂质原子的扩散系数比晶体原子自扩散系数大。离子沿外电场方向的扩散便构成了离子导电。
-e
Na＋ Cl－ Na＋
用X射线或射线辐照、用中子或电子轰击晶体。
色心是指晶体中存在的能对特定波长的光产生吸收的点缺陷。在特定的条件下，很多材料中都可观察到色心。容易产生色心的材料有碱金属卤化物、碱土金属氟化物和部分金属氧化物。色心可以在电离辐射的照射下产生，也可以在一定的氧化或还原性气氛中加热晶体得到，还可以用电化学方法产生出一些特定的色心。最常见并研究的最充分的是碱金属或碱土金属卤化物中的F色心， F色心是俘获了电子的负离子空位。正离子空位缺陷俘获空穴形成的色心称做V色心。另外，还有其他类型的色心，如H色心、M色心和R色心等。BaFBr：Eu中的F色心有F（F）和F（Br）两种，分别对应于材料中俘获了电子的两种阴离子空位。
替位式杂质在晶体中的溶解度也决定于原子的几何尺寸和化学因素。如果杂质和基质具有相近的原子尺寸和电负性，可以有较大的溶解度。但也只有在二者化学性质相近的情况下，才能得到高的固溶度。元素半导体、氧化物及化合物半导体晶体中的替位式杂质，通常引起并存的电子缺陷，从而明显的改变材料的导电性。例如：Si晶体中含有As5+时，由于金刚石四面体键仅需4个电子，所以每个As多了一个电子；如果Si晶体中含有三价原子时，由于共价键中缺少一个电子而形成电子空位即空穴，这种掺杂的Si晶体都因杂质原子的存在而是电导率有很大提高。

晶体缺陷类型

晶体缺陷类型晶体缺陷是指晶体中存在的原子或离子排列不规则或异常的现象。

晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种类型。

一、点缺陷点缺陷是晶体中原子或离子位置的局部不规则，主要包括空位、间隙原子和杂质原子。

1. 空位空位是指晶体中原子或离子在其晶体格点上的位置空缺。

晶体中的空位可以通过热处理、辐射或化学反应形成。

空位的存在会降低晶体的密度和电子迁移率，影响材料的性能。

2. 间隙原子间隙原子是指晶体中原子或离子占据晶体格点之间的空隙位置。

间隙原子的存在会导致晶体的畸变和疏松，影响材料的机械性能和导电性能。

3. 杂质原子杂质原子是指晶体中非本原子或离子替代晶体中的原子或离子。

杂质原子的存在会改变晶体的导电性、光学性质和热稳定性。

常见的杂质原子有掺杂剂、杂质原子和缺陷聚集体。

二、线缺陷线缺陷是晶体中原子或离子排列沿着一条线或曲线出现的不规则现象，主要包括位错和螺旋线缺陷。

1. 位错位错是晶体中原子或离子排列的一种不规则现象，可以看作是晶体中某一面上原子排列与理想晶体的对应面上的原子排列不匹配。

位错的存在会导致晶体的畸变和塑性变形，影响材料的力学性能。

2. 螺旋线缺陷螺旋线缺陷是晶体中原子或离子排列呈螺旋状的一种不规则现象。

螺旋线缺陷的存在会导致晶体的扭曲和磁性变化，影响材料的磁学性能。

三、面缺陷面缺陷是晶体中原子或离子排列在一定平面上不规则的现象，主要包括晶界和堆垛层错。

1. 晶界晶界是晶体中两个晶粒之间的交界面，是晶体中最常见的面缺陷。

晶界的存在会影响晶体的力学性能、导电性能和晶体的稳定性。

2. 堆垛层错堆垛层错是晶体中原子或离子排列在某一平面上的堆垛出现错误的现象。

堆垛层错的存在会导致晶体的畸变和位错密度增加，影响材料的机械性能和热稳定性。

总结：晶体缺陷是晶体中存在的原子或离子排列不规则或异常的现象。

根据缺陷的不同类型，晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。

点缺陷主要包括空位、间隙原子和杂质原子，线缺陷主要包括位错和螺旋线缺陷，面缺陷主要包括晶界和堆垛层错。

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。

晶体缺陷

位错具有以下基本性质：
位错是晶体中原子排列的线缺陷，不是几何意义的线，是有一定尺度的管道。形变滑移是位错运动的结果，并不是说位错是由形变产生的，因为即使是在一块生长看起来很完美的晶体中，其内部仍然存在很多位错。位错线可以终止在晶体的表面（或多晶体的晶界上），但不能终止在一个完整的晶体内部。在位错线附近有很大应力集中，附近原子能量较高，易运动。位错主要有两种：刃型位错和螺型位错缺陷
三、面缺陷
面缺陷是指沿着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。面缺陷主要有同种晶体内的晶界，小角晶界，层错，以及异种晶体间的相界等。
KTP晶体中的双晶界
Tb：YAB晶体的腐蚀坑形态－－挛晶
Yb：YAB晶体的孪晶
TYb：YAB晶体的孪晶
面缺陷主要有以下几种：平移界面：晶格中的一部分沿着某一面网相对于另一部分滑动(平移)。堆跺层错：晶体结构中周期性的互相平行的堆跺层有其固有的顺序。如果堆跺层偏离了原来固有的顺序，周期性改变，则视为产生了堆跺层错。晶界：是指同种晶体内部结晶方位不同的两晶格间的界面，或说是不同晶粒之间的界面。按结晶方位差异的大小可将晶界分为小角晶界和大角晶界等。小角晶界一般指的是两晶格间结晶方位差小于10度的晶界。相界：结构或化学成分不同的晶粒间的界面称为相界。
四、体缺陷

体缺陷，是指在晶体中三维尺度上出现的周期性排列的紊乱，也就是在较大的尺寸范围内的晶格排列的不规则。这些缺陷的区域基本上可以和晶体或者晶粒的尺寸相比拟，属于宏观的缺陷，较大的体缺陷可以用肉眼就能够清晰观察。体缺陷有很多种类，常见的有包裹体、气泡、空洞、微沉淀等。这些缺陷区域在宏观上与晶体其他位置的晶格结构、晶格常数、材料密度、化学成分以及物理性质有所不同，好像是在整个晶体中的独立王国。比如，空洞是在晶体中包含的较大的空隙区，微沉淀是指在晶体中出现的分离相，是由某些超浓度的杂质所形成的，包裹体则是在晶体中包裹了其他状态的成分，多为生长时原来的液体。

晶体缺陷简述

晶体缺陷简述
概要
一．引言二．晶体结构缺陷的类型三．单晶硅中的缺陷四．总结
一、引言
固体在热力学上最稳定的状态是处于 0K 温度时的完整晶体状态，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 0K 的任何温度下，都或多或少的存在着对理想晶体结构的偏离，即存在着结构缺陷。结构缺陷的存在及其运动规律，对固体的一系列性质和性能有着密切的关系，因此掌握晶体缺陷的知识是掌握材料科学的基础。
现已辨明，本征缺陷是空位和硅自填隙原子，但它们的浓度不同，而杂质尚不很清楚，可能跟碳或氧有关。区熔单晶生长速度大于某一临界值时就观察不到这种缺陷。中心沉淀物有时会导致位错和位错环的产生。在热氧化工艺中，氧化将优先发生在微缺陷处，并将导致热氧化层错的产生，重金属杂质也容易在微缺陷处沉淀，所有这些都将给LSI器件带来不良影响。
人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
器件在热加工过程中原生位错将诱发新位错，从而更严重地影响器件性能。但在一定条件下，位错也有一定的积极作用，比如它有助于合金与硅片的沾润，在一定程度上能吸除微缺陷和杂质。微缺陷微缺陷是一种硅晶体中偏聚出来的本征点缺陷与杂质聚集在一起的缺陷。
2、二维的面缺陷
面缺陷晶界在单晶生长时这种缺陷一般是可以避免的，但有时会在外延片中出现。它是硅中最严重的结构缺陷，杂质极易在晶界处聚集足够高浓度，导致材料局部毁坏。即使结晶时杂质不在此聚集，杂质在晶界上扩散也远远快于在体材料中。因此，存在晶界的情况下，很难得到均匀的掺杂浓度分布。

晶体缺陷与类型

杂质缺陷
置换缺陷置换型固溶体
插入缺陷间隙型固溶体
固体化学第五讲
非化学计量比缺陷
氧化气氛下，2各Fe 3 ＋代替2个Fe 2 ＋，形成一个Fe 2 ＋的空位：
V
'' Fe
固体化学第五讲
缺陷族缺陷聚集体）（缺陷聚集体）
缺陷族：两个或两个以上的点缺陷有规律的集聚。缺陷族
例如：双瓣填隙缺陷族正负离子空位对双瓣填隙缺陷族、正负离子空位对双瓣填隙缺陷族正负离子空位对等
固体化学
晶体缺陷与类型
第五讲
（点、线、面、体缺陷和玻璃体）体缺陷和玻璃体）
固体化学第五讲
理想晶体与实际晶体
理想晶体：组成晶体的全部理想晶体原子定位在晶体结构中正确的位置上。实际晶体：部分（少部分）实际晶体原子放错了地方（位错）。玻璃体：玻璃体：所有（大部分）原子都放错了位置。放错位置的表现：
固体化学第五讲
位错的表征参数
位错密度
单位体积的晶体中位错线的总长度。等于在垂直于位错线的平面上单位面积内的位错露头数（位错露头位错露头是指位位错露头错线和观察表面的交点）。
柏氏矢量
是位错的滑移矢量或位移矢量。是在有缺陷的晶体中沿着柏氏回路晶体的弹性弹性变形（弹性位移）的迭加。变形柏氏矢量越大，由位错引起的晶体弹性晶体弹性能越高。晶体弹性
振动空位置换插入滑移转动
固体化学第五讲
实际晶体的类型
点缺陷缺陷族（缺陷聚集体）刃位错与螺位错晶粒与界面体缺陷
固体化学第五讲
点缺陷
点缺陷：点缺陷：在任何方向上缺陷区的尺寸都小于晶体或晶粒的线度
缺陷（几个原子尺寸范围）。

晶体缺陷-文档资料

温度升高、激活能低，热缺陷浓度越大。
平衡浓度 nN eCeAexkpEvT
11
3.1 点缺陷
实例
Cu晶体的空位形成能μv为0.9ev/atom，或1.44×10-19J/atom，材料常数A取作1，玻尔兹曼常数k＝1.38×10-23J/K,计算： 1)在500℃下，每立方米Cu中的空位数目； 2) 500℃下的平衡空位浓度。
12
3.1 点缺陷
解：首先确定1m3体积内Cu原子的总数（已知Cu的摩尔质量Mcu＝ 63.54g/mol，500℃ 下Cu的密度ρCu＝8.96×106(g/m3)
N N M 0 C C 6 u .u 0 1 2 6 2 .5 0 3 8 3 . 3 9 4 1 6 6 0 8 .4 1 9 2 / 0 m 8 3
（a）弗仑克尔缺陷的形成（空位与间隙质点成对出现）
体积不变
8
3.1 点缺陷
肖特基缺陷
正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置；
跳跃到晶体的表面，在原正常格点上留下空位。
正负离子空位同时产生体积增加
（b）单质中的肖特基缺陷的形成
9
一般规律：
3.1 点缺陷
在离子晶体中正负离子半径相差不大时，容易形成肖特基缺陷，晶体中的缺陷以肖特基缺陷为主；
当正负离子半径相差很大时，容易产生弗仑克尔缺陷，晶体中的缺陷以弗仑克尔缺陷为主。
10
3.1 点缺陷
3. 热缺陷浓度热激发晶体中质点由于获得较大热运动能量而脱离平衡位置的过程激活能热激发所需要的最小能量
晶体中大多数质点所具有的热运动能量都不足以克服周围质点的作用力而脱离平衡位置，只是由于能量起伏，少数热运动能量大于激活能的质点才能脱离平衡位置，形成热缺陷。

材料科学基础第7章晶体缺陷 7.1

第七章晶体缺陷透射电子显微镜下观察到不锈钢316L (00Cr17Ni14Mo2)的位错线与位错缠结§7-1 引言前面讲的都是理想状态的完整晶体，晶体中没有任何缺陷，晶体中的所有原子都在各自的平衡位置，处于能量最低状态。

然而这样的理想晶体在现实中是不存在的，实际晶体中存在着大量的这样那样的缺陷。

所以，实际晶体都是非完整晶体。

晶体中原子排列的不完整性称为晶体缺陷。

一、晶体缺陷的分类按照晶体缺陷的几何形态可以分为四类：点缺陷(point defects)——零维缺陷线缺陷，又称为位错(dislocation)——一维缺陷面缺陷——二维缺陷体缺陷——三维缺陷二、晶体缺陷对材料的影响晶体缺陷对晶体材料性能的影响非常大：力学性能：如，强度、硬度、塑性、韧性等；物理性能：如，电阻率、扩散系数等、比容、比热容；化学性能：如，耐蚀性等；冶金性能：如，固态相变等；工艺性能：如，锻造性能、冲压性能、切削性能等。

§7-2 点缺陷常见的点缺陷有：空位(vacancy间隙原子(interstitial atom)置换原子(substitutional atom)图3.1 晶体中的各种点缺陷1-大的置换原子；2-肖脱基空位；3-异类间隙原子；4-复合空位；5－弗兰克尔空位；6-小的置换原子3、过饱和空位形成在一定温度时，晶体具有平衡的空位浓度。

当空位浓度超过平衡浓度时，就称为过饱和。

获得过饱和点缺陷（空位和间隙原子）的方式：淬火(quenching)：温度升高，平衡浓度增大，急速冷却后，空位来不及消失，被保留下来，形成过饱和空位。

冷变形(cold work)：较低温度下塑性变形，会产生空位，超过此温度时的平衡浓度。

辐照(raidation)：高能粒子（中子、质子、氘核、α-粒子、电子等）照射时，晶体点阵上的原子被击出，进入点阵间隙，留下空位，并形成间隙原子。

间隙原子又可分为两种：同类的间隙原子，如前所述，一般是空位形成时产生的，空位浓度越高，则同类间隙原子的浓度也越高。

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！。

第七章晶体缺陷

第七章晶体缺陷第一章所述的晶体结构是理想晶体的结构，但是在实际应用的金属中，总是不可避免地存在着不完整性，即原子的排列都不是完美无缺的。

实际金属中原子排列的不完整性称为晶体缺陷。

按照晶体缺陷的几何形态特征，可以将其分为以下三类：(1)点缺陷（point defect）其特征是三个方向上的尺寸都很小，相当于原子的尺寸，例如空位（vacancy）、间隙原子（interstitial atom）、置换原子（substitional atom）等；(2)线缺陷（line defect）其特征是在两个方向上的尺寸很小，另一个方向上的尺寸相对很大。

属于这一类缺陷的主要是位错（dislocation）；(3)面缺陷（interfacial defect）其特征是在一个方向上的尺寸很小，另两个方向上的尺寸相对很大，例如晶界、亚晶界（subgrain boundary）等。

7-1 点缺陷常见的点缺陷有三种，即空位、间隙原子和置换原子，如图2.11所示。

间隙原子空位置换原子图2.11 晶体中的点缺陷一、空位在实际晶体的晶格中，并不是每个平衡位置都为原子所占据，总有极少数位置是空着的，这就是空位。

由于空位的出现，使其周围的原子偏离平衡位置，发生晶格畸变（distortion），所以说空位是一种点缺陷。

二、间隙原子间隙原子就是处于晶格空隙中的原子。

晶格中原子间的空隙是很小的，一个原子硬挤进去，必然使周围的原子偏离平衡位置，造成晶格畸变，因此间隙原子也是一种点缺陷。

间隙原子有两种，一种是同类原子的间隙原子，另一种是异类原子的间隙原子。

三、置换原子许多异类原子溶入金属晶体时，如果占据在原来基体原子的平衡位置上，则称为置换原子。

由于置换原子的大小与基体原子不可能完全相同，因此其周围临近原子也将偏离其平衡位置，造成晶格畸变，因此置换原子也是一种点缺陷。

由上可知，不管是哪类点缺陷，都会造成晶格畸变，这将对金属的性能产生影响，如使屈服强度升高、电阻增大、体积膨胀等。

一文看懂晶体缺陷

⼀⽂看懂晶体缺陷晶体缺陷就是实际晶体中偏离理想结构的不完整区域。

晶体缺陷根据晶体中结构不完整区域的形状及⼤⼩, 晶体缺陷常分为如下三类:01点缺陷①脱位原⼦⼀般进⼊其他空位或者逐渐迁移⾄晶界或表⾯，这样的空位通常称为肖脱基空位或肖脱基缺陷。

②晶体中的原⼦有可能挤⼊结点的间隙，则形成另⼀种类型的点缺陷---间隙原⼦，同时原来的结点位置也空缺了，产⽣另⼀个空位，通常把这⼀对点缺陷（空位和间隙原⼦）称为弗兰克尔缺陷。

③置换原⼦缺陷等类型点缺陷类型动图：离⼦晶体的点缺陷④离⼦晶体中点缺陷要求保持局部电中性，常见的两种点缺陷：肖脱基缺陷：等量的正离⼦空位和负离⼦空位。

弗兰克尔缺陷：等量的间隙原⼦、空位。

离⼦晶体中的点缺陷动图：⑤点缺陷源于原⼦的热振动，故其平衡浓度随着温度升⾼指数增加。

点缺陷数量明显超过平衡值时叫过饱和点缺陷，产⽣原因为淬⽕、辐照、冷塑性变形。

温度导致点缺陷变化动图：位错攀移引起点缺陷的变化动图：02刃位错的形成①刃型位错⼀晶体中半原⼦⾯边缘周围的原⼦位置错排区。

刃位错的形成动图：②螺型位错——晶体中螺旋原⼦⾯轴线周围的原⼦位置错排区。

螺位错的形成动图：③混合位错——原⼦位置错拝区中既有半原⼦⾯也有螺旋原⼦⾯的位错。

混合位错动图：④位错的滑移刃位错的运动动图：螺位错的运动动图：⑤位错的攀移攀移运动动图：攀移的原⼦模型：⑥伯⽒⽮量的确定先在有位错的晶体中⽤⼀闭合回路包围位错线，回路应远离位错中⼼晶格严重畸变区。

再在理想晶体中作⼀相同回路，但该回路的终点与起点并不重合。

从终点向起点作⼀⽮量使两点相连，该⽮量定义为该位错的柏⽒⽮量。

伯⽒⽮量的确定动图：03⾯缺陷有晶界、孪晶界、相界、表⾯等分类。

孪晶界动图：扭转晶界的形成动图：。

7.1晶体缺陷的基本类型

(b)
围绕螺旋位错线的原子面是螺旋面。
7.1.3 面缺陷
当晶格周期性的破坏是发生在晶体内部一个面的近邻，这种缺陷为面缺陷。
1.晶粒间界
晶粒之间的交界称为晶粒间界。晶粒间界内原子的排列是无规则的。因此这种边界是面缺陷。晶粒间界内原子排列的结构比较疏松，原子比较容易沿晶粒间界扩散。 2.堆垛间界我们知道金属晶体常采用立方密积的结构形式，而立方密积是原子球以三层为一组，如果把这样的一组三层记为 ABC，则晶面的排列形式为： ABCABCABCA BC
－＋－＋－
＋－＋－＋
－＋－＋－＋＋－＋－＋－＋－
电子所在处出现了趋于
束缚这电子的势能阱，这种束缚作用称为电子的“自陷”作用。
负离子空位和被它俘获的电子
产生的电子束缚态称为自陷态，同杂质所引进的局部能
态有区别，自陷态永远追随着电子从晶格中一处移到另一处，
条棱边。
实际晶体往往是由许多块具有完整性结构
的小晶体组成的，这些小晶体彼此间的取向有着小角倾斜，为了使结合部分的原子尽可能地规则排列，就得每隔一定距离多生长出一层原子面，这些多生长出来的半截原子面的顶端原
D b
子链就是刃型位错。
小角晶界上的刃型位错相互平行。

b
小角晶界上位错相隔的距离为
式杂质的引入往往使晶体的晶格常量增大。
３．色心能吸收可见光的晶体缺陷称为色心。完善的晶体是无色透明的，众多的色心缺陷能使晶体呈
现一定颜色，典型的色心是Ｆ心。
把碱卤晶体在碱金属的蒸气中加热，然后使之聚冷到室温, 则原来透明的晶体就出现了颜色，这个过程称为增色过程，这些晶体在可见光区各有一个吸收带称为F带，而把产生这个带的吸收中心叫做F心。４．极化子电子吸引邻近的正离子，使之内移。排斥邻近的负离子，使之外移，从而产生极化。

晶体中的缺陷

晶体中的缺陷及其对材料性能的影响前言晶体的主要特征是其中原子（或分子）的规则排列，但实际晶体中的原子排列会由于各种原因或多或少地偏离严格的周期性，于是就形成了晶体的缺陷，晶体中缺陷的种类很多，它影响着晶体的力学、热学、电学、光学等各方面的性质。

晶体的缺陷表征对晶体理想的周期结构的任何形式的偏离。

晶体缺陷的存在，破坏了完美晶体的有序性，引起晶体内能U和熵S增加。

按缺陷在空间的几何构型可将缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷，它们分别取决于缺陷的延伸范围是零维、一维、二维还是三维来近似描述。

每一类缺陷都会对晶体的性能产生很大影响，例如点缺陷会影响晶体的电学、光学和机械性能，线缺陷会严重影响晶体的强度、电性能等。

一、晶体缺陷的基本类型点缺陷1、点缺陷定义由于晶体中出现填隙原子和杂质原子等等，它们引起晶格周期性的破坏发生在一个或几个晶格常数的限度范围内，这类缺陷统称为点缺陷。

这些空位和填隙原子是由热起伏原因所产生的，因此又称为热缺陷。

2、空位、填隙原子和杂质空位：晶体内部的空格点就是空位。

由于晶体中原子热运动，某些原子振动剧烈而脱离格点跑到表面上，在内部留下了空格点，即空位。

填隙原子：由于晶体中原子的热运动，某些原子振动剧烈而脱离格点进入晶格中的间隙位置，形成了填隙原子。

即位于理想晶体中间隙中的原子。

杂质原子：杂质原子是理想晶体中出现的异类原子。

3、几种点缺陷的类型弗仑克尔缺陷：原子（或离子）在格点平衡位置附近振动，由于非线性的影响，使得当粒子能量大到某一程度时，原子就会脱离格点，而到达邻近的原子空隙中，当它失去多余动能后，就会被束缚在那里，这样产生一个暂时的空位和一个暂时的填隙原子，当又经过一段时间后，填隙原子会与空位相遇，并同空位复合；也有可能跳到较远的间隙中去。

若晶体中的空位与填隙原子的数目相等，这样的热缺陷称为弗仑克尔缺陷。

肖特基缺陷：空位和填隙原子可以成对地产生(弗仑克尔缺陷），也可以在晶体内单独产生。

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。

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

7.1晶体缺陷的基本类型

《晶体缺陷》课件

晶体缺陷

晶体的缺陷

晶体缺陷类型

晶体缺陷

晶体缺陷

晶体缺陷简述

晶体缺陷与类型

晶体缺陷-文档资料

材料科学基础 第7章 晶体缺陷 7.1

晶体缺陷的分类

第七章 晶体缺陷

一文看懂晶体缺陷

7.1晶体缺陷的基本类型

晶体中的缺陷

晶体缺陷的基本类型和特征

晶体中的缺陷

材料科学基础第7章晶体缺陷 7.1

第七章晶体缺陷