晶体学基础第六章优秀课件
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在晶体结构中存在着一系列周期性重复的强键链，其 重复特征与晶体中质点的周期性重复相一致，这样的强 键链称为周期键链 (Periodic bond chain简写为PBC)。
➢ 晶体平行键链生长，键力最强的方向生长最快。
PBC理论将晶体生长过程中所能出现的 晶面划为三种类型：
F面：或称平坦面，有两个以上的PBC与之 平行，面密度最大，质点结合到F面上去 时，只形成一个强键，晶面生长速度慢， 易形成晶体的主要晶面。
柏氏矢量：还反映位错区发生畸变的大小和方向，
是位错的特征，区分于其他缺陷。
刃型位错的运动 ——滑移，攀移
螺旋型位错的运动 ——滑移
混合型位错
棱柱位错
三、面缺陷：
(1) 堆垛层错： (2) 晶界：
小角晶界：< 10° 倾斜晶界： 对称的：刃位错平行排列 不对称的：刃位错相互垂直排列 扭转晶界：两组相互垂直的螺旋位错
6.3 晶核的形成
晶体生长过程：（从热力学亚稳态到稳态的转变） 成核阶段 + 晶体生长阶段
晶胚与临界晶核（胚）：
晶胚：流动相中的聚集体。d 临界晶核：晶胚的半径等于临界半径的晶胚。 临界半径r*：长大与消失的几率均为1/2时，晶胚的半径
稳定晶核：晶核长大的几率为1， G0。
成核的种类：
（1）均匀成核：流动相中各处成核概率相等； （2）非均匀成核：流动相中存在外来质点，流动相中成
（2）按形成原因分类： 热缺陷：弗兰克缺陷，肖特基缺陷，肖特基反型缺陷 动态平衡，浓度与温度有关，本征缺陷 （非化学计量结构缺陷：组成偏离化学计量比） 杂质缺陷：会造成晶格畸变，总价失衡
色心：能吸收某些光波而使晶体显色的点缺陷。(电子跃迁)
二、线缺陷：
位错，缺陷链
晶体滑移机制与位错模型 1. 滑移机制 Ø 一般情况下，滑移总是沿着原子最密集的方向 进行，滑移面是原子面密度最大的晶面。
居里原理：在平衡条件下，发生液相与固相之间的转 变时，晶体调整其形态使总表面能为最小。
乌尔夫：晶面的生长速度与其比表面能成正比关系。
当外界温度和晶体体积不变时，
n
iSi 最小
i 1
➢ 低密勒指数晶面的原子面密度大，晶面的比表面能低。
（5）周期键链（PBC）理论：
哈特曼 (P．Hartman) 和珀多克 (N．G．Perdok) 等 (1955) 从晶体结构的几何特点和质点能量两方面来探讨晶 面的生长发育。
Ø fcc结构，滑移沿着{111}晶面上的<110>方向进 行。
若所有原子同时移动，则
m
G
2
实际上滑移所需应力 远小于理论计算值
2. 位错模型 位错 —— 晶体中已滑移区和未滑移区的交界线
位错在晶体中构成一个闭合的环或终止于晶体表面
3. 位错的分类
刃型位错（棱位错）：位错线与滑移矢量垂直 正刃型位错，负刃型位错
在晶体生长界面上存在露头的螺旋位错线。
在晶体生长界面上存在永不消失的台阶，无需二维 成核，可连续生长。
（3）布拉维法则：（未考虑生长环境的影响）
晶体的最终形态由那些面密度最大的晶面决定，即实 际晶体常常为面密度最大的晶面所包围。
➢ 面密度小的晶面生长速度大，面密度大的晶面生长速度小。
（4）居里-乌尔夫原理： （考虑生长环境的影响）
影响晶体形态的因素：
内因：组成、结构 外因：生长方式、热力学条件等
影响晶体生长的外部因素：（晶体形态或形貌、结晶度）
原料组成：
d
温度：影响不同晶面的相对生长速度，甚至是物相
流场：搅拌方式，影响传质、传热
杂质：改变晶面的表面能，从而改变其生生长速度
也可改变成核速度
粘度：影响传质
压强：总压、分压
晶体学基础第六章
6.1 晶体的缺陷
晶体的缺陷：
在晶体结构中局部范围内，质点的排列偏离了晶体 周期性结构的现象。
晶体缺陷的分类：
➢ 点缺陷：空位、间隙原子、杂质、错位 ➢ 线缺陷：位错、点缺陷链 ➢ 面缺陷：堆垛层错、晶界、相界、平移界面 ➢ 体缺陷：沉淀、空洞、包藏杂质
一、点缺陷：
（1）按位置与化学组成分类： 空位： 间隙原子; 杂质原子：替位杂质，间隙杂质 错位原子：存在于化合物中
S面：或称阶梯面，只有一个PBC与之平行， 面密度中等，质点结合到S面上去时，形 成的强键至少比F面多一个，晶面生长速 度中等。
K面：或称扭折面，不平行任何PBC，面密 度小，扭折处的法线方向与PBC一致，质 点极易从扭折处进入晶格，晶面生长速度 快，是易消失的晶面。
6.5 影响晶体生长的外部因素
核概率存在差异。
成核速度：
在单位时间内，单位体积中形成晶核的数目。
影响成核速度的因素：
（1）过饱和度或过冷度 （2）流动相的粘度
6.4 晶体生长的理论模型
（1）科塞尔模型（完整光滑界面）：
晶体生长过程中，原子占据的位置由所受吸引作用 的大小决定。
二维成核，侧向生长。
（2）螺旋位错模型——弗兰克模型（非完整光滑界面）
(3) 相界： 共格相界 部分共各相界 非共各相界
6.2 晶体生长方式
晶体生长的热力学条件：
吉布斯自由能变 G0
晶体生ห้องสมุดไป่ตู้方式：
（1）由气相转变为晶体 热力学条件：蒸汽压过d 饱和
（2）由液相转变为晶体 从熔体中生长晶体：过冷 从溶液中生长晶体：溶液过饱和
（3）由固体转变为晶体 由非晶转变为晶体 由一种晶相转变为另一种晶相
螺型位错：位错线与滑移矢量平行 左螺旋型位错，右螺旋型位错
混合型位错：位错线与滑移矢量既不垂直也不平行
Ø 选择基向量；
Ø 设定位错线方 向，作右手螺 旋闭合回路— —柏氏回路； 所经区域无缺 陷；
Ø 在无缺陷区域 作同样的回路， 由终点指向始 点的矢量 ——柏氏矢量
滑移矢量：反映滑移的距离大小和方向。
➢ 晶体平行键链生长，键力最强的方向生长最快。
PBC理论将晶体生长过程中所能出现的 晶面划为三种类型：
F面：或称平坦面，有两个以上的PBC与之 平行，面密度最大，质点结合到F面上去 时，只形成一个强键，晶面生长速度慢， 易形成晶体的主要晶面。
柏氏矢量：还反映位错区发生畸变的大小和方向，
是位错的特征，区分于其他缺陷。
刃型位错的运动 ——滑移，攀移
螺旋型位错的运动 ——滑移
混合型位错
棱柱位错
三、面缺陷：
(1) 堆垛层错： (2) 晶界：
小角晶界：< 10° 倾斜晶界： 对称的：刃位错平行排列 不对称的：刃位错相互垂直排列 扭转晶界：两组相互垂直的螺旋位错
6.3 晶核的形成
晶体生长过程：（从热力学亚稳态到稳态的转变） 成核阶段 + 晶体生长阶段
晶胚与临界晶核（胚）：
晶胚：流动相中的聚集体。d 临界晶核：晶胚的半径等于临界半径的晶胚。 临界半径r*：长大与消失的几率均为1/2时，晶胚的半径
稳定晶核：晶核长大的几率为1， G0。
成核的种类：
（1）均匀成核：流动相中各处成核概率相等； （2）非均匀成核：流动相中存在外来质点，流动相中成
（2）按形成原因分类： 热缺陷：弗兰克缺陷，肖特基缺陷，肖特基反型缺陷 动态平衡，浓度与温度有关，本征缺陷 （非化学计量结构缺陷：组成偏离化学计量比） 杂质缺陷：会造成晶格畸变，总价失衡
色心：能吸收某些光波而使晶体显色的点缺陷。(电子跃迁)
二、线缺陷：
位错，缺陷链
晶体滑移机制与位错模型 1. 滑移机制 Ø 一般情况下，滑移总是沿着原子最密集的方向 进行，滑移面是原子面密度最大的晶面。
居里原理：在平衡条件下，发生液相与固相之间的转 变时，晶体调整其形态使总表面能为最小。
乌尔夫：晶面的生长速度与其比表面能成正比关系。
当外界温度和晶体体积不变时，
n
iSi 最小
i 1
➢ 低密勒指数晶面的原子面密度大，晶面的比表面能低。
（5）周期键链（PBC）理论：
哈特曼 (P．Hartman) 和珀多克 (N．G．Perdok) 等 (1955) 从晶体结构的几何特点和质点能量两方面来探讨晶 面的生长发育。
Ø fcc结构，滑移沿着{111}晶面上的<110>方向进 行。
若所有原子同时移动，则
m
G
2
实际上滑移所需应力 远小于理论计算值
2. 位错模型 位错 —— 晶体中已滑移区和未滑移区的交界线
位错在晶体中构成一个闭合的环或终止于晶体表面
3. 位错的分类
刃型位错（棱位错）：位错线与滑移矢量垂直 正刃型位错，负刃型位错
在晶体生长界面上存在露头的螺旋位错线。
在晶体生长界面上存在永不消失的台阶，无需二维 成核，可连续生长。
（3）布拉维法则：（未考虑生长环境的影响）
晶体的最终形态由那些面密度最大的晶面决定，即实 际晶体常常为面密度最大的晶面所包围。
➢ 面密度小的晶面生长速度大，面密度大的晶面生长速度小。
（4）居里-乌尔夫原理： （考虑生长环境的影响）
影响晶体形态的因素：
内因：组成、结构 外因：生长方式、热力学条件等
影响晶体生长的外部因素：（晶体形态或形貌、结晶度）
原料组成：
d
温度：影响不同晶面的相对生长速度，甚至是物相
流场：搅拌方式，影响传质、传热
杂质：改变晶面的表面能，从而改变其生生长速度
也可改变成核速度
粘度：影响传质
压强：总压、分压
晶体学基础第六章
6.1 晶体的缺陷
晶体的缺陷：
在晶体结构中局部范围内，质点的排列偏离了晶体 周期性结构的现象。
晶体缺陷的分类：
➢ 点缺陷：空位、间隙原子、杂质、错位 ➢ 线缺陷：位错、点缺陷链 ➢ 面缺陷：堆垛层错、晶界、相界、平移界面 ➢ 体缺陷：沉淀、空洞、包藏杂质
一、点缺陷：
（1）按位置与化学组成分类： 空位： 间隙原子; 杂质原子：替位杂质，间隙杂质 错位原子：存在于化合物中
S面：或称阶梯面，只有一个PBC与之平行， 面密度中等，质点结合到S面上去时，形 成的强键至少比F面多一个，晶面生长速 度中等。
K面：或称扭折面，不平行任何PBC，面密 度小，扭折处的法线方向与PBC一致，质 点极易从扭折处进入晶格，晶面生长速度 快，是易消失的晶面。
6.5 影响晶体生长的外部因素
核概率存在差异。
成核速度：
在单位时间内，单位体积中形成晶核的数目。
影响成核速度的因素：
（1）过饱和度或过冷度 （2）流动相的粘度
6.4 晶体生长的理论模型
（1）科塞尔模型（完整光滑界面）：
晶体生长过程中，原子占据的位置由所受吸引作用 的大小决定。
二维成核，侧向生长。
（2）螺旋位错模型——弗兰克模型（非完整光滑界面）
(3) 相界： 共格相界 部分共各相界 非共各相界
6.2 晶体生长方式
晶体生长的热力学条件：
吉布斯自由能变 G0
晶体生ห้องสมุดไป่ตู้方式：
（1）由气相转变为晶体 热力学条件：蒸汽压过d 饱和
（2）由液相转变为晶体 从熔体中生长晶体：过冷 从溶液中生长晶体：溶液过饱和
（3）由固体转变为晶体 由非晶转变为晶体 由一种晶相转变为另一种晶相
螺型位错：位错线与滑移矢量平行 左螺旋型位错，右螺旋型位错
混合型位错：位错线与滑移矢量既不垂直也不平行
Ø 选择基向量；
Ø 设定位错线方 向，作右手螺 旋闭合回路— —柏氏回路； 所经区域无缺 陷；
Ø 在无缺陷区域 作同样的回路， 由终点指向始 点的矢量 ——柏氏矢量
滑移矢量：反映滑移的距离大小和方向。