晶体结构缺陷(2015)

无机材料物理化学 ·2015年秋季学期
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• 晶体缺陷在材料组织控制（如扩 散、相变）和性能控制（如材料 强化）中具有重要作用。
• 就好像维纳斯“无臂”之美更深
入人心，晶体缺陷赋予材料丰富
内容。
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☻ The existence of additional atom species (whether or not such species are intentionally added)
• 物质中常常有杂质存在，绝对纯的物质是没有的。
• The addition of P to Si.
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1. Classify various types of crystalline imperfections and explain the role of defects on the mechanical and electrical properties of crystalline materials.
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1.1 概述
1.1.1 缺陷的含义 1.1.2 研究晶体缺陷的意义 1.1.3 晶体结构缺陷的类型
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1.1.1 缺陷的含义
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Example 1:
The mechanical properties of pure metals experience significant alterations when alloyed (i.e., when impurity atoms are added)
stronger than pure copper.
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1 晶体结构缺陷
1.1 概述 1.2 点缺陷 1.3 固溶体 1.4 非化学计量化合物 1.5 线缺陷* 1.6 面缺陷
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Diviations from the ideal
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★缺陷产生的原因
☻“Mistake” occuring in the atomic arrangement
• 实际晶体在其生长过程中,受到种种条件的影响 （包括晶体形成条件、施加的外部条件等） • 晶体形成后,由于原子的热振动
1.1.2 研究晶体缺陷的意义
• The properties of some materials are profoundly influenced by the presence of imperfections.
mechanical plastic properties
are usually controlled by imperfections.
• Consequently, it is important to have a knowledge about
the types of imperfections that exist the roles they play in affecting the behavior of materials.
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★缺陷的特征
• 缺陷的存在不应该改变晶体的基本结构。 实际晶体中与理想的点阵结构中发生偏差的区域，这 些区域的存在并不影响晶体结构的基本特性，仅是晶 体中少数原子的排列特征发生了改变。
• 缺陷的存在将给材料的性能带来巨大的影响。 晶体中的缺陷的数量相当大，但因原子的数量很多， 在晶体中占有的比例还是很少，材料总体具有晶体的 相关性能特点。
• 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的温度下，都或多或少地 存在着对理想晶体结构的偏离，即存在着结构缺陷。
Note that even if we were able to build a perfect crystal,
• Pure iron (rela•tiv纯ely金s属oft的) 力学性能 a small amoun•t o合f c金ar化bon a plain carbon•st杂ee质l th原a子t exhibits considerably higher
strength
• Brass (70%copper-30% zinc) is much harder and
2. Explain, in general terms, why alloys are preferred materials over pure metals for structural applications.
3. Describe various forms of solid solutions and explain the differences among solid solution, mixture and chemical compound.
unless we could keep it at absouble zero (T=0K), defects
would appear.
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★缺陷的概念
实际晶体结构中和理想点阵 结构发生偏离的区域称为晶 体结构的缺陷。