第3節(jié) 原子的不規(guī)則排列-點(diǎn)缺陷課件

§1.3原子的不規(guī)律排列1第3節(jié)原子的不規(guī)則排列-點(diǎn)缺陷材料中的缺陷微觀缺陷氣孔，裂紋，夾雜物等晶體缺陷晶體缺陷對(duì)材料性能影響很大，未必有害?。。★@微組織缺陷2第3節(jié)原子的不規(guī)則排列-點(diǎn)缺陷引言一、晶體缺陷的定義Imperfectionordefect任何偏離原子周期性排列的區(qū)域，都稱為晶體缺陷。晶體缺陷對(duì)晶體的性能有很大的影響3第3節(jié)原子的不規(guī)則排列-點(diǎn)缺陷二、缺陷的分類點(diǎn)缺陷

Pointdefects：零維（zerodimensional）空位(vacancy)或間隙原子(interstitials)線缺陷

Lineardefects：1維（onedimensional）位錯(cuò)(dislocation)面缺陷

Planardefects：2維（twodimensional)

晶界、層錯(cuò)、相界、界面體缺陷

Bulk/Volumedefects：3維（threedimensional)

亞晶粒(subgrains)、亞結(jié)構(gòu)(substructure)、層錯(cuò)四面體(faultedtetrahedron)4第3節(jié)原子的不規(guī)則排列-點(diǎn)缺陷§1.3.1點(diǎn)缺陷（Pointdefects）一、點(diǎn)缺陷的形成、結(jié)構(gòu)、能量2.結(jié)構(gòu)：零維的缺陷，如空位、間隙原子、置換原子等；點(diǎn)缺陷團(tuán)，如空位片3.能量：點(diǎn)缺陷周圍的點(diǎn)陣畸變，能量升高(點(diǎn)缺陷形成能)。1.形成：原子的熱運(yùn)動(dòng)并存在能量起伏5第3節(jié)原子的不規(guī)則排列-點(diǎn)缺陷二、點(diǎn)缺陷的類型1.空位肖脫基空位：離位原子進(jìn)入其它空位或遷移至晶界或表面。晶體中只有空位，而沒有間隙原子.弗蘭克爾空位：離位原子進(jìn)入晶體間隙.

晶體中形成空位－間隙原子對(duì).＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋––––––––金屬晶體離子晶體6第3節(jié)原子的不規(guī)則排列-點(diǎn)缺陷2.間隙原子：位于晶體點(diǎn)陣間的原子3.置換原子：位于晶體點(diǎn)陣位置的異類原子7第3節(jié)原子的不規(guī)則排列-點(diǎn)缺陷三、點(diǎn)缺陷的平衡濃度（Equilibriumconcentration）在高于0K的任何溫度下，晶體中總是存在一定數(shù)量的點(diǎn)缺陷（空位），這時(shí)體系的能量最低——具有平衡點(diǎn)缺陷的晶體比理想晶體在熱力學(xué)上更加穩(wěn)定。點(diǎn)缺陷的平衡濃度Ev－－形成一個(gè)缺陷（空位）需要的能量起伏（空位形成能）k－－波耳茲曼常數(shù)13.8×10-24J/(原子·K)A－－材料常數(shù)，一般取值1式中，N為晶體中的陣點(diǎn)數(shù)，n為缺陷數(shù)8第3節(jié)原子的不規(guī)則排列-點(diǎn)缺陷討論：點(diǎn)缺陷是一種熱力學(xué)平衡的缺陷，它是熱振動(dòng)中的能量起伏。在平衡濃度下晶體的Gibbs自由能最低，因而最穩(wěn)定TC，成指數(shù)上升C表示在晶體中發(fā)現(xiàn)一個(gè)點(diǎn)缺陷的幾率9第3節(jié)原子的不規(guī)則排列-點(diǎn)缺陷淬火Quenching

可以通過淬火實(shí)驗(yàn)測(cè)定空位的生成焓冷加工Coldworking

產(chǎn)生空位，位錯(cuò)的割階、攀移等輻照Radiation

高能粒子的轟擊

外來作用四、過飽和點(diǎn)缺陷（Supersaturatedpointdefects）1.形成10第3節(jié)原子的不規(guī)則排列-點(diǎn)缺陷2.過飽和點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)遷移、復(fù)合→濃度降低；遷移、聚集→濃度升高或塌陷，形成位錯(cuò)環(huán).五、點(diǎn)缺陷與材料行為11第3節(jié)原子的不規(guī)則排列-點(diǎn)缺陷力學(xué)性能.常溫下，平衡空位在材料變形中的作用可忽略不計(jì)，但大量非平衡（過飽和）空位使金屬強(qiáng)度有所提高、顯著脆化.高溫下，平衡空位在材料變形中的作用不可小視——蠕變.物理性能.如電阻率增大，密度較小，體積收縮或膨脹.1.對(duì)材料性能的影響空位和間隙原子的運(yùn)動(dòng)是晶體內(nèi)原子擴(kuò)散的內(nèi)部原因，原子（或分子）的擴(kuò)散是依靠點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的，尤其在高溫下。例如，改變表面成分的化學(xué)熱處理、成分均勻化處理，退火與正火、時(shí)效硬化處理、表面氧化及燒結(jié)等過程均與原子的擴(kuò)散有關(guān)。2.對(duì)材料加工工藝過程的影響12第3節(jié)原子的不規(guī)則排列-點(diǎn)缺陷例題：若Cu中每500個(gè)原子就會(huì)失去1個(gè)原子，其晶格常數(shù)為0.3615nm，試求Cu的密度。解：13第3節(jié)原子的不規(guī)則排列-點(diǎn)缺陷例題：在某晶體的擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在500oC時(shí)，1010個(gè)原子中有1個(gè)原子具有足夠的激活能，可以跳出其平衡位置而進(jìn)入間隙位置；在600oC時(shí)，此比例會(huì)增加到109。求：(1).此跳躍所需要的激活能；

(2).在700oC時(shí)，具有足夠能量的原子所占的比例為多少？解：若激活過程可由著名的Arrhenius方程來描述。令E為形成一個(gè)間隙原子所需的激活能。因此，能量超過平均能量而具有高能量的原子數(shù)n與總原子數(shù)N之比為：A－－比例常數(shù)k－－Boltzmann常數(shù)T－－Absolutetemp14第3節(jié)原子的不規(guī)則排列-點(diǎn)缺陷在700oC時(shí)，15第3節(jié)原子的不規(guī)則排列-點(diǎn)缺陷補(bǔ)充習(xí)題：Pt的晶體結(jié)構(gòu)為FCC，其晶格常數(shù)為0.3923nm，密度為21.45g/cm3，試計(jì)算每106個(gè)Pt中所含的空位數(shù)目。在Fe中形成1mol空位的能量為104.675kJ，試計(jì)算從20o