位錯基本理論

《位錯基本理論》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在應用文檔-天天文庫。

1、第二章位錯理論1一、晶體中的缺陷晶體結構特點是長程有序。構成物體的原子、離子或分子等完全按照空間點陣規(guī)則排列的，將此晶體稱為理想晶體。在實際晶體中，原子的排列不可能這樣規(guī)則和完整，而是或多或少地存在著偏離理想結構的區(qū)域，出現(xiàn)了不完整性。通常把實際晶體中偏離理想點陣結構的區(qū)域稱為晶體缺陷。2根據(jù)幾何形態(tài)特征，可把晶體缺陷分為三類：(1)點缺陷、(2)線缺陷、(3)面缺陷(1)點缺陷：特征是在三維空間的各個方向上的尺寸都很小，亦稱為零維缺陷。如空位、間隙原子等。(2)線缺陷：特征是在兩個方向上的尺寸很小，在一個方向上的尺寸較大，亦稱為一維缺陷。如晶體中的各類位錯。(

2、3)面缺陷：特征是在一個方向上的尺寸很小，在另外兩個方向上的尺寸較大，亦稱二維缺陷。如晶界、相界、層錯、晶體表面等。3研究晶體缺陷的意義：（1）晶體中缺陷的分布與運動，對晶體的某些性能(如金屬的屈服強度、半導體的電阻率等)有很大的影響。（2）晶體缺陷在晶體的塑性和強度、擴散以及其它結構敏感性的問題上往往起主要作用，而晶體的完整部分反而處于次要地位。因此，研究晶體缺陷，了解晶體缺陷的基本性質，具有重要的理論與實際意義。4二、點缺陷（pointdefect）：晶體中的點缺陷：包括空位、間隙原子和溶質原子，以及由它們組成的尺寸很小的復合體（如空位對或空位片等）。點缺

3、陷類型：有空位、間隙原子、置換原子三種基本類型。51、空位（vacancy）在晶體中，位于點陣結點的原子并非靜止，而在其平衡位置作熱振動。在一定溫度下，原子熱振動平均能量是一定，但各原子能量并不完全相等，經(jīng)常發(fā)生變化，此起彼伏。在某瞬間，有些原子能量大到足以克服周圍原子的束縛，就可能脫離其原平衡位置而遷移到別處。結果，在原位置上出現(xiàn)空結點，稱為空位。6離開平衡位置的原子可有兩個去處：（1）遷移到晶體表面，在原位置只形成空位，不形成間隙原子，此空位稱為肖脫基缺陷（Schottkydefect）（圖a）；（2）遷移到晶體點陣間隙中，形成的空位稱弗蘭克爾缺陷（Fren

4、keldefece），同時產(chǎn)生間隙原子（圖b）。(a)肖脫基空位(b)弗蘭克爾空位72、間隙原子間隙原子：進入點陣間隙中的原子?？蔀榫w本身固有的原子（自間隙原子）；也可為尺寸較小的外來異類原子(溶質原子或雜質原子)。外來異類原子：若是取代晶體本身的原子而落在晶格結點上，稱為置換原子。間隙原子：使其周圍原子偏離平衡位置，造成晶格脹大而產(chǎn)生晶格畸變。83、置換原子那些占據(jù)原基體原子平衡位置的異類原子稱為置換原子。置換原子半徑常與原基體原子不同，故會造成晶格畸變。a）半徑較小的置換原子b）半徑較大的置換原子9空位和間隙原子的形成與溫度密切相關。一般，隨著溫度的升高

5、，空位或間隙原子的數(shù)目也增多。因此，點缺陷又稱為熱缺陷。晶體中的點缺陷，并非都是由原子的熱運動產(chǎn)生的。冷變形加工、高能粒子(如α粒子、高速電子、中子)轟擊(輻照)等也可產(chǎn)生點缺陷。104、熱平衡缺陷：熱力學分析表明，在高于0K的任何溫度下，晶體最穩(wěn)定的狀態(tài)并不是完整晶體，而是含有一定濃度的點缺陷狀態(tài)，即在該濃度情況下，自由能最低。此濃度稱為該溫度下晶體中點缺陷的平衡濃度。具有平衡濃度的缺陷又稱為熱平衡缺陷。11熱平衡缺陷及其濃度：晶體中點缺陷的存在，一方面造成點陣畸變，使晶體的內(nèi)能升高，增大了熱力學不穩(wěn)定性。另一方面，因增大了原子排列的混亂程度，并改變了其周圍原

6、子的振動頻率，又使晶體的熵值增大，晶體便越穩(wěn)定。因此這兩互為矛盾因素，使晶體中點缺陷在一定溫度下有一定的平衡數(shù)目，此點缺陷濃度稱為其在該溫度下的熱力學平衡濃度。晶體在一定溫度下，有一定的熱力學平衡濃度，這是點缺陷區(qū)別于其它類型晶體缺陷的重要特點。12晶體中空位缺陷的平衡濃度：設溫度T和壓強P條件下，從N個原子組成的完整晶體中取走n個原子，即生成n個空位。定義晶體中空位缺陷的平衡濃度為：－為空位的生成能，K－玻爾茲曼常數(shù)。空位和間隙原子的平衡濃度：隨溫度的升高而急劇增加，呈指數(shù)關系。13非平衡點缺陷：在點缺陷平衡濃度下，晶體自由能最低，也最穩(wěn)定。但在有些情況下，晶

7、體中點缺陷濃度可高于平衡濃度，此點缺陷稱為過飽和點缺陷，或非平衡點缺陷。通常，獲得過飽和點缺陷的方法有以下幾種：（1）高溫淬火熱力學分析可知，晶體中空位濃度隨溫度升高而急劇增加。若將晶體加熱到高溫，再迅速冷卻（淬火），則高溫時形成的空位來不及擴散消失，則在低溫下仍保留高溫狀態(tài)的空位濃度，即過飽和空位。14（2）冷加工金屬在室溫下的冷加工塑性變形也會產(chǎn)生大量的過飽和空位，其原因是由于位錯交割所形成的割階發(fā)生攀移。（3）輻照在高能粒子輻射下，晶體點陣上原子被擊出，發(fā)生原子離位。且離位原子能量高，在進入穩(wěn)定間隙前還會擊處其他原子，從而形成大量的等量間隙原子和空位（即弗

8、蘭克爾缺陷）。一般地，晶