《陶瓷晶體缺陷》PPT課件

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1、第二章陶瓷晶體缺陷Chapter2CrystalDefect缺陷的含義：通常把晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中周期性勢場的畸變稱為晶體的結(jié)構(gòu)缺陷。理想晶體：質(zhì)點(diǎn)嚴(yán)格按照空間點(diǎn)陣排列。實(shí)際晶體：存在著各種各樣的結(jié)構(gòu)的不完整性?！?.1缺陷類型分類方式：幾何形態(tài)：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷等形成原因：熱缺陷、雜質(zhì)缺陷、非化學(xué)計(jì)量缺陷等點(diǎn)缺陷線缺陷面缺陷體缺陷一、按缺陷的幾何形態(tài)分類1.點(diǎn)缺陷(pointdefect，零維缺陷)缺陷尺寸處于原子大小的數(shù)量級上，即三維方向上缺陷的尺寸都很小?？瘴?vacancy)雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)(foreignp

2、article)間隙質(zhì)點(diǎn)(interstitialparticle)晶體中的點(diǎn)缺陷－空位；－間隙原子；－置換原子2.線缺陷(linedefects，一維缺陷)在一維方向上偏離理想晶體中的周期性、規(guī)則性排列所產(chǎn)生的缺陷，即缺陷尺寸在一維方向較長，另外二維方向上很短。如各種位錯(dislocation)。GHEFCBADD3.面缺陷(surfacedefects，二維缺陷)面缺陷又稱為二維缺陷，是指在二維方向上偏離理想晶體中的周期性、規(guī)則性排列而產(chǎn)生的缺陷，即缺陷尺寸在二維方向上延伸，在第三維方向上很小。如晶界、表面、堆

3、積層錯、鑲嵌結(jié)構(gòu)等。如果晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列的規(guī)律性在三維空間一定的尺度范圍內(nèi)遭到破壞，就稱為體缺陷。裂紋(crack)微孔(pore)夾雜物(inclusion)4.體缺陷(bodydefects，三維缺陷)二、按缺陷產(chǎn)生的原因分類熱缺陷雜質(zhì)缺陷非化學(xué)計(jì)量缺陷其它原因，如電荷缺陷，輻照缺陷等1.熱缺陷定義：熱缺陷亦稱為本征缺陷，是指由熱起伏的原因所產(chǎn)生的空位或間隙質(zhì)點(diǎn)(原子或離子)。類型：弗侖克爾缺陷(Frenkeldefect)和肖特基缺陷(Schottkydefect)溫度升高時，熱缺陷濃度增加(1)Frenkel

4、defect：在晶格熱振動時，一些能量較大的質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置后，進(jìn)入到間隙位置，形成間隙質(zhì)點(diǎn)，而在原來位置上形成空位(2)Schottkydefect：如果正常格點(diǎn)上的質(zhì)點(diǎn)，在熱起伏過程中獲得能量離開平衡位置遷移到晶體的表面或晶界，而在晶體內(nèi)部正常格點(diǎn)上留下空位兩個對比一下，肖脫基形成一個空穴,只須克服形成空穴所需的能量，而弗蘭克爾除了要形成一個空穴外，還要形成一個間隙原子，所需能量較高。2.雜質(zhì)缺陷定義：亦稱為組成缺陷，是由外加雜質(zhì)的引入所產(chǎn)生的缺陷。特征：如果雜質(zhì)的含量在固溶體的溶解度范圍內(nèi)，則雜質(zhì)缺陷的濃度與溫

5、度無關(guān)。取代雜質(zhì)離子間隙雜質(zhì)離子3.非化學(xué)計(jì)量缺陷定義：指組成上偏離化學(xué)中的定比定律所形成的缺陷。它是由基質(zhì)晶體與介質(zhì)中的某些組分發(fā)生交換而產(chǎn)生。如Fe1-xO、Zn1+xO等晶體中的缺陷。特點(diǎn)：其化學(xué)組成隨周圍氣氛的性質(zhì)及其分壓大小而變化。是一種半導(dǎo)體材料。§2.2點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷的表示方法缺陷反應(yīng)方程式熱缺陷濃度熱缺陷在外力作用下的運(yùn)動非化學(xué)計(jì)量化合物缺陷一、點(diǎn)缺陷的表示方法(Kr?ger-Vink符號表示法)主符號，表明缺陷種類；上標(biāo)，表示缺陷有效下標(biāo)，表示缺陷位置；“·”表示有效正電荷(化合價正偏差)“?”表示有

6、效負(fù)電荷(化合價負(fù)偏差)“*”表示有效零電荷(化合價無偏差)Aba1.空位：VVM——M原子處產(chǎn)生空位VX——X原子處產(chǎn)生空位在金屬材料中，只有原子空位——正離子空位，M+離子離開了格點(diǎn)形成空位，而將1個電子留在了原處，這時電子被束縛在空位上稱為附加電子，所以空位帶有1個有效負(fù)電荷。——負(fù)離子空位，X-離子離開了格點(diǎn)形成空位，將獲得的1個電子一起帶走，則空位上附加了1個電子空穴，所以負(fù)離子空位上帶有1個有效正電荷。e——電子;h——空穴在離子晶體NaCl中，取走1個鈉離子和取走1個鈉原子相比，前者少取走了1個電子，因

7、此，這種情況下，鈉離子空位可寫成，上標(biāo)“′”表示1個單位的負(fù)有效電荷。同理，取走1個Cl–，相當(dāng)于取走1個氯原子和1個電子，因此可記為，上標(biāo)“·”表示1個單位的正有效電荷。這兩種離子空位，可用反應(yīng)式表示成和　。帶電空位舉例：2.間隙原子（interstitial）Mi——M原子處在間隙位置上Xi——X原子處在間隙位置上例如Ca填隙在MgO晶格中寫作Cai3.錯位原子MX表示M原子被錯放在X位置上4.溶質(zhì)原子LM表示溶質(zhì)原子L通過置換處在M的位置上Li表示溶質(zhì)原子L處在間隙位置上例如，Zni表示溶質(zhì)的Zn原子處在間隙位

8、置上。例如，Ca取代了MgO晶格中的Mg寫作CaMg例如，在把Cr2O3摻入到Al2O3所形成的固溶體中，CrAl表示Cr3+處在Al3+的位置。對于填隙原子帶電缺陷，可用Mi加上其在原點(diǎn)陣位置所帶的電荷來表示，例如和。1VM2VX3Mi4Xi5MX6XM7LM8SX6.帶電缺陷不同價離子之間的替代就出現(xiàn)帶電缺陷，如Ca2+取代Na+形成；Ca