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《材料科學基礎I__第七章__(晶體缺陷)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第七章晶體缺陷透射電子顯微鏡下觀察到不銹鋼316L(00Cr17Ni14Mo2)的位錯線與位錯纏結前面講的都是理想狀態(tài)的完整晶體，晶體中沒有任何缺陷，晶體中的所有原子都在各自的平衡位置，處于能量最低狀態(tài)。然而這樣的理想晶體在現(xiàn)實中是不存在的，實際晶體中存在著大量的這樣那樣的缺陷。所以，實際晶體都是非完整晶體。晶體中原子排列的不完整性稱為晶體缺陷?！?-1引言一、晶體缺陷的分類按照晶體缺陷的幾何形態(tài)可以分為四類：點缺陷(pointdefects)——零維缺陷線缺陷，又稱為位錯(dislocation)——一維缺陷
2、面缺陷——二維缺陷體缺陷——三維缺陷常見的點缺陷有：空位(vacancy)間隙原子(interstitialatom)置換原子(substitutionalatom)二、晶體缺陷對材料的影響晶體缺陷對晶體材料性能的影響非常大：力學性能：如，強度、硬度、塑性、韌性等；物理性能：如，電阻率、擴散系數等、比容、比熱容；化學性能：如，耐蝕性等；冶金性能：如，固態(tài)相變等；工藝性能：如，鍛造性能、沖壓性能、切削性能等?！?-2點缺陷空位是由于該處的原子被激活（即獲得了足夠的能量），跳離了自己的平衡位置而形成的。空位的形成有
3、時還會造成間隙原子的出現(xiàn)。由于空位的存在，使其周圍的原子偏離平衡位置，從而使晶格發(fā)生畸變，所以說空位是一種點缺陷。一、空位空位形成過程——動畫肖脫基(Schttky)空位：原子離開晶體（蒸發(fā)了）留下的空位。弗蘭克爾(Frenkel)空位：形成空位和間隙原子對。1、空位的分類形成一個空位所需的能量稱為空位形成能，溫度越高能夠獲得空位形成能的原子越多，所以空位的數量也就越多。在平衡狀態(tài)下，單位體積(1m3)的晶體中含有空位的數量稱為空位的平衡濃度。2、空位形成能和空位平衡濃度式中，ΔGv——1mol空位的生成自由能
4、，ΔHv——1mol空位的生成焓，ΔSv——1mol空位的熵增，R——氣體常數。例：在不同溫度時，銅晶體中空位的平衡濃度（空位數/m3）1m3銅中原子位置總數0℃(273K)250℃(523K)500℃(773K)750℃(1023K)1000℃(1273K)8.0×10282×10121.7×10201.1×10233×10242.2×1025N——原子位置的總數，Qv——1個空位形成能，JT——溫度，Kk——玻爾茲曼常數，1.38×10-23J/K(或8.62×10-5eV/K)常用公式：3、過飽和空位形成
5、在一定溫度時，晶體具有平衡的空位濃度。當空位濃度超過平衡濃度時，就稱為過飽和。淬火：溫度升高，平衡濃度增大，急速冷卻后，空位來不及消失，被保留下來，形成過飽和空位。冷變形：較低溫度下塑性變形，會產生空位，超過此溫度時的平衡濃度。輻照：高能粒子（中子、質子、氘核、α-粒子、電子等）照射時，晶體點陣上的原子被擊出，進入點陣間隙，留下空位，并形成間隙原子。獲得過飽和點缺陷（空位和間隙原子）的方式：二、間隙原子和置換原子間隙原子是指處于晶格間隙中的原子。晶格原子之間的間隙是很小的，一個原子硬擠進去必然使周圍原子偏離平衡
6、位置，造成晶格畸變，因此也是一種點缺陷。間隙原子又可分為兩種：同類的間隙原子，如前所述，一般是空位形成時產生的，空位濃度越高，則同類間隙原子的濃度也越高。異類間隙原子一般都是半徑很小的原子，如鋼鐵中的碳、氮、硼、氫原子即屬此類。盡管這些原子半徑很小，但是仍比晶格間隙的尺寸大，所以也會造成晶格畸變。異類間隙原子在一定溫度也有一個平衡濃度，稱之為固態(tài)溶解度，簡稱“固溶度”。間隙原子的固溶度通常都很小，但是對金屬強化卻起著極其重要的作用。見§2-3合金相結構/固溶體/間隙固溶體置換原子置換原子是溶入金屬晶體并且占據原
7、來基體原子平衡位置的異類原子。由于置換原子的半徑和基體原子的半徑總有些差異，所以也會使其周圍原子偏離平衡位置，造成晶格畸變。置換原子的固溶度一般較大，有些可以互為置換原子，如Cu-Ni合金，Ni在Cu（或Cu在Ni）中的固溶度可以達到100%，即Cu原子和Ni原子可以互相置換。見§2-3合金相結構/固溶體/置換固溶體
