第一節(jié)晶體中的點(diǎn)缺陷

第六章 晶體缺陷晶體缺陷：晶體中原子偏離平衡位置而出現(xiàn)的不完整性區(qū)域。按幾何特征可分為三類：點(diǎn)缺陷：不完整區(qū)域在三個(gè)空間方向上的尺寸均很小（原子尺度），如空位、間隙原子；線缺陷：不完整區(qū)域在二個(gè)空間方向上的尺寸很小，在另一個(gè)方向上的尺寸很大，如位錯(cuò)；面缺陷：不完整區(qū)域在一個(gè)空間方向上的尺寸很小，在另二個(gè)方向上的尺寸很大，如晶界、相界； 雖然晶體中存在缺陷，但從總體上看，還是較完整的。偏離平衡位置的原子，排列并不是雜亂無(wú)章的，仍按一定的規(guī)律產(chǎn)生、發(fā)展、運(yùn)動(dòng)和交互作用。晶體缺陷對(duì)晶體的許多性能有很大的影響，特別是對(duì)塑性、強(qiáng)度、擴(kuò)散等有著決定作用。第一節(jié) 點(diǎn)缺陷一、點(diǎn)缺陷的形成、分類形成原因：原子熱振動(dòng)的能量起伏，使少數(shù)原子的振動(dòng)能量在某瞬間很大，大到可以克服周圍原子對(duì)它的束縛，該原子就可離開其平衡位置，形成點(diǎn)缺陷。分類：空位：晶體內(nèi)部的原子離開其平衡位置后,留下的原子尺度的空洞。間隙原子：進(jìn)入晶體點(diǎn)陣間隙的原子。自間隙原子：由同類原子形成的間隙原子。異類間隙原子：由外來(lái)雜質(zhì)原子形成的間隙原子。置換原子：占據(jù)原來(lái)基體原子平衡位置的異類原子。置換原子與基體原子半徑總有差異，也是一類點(diǎn)缺陷。肖脫基缺陷：離位原子遷移到晶體的外表面或內(nèi)界面，而形成的空位。肖脫基缺陷

弗蘭克缺陷弗蘭克缺陷：離位原子跳入晶體點(diǎn)陣間隙中，形成一個(gè)空位的同時(shí)，還形成了一個(gè)間隙原子。點(diǎn)缺陷存在的結(jié)果：使周圍原子間的作用力失去平衡，原子將重新調(diào)整位置，點(diǎn)陣產(chǎn)生局部的彈性畸變，形成應(yīng)力場(chǎng)。如：空位周圍的原子向空位處偏移，間隙原子周圍的原子則向外偏移?？瘴灰鸬幕冚^間隙原子小。二、點(diǎn)缺陷的形成能點(diǎn)陣畸變，意味著原子離開了平衡位置，故晶體內(nèi)能必然升高。通常把這部分增加的能量稱為點(diǎn)缺陷形成能。即：點(diǎn)缺陷形成能：形成點(diǎn)缺陷所引起的晶體能量的增量。它包括畸變能和電子能（缺陷對(duì)晶體中電子狀態(tài)有影響）。空位形成能中，電子能為主，畸變能只占很小比例。間隙原子形成能中，彈性畸變能為主。實(shí)測(cè)的一些金屬的空位形成能△Ev。金屬Au Ag Cu Pt Al W Pb△Ev(ev) 0.94 1.06 1.06 1.50 0.75 3.50 0.50間隙原子引起的畸變較空位大的多，間隙原子的形成能較空位形成能大幾倍。Cu晶體的間隙原子形成能約3.00ev，是其空位形成能的2.83倍。三、點(diǎn)缺陷的平衡濃度點(diǎn)缺陷是熱力學(xué)穩(wěn)定的缺陷，可以在熱力學(xué)平衡的晶體中存在。在一定溫度下，晶體中總有一定平衡濃度的空位和間隙原子存在。在T溫度下，空位和間隙原子的平衡濃度分別為：（2-1）（2-2）ne、ne′—平衡空位和平衡間隙原子的數(shù)目；N—陣點(diǎn)總數(shù)；k—玻爾茲曼常數(shù)?！鱁V、△EV′—空位形成能和間隙原子形成能；△Sv、△Sv′—相應(yīng)的振動(dòng)熵變化。A、A′—由振動(dòng)熵決定的系數(shù)，其值約在1~10之間，方便計(jì)算時(shí)可取A=1；空位和間隙原子的平衡濃度隨溫度升高呈指數(shù)關(guān)系急劇增加。例：Cu在22℃時(shí)，C=2×109個(gè)/m3，1000℃時(shí)，C=5×1024個(gè)/m3，相差15個(gè)數(shù)量級(jí)。1eV=1.602

×10-19J(2戶d)2=a2+a22a2=4脆d2a=√2盜d晶胞改體積a3，晶辨胞內(nèi)最的原鏡子數(shù)4體積L3中的屬空位育數(shù)=達(dá)1/旗8×詢8=孩1，襪單位驢體積緊內(nèi)的輛空位托數(shù)為猾1危/L3=nv，雖L3=1攤/nvfc爐c四、肆過(guò)飽懶和空糟位過(guò)飽拘和空境位：晶隆體中瀉數(shù)量超過(guò)豈了其艷平衡澤濃度途的空灣位。過(guò)飽乎和空慰位將博對(duì)晶停體的攔性能森產(chǎn)生食影響閘。產(chǎn)生倒過(guò)飽拆和空貿(mào)位的戒方法朗：高溫螺淬火冷加脈工輻照五、播點(diǎn)缺眨陷的伯運(yùn)動(dòng)空位麻在晶吧體中進(jìn)的分作布是輸一個(gè)門動(dòng)態(tài)刻平衡撿，其況不斷種地與深周圍污原子梁交換鮮位置字。例如施：空位窄周圍項(xiàng)的原餡子，由億于熱桶振動(dòng)儲(chǔ)的能周量起樸伏，刷而獲狂得足網(wǎng)夠的鏟能量跳入周空位，并延占據(jù)豈這個(gè)債平衡顧位置崖，在腥這個(gè)興原子而原來(lái)錄的位映置上崖，就串形成肉一個(gè)弓空位文。這一視過(guò)程奧可看書成是空位剛向鄰領(lǐng)近陣閥點(diǎn)位丙置的逢遷移?？瘴患y的移宮動(dòng)空位遣遷移謠能：空厭位遷價(jià)移必適須獲臣得的烏能量脈△Em?？赏氝^(guò)實(shí)宰驗(yàn)方秀法測(cè)壁定。團(tuán)例如非：金屬Au紙A犯g娘Cu讀A幅l貿(mào)Pt描W△Em(e鴿v)升0.編87告0浴.8響1錢0.布94會(huì)0蚊.6歲2蛙0.葛75沖1仗.8抖7空位才的遷詞移頻喇率：j=νZ供ex束p(勵(lì)Sm/k巷)e高xp蚊(-害Em/k隆T)ν－原子呼振動(dòng)左頻率沈，Z－空位唱周圍錘原子如配位薯數(shù)，Sm－空址位遷移象熵，治△Em－空縫位遷棵移能燃。同理泄，由螺于熱盡振動(dòng)筒，晶甜體中浴的間搭隙原衫子也與可以洋由一宜個(gè)間竿隙位傳置遷獸移到皺另一田個(gè)間光隙位裙置。六、餅點(diǎn)缺霧陷對(duì)撐晶體備性能彼的影欄響1、素點(diǎn)缺習(xí)陷引起擦電阻喜的增價(jià)加。點(diǎn)缺暖陷區(qū)伸對(duì)傳誰(shuí)導(dǎo)電覺子產(chǎn)仗生強(qiáng)撤烈的騙散射莖，使雀電阻啟增大擦。如銅碼中每爺增加罪1%薄(欲原子汁)的俯空位禍，電答阻率單增加冊(cè)約為爐1.準(zhǔn)5μΩ宇m。2、點(diǎn)缺集陷的毛存在使晶膛體體泉積膨伸脹，瓶密度劍減小。形成恢一個(gè)董肖脫揮基缺涼陷，塵體積器膨脹艙約0撓.5耍個(gè)原悄子體尼積。形成爽一個(gè)暖弗蘭附克缺訓(xùn)陷，彩體積掘膨脹憂約1滴~2哀個(gè)原判子體贈(zèng)積。3、過(guò)飽陣和點(diǎn)缺繪陷提高攔金屬困的屈羞服強(qiáng)扔度。4、艘空位對(duì)高朱溫下表進(jìn)行付的過(guò)呢程起手重要供作用。如金膝屬的忘擴(kuò)散央、高飾溫塑砍性變穗形和零斷裂拼、退灘火、慨沉淀聽、表賭面化秋學(xué)熱革處理智等過(guò)錯(cuò)程，傍都與緩空位微的存趁在和寬運(yùn)動(dòng)奧有著匪密切洽的聯(lián)午系。5、療點(diǎn)缺弄陷還棍對(duì)內(nèi)歪耗、雕介電辟常數(shù)土等有香影響容。小結(jié)1、空位倉(cāng)是熱時(shí)力學(xué)圓穩(wěn)定辱的缺騾陷。2、不刻同金下屬空炸位形呢成能辯不同蓬。3、空罪位濃督度與濕空位瞧形成適能、雅溫度求密切桌相關(guān)4、空低位對(duì)莖金屬赤的物撇理及辨力學(xué)年性能諒有明弊顯影映響5、空竄位對(duì)認(rèn)材料描的高