1、3 晶體結(jié)構缺陷晶體結(jié)構缺陷 實際晶體中，由于原子不斷振動（熱運動），實際晶體中，由于原子不斷振動（熱運動），以及晶體的形成條件、冷熱加工過程和其他以及晶體的形成條件、冷熱加工過程和其他輻射、雜質(zhì)等因素的影響，可能產(chǎn)生微區(qū)不輻射、雜質(zhì)等因素的影響，可能產(chǎn)生微區(qū)不規(guī)則性和微區(qū)不完整性，即規(guī)則性和微區(qū)不完整性，即晶體缺陷晶體缺陷。 晶體缺陷對晶體的性能，特別是對那些結(jié)構晶體缺陷對晶體的性能，特別是對那些結(jié)構敏感的性能，如屈服強度、斷裂強度、塑性、敏感的性能，如屈服強度、斷裂強度、塑性、電阻率、磁導率等都有較大影響。電阻率、磁導率等都有較大影響。 此外，晶體缺陷還與擴散、相變、塑性形變、此外，晶體缺

2、陷還與擴散、相變、塑性形變、再結(jié)晶、氧化、燒結(jié)等有密切關系。再結(jié)晶、氧化、燒結(jié)等有密切關系。3.3.1 1 晶體結(jié)構缺陷的類型晶體結(jié)構缺陷的類型 一般按照缺陷的幾何形態(tài)和形成原因進一般按照缺陷的幾何形態(tài)和形成原因進行分類。行分類。 3.1.1 按缺陷的幾何形態(tài)分類按缺陷的幾何形態(tài)分類 按照晶體缺陷的幾何形態(tài)以及相對于晶按照晶體缺陷的幾何形態(tài)以及相對于晶體的尺寸，或其影響范圍的大小，可將體的尺寸，或其影響范圍的大小，可將其分為以下幾類：點缺陷、線缺陷、面其分為以下幾類：點缺陷、線缺陷、面缺陷和體缺陷。缺陷和體缺陷。 一、一、點缺陷： 其特征是三個方向的尺寸都其特征是三個方向的尺寸都很小，尺寸范圍

3、約為一個或幾個原子尺度，很小，尺寸范圍約為一個或幾個原子尺度，為為零維缺陷零維缺陷。 如：空位、間隙質(zhì)點、雜質(zhì)質(zhì)點、色心和置如：空位、間隙質(zhì)點、雜質(zhì)質(zhì)點、色心和置換原子。除此以外，還有空位，間隙質(zhì)點以換原子。除此以外，還有空位，間隙質(zhì)點以及這幾類缺陷的復合體等均屬于這一類。及這幾類缺陷的復合體等均屬于這一類。 點缺陷與材料的電學性質(zhì)、光學性質(zhì)、材料點缺陷與材料的電學性質(zhì)、光學性質(zhì)、材料的高溫動力學過程有關。的高溫動力學過程有關。 高分子晶體中特有的點缺陷高分子晶體中特有的點缺陷(a)分子鏈上的異常鍵合分子鏈上的異常鍵合(b)分子鏈位置發(fā)生交換分子鏈位置發(fā)生交換(c)兩個分子鏈向?qū)Ψ较蛘郫B兩個分

4、子鏈向?qū)Ψ较蛘郫B 二、二、線缺陷: : 其特征是缺陷在兩個方向其特征是缺陷在兩個方向上尺寸很?。ㄅc點缺陷相似），而第三上尺寸很?。ㄅc點缺陷相似），而第三方向上的尺寸卻很大，甚者可以貫穿整方向上的尺寸卻很大，甚者可以貫穿整個晶體，也稱之為一維缺陷個晶體，也稱之為一維缺陷 屬于這一類的主要是位錯。屬于這一類的主要是位錯。 線缺陷的產(chǎn)生及運動與材料的韌性、脆線缺陷的產(chǎn)生及運動與材料的韌性、脆性密切相關。性密切相關。 三、三、面缺陷: : 其特征是缺陷在一個方向其特征是缺陷在一個方向上的尺寸很?。ㄍc缺陷），而其余兩上的尺寸很小（同點缺陷），而其余兩個方向上的尺寸很大。個方向上的尺寸很大。 晶體的外表

5、面及各種內(nèi)界面如：一般晶晶體的外表面及各種內(nèi)界面如：一般晶界、孿晶界、亞晶界、相界及層錯等均界、孿晶界、亞晶界、相界及層錯等均屬于這一類。屬于這一類。 面缺陷的取向及分布與材料的斷裂韌性面缺陷的取向及分布與材料的斷裂韌性有關。有關。 四、體缺陷: : 在局部的三維空間偏離理在局部的三維空間偏離理想晶體的周期性、規(guī)則性排列而產(chǎn)生的想晶體的周期性、規(guī)則性排列而產(chǎn)生的缺陷。缺陷。 如：第二相粒子團、空位團等。如：第二相粒子團、空位團等。 體缺陷與物系的分相、偏聚等過程有關。體缺陷與物系的分相、偏聚等過程有關。 3.1.2 按缺陷產(chǎn)生的原因分類按缺陷產(chǎn)生的原因分類 一、一、熱缺陷 亦稱為本征缺陷，指由

6、熱起伏的原因所亦稱為本征缺陷，指由熱起伏的原因所產(chǎn)生的空位和（或）間隙質(zhì)點。產(chǎn)生的空位和（或）間隙質(zhì)點。 過程中，缺陷的產(chǎn)生和復合始終處于一過程中，缺陷的產(chǎn)生和復合始終處于一種動態(tài)平衡。種動態(tài)平衡。 熱缺陷包括弗倫克爾缺陷熱缺陷包括弗倫克爾缺陷(Frenkel Defect)和肖特基缺陷和肖特基缺陷(Schottky Defect)。 質(zhì)點離開正常格點后遷移到晶體表面或質(zhì)點離開正常格點后遷移到晶體表面或內(nèi)表面的正常結(jié)點位置上，而使晶體內(nèi)內(nèi)表面的正常結(jié)點位置上，而使晶體內(nèi)部留下空位，稱為肖特基（部留下空位，稱為肖特基（Schottky）空位（下圖空位（下圖a）；）； 質(zhì)點離開正常格點后擠入點陣的

7、間隙位質(zhì)點離開正常格點后擠入點陣的間隙位置，而在晶體中同時形成數(shù)目相等的空置，而在晶體中同時形成數(shù)目相等的空位和間隙原子，稱為弗蘭克位和間隙原子，稱為弗蘭克(Frenkel)缺缺陷陷(下圖下圖b)； 二、二、雜質(zhì)缺陷 亦稱為組成缺陷，指由外來雜質(zhì)的引入而亦稱為組成缺陷，指由外來雜質(zhì)的引入而產(chǎn)生的缺陷。產(chǎn)生的缺陷。 特征：當雜質(zhì)的濃度在固溶體的溶解度范特征：當雜質(zhì)的濃度在固溶體的溶解度范圍之內(nèi)時，雜志缺陷的濃度與溫度無關。圍之內(nèi)時，雜志缺陷的濃度與溫度無關。 如：紅寶石如：紅寶石 微量雜質(zhì)缺陷的存在，將極大地改善基質(zhì)微量雜質(zhì)缺陷的存在，將極大地改善基質(zhì)晶體的物理性質(zhì)。晶體的物理性質(zhì)。 三、三、非

8、化學計量缺陷 指組成上偏離化學中的定比定律所形成的指組成上偏離化學中的定比定律所形成的缺陷。缺陷。 由基質(zhì)晶體與介質(zhì)中的某些組分發(fā)生交換由基質(zhì)晶體與介質(zhì)中的某些組分發(fā)生交換而產(chǎn)生。而產(chǎn)生。 特征特征:其化學組成隨周圍氣氛的性質(zhì)及其分其化學組成隨周圍氣氛的性質(zhì)及其分壓大小而改變。壓大小而改變。 如：如：Fe1-xO、Zn1+xO，半導體材料，半導體材料 四、四、電荷缺陷 指質(zhì)點排列的周期性未受到破壞，但因指質(zhì)點排列的周期性未受到破壞，但因電子或孔穴的產(chǎn)生使周期性勢場發(fā)生畸電子或孔穴的產(chǎn)生使周期性勢場發(fā)生畸變而產(chǎn)生缺陷。變而產(chǎn)生缺陷。 如：非金屬晶體在接近如：非金屬晶體在接近0K時，價帶中電時，價

9、帶中電子全部排滿，導帶中全空，如果價帶中子全部排滿，導帶中全空，如果價帶中的電子獲得足夠的能量越過禁帶進入導的電子獲得足夠的能量越過禁帶進入導帶，則導帶中的電子、價帶中的孔穴使帶，則導帶中的電子、價帶中的孔穴使晶體的勢場畸變，從而產(chǎn)生電荷缺陷。晶體的勢場畸變，從而產(chǎn)生電荷缺陷。 五、五、輻照缺陷 材料在輻照之下產(chǎn)生晶體結(jié)構上的不完材料在輻照之下產(chǎn)生晶體結(jié)構上的不完整。整。 輻照可是材料內(nèi)部產(chǎn)生各種缺陷：色心、輻照可是材料內(nèi)部產(chǎn)生各種缺陷：色心、位錯環(huán)等。位錯環(huán)等。 對各種材料的損失效應不同對各種材料的損失效應不同3.3.2 2 點缺陷點缺陷 點缺陷包括：熱缺陷、組成缺陷、非化學點缺陷包括：熱缺

10、陷、組成缺陷、非化學計量缺陷、色心等。計量缺陷、色心等。 其產(chǎn)生和復合始終處于動態(tài)平衡狀態(tài)，它其產(chǎn)生和復合始終處于動態(tài)平衡狀態(tài)，它們之間還會像化學反應似地相互反應。們之間還會像化學反應似地相互反應。 3.2.1 點缺陷的符號表征點缺陷的符號表征Krogervink 符號符號 無缺陷狀態(tài)：無缺陷狀態(tài)：0 晶格結(jié)點空位：晶格結(jié)點空位：在在MX中中VM, VX 填隙原子填隙原子:Ai, Xi 錯位原子錯位原子:在在AB中，中，AB, BA 取代原子取代原子:在在MX中中NM 電子缺陷電子缺陷:e, h 帶電缺陷帶電缺陷: VM, VX , Ai , Xi, AB , BA , NM(n-m) 3.2

11、.2 點缺陷反應方程式點缺陷反應方程式 1、缺陷化學缺陷化學 將點缺陷看作化學實物，并用化學熱力將點缺陷看作化學實物，并用化學熱力學的理論來研究缺陷的產(chǎn)生、平衡及濃學的理論來研究缺陷的產(chǎn)生、平衡及濃度等問題的一門學科。度等問題的一門學科。 研究的前提是點缺陷濃度不超過某一臨研究的前提是點缺陷濃度不超過某一臨界值，超過臨界值會產(chǎn)生新相。界值，超過臨界值會產(chǎn)生新相。 2、缺陷反應方程式規(guī)則、缺陷反應方程式規(guī)則 a.位置關系位置關系：化合物中，不同質(zhì)點的位置數(shù)目：化合物中，不同質(zhì)點的位置數(shù)目不變（原子中質(zhì)點數(shù)目不變）。不變（原子中質(zhì)點數(shù)目不變）。 如：如：ZrO2中，中，Zr4+和和O2-的位置數(shù)之

12、比為的位置數(shù)之比為1:2 注意：注意：i 形成空位時，質(zhì)點離開，位置仍在；形成空位時，質(zhì)點離開，位置仍在； ii間隙原子時不占據(jù)結(jié)點位置的。間隙原子時不占據(jù)結(jié)點位置的。 b. 質(zhì)量平衡質(zhì)量平衡：反應式兩邊必須保持質(zhì)量平衡。：反應式兩邊必須保持質(zhì)量平衡。 c. 電荷平衡電荷平衡：晶體必須保持電中性。：晶體必須保持電中性。 至于表面位置，一般不特別標出，至于表面位置，一般不特別標出， 3、舉例、舉例 (1)少量少量CaCl2溶解在溶解在KCl中中 a. CaCl2進入晶格，由于引入兩個進入晶格，由于引入兩個Cl-，為為保持晶格，必然以保持晶格，必然以Ca2+取代取代K+, 產(chǎn)生產(chǎn)生和和 ; 為保持

13、電荷平衡和位置關系為保持電荷平衡和位置關系K:Cl=1:1, 必然出現(xiàn)空位必然出現(xiàn)空位KCaKVClKKKCl22ClVCaCaCl b. 一個一個Ca2+、一個一個Cl-進入結(jié)點，一個進入結(jié)點，一個Cl-進入間隙進入間隙 c. Cl-進入結(jié)點，進入結(jié)點， Ca2+進入間隙進入間隙 上述三式中，哪一個合理？上述三式中，哪一個合理？iClKKCl2ClClCaCaClKiClKCl2V2Ca2ClCaCl (2)TiO2、 ZrO2失去部分氧，形成非化學計量失去部分氧，形成非化學計量化合物化合物TiO 2-x、ZrO2-x 缺陷反應式：缺陷反應式： 或或 也可寫成也可寫成)(gO3OV2Ti2T

14、iO221OOTi2)(gO3OV2Ti4O2Ti221OOTiOTi)(gOV2eO221OOO PVKO2OO212e612612212)(PD)P(VV2)P(VOOO2OOOK因此，因此，TiO2-x、ZrO2-x對氧的分壓是對氧的分壓是敏感的，在燒結(jié)這一類型的陶瓷時，敏感的，在燒結(jié)這一類型的陶瓷時，要注意氧的分壓。要注意氧的分壓。OO是一個近似的常數(shù)，同時由方程式可知是一個近似的常數(shù)，同時由方程式可知O2V e 一般規(guī)律：一般規(guī)律： 1 1、低價低價正離子占據(jù)正離子占據(jù)高價高價正離子的位置時，該位正離子的位置時，該位置帶有置帶有負負電荷。為保持電中性，會產(chǎn)生負離子空電荷。為保持電中性

15、，會產(chǎn)生負離子空位或間隙正離子；位或間隙正離子； 2 2、高價高價正離子占據(jù)正離子占據(jù)低價低價正離子的位置時，該位正離子的位置時，該位置帶有置帶有正正電荷。為保持電中性，會產(chǎn)生正離子空電荷。為保持電中性，會產(chǎn)生正離子空位或間隙負離子；位或間隙負離子； 當晶體中剩余空隙比較小時，容易形成肖特基缺當晶體中剩余空隙比較小時，容易形成肖特基缺陷；當晶體中剩余空隙比較大時，容易形成弗倫陷；當晶體中剩余空隙比較大時，容易形成弗倫克爾缺陷?？藸柸毕?。 練習： 232TiOOAl2CaOTiO 解解： AlOiOAl2 iOAlOAl2 AlOAlOAl2V4O63Ti3TiOO3O2Ti2TiOVO63Ti

16、3TiO323232 Oi TiTiOOO TiTiOO2CaCa2CaOVOCaCaO22 正離子基準正離子基準負離子基準負離子基準間隙離子間隙離子正離子基準正離子基準負離子基準負離子基準 3.2.3 熱缺陷濃度的計算熱缺陷濃度的計算 點缺陷的存在，一方面造成點陣畸變。使點缺陷的存在，一方面造成點陣畸變。使晶體的內(nèi)能升高，降低了晶體的熱力學穩(wěn)晶體的內(nèi)能升高，降低了晶體的熱力學穩(wěn)定性；定性； 另一方面，由于增大了原子排列的混亂程另一方面，由于增大了原子排列的混亂程度，并改變了其周圍原子的振動頻率，引度，并改變了其周圍原子的振動頻率，引起組態(tài)熵和振動熵的改變，使晶體熵值增起組態(tài)熵和振動熵的改變，

17、使晶體熵值增大，增加了晶體的熱力學穩(wěn)定性。大，增加了晶體的熱力學穩(wěn)定性。 上述兩個對立因素的平衡使得晶體中的點上述兩個對立因素的平衡使得晶體中的點缺陷在一定溫度下有一定的平衡濃度。缺陷在一定溫度下有一定的平衡濃度。 一、熱力學方法計算熱缺陷濃度一、熱力學方法計算熱缺陷濃度 在恒溫下，系統(tǒng)的自由能在恒溫下，系統(tǒng)的自由能 G = H TS 設由設由N個原子組成的晶體中含有個原子組成的晶體中含有n個空位，若形個空位，若形成一個空位所需能量為成一個空位所需能量為Ev，則晶體中含有則晶體中含有n個個空位時，其內(nèi)能將增加空位時，其內(nèi)能將增加 H = nh，而幾個空位而幾個空位造成晶體組態(tài)熵的改變?yōu)樵斐删w

18、組態(tài)熵的改變?yōu)?Sc，振動熵為振動熵為n Sv，故自由能的變化為：故自由能的變化為： G = nh T(Sc + n Sv) 根據(jù)統(tǒng)計熱力學，組態(tài)熵可表示為：根據(jù)統(tǒng)計熱力學，組態(tài)熵可表示為： Sc = klnW 式中，式中，k為波爾茲曼常數(shù)為波爾茲曼常數(shù)(1.38 10-23 J/K)，W為為微觀狀態(tài)的數(shù)目。微觀狀態(tài)的數(shù)目。 因此在晶體中因此在晶體中N+n個陣點位置上存在個陣點位置上存在n個空位個空位和和N個原子時，可能出現(xiàn)的不同排列方式數(shù)目：個原子時，可能出現(xiàn)的不同排列方式數(shù)目： 于是，晶體組態(tài)熵的增值于是，晶體組態(tài)熵的增值!)!(nNnNW!)!(ln 1ln!)!(lnnNnNknNnN

19、kSc 當當N和和n值都非常大時，可用值都非常大時，可用Stirling近似公式近似公式（lnx! xlnx x）將上式改寫為：將上式改寫為： 于是，于是， 在平衡時，自由能為最小，即在平衡時，自由能為最小，即 當當Nn時，時，lnln)ln()(nnNNnNnNkSclnln)ln()()(GnnNNnNnNkTSThnc0ln)ln()G(nnNkTSThncTkTGkTSThnNscln 故空位在故空位在T溫度時的平衡濃度溫度時的平衡濃度 對于正負離子成對出現(xiàn)的肖特基缺陷，空位濃對于正負離子成對出現(xiàn)的肖特基缺陷，空位濃度為度為; ; 弗倫克爾缺陷濃度：弗倫克爾缺陷濃度：)2Gexp(sk

20、TNnC)Gexp(skTNnC)2Gexp(FkTNnC 3.2.4 熱缺陷在外力作用下的運動熱缺陷在外力作用下的運動 點缺陷遷移能點缺陷遷移能Em與遷移頻率與遷移頻率 的關系：的關系： 式中，式中， 0為點缺陷周圍原子的振動頻率，為點缺陷周圍原子的振動頻率，Z為點缺陷周圍原子配位數(shù)為點缺陷周圍原子配位數(shù), Sm為點缺陷的遷為點缺陷的遷移熵。移熵。expexp0kTEkSZmm 晶體中原子的擴散：空位與間隙原子不晶體中原子的擴散：空位與間隙原子不斷地產(chǎn)生與復合，才不停地由一處向另斷地產(chǎn)生與復合，才不停地由一處向另一處作物規(guī)則的布朗運動。一處作物規(guī)則的布朗運動。 當存在外力場（可以是力場、電場

21、、濃當存在外力場（可以是力場、電場、濃度場等）時，熱缺陷可以做定向運動。度場等）時，熱缺陷可以做定向運動。 3.2.4 熱缺陷與晶體的離子導電性熱缺陷與晶體的離子導電性 一、導電現(xiàn)象一、導電現(xiàn)象 材料中帶電粒子的電導率：材料中帶電粒子的電導率： 各種帶電粒子總的電導率：各種帶電粒子總的電導率：nzeVnzej iiiiezni21 二、純凈晶體的離子電導性二、純凈晶體的離子電導性 對于純凈的對于純凈的MX型晶體，其離子電導率為：型晶體，其離子電導率為： 即：晶體的離子電導率取決于晶體中熱缺陷的即：晶體的離子電導率取決于晶體中熱缺陷的多少及缺陷在電場作用下的漂移速度的高低或多少及缺陷在電場作用下

22、的漂移速度的高低或擴散系數(shù)的大小。擴散系數(shù)的大小。DkTenz223.3.3 3 線線 缺缺 陷陷 3.3.1晶體的塑性和強度晶體的塑性和強度 一、完整晶體的塑性變形方式一、完整晶體的塑性變形方式 1.1.晶體在外力場下的滑移晶體在外力場下的滑移 一個滑移面和該面上的一個確定的滑移方向，一個滑移面和該面上的一個確定的滑移方向，構成一個滑移系統(tǒng)，以構成一個滑移系統(tǒng)，以(hkl)uvw來表示。來表示。 晶體滑移的臨界分切應力晶體滑移的臨界分切應力開動晶體滑移開動晶體滑移系統(tǒng)所需的最系統(tǒng)所需的最小分切應力，小分切應力，稱之為臨界分稱之為臨界分切應力切應力( c)。 2.晶體在外力作用下的孿生晶體在外

23、力作用下的孿生滑滑 移移孿孿 生生相相同同點點對于給定晶體而言，滑移（孿生）面及對于給定晶體而言，滑移（孿生）面及其方向是確定其方向是確定 的。的。條件：應變方向上，分切應力大于或等條件：應變方向上，分切應力大于或等于臨界分切應力于臨界分切應力( p c)不不同同點點晶體位向不發(fā)生變晶體位向不發(fā)生變化化晶體位向發(fā)生變化晶體位向發(fā)生變化切變量為滑移方向切變量為滑移方向上原子間距的整數(shù)上原子間距的整數(shù)倍倍切變量不一定為孿切變量不一定為孿生方向上原子間距生方向上原子間距的整數(shù)倍的整數(shù)倍臨界分切應力：滑移孿生臨界分切應力：滑移孿生提供的變形量：滑移孿生提供的變形量：滑移孿生 整晶體的理論切變強度整晶體

24、的理論切變強度 G切變模量切變模量 對于簡單立方晶體對于簡單立方晶體, a = aGm22Gm 3.3.2 位錯的基本類型和特征位錯的基本類型和特征 1. 刃型位錯刃型位錯EF刃型刃型位錯線位錯線 刃型位錯的特點：刃型位錯的特點： (1)有一個額外的半原子面。有一個額外的半原子面。 正刃型位錯正刃型位錯：多出的半原子面在滑移面：多出的半原子面在滑移面上邊上邊 負刃型位錯負刃型位錯：多出的半原子面在滑移面多出的半原子面在滑移面下邊下邊 (2)刃型位錯線可以理解為晶體中已滑移刃型位錯線可以理解為晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線。區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線。 它不一定是直線，也可以是折線或曲線，它不一定是

25、直線，也可以是折線或曲線，但它必須垂直于滑移方向，也垂直于滑但它必須垂直于滑移方向，也垂直于滑移矢量。移矢量。 (3)滑移面必定是同時包含有位錯線和滑滑移面必定是同時包含有位錯線和滑移矢量的平面，在其它平面上不能滑移。移矢量的平面，在其它平面上不能滑移。 由于位錯線與滑移矢量相互垂直，它們由于位錯線與滑移矢量相互垂直，它們所構成的平面只有一個。所構成的平面只有一個。 (4)晶體中存在刃型位錯之后，位錯周圍晶體中存在刃型位錯之后，位錯周圍的點陣發(fā)生彈性畸變，既有切應變，又的點陣發(fā)生彈性畸變，既有切應變，又有正應變。有正應變。 正刃型位錯正刃型位錯：滑移面上方點陣受到壓應：滑移面上方點陣受到壓應力

26、，陣點間距小于正常點陣間距；下方力，陣點間距小于正常點陣間距；下方點陣受到拉應力，陣點間距大于正常點點陣受到拉應力，陣點間距大于正常點陣間距；陣間距； 負刃型位錯負刃型位錯與此相反。與此相反。 (5)在位錯線周圍的過渡區(qū)（畸變區(qū)）每在位錯線周圍的過渡區(qū)（畸變區(qū)）每個原子具有較大的平均能量。個原子具有較大的平均能量。 但該區(qū)只有幾個原子間距寬，畸變區(qū)是但該區(qū)只有幾個原子間距寬，畸變區(qū)是狹長的管道，所以刃型位錯是線缺陷。狹長的管道，所以刃型位錯是線缺陷。 2. 螺型位錯螺型位錯位錯線位錯線:bb 螺型位錯的特征螺型位錯的特征： (1)無額外半原子面，原子錯排是呈軸對無額外半原子面，原子錯排是呈軸對

27、稱的。稱的。 (2)根據(jù)位錯線附近呈螺旋形排列的原子根據(jù)位錯線附近呈螺旋形排列的原子的旋轉(zhuǎn)方向不同，螺型位錯可分為左旋的旋轉(zhuǎn)方向不同，螺型位錯可分為左旋和右旋螺型位錯。和右旋螺型位錯。 符號分別為：符號分別為：左旋左旋 右旋右旋 (3)螺型位錯線與滑移矢量平行，因此一螺型位錯線與滑移矢量平行，因此一定是直線，而且位錯線的移動方向與晶定是直線，而且位錯線的移動方向與晶體滑移方向相互垂直。體滑移方向相互垂直。 (4)純螺型位錯的滑移面不是唯一的。凡純螺型位錯的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位錯線的平面都可以作為它是包含螺型位錯線的平面都可以作為它的滑移面。但實際上，滑移通常是在那的滑移面。但實際上

28、，滑移通常是在那些原子密排面上進行的。些原子密排面上進行的。 (5)螺型位錯線周圍的點陣也發(fā)生了彈性畸螺型位錯線周圍的點陣也發(fā)生了彈性畸變，但是，只有平行于位錯線的切應變而變，但是，只有平行于位錯線的切應變而無正應變，則不會引起體積膨脹和收縮，無正應變，則不會引起體積膨脹和收縮，且在垂直于位錯線的平面投影上，看不到且在垂直于位錯線的平面投影上，看不到原子的位移，看不出有缺陷。原子的位移，看不出有缺陷。 (6)螺型位錯周圍的點陣畸變隨離位錯線距螺型位錯周圍的點陣畸變隨離位錯線距離的增加而急劇減少，故它也是包含有幾離的增加而急劇減少，故它也是包含有幾個原子寬度的線缺陷。個原子寬度的線缺陷。 3.混

29、合位錯混合位錯 滑移矢量既不平行也不垂直于位錯線，而與位滑移矢量既不平行也不垂直于位錯線，而與位錯線相交成任意角度。錯線相交成任意角度。注意：由于位錯線是滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界注意：由于位錯線是滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線。因此位錯有一個重要的性質(zhì)，即一根位錯線。因此位錯有一個重要的性質(zhì)，即一根位錯線不能終止于晶體內(nèi)部，而只能露頭于晶體表線不能終止于晶體內(nèi)部，而只能露頭于晶體表面（包括晶界）。面（包括晶界）。若位錯線終止于晶體內(nèi)部，則必與其它位錯線若位錯線終止于晶體內(nèi)部，則必與其它位錯線相連接，或在晶體內(nèi)部形成封閉線（位錯環(huán)）。相連接，或在晶體內(nèi)部形成封閉線（位錯環(huán)）。3.3.3 柏氏矢量柏氏矢量

30、1. 確定方法確定方法a a首先選定位錯線的正向首先選定位錯線的正向( ( ),),通常規(guī)定出紙面的通常規(guī)定出紙面的方向為位錯線的正方向；方向為位錯線的正方向；b b實際晶體中，在位錯周圍沿著點陣結(jié)點形成封實際晶體中，在位錯周圍沿著點陣結(jié)點形成封閉回路閉回路 ( (避開嚴重畸變區(qū)避開嚴重畸變區(qū))()(柏氏回路）。柏氏回路）。c c在理想晶體中按同樣順序作同樣大小但不閉合在理想晶體中按同樣順序作同樣大小但不閉合的回路。從終點到起點引一矢量的回路。從終點到起點引一矢量b b。即為位錯的即為位錯的柏氏矢量。柏氏矢量。2. 柏氏矢量的表示方法柏氏矢量的表示方法a 表示表示: b=a uvw /n （可

31、以用矢量加法進行運可以用矢量加法進行運算）。算）。b 求模：求模：/b/=a u2+v2+w21/2 /n 。3. 柏氏矢量的物理意義與應用柏氏矢量的物理意義與應用a a 代表位錯，并表示其特征（強度、畸變量）。代表位錯，并表示其特征（強度、畸變量）。b b 判斷位錯的類型判斷位錯的類型, , 確定滑移面。確定滑移面。 正刃型位錯正刃型位錯 負刃型位錯負刃型位錯 右螺型位錯右螺型位錯 左螺型位錯左螺型位錯 刃刃 型型 位位 錯：錯：b = 0右螺旋位錯：右螺旋位錯： b = b左螺旋位錯：左螺旋位錯： b = -bc 表示晶體滑移的方向和大小。表示晶體滑移的方向和大小。如下圖所示，確定位錯線分

32、別為刃型位錯和螺型如下圖所示，確定位錯線分別為刃型位錯和螺型位錯時掃過晶體導致的表面圓形標記的變化情況位錯時掃過晶體導致的表面圓形標記的變化情況。d 柏氏矢量的守恒性與唯一性：一條位錯線具有柏氏矢量的守恒性與唯一性：一條位錯線具有唯一的柏氏矢量。唯一的柏氏矢量。e 若若b分支為分支為b1, b2.bn, 在在b= bi.b1b3b23.3.4 位錯的運動位錯的運動（1 1）位錯的易動性）位錯的易動性原子的微小移動導致晶體產(chǎn)生一個原子間距的位原子的微小移動導致晶體產(chǎn)生一個原子間距的位移。移。多個位錯的運動導致晶體的宏觀變形。多個位錯的運動導致晶體的宏觀變形。 比喻：地毯的挪動、蛇的爬行等。比喻：

33、地毯的挪動、蛇的爬行等。（2 2）位錯運動的方式）位錯運動的方式 a a 滑移滑移：位錯沿著滑移面的移動。：位錯沿著滑移面的移動。 刃型位錯的滑移：具有唯一的滑移面刃型位錯的滑移：具有唯一的滑移面 切應力方向與位錯線垂直；切應力方向與位錯線垂直； 晶體滑移方向與位錯運動方向一致。晶體滑移方向與位錯運動方向一致。多多 腳腳 蟲蟲 的的 爬爬 行行 滑移的機理滑移的機理 把滑移設想為剛性整體滑動所需把滑移設想為剛性整體滑動所需的理論臨界切應力值比實際測量的理論臨界切應力值比實際測量臨界切應力值大臨界切應力值大3-4個數(shù)量級。個數(shù)量級。l滑移是通過滑移面上位錯的運動來實現(xiàn)的?；剖峭ㄟ^滑移面上位錯的

34、運動來實現(xiàn)的。螺型位錯的滑移：具有多個滑移面。螺型位錯的滑移：具有多個滑移面。 切應力方向與位錯線平行；切應力方向與位錯線平行； 晶體滑移方向與位錯運動方向垂直。晶體滑移方向與位錯運動方向垂直。從柏氏矢量角度，對任何位錯：從柏氏矢量角度，對任何位錯： 切應力方向與柏氏矢量一致；切應力方向與柏氏矢量一致； 晶體滑移與柏氏矢量一致。晶體滑移與柏氏矢量一致。 b b 攀移攀移：刃型位錯在垂直于滑移面方向上的運：刃型位錯在垂直于滑移面方向上的運動。動。 機制：原子面下端原子的擴散機制：原子面下端原子的擴散位錯隨半位錯隨半原子面的上下移動而上下運動。原子面的上下移動而上下運動。 分類：正攀移（原子面上移

35、、空位加入）分類：正攀移（原子面上移、空位加入）/ /負攀移（原子面下移、原子加入）。負攀移（原子面下移、原子加入）。 應力的作用：（半原子面?zhèn)龋簯τ欣趹Φ淖饔茫海ò朐用鎮(zhèn)龋簯τ欣谡室?，拉應力有利于負攀移。正攀移，拉應力有利于負攀移?.2.4 位錯的彈性性質(zhì)位錯的彈性性質(zhì)1. 1. 位錯的應力場位錯的應力場 a. a. 螺型位錯：螺型位錯： z= b/2 r z G b/2 r。 特點：特點： 只有切應力只有切應力分量；正應力分量全為零分量；正應力分量全為零 應力場對稱分布。應力場對稱分布。b. b. 刃位錯：表達式；刃位錯：表達式；同時存在正應力分量與切應力分量同時存在正

36、應力分量與切應力分量； 各應力分量都是各應力分量都是x x，y y的函數(shù)，而與的函數(shù)，而與z z無關；無關； 刃型位錯的應力場對稱于多余半原子面（刃型位錯的應力場對稱于多余半原子面（y-z面）；面）； Y=0時，時，xx= yy= zz=0，說明說明在滑移面上，沒有正應在滑移面上，沒有正應力，只有切應力，而且切應力力，只有切應力，而且切應力xy達到極大值達到極大值。 y0時，時，xx0；而而y0時，時，xx0。這說明這說明正刃型正刃型位錯的位錯滑移面上側(cè)為壓應力，滑移面下側(cè)為張應位錯的位錯滑移面上側(cè)為壓應力，滑移面下側(cè)為張應力力。在應力場的任意位置處，在應力場的任意位置處，|xx |yy |。

37、 2. 位錯的應變能位錯的應變能 單位長度位錯的應變能：單位長度位錯的應變能：E = Gb2(推導略推導略)。（ 0.51.0, 螺位錯取下限，刃位錯取上限。）螺位錯取下限，刃位錯取上限。） 幾點結(jié)論幾點結(jié)論: 位錯是不穩(wěn)定的缺陷。（熵增不能抵消應變能的位錯是不穩(wěn)定的缺陷。（熵增不能抵消應變能的增加。）增加。） 單根位錯趨于直線狀；單根位錯趨于直線狀； 位錯具有長程應力場位錯具有長程應力場； 螺型位錯彈性應變能??；螺型位錯彈性應變能?。?滑移方向總是原子的密排方向滑移方向總是原子的密排方向。 3. 位錯的線張力：位錯的線張力：T kGb2。保持位錯彎曲所需的切應力：保持位錯彎曲所需的切應力：

38、Gb/2r4.4.位錯間的交互作用位錯間的交互作用 f=b ，f=b （刃位錯）刃位錯）。 同號相互排斥，異號相互吸引。同號相互排斥，異號相互吸引。( (達到能量最低狀態(tài)。達到能量最低狀態(tài)。) ) 3.2.5 位錯的生成和增殖位錯的生成和增殖 1. 位錯的密度：單位體積晶體中所含的位錯的密度：單位體積晶體中所含的位錯線的總長度位錯線的總長度 實際上的位錯密度：等于穿過單位面積實際上的位錯密度：等于穿過單位面積的位錯線數(shù)目的位錯線數(shù)目2cmVLAnlAnl 2. 位錯的生成位錯的生成 (1)晶體生長過程中產(chǎn)生位錯晶體生長過程中產(chǎn)生位錯 熔體中的雜質(zhì)原子熔體中的雜質(zhì)原子 溫度梯度、濃度梯度、機械振

39、動等的影響溫度梯度、濃度梯度、機械振動等的影響 生長過程中的晶粒碰撞、液流沖擊、冷卻時生長過程中的晶粒碰撞、液流沖擊、冷卻時的體積變化等影響的體積變化等影響 (2)高溫快速冷卻凝固時，晶體內(nèi)有大量的過飽高溫快速冷卻凝固時，晶體內(nèi)有大量的過飽和空位，空位的聚集形成位錯。和空位，空位的聚集形成位錯。 (3)晶體內(nèi)部的某些界面和微裂紋附近，由于熱晶體內(nèi)部的某些界面和微裂紋附近，由于熱應力和組織應力的作用，出現(xiàn)應力集中的現(xiàn)象，應力和組織應力的作用，出現(xiàn)應力集中的現(xiàn)象，當此應力高致足以使該局部產(chǎn)生滑移時，就在當此應力高致足以使該局部產(chǎn)生滑移時，就在該區(qū)域產(chǎn)生位錯。該區(qū)域產(chǎn)生位錯。 3. 3. 位錯的增殖

40、：位錯的增殖： F-R F-R源。源。 位錯兩端被釘扎，位錯兩端被釘扎，在切應力作用發(fā)生彎曲；在切應力作用發(fā)生彎曲； 位錯運動時發(fā)生卷位錯運動時發(fā)生卷曲；曲； 異號位錯相遇產(chǎn)生異號位錯相遇產(chǎn)生一位錯環(huán)一位錯環(huán)+ +一位錯線；一位錯線； 上述過程重復進行。上述過程重復進行。3.2.6 3.2.6 實際晶體結(jié)構中的位錯實際晶體結(jié)構中的位錯1、實際晶體中位錯的柏氏矢量實際晶體中位錯的柏氏矢量 位錯的柏氏矢量一般是最短的點陣矢量。位錯的柏氏矢量一般是最短的點陣矢量。單位位錯單位位錯：柏氏矢量：柏氏矢量 = = 單位點陣矢量單位點陣矢量 全全 位位 錯錯：柏氏矢量：柏氏矢量 = = N點陣矢量點陣矢量

41、（N=1, 2, 3,.)不全位錯不全位錯：柏氏矢量：柏氏矢量 點陣矢量點陣矢量從能量條件看，由于位錯能量正比于從能量條件看，由于位錯能量正比于b b2 2，b b越小越越小越穩(wěn)定，即單位位錯應該是最穩(wěn)定的位錯。穩(wěn)定，即單位位錯應該是最穩(wěn)定的位錯。 2、堆垛層錯、堆垛層錯 3、不全為錯、不全為錯 堆垛層錯只是部分區(qū)域存在堆垛層錯只是部分區(qū)域存在（1）肖克利不全）肖克利不全位錯。位錯。形成：原子運動導形成：原子運動導致局部錯排，錯排致局部錯排，錯排區(qū)與完整晶格區(qū)的區(qū)與完整晶格區(qū)的邊界線即為肖克萊邊界線即為肖克萊不全位錯。不全位錯。 （結(jié)合位錯反應理（結(jié)合位錯反應理解?？山??？?為刃型、為刃型、螺

42、型或混合型位螺型或混合型位 錯。）錯。） （2）弗蘭克不全位錯弗蘭克不全位錯在 完 整 晶 體 中 局 部 抽 出 或 插 入 一 層 原 子 所在 完 整 晶 體 中 局 部 抽 出 或 插 入 一 層 原 子 所 形成。（只能攀移，不能滑移。）形成。（只能攀移，不能滑移。） 4、位錯反應、位錯反應 將位錯之間的相互轉(zhuǎn)化（分解或合并）稱為位將位錯之間的相互轉(zhuǎn)化（分解或合并）稱為位錯反應。錯反應。 位錯反應能否進行，決定于是否滿足如位錯反應能否進行，決定于是否滿足如下兩個條件下兩個條件： 1).幾何條件：按照柏氏矢量守恒性的幾何條件：按照柏氏矢量守恒性的要求，反應后諸位錯的柏氏矢量之和應要求，

43、反應后諸位錯的柏氏矢量之和應該等于反應前諸位錯的柏氏矢量之和，該等于反應前諸位錯的柏氏矢量之和，即即:abbb 2).能量條件：從能量角度，位錯反應必能量條件：從能量角度，位錯反應必須是一個伴隨著能量降低的過程。為此，須是一個伴隨著能量降低的過程。為此，反應后各位錯的總能量應小于反應前各反應后各位錯的總能量應小于反應前各位錯的總能量。由于位錯能量正比于其位錯的總能量。由于位錯能量正比于其b2，故可近似地把一組位錯的總能量看，故可近似地把一組位錯的總能量看作是作是 ，于是便可引入位錯反應的能量判，于是便可引入位錯反應的能量判據(jù)，即據(jù)，即22abbb 5面心立方晶體中的位錯面心立方晶體中的位錯 a

44、湯普森湯普森(Thompson N.)四面體四面體b. 擴展位錯擴展位錯一對不全位錯及中間夾的層錯的整個位錯組態(tài)。一對不全位錯及中間夾的層錯的整個位錯組態(tài)。c. c. 位錯網(wǎng)絡位錯網(wǎng)絡d. d. 面角位錯面角位錯3.4 表面及界面表面及界面 面缺陷主要包括晶界、相界和表面，它們對材面缺陷主要包括晶界、相界和表面，它們對材料的力學和物理化學性能具有重要影響。料的力學和物理化學性能具有重要影響。 3.4.1外表面外表面 在晶體表面上，原子排列情況與晶內(nèi)不在晶體表面上，原子排列情況與晶內(nèi)不同同,表面原子會偏離其正常的平衡位置，并表面原子會偏離其正常的平衡位置，并影響到鄰近的幾層原子，造成表層的點陣影

45、響到鄰近的幾層原子，造成表層的點陣畸變，使它們的能量比內(nèi)部原子高，這幾畸變，使它們的能量比內(nèi)部原子高，這幾層高能量的原子層稱為表面。層高能量的原子層稱為表面。 晶體表面單位面積自由能的增加稱為表晶體表面單位面積自由能的增加稱為表面能面能 （J/m2）。表面能也可理解為產(chǎn)生）。表面能也可理解為產(chǎn)生單位面積新表面所作的功：單位面積新表面所作的功： 表面能與晶體表面原子排列致密程度有關，原表面能與晶體表面原子排列致密程度有關，原子密排的表面具有最小的表面能。所以自由晶子密排的表面具有最小的表面能。所以自由晶體暴露在外的表面通常是低表面能的原子密排體暴露在外的表面通常是低表面能的原子密排晶面。晶面。

46、dSdW3.4.2 晶界和亞晶界晶界和亞晶界晶界：兩個空間位向不同的相鄰晶粒之間晶界：兩個空間位向不同的相鄰晶粒之間 的界面。的界面。1 .大角度晶界大角度晶界：晶粒位向差：晶粒位向差 角角大于大于10 的晶界。的晶界。其結(jié)構為幾個原子范圍內(nèi)的原子的混亂排列，可其結(jié)構為幾個原子范圍內(nèi)的原子的混亂排列，可視為一個過渡區(qū)。視為一個過渡區(qū)。2.小角度晶界小角度晶界：晶粒位向差：晶粒位向差 角角小于小于10 的晶界。其的晶界。其結(jié)構為位錯列，又分為對稱傾側(cè)晶界和扭轉(zhuǎn)晶界。結(jié)構為位錯列，又分為對稱傾側(cè)晶界和扭轉(zhuǎn)晶界。亞晶界屬于小角度晶界，一般小于亞晶界屬于小角度晶界，一般小于2 。 3晶界的特性晶界的特

47、性 1).晶界處點陣畸變大，存在著晶界能。因此，晶粒晶界處點陣畸變大，存在著晶界能。因此，晶粒的長大和晶界的平直化都能減少晶界面積，從而降的長大和晶界的平直化都能減少晶界面積，從而降低晶界的總能量，這是一個自發(fā)過程。低晶界的總能量，這是一個自發(fā)過程。 2).晶界處原子排列不規(guī)則，因此在常溫下晶界的存晶界處原子排列不規(guī)則，因此在常溫下晶界的存在會對位錯的運動起阻礙作用，致使塑性變形抗力在會對位錯的運動起阻礙作用，致使塑性變形抗力提高，宏觀表現(xiàn)為晶界較晶內(nèi)具有較高的強度和硬提高，宏觀表現(xiàn)為晶界較晶內(nèi)具有較高的強度和硬度。度。 3).晶界處原子偏離平衡位置，具有較高的動能，并晶界處原子偏離平衡位置，

48、具有較高的動能，并且晶界處存在較多的缺陷如空穴、雜質(zhì)原子和位錯且晶界處存在較多的缺陷如空穴、雜質(zhì)原子和位錯等，故晶界處原子的擴散速度比在晶內(nèi)快得多。等，故晶界處原子的擴散速度比在晶內(nèi)快得多。 4).在固態(tài)相變過程中，由于晶界能量較高且原在固態(tài)相變過程中，由于晶界能量較高且原子活動能力較大，所以新相易于在晶界處優(yōu)先子活動能力較大，所以新相易于在晶界處優(yōu)先形核。形核。 5).由于成分偏析和內(nèi)吸附現(xiàn)象，特別是晶界富由于成分偏析和內(nèi)吸附現(xiàn)象，特別是晶界富集雜質(zhì)原子情況下，往往晶界熔點較低，故在集雜質(zhì)原子情況下，往往晶界熔點較低，故在加熱過程中，因溫度過高將引起晶界熔化和氧加熱過程中，因溫度過高將引起晶

49、界熔化和氧化，導致化，導致過熱過熱現(xiàn)象產(chǎn)生。現(xiàn)象產(chǎn)生。 6).由于晶界能量較高、原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，由于晶界能量較高、原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，以及晶界富集雜質(zhì)原子的緣故，與晶內(nèi)相比，以及晶界富集雜質(zhì)原子的緣故，與晶內(nèi)相比，晶界的腐蝕速度一般較快。晶界的腐蝕速度一般較快。3.4.3 孿晶界孿晶界孿晶孿晶：沿一個公共晶面構成對稱關系兩個晶體：沿一個公共晶面構成對稱關系兩個晶體孿晶界孿晶界：兩塊相鄰孿晶的共晶面。：兩塊相鄰孿晶的共晶面。分為共格孿晶界和非共格孿晶界。分為共格孿晶界和非共格孿晶界。3.4.4 相界相界相界：相鄰兩個不同結(jié)構的相之間的界面。相界：相鄰兩個不同結(jié)構的相之間的界面。分類：共格、半

50、共格和非共格相界。分類：共格、半共格和非共格相界。3.5 固溶體固溶體 （Solidsolution,ss）3.5.1概述 凡在固體條件下，一種組分（溶劑）內(nèi)“溶解”了其它組分（溶質(zhì)）而形成的單一、均勻的晶態(tài)固體稱為固溶體。材料科學基礎材料科學基礎基本特征：（1）在原子尺度上相互混合的。（2）破壞主晶相原有的晶體結(jié)構，但晶胞參數(shù)可能有少許改變，基本保持了主晶相的特性。材料科學基礎材料科學基礎（3）存在固溶度(有限固溶體或不連續(xù)固溶體)；部分體系可任意互溶(無限固溶體或連續(xù)固溶體) （4）在固溶度范圍之內(nèi)，雜質(zhì)含量可以改變，固溶體的結(jié)構不會變化，只有單相固溶體；當超出固溶極限后，存在第2相。材料

51、科學基礎材料科學基礎固溶體生成： 晶體生長過程中 溶液或熔體析晶 金屬冶煉 燒結(jié)如:Al2O3晶體中溶入一定量Cr2O3生成紅寶石，可以用作飾品及激光器少量鋅溶解于銅中生成黃銅材料科學基礎材料科學基礎 固溶體中由于雜質(zhì)質(zhì)點占據(jù)正常格點位置或者占據(jù)間隙位置，破壞了基質(zhì)晶體的質(zhì)點排列的有序性，引起了晶體內(nèi)周期性勢場的畸變，故也屬于點缺陷的范疇 材料科學基礎材料科學基礎意義： 采用固溶體原理來制備或開發(fā)各種新的材料，滿足科技的發(fā)展對材料性能提出的特殊性要求 材料科學基礎材料科學基礎3.5.2 固溶體的分類（1）按溶質(zhì)質(zhì)點在溶劑晶格中的位置來劃分 （2）按溶質(zhì)在溶劑中的溶解度分類 （3）根據(jù)固溶體在相

52、圖中的位置劃分 （4）根據(jù)各組元分布的規(guī)律性劃分 材料科學基礎材料科學基礎（1）按溶質(zhì)質(zhì)點在溶劑晶格中的位置來劃分置換型固溶體間隙型固溶體材料科學基礎材料科學基礎置換型固溶體：取代型。MgO-CoO、MgO-CaO、PbTiO3-PbZrO3、Al2O3-Cr2O3Cu-Zn系 和 固溶體材料科學基礎材料科學基礎 間隙型固溶體：填隙型。 無機材料陽離子進入陰離子所形成的間隙中并不容易 陰離子填隙型 更加困難 唯獨螢石型物質(zhì)除外材料科學基礎材料科學基礎在合金中較為常見，金屬和H、B、C、N等元素形成的固溶體材料科學基礎材料科學基礎（2）按溶質(zhì)在溶劑中的溶解度分類連續(xù)固溶體有限固溶體材料科學基礎材

53、料科學基礎 連續(xù)固溶體： 溶質(zhì)和溶劑可以按任意比例相互固溶所生成的固溶體 材料科學基礎材料科學基礎有限固溶體： 溶質(zhì)只能以一定的溶解限度（固溶度）溶入溶劑中，低于固溶度條件下生成的固溶體是單相的，一旦溶質(zhì)超出這一限度即出現(xiàn)第 2相。材料科學基礎材料科學基礎（3）根據(jù)固溶體在相圖中的位置劃分端部固溶體：位于相圖的端部，其成分范圍包括純組元，亦稱初級固溶體中間固溶體：它位于相圖中間，任一組元的濃度 0100%，亦稱二次固溶體材料科學基礎材料科學基礎（4）根據(jù)各組元分布的規(guī)律性劃分無序固溶體：各組元質(zhì)點分布是隨機的、無規(guī)則的。有序固溶體：各組元質(zhì)點分布分別按照各自的布拉維點陣進行排列，整個固溶體就是

54、由各組元的分點陣組成的復雜點陣，稱超點陣或超結(jié)構。材料科學基礎材料科學基礎3.5.3置換型固溶體材料科學基礎材料科學基礎NiO或FeO置換MgO生成連續(xù)固溶體：Mg1-xNixO，其中x=01 很多二元體系是生成有限置換型固溶體，其中有些體系的固溶量非常低。Why?材料科學基礎材料科學基礎 在理論的指導下，通過對實踐經(jīng)驗的積累總結(jié)，提出了一些重要的影響因素：（1）質(zhì)點尺寸因素（2）晶體結(jié)構類型（3）電價因素材料科學基礎材料科學基礎（1）質(zhì)點尺寸因素決定性因素。從晶體結(jié)構的穩(wěn)定觀點來看，相互替代的質(zhì)點尺寸愈接近，則固溶體愈穩(wěn)定，其固溶量將愈大。 121rrr 材料科學基礎材料科學基礎經(jīng)驗證明：

55、當30%時，溶質(zhì)和溶劑之間不生成固溶體，僅在高溫下有少量固溶。材料科學基礎材料科學基礎（2）晶體結(jié)構類型連續(xù)固溶體必要條件：具有相同的晶體結(jié)構（不是充分條件）晶體結(jié)構不同，最多只能形成有限型固溶體（滿足尺寸條件前提下）材料科學基礎材料科學基礎MgO-NiO、Al2O3-Cr2O3、ThO2-UO2、Cu-Ni、Cr-Mo、Mo-W、Ti-Zr：連續(xù)固溶體Fe2O3Al2O3，=18.4%，有限固溶體 注意例外：PbZrO3-PbTiO3系統(tǒng)材料科學基礎材料科學基礎（3）電價因素 連續(xù)固溶體必要條件：原子價（或離子價）相同；多組元復合取代總價數(shù)相等，電中性。不是充分條件。 如果價態(tài)不同，則最多只能生成有限固溶體（滿足尺寸條件前提下）材料科學基礎材料科學基礎 在生成有限固溶體條件下，價態(tài)差別越大，固溶度降低。Cu溶劑：Zn2價 38%；Ga3價 20%Ge4價 12%；As5價 7% 高價在低價中的固溶度 低價在高價中的固溶度。材料科學基礎材料科學基礎（4