1、2-6 固體中的原子無(wú)序固體中的原子無(wú)序 Imperfections in Solids Solid Solution (alloys) substitutional and interstitial Defects in Crystals Point Linear Interfacial Bulk Noncrystalline Diffusion 2 2-6 固體中的原子無(wú)序固體中的原子無(wú)序 (Imperfections in Solids) 2-6-1 固溶體固溶體(Solid Solution)： 外來(lái)組分原子（或離子、分子）分布在基質(zhì)晶體晶格內(nèi)，類似溶外來(lái)組分原子（或離子、分子）分布在

2、基質(zhì)晶體晶格內(nèi)，類似溶質(zhì)溶解在溶劑中一樣，并不破壞晶體的結(jié)構(gòu)，仍舊保持一個(gè)晶相。質(zhì)溶解在溶劑中一樣，并不破壞晶體的結(jié)構(gòu)，仍舊保持一個(gè)晶相。(1) DefinitionSolvent 溶劑溶劑Solute溶質(zhì)溶質(zhì) 一個(gè)（或幾個(gè)）一個(gè)（或幾個(gè)） 組元的原子（化合物）溶入組元的原子（化合物）溶入另一個(gè)組元的晶格中，而仍另一個(gè)組元的晶格中，而仍保持另一組元的晶格類型保持另一組元的晶格類型的的固態(tài)晶體。固態(tài)晶體。固溶體固溶體3(2) Characteristic 有一定的成分范圍有一定的成分范圍 solid solubility 溶質(zhì)和溶劑原子占據(jù)一個(gè)共同溶質(zhì)和溶劑原子占據(jù)一個(gè)共同的晶體點(diǎn)陣，點(diǎn)陣類型和

3、溶劑的點(diǎn)的晶體點(diǎn)陣，點(diǎn)陣類型和溶劑的點(diǎn)陣類型相同陣類型相同。 具有比較明顯的金屬性質(zhì)（對(duì)金具有比較明顯的金屬性質(zhì)（對(duì)金屬固溶體來(lái)說(shuō)）屬固溶體來(lái)說(shuō)）基本基本 特征特征4(3) Classification按溶質(zhì)原子在點(diǎn)按溶質(zhì)原子在點(diǎn)陣中的位置陣中的位置Substitutional solid solutionInterstitial solid solution 分類分類按各組元原子分按各組元原子分布的規(guī)律性布的規(guī)律性 Disordered solid solutionOrdered solid solution按固溶度按固溶度Finite solid solutionInfinite soli

4、d solution 5Nonstoichiometric2.5.1 置換型固溶體置換型固溶體1) 置換型固溶體置換型固溶體substitutional solid solution由溶質(zhì)原子代替一部分溶劑原子而占據(jù)著溶劑晶由溶質(zhì)原子代替一部分溶劑原子而占據(jù)著溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)位置所組成。格某些結(jié)點(diǎn)位置所組成。 置換型固溶體的溶質(zhì)和溶劑可以任意比例互溶，因此屬于無(wú)限固溶體（或稱連續(xù)固溶體6形成置換固溶體的影響因素形成置換固溶體的影響因素形成置換固溶體的影響因素1. 原子或離子尺寸的影響原子或離子尺寸的影響 Hume-Rothery經(jīng)驗(yàn)規(guī)則經(jīng)驗(yàn)規(guī)則2. 晶體結(jié)構(gòu)類型的影響晶體結(jié)構(gòu)類型的影響 3.

5、離子類型和鍵性質(zhì)離子類型和鍵性質(zhì)4. 電價(jià)因素電價(jià)因素7Hume-Rothery經(jīng)驗(yàn)規(guī)則以以r1和和r2分別代表半徑大和半徑小的溶劑分別代表半徑大和半徑小的溶劑(主晶相主晶相)或或溶質(zhì)溶質(zhì)(雜質(zhì)雜質(zhì))原子原子(或離子或離子)的半徑，的半徑，當(dāng)當(dāng) 時(shí)，溶質(zhì)與溶劑之間可以形成連續(xù)時(shí)，溶質(zhì)與溶劑之間可以形成連續(xù)固溶體；固溶體；當(dāng)當(dāng) 時(shí)，溶質(zhì)與溶劑之間只能形成時(shí)，溶質(zhì)與溶劑之間只能形成有限型固溶體；有限型固溶體；當(dāng)當(dāng) 時(shí)，溶質(zhì)與溶劑之間很難形成固溶時(shí)，溶質(zhì)與溶劑之間很難形成固溶體或不能形成固溶體，而容易形成中間相或化合物。體或不能形成固溶體，而容易形成中間相或化合物。因此因此r愈大，則溶解度愈小。愈大

6、，則溶解度愈小。 15. 0121rrrr%30121rrrr%30%15121rrrr1.原子或離子尺寸的影響原子或離子尺寸的影響 Hume-Rothery經(jīng)驗(yàn)規(guī)則經(jīng)驗(yàn)規(guī)則這是形成連續(xù)固溶體的必要條件，這是形成連續(xù)固溶體的必要條件，而不是充分必要條件。而不是充分必要條件。8電價(jià)因素 一般來(lái)說(shuō)，兩種固體只有在離子價(jià)相同或同號(hào)離子的離一般來(lái)說(shuō)，兩種固體只有在離子價(jià)相同或同號(hào)離子的離子價(jià)總和相同時(shí)，才可能滿足電中性的要求，生成連續(xù)子價(jià)總和相同時(shí)，才可能滿足電中性的要求，生成連續(xù)固溶體。固溶體。 例如，例如，NiO-MgO系統(tǒng)中，兩種正離子的半徑差小于系統(tǒng)中，兩種正離子的半徑差小于15%，而且價(jià)態(tài)相

7、同，可形成連續(xù)固溶體。而且價(jià)態(tài)相同，可形成連續(xù)固溶體。 在硅酸鹽晶體中，常發(fā)生復(fù)合離子的等價(jià)置換，如在硅酸鹽晶體中，常發(fā)生復(fù)合離子的等價(jià)置換，如Na+ + Si4+ = Ca2+ + Al3+，使鈣長(zhǎng)石，使鈣長(zhǎng)石CaAl2Si2O6和鈉長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石NaAlSi3O8能形成連續(xù)固溶體。又如，能形成連續(xù)固溶體。又如，Ca2+ = 2Na+，Ba2+ = 2K+常出現(xiàn)在沸石礦物中。常出現(xiàn)在沸石礦物中。2.電價(jià)因素電價(jià)因素9Ionic solid solutionMgO的結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)中Mg2+離子被離子被Fe2+離子所取代。離子所取代。條件：條件：1. 半徑相近半徑相近 2. 電荷數(shù)相同電荷數(shù)相同Ca

8、2+能取代能取代Mg2+嗎？嗎？ Li+ 能取代能取代Mg2+嗎？嗎？Ionic solid solution10離子類型和鍵性3. 離子類型和鍵性離子類型和鍵性化學(xué)鍵性質(zhì)相近，化學(xué)鍵性質(zhì)相近，即取代前后離子周圍離子間鍵性相近，即取代前后離子周圍離子間鍵性相近，容易形成固溶體。容易形成固溶體。r(Si4+)=0.26埃，埃，r(Al3+)=0.39埃，相差達(dá)埃，相差達(dá)45%以上，電價(jià)又不以上，電價(jià)又不同，但同，但SiO、AlO鍵性接近，鍵長(zhǎng)亦接近，仍能形成固溶鍵性接近，鍵長(zhǎng)亦接近，仍能形成固溶體，在鋁硅酸鹽中，常見體，在鋁硅酸鹽中，常見Al3+置換置換Si4+形成置換固溶體的現(xiàn)象。形成置換固溶

9、體的現(xiàn)象。11晶體結(jié)構(gòu)類型的影響4.晶體結(jié)構(gòu)類型的影響晶體結(jié)構(gòu)類型的影響若溶質(zhì)與溶劑晶體結(jié)構(gòu)類型相同，能形成連續(xù)若溶質(zhì)與溶劑晶體結(jié)構(gòu)類型相同，能形成連續(xù)固溶體，這也是形成連續(xù)固溶體的必要條件，固溶體，這也是形成連續(xù)固溶體的必要條件，而不是充分必要條件。而不是充分必要條件。NiO-MgO都具有面心立方結(jié)構(gòu)，且都具有面心立方結(jié)構(gòu)，且r15%，可形成連續(xù)固溶體；可形成連續(xù)固溶體；MgO-CaO兩兩結(jié)構(gòu)不同，只能形成有限型固溶兩兩結(jié)構(gòu)不同，只能形成有限型固溶體或不形成固溶體。體或不形成固溶體。12 2）間隙型固溶體間隙型固溶體 (Interstitial solid solution) ： 較小的原子

10、進(jìn)入晶格間隙形成的固溶體 影響因素影響因素： A 晶格結(jié)構(gòu)的空隙大小空隙大小 B 間隙離子進(jìn)入后需空位或其它高價(jià)反電荷離子 以置換方式平衡電中性電中性。（YF3CaF2） Figure 2.68 3）非化學(xué)計(jì)量化合物）非化學(xué)計(jì)量化合物 (Nonstoichiometric)： 組分比偏差于偏差于化學(xué)式的化合物 （含變價(jià)離子） 實(shí)質(zhì)是由金屬的高氧化態(tài)和低氧化態(tài)高氧化態(tài)和低氧化態(tài)形成的固溶體 其電中性電中性(electroneutrality)由空孔或間隙離子平衡 固溶體的理論密度理論密度： c = N A V NA N、V 分別為晶胞的原子數(shù)和體積 A 為固溶體平均相對(duì)原子質(zhì)量 NA為阿佛伽德羅

11、常數(shù) 測(cè)定固溶體實(shí)際密度實(shí)際密度 e 若若: c e : 間隙式間隙式 c = e : 置換式置換式 c e : 缺位式缺位式 （缺陣點(diǎn)原子）（缺陣點(diǎn)原子）固溶體的固溶體的判斷判斷16Classification點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷（零維）（零維）線缺陷線缺陷（一維）（一維）體缺陷體缺陷（三維）（三維）面缺陷面缺陷（二維）（二維）162-6-2 晶體結(jié)構(gòu)缺陷晶體結(jié)構(gòu)缺陷 (Defects in Crystals) 17點(diǎn)缺陷是在晶體晶格結(jié)點(diǎn)上或鄰近區(qū)域偏離其正點(diǎn)缺陷是在晶體晶格結(jié)點(diǎn)上或鄰近區(qū)域偏離其正常結(jié)構(gòu)的一種缺陷，它在三個(gè)方向的尺寸都很小，常結(jié)構(gòu)的一種缺陷，它在三個(gè)方向的尺寸都很小，屬于零維缺陷，

12、只限于一個(gè)或幾個(gè)晶格常數(shù)范圍屬于零維缺陷，只限于一個(gè)或幾個(gè)晶格常數(shù)范圍內(nèi)。內(nèi)。 172.6.2.1 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷Point Defect（1）點(diǎn)缺陷種類）點(diǎn)缺陷種類 空位空位（vacancy）正常結(jié)點(diǎn)沒(méi)正常結(jié)點(diǎn)沒(méi)有被原子或離子所占據(jù)，成為空有被原子或離子所占據(jù)，成為空結(jié)點(diǎn)。結(jié)點(diǎn)。 間隙原子間隙原子（interstitial atom）原子進(jìn)入晶格中正常結(jié)點(diǎn)之間原子進(jìn)入晶格中正常結(jié)點(diǎn)之間的間隙位置。的間隙位置。 置換式雜質(zhì)原子置換式雜質(zhì)原子（substitutional impurity atom）外來(lái)原子進(jìn)外來(lái)原子進(jìn)入晶格，取代原來(lái)晶格中的原子入晶格，取代原來(lái)晶格中的原子而進(jìn)入正常結(jié)點(diǎn)的位置而

13、進(jìn)入正常結(jié)點(diǎn)的位置 間隙式雜質(zhì)原子間隙式雜質(zhì)原子（interstitial impurity atom）外來(lái)原子進(jìn)外來(lái)原子進(jìn)入點(diǎn)陣中的間隙位置，成為雜質(zhì)入點(diǎn)陣中的間隙位置，成為雜質(zhì)原子。原子。 熱缺陷熱缺陷雜質(zhì)缺陷雜質(zhì)缺陷1819點(diǎn)缺陷因素點(diǎn)缺陷因素a. 熱缺陷熱缺陷缺陷化學(xué)的基本假設(shè)：缺陷化學(xué)的基本假設(shè)：exp(/)ddBNNEk T 將晶體看作稀溶液，將缺陷看成溶質(zhì)，用熱力學(xué)的將晶體看作稀溶液，將缺陷看成溶質(zhì)，用熱力學(xué)的方法研究各種缺陷在一定條件下的平衡。也就是將方法研究各種缺陷在一定條件下的平衡。也就是將缺陷看作是一種化學(xué)物質(zhì)，它們可以參與化學(xué)反缺陷看作是一種化學(xué)物質(zhì)，它們可以參與化學(xué)反

14、應(yīng)應(yīng)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)，一定條件下，這種反應(yīng)達(dá)到平準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)，一定條件下，這種反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。衡狀態(tài)。 點(diǎn)缺陷的平衡數(shù)目點(diǎn)缺陷的平衡數(shù)目Nd與體系的溫度和原子在晶格中與體系的溫度和原子在晶格中受到的束縛力有關(guān)：受到的束縛力有關(guān)：192020 晶體中，位于點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)上的原子并非靜止的，而晶體中，位于點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)上的原子并非靜止的，而是以其平衡位置為中心作熱振動(dòng)。是以其平衡位置為中心作熱振動(dòng)。 原子的振動(dòng)能是按幾率分布，有起伏漲落的。原子的振動(dòng)能是按幾率分布，有起伏漲落的。當(dāng)某一原子具有足夠大的振動(dòng)能而使振幅增大當(dāng)某一原子具有足夠大的振動(dòng)能而使振幅增大到一定限度時(shí)，就可能克服周圍原子對(duì)它的制到一定限度時(shí)，就可

15、能克服周圍原子對(duì)它的制約作用，跳離其原來(lái)的位置，使點(diǎn)陣中形成空約作用，跳離其原來(lái)的位置，使點(diǎn)陣中形成空結(jié)點(diǎn)（空位）。結(jié)點(diǎn)（空位）。21 熱振動(dòng)的原子在某一瞬間可以獲得較大的能量，掙脫周圍熱振動(dòng)的原子在某一瞬間可以獲得較大的能量，掙脫周圍質(zhì)點(diǎn)的作用，離開平衡位置，進(jìn)入到晶格內(nèi)的其它位置形質(zhì)點(diǎn)的作用，離開平衡位置，進(jìn)入到晶格內(nèi)的其它位置形成間隙原子，而在原來(lái)的平衡格點(diǎn)位置上留下空位。成間隙原子，而在原來(lái)的平衡格點(diǎn)位置上留下空位。 離開平衡位置的原子有三個(gè)去處：離開平衡位置的原子有三個(gè)去處： （1）遷移到晶體表面或內(nèi)表面的正常結(jié)點(diǎn)位置上，使晶）遷移到晶體表面或內(nèi)表面的正常結(jié)點(diǎn)位置上，使晶體內(nèi)部留下空

16、位，稱為肖特基（體內(nèi)部留下空位，稱為肖特基（Schottky）缺陷或肖特）缺陷或肖特基空位；基空位； （2）擠入點(diǎn)陣的間隙位置，在晶體中同時(shí)形成數(shù)目相等）擠入點(diǎn)陣的間隙位置，在晶體中同時(shí)形成數(shù)目相等的空位和間隙原子，則稱為弗蘭克爾（的空位和間隙原子，則稱為弗蘭克爾（Frenkel）缺陷；）缺陷； （3）跑到其他空位中，使空位消失或使空位移位。）跑到其他空位中，使空位消失或使空位移位。 另外，在一定條件下，晶體表面上的原子也可能跑到晶體另外，在一定條件下，晶體表面上的原子也可能跑到晶體內(nèi)部的間隙位置形成間隙原子。內(nèi)部的間隙位置形成間隙原子。 2122三種點(diǎn)缺陷的形成演示雜質(zhì)的來(lái)源：雜質(zhì)的來(lái)源：

17、有目的地引入的雜質(zhì)有目的地引入的雜質(zhì) 例如單晶硅中摻入微量的例如單晶硅中摻入微量的B、Pb、Ga、In、P、As等等 晶體生長(zhǎng)過(guò)程中引入的雜質(zhì)，如晶體生長(zhǎng)過(guò)程中引入的雜質(zhì)，如O、N、C等等置換式和間隙式雜質(zhì)：置換式和間隙式雜質(zhì)： 雜質(zhì)和基質(zhì)的原子尺寸和電負(fù)性相近時(shí)形成置換式雜質(zhì)和基質(zhì)的原子尺寸和電負(fù)性相近時(shí)形成置換式雜質(zhì)缺陷雜質(zhì)缺陷 半徑較小的雜質(zhì)原子可進(jìn)入間隙位置形成間隙式雜半徑較小的雜質(zhì)原子可進(jìn)入間隙位置形成間隙式雜質(zhì)缺質(zhì)缺b. 雜質(zhì)缺陷雜質(zhì)缺陷晶體的雜質(zhì)缺陷濃度僅取決于加入到晶體中的雜質(zhì)含量，而晶體的雜質(zhì)缺陷濃度僅取決于加入到晶體中的雜質(zhì)含量，而與溫度無(wú)關(guān)，這是與溫度無(wú)關(guān)，這是雜質(zhì)缺陷形

18、成與熱缺陷形成的重要區(qū)別雜質(zhì)缺陷形成與熱缺陷形成的重要區(qū)別。 23242.4.1.2 Dislocation 線缺陷具體形式就是晶體中的線缺陷具體形式就是晶體中的位錯(cuò)，屬一維缺陷，其特點(diǎn)是原子位錯(cuò)，屬一維缺陷，其特點(diǎn)是原子發(fā)生錯(cuò)排的范圍，在一個(gè)方向上尺發(fā)生錯(cuò)排的范圍，在一個(gè)方向上尺寸較大，而另外兩個(gè)方向上尺寸較寸較大，而另外兩個(gè)方向上尺寸較小，是一個(gè)直徑約在小，是一個(gè)直徑約在35個(gè)原子間個(gè)原子間距、長(zhǎng)幾百到幾萬(wàn)個(gè)原子間距的管距、長(zhǎng)幾百到幾萬(wàn)個(gè)原子間距的管狀原子畸變區(qū)。狀原子畸變區(qū)。 位錯(cuò)的起因是晶體生長(zhǎng)不穩(wěn)定位錯(cuò)的起因是晶體生長(zhǎng)不穩(wěn)定或機(jī)械應(yīng)力或機(jī)械應(yīng)力在晶體中引起部分滑在晶體中引起部分滑移。

19、位錯(cuò)線就是晶體中已滑移區(qū)和移。位錯(cuò)線就是晶體中已滑移區(qū)和未滑移區(qū)在滑移面上的交界線，即未滑移區(qū)在滑移面上的交界線，即晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。生有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。 2 線缺陷和位錯(cuò)線缺陷和位錯(cuò)Line Defect and DislocationTEM觀察的觀察的晶體中的位錯(cuò)晶體中的位錯(cuò)24柏格斯矢量（柏格斯矢量（b） Burgers vector定義一個(gè)沿位錯(cuò)線的正方向；構(gòu)筑垂直于位錯(cuò)線的原子面；圍繞位錯(cuò)線按順時(shí)針?lè)较虍嫵霭馗袼够芈罚˙urgers circuit）；由于位錯(cuò)的存在，回路的起點(diǎn)和終點(diǎn)是不重疊的，從柏格斯回路的終點(diǎn)到起點(diǎn)畫出

20、的矢量就是柏格斯矢量b。 從一個(gè)原子出發(fā)，移動(dòng)從一個(gè)原子出發(fā)，移動(dòng)n個(gè)晶格矢?jìng)€(gè)晶格矢量，然后順時(shí)針轉(zhuǎn)向再移動(dòng)量，然后順時(shí)針轉(zhuǎn)向再移動(dòng)m個(gè)晶個(gè)晶格矢量，再順時(shí)針轉(zhuǎn)向移動(dòng)格矢量，再順時(shí)針轉(zhuǎn)向移動(dòng)n個(gè)晶個(gè)晶格矢量，最后順時(shí)針轉(zhuǎn)向移動(dòng)格矢量，最后順時(shí)針轉(zhuǎn)向移動(dòng)m個(gè)個(gè)晶格矢量，到達(dá)終點(diǎn)原子。注意平晶格矢量，到達(dá)終點(diǎn)原子。注意平行方向上移動(dòng)的晶格矢量必須相同。行方向上移動(dòng)的晶格矢量必須相同。用于表示由位錯(cuò)引起的晶格中的相對(duì)原子位移用于表示由位錯(cuò)引起的晶格中的相對(duì)原子位移 25Materials柏格斯矢量的物理意義柏格斯矢量的物理意義 柏格斯矢量是描述位錯(cuò)實(shí)質(zhì)的重要物理量。柏格斯矢量是描述位錯(cuò)實(shí)質(zhì)的重要物理

21、量。反映出柏氏回路包含的位錯(cuò)所引起點(diǎn)陣畸變反映出柏氏回路包含的位錯(cuò)所引起點(diǎn)陣畸變的總累計(jì)。的總累計(jì)。 通常將柏氏矢量稱為位錯(cuò)強(qiáng)度，它也表示出通常將柏氏矢量稱為位錯(cuò)強(qiáng)度，它也表示出晶體滑移時(shí)原子移動(dòng)的大小和方向。晶體滑移時(shí)原子移動(dòng)的大小和方向。 根椐柏格斯矢量根椐柏格斯矢量b b與位錯(cuò)線取向的異同，位與位錯(cuò)線取向的異同，位錯(cuò)分為刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)和由前兩者組成錯(cuò)分為刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)和由前兩者組成的混合位錯(cuò)三種類型。的混合位錯(cuò)三種類型。 26272.4.2.1 Edge dislocation（1）(棱位錯(cuò)棱位錯(cuò))刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)Edge Dislocation27刃型位錯(cuò)的位錯(cuò)線與滑移方向垂直

22、。 設(shè)想晶體的上部沿設(shè)想晶體的上部沿ABEF平面向右推移，平面向右推移， 原來(lái)與原來(lái)與AB重合，經(jīng)過(guò)這樣的推壓后，相對(duì)于重合，經(jīng)過(guò)這樣的推壓后，相對(duì)于AB滑移一個(gè)原子間距滑移一個(gè)原子間距b，EF是已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交界線，稱為是已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交界線，稱為位錯(cuò)線位錯(cuò)線。BA ABGHEFA B b刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)ABGHEFA B b(a)HEBBCD(b) (b)圖是圖是 (a)圖在晶體中垂直于圖在晶體中垂直于EF方向的一個(gè)原子平面的情方向的一個(gè)原子平面的情況。況。BE線以上原子向右推移一個(gè)原子間距，然后上下原子對(duì)線以上原子向右推移一個(gè)原子間距，然后上下原子對(duì)齊，在齊，在EH處不能對(duì)齊

23、，多了一排原子。處不能對(duì)齊，多了一排原子。 刃型位錯(cuò)的另一個(gè)特征是位錯(cuò)線刃型位錯(cuò)的另一個(gè)特征是位錯(cuò)線EF上帶有一個(gè)多余的半上帶有一個(gè)多余的半平面，即平面，即 (a)圖中的圖中的EFGH平面，該面在平面，該面在(b)圖中只能看到圖中只能看到EH這這條棱邊。條棱邊。3030含有刃型位錯(cuò)的晶體結(jié)構(gòu)含有刃型位錯(cuò)的晶體結(jié)構(gòu)正刃型位錯(cuò)（左）和負(fù)刃型位錯(cuò)（右）正刃型位錯(cuò)（左）和負(fù)刃型位錯(cuò)（右）31通常稱晶體上半部多出原子面的位錯(cuò)為正刃型位錯(cuò)，用符號(hào)“”表示，反之為負(fù)刃型位錯(cuò)，用“”表示。當(dāng)然這種規(guī)定都是相對(duì)的。 322.4.2.2 Screw dislocation（2） 螺旋位錯(cuò)螺旋位錯(cuò)Screw Dis

24、location32 如圖如圖(a)設(shè)想把晶體沿設(shè)想把晶體沿ABCD 平面分為上、下兩部分，將晶體的上、平面分為上、下兩部分，將晶體的上、下做一個(gè)位移，下做一個(gè)位移，ABCD為已滑移區(qū)，為已滑移區(qū)，AD為滑移區(qū)與未滑移區(qū)的分界線，為滑移區(qū)與未滑移區(qū)的分界線，稱為稱為位錯(cuò)線位錯(cuò)線。AAD 螺旋位錯(cuò)的位錯(cuò)線與滑移方向平行。(b)(a) (b)圖中的圖中的B點(diǎn)是螺旋位錯(cuò)線點(diǎn)是螺旋位錯(cuò)線(上下方上下方向向)的露出點(diǎn)。晶體繞該點(diǎn)右旋一周，原的露出點(diǎn)。晶體繞該點(diǎn)右旋一周，原子平面上升一個(gè)臺(tái)階子平面上升一個(gè)臺(tái)階(即一個(gè)原子間距即一個(gè)原子間距)，圍繞圍繞螺旋位錯(cuò)線螺旋位錯(cuò)線的原子面是螺旋面。的原子面是螺旋面。

25、3434 由于剪應(yīng)力的作用使晶體由于剪應(yīng)力的作用使晶體互相滑移，晶體中滑移部互相滑移，晶體中滑移部分的相交位錯(cuò)線是和滑移分的相交位錯(cuò)線是和滑移方向平行的，因?yàn)槲诲e(cuò)線方向平行的，因?yàn)槲诲e(cuò)線周圍的一組原子面形成了周圍的一組原子面形成了一個(gè)連續(xù)的螺旋形坡面，一個(gè)連續(xù)的螺旋形坡面，故稱為螺旋位錯(cuò)。故稱為螺旋位錯(cuò)。35螺旋位錯(cuò)示意圖螺旋位錯(cuò)示意圖3536Comparison相同點(diǎn)：二者都是線缺陷。相同點(diǎn)：二者都是線缺陷。不同點(diǎn)：不同點(diǎn)：（1）刃型位錯(cuò)具有一個(gè)額外的半原子面，而螺型）刃型位錯(cuò)具有一個(gè)額外的半原子面，而螺型位錯(cuò)無(wú)；位錯(cuò)無(wú)；（2）刃型位錯(cuò)必須與滑移方向垂直，也垂直于滑）刃型位錯(cuò)必須與滑移方向垂

26、直，也垂直于滑移矢量；而螺型位錯(cuò)線與滑移矢量平行，且位錯(cuò)移矢量；而螺型位錯(cuò)線與滑移矢量平行，且位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向互相垂直；線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向互相垂直；Comparison 3637（3）刃型位錯(cuò)的滑移線不一定是直線，可以是折線或曲線；）刃型位錯(cuò)的滑移線不一定是直線，可以是折線或曲線；而螺位錯(cuò)的滑移線一定是直線；而螺位錯(cuò)的滑移線一定是直線；（4）刃位錯(cuò)的滑移面只有一個(gè)，其不能在其他面上進(jìn)行滑）刃位錯(cuò)的滑移面只有一個(gè)，其不能在其他面上進(jìn)行滑移；而螺位錯(cuò)的滑移面不是唯一的；移；而螺位錯(cuò)的滑移面不是唯一的；（5）刃位錯(cuò)周圍的點(diǎn)陣發(fā)生彈性畸變，既有切應(yīng)變，又有）刃位錯(cuò)周圍的點(diǎn)陣發(fā)生彈

27、性畸變，既有切應(yīng)變，又有正應(yīng)變；而螺位錯(cuò)只有切應(yīng)變而無(wú)正應(yīng)變正應(yīng)變；而螺位錯(cuò)只有切應(yīng)變而無(wú)正應(yīng)變。37382.4.2.3 Mixed dislocation（3） 混合混合位錯(cuò)位錯(cuò)Mixed Dislocation38 混合位錯(cuò)是刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的混合型式，位錯(cuò)線與混合位錯(cuò)是刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的混合型式，位錯(cuò)線與柏格斯矢量柏格斯矢量b的方向既不垂直的方向既不垂直也不平行。也不平行。 是種位錯(cuò)在向純粹位錯(cuò)的轉(zhuǎn)變過(guò)程中演變程度的變化是種位錯(cuò)在向純粹位錯(cuò)的轉(zhuǎn)變過(guò)程中演變程度的變化 混合位錯(cuò)可分解為刃型位錯(cuò)分量和螺型位錯(cuò)分量，它們混合位錯(cuò)可分解為刃型位錯(cuò)分量和螺型位錯(cuò)分量，它們分別具有刃型位錯(cuò)和螺型

28、位錯(cuò)的特征。分別具有刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的特征。 39402.4.2.4 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（4） 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的滑移：指位錯(cuò)在外力作用下，在位錯(cuò)的滑移：指位錯(cuò)在外力作用下，在滑移面上的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果導(dǎo)致永久形變?；泼嫔系倪\(yùn)動(dòng)，結(jié)果導(dǎo)致永久形變。位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的爬移位錯(cuò)的爬移位錯(cuò)的滑移位錯(cuò)的滑移4041刃位錯(cuò)的滑移刃位錯(cuò)的滑移螺旋位錯(cuò)的滑移螺旋位錯(cuò)的滑移混合位錯(cuò)的滑移混合位錯(cuò)的滑移4142 位錯(cuò)的爬移指在熱缺陷或外力作用下，位錯(cuò)線在垂直位錯(cuò)的爬移指在熱缺陷或外力作用下，位錯(cuò)線在垂直其滑移面方向上的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果導(dǎo)致晶體中空位或間隙其滑移面方向上的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果導(dǎo)致晶體中空位或間隙質(zhì)

29、點(diǎn)的增值或減少。質(zhì)點(diǎn)的增值或減少。 爬移的實(shí)質(zhì)是多余半原子面的伸長(zhǎng)或縮短。螺旋位錯(cuò)爬移的實(shí)質(zhì)是多余半原子面的伸長(zhǎng)或縮短。螺旋位錯(cuò)沒(méi)有多余半原子面，故無(wú)爬移運(yùn)動(dòng)。沒(méi)有多余半原子面，故無(wú)爬移運(yùn)動(dòng)。 42 3. 面缺陷面缺陷 (Interfacial Defects)： 僅一平面方向上尺寸可與晶體線度比擬的缺陷 如由一系列刃位錯(cuò)一系列刃位錯(cuò)排列成一個(gè)平面形成的缺陷晶核晶核晶體生長(zhǎng)晶體生長(zhǎng)長(zhǎng)成的晶體長(zhǎng)成的晶體顯微圖樣顯微圖樣44材料的表面是最顯而易見的面缺陷。在垂直于表面方向上，平移對(duì)稱性被破壞了。由于材料是通過(guò)表面與環(huán)境及其它材料發(fā)生相互作用，所以表面的存在對(duì)材料的物理化學(xué)性能有重要的影響。常見的氧

30、化、腐蝕、磨損等自然現(xiàn)象都與表面狀態(tài)有關(guān)。 44 4體缺陷體缺陷 (Volume Defects)： 各方向尺寸均可與晶體線度比擬的缺陷 如 空洞、嵌塊等。 這種體缺陷對(duì)材料性能的影響一方面與它的幾何尺寸大小有關(guān)；另一方面也與其數(shù)量、分布有關(guān)，它們的存在常常是有害的。 2-6-3 非晶體非晶體 (Noncrystalline) 1非晶材料非晶材料： 結(jié)構(gòu)在體積范圍內(nèi) 缺乏重復(fù)性缺乏重復(fù)性 的材料 （非晶型、無(wú)定形 amorphous） 無(wú)平移對(duì)稱，無(wú)長(zhǎng)程有序，原子位置排布完全無(wú)周期性無(wú)平移對(duì)稱，無(wú)長(zhǎng)程有序，原子位置排布完全無(wú)周期性， 具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律。 （密亂堆垛，無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)等）密亂堆垛(玻璃態(tài)金屬合金)無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)（氧化物玻璃） 2 分布函數(shù)分布函數(shù)： 徑向分布函數(shù)徑向分布函數(shù)：J(r) = 4r2 (r) 雙體分布函數(shù)雙體分布函數(shù)：以某原子為原點(diǎn)， 距離r 處找到另一原子的幾率 g(r) = (r) / 0 (r) 為r 處處原子的數(shù)目密度； 0 為整個(gè)樣品的平均平均原子數(shù)密度 可求兩個(gè)參數(shù)： 配位數(shù)：第一峰面積配位數(shù)：第一峰面積 原子間距：峰位置原子間距：峰位置3、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型非晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型 (1)不連續(xù)模型 （2）連續(xù)模型微晶微晶（不連續(xù)）無(wú)規(guī)拓樸無(wú)規(guī)