1、古一 2022-3-8在晶體內部原子排列并不是完全規則的，在局部一定尺寸范圍內原子排列不規則的現象稱為晶體缺陷，晶體缺陷在材料組織控制（如擴散、相變）和性能控制（如材料強化）中具有重要作用。就好象維納斯“無臂”之美更深入人心 晶體缺陷賦予材料豐富內容古一 2022-3-8第二章第二章 點缺陷點缺陷n點缺陷：由于原子熱運動造成的。包括空位、間隙原子、雜質或溶質原子（替代式或間隙式）n輻照引起的點缺陷的變化n淬火導致的點缺陷的變化n點缺陷的種類第一節第一節 點缺陷的幾何組態點缺陷的幾何組態古一 2022-3-8n點缺陷：由于原子熱運動造成的。包括空位、間隙原子、雜質或溶質原子（替代式或間隙式）n點

2、缺陷的種類：第一節第一節 點缺陷的幾何組態點缺陷的幾何組態1大的置換原子；2肖脫基空位；3 異類間隙原子；4復合空位；5弗蘭克耳空位；6小的置換原子古一 2022-3-8n空位：在晶體中的正常點陣位置上抽出一個原子，就造成一個點陣空位。經典的空位圖像很簡單，原子抽出后，周圍原子基本上保留在原有位置上，留下一個很明顯的空位。松弛集團圖像：如果周圍原子朝向空位作較大的松弛，或甚至崩塌到空位里面去，那么就形成一種彌散的空位或是十幾個原子構成的松弛集團，類似于局部熔區。接近熔點的溫度時才出現。第一節第一節 點缺陷的幾何組態點缺陷的幾何組態古一 2022-3-8n間隙原子：在正常的點陣間隙位置擠進一個同

3、類原子，就形成一個間隙原子。（以面心立方為例）體心組態：間隙原子處于面心立方體中最大間隙位置 ，它是被六個面心原子構成的八面體所包圍，間隙原子處于八面體的中心，并將周圍原子略微擠離其正常位置，所產生的畸變是球面對稱的。第一節第一節 點缺陷的幾何組態點缺陷的幾何組態1 1 12 2 2古一 2022-3-8對分組態：間隙原子沿100方向偏離一些，將點陣上的一個近鄰原子擠離于平衡位置，形成兩個原子對分的間隙組態，所產生的畸變具有四方對稱性。擠列組態：沿密排方向，（n+1）個原子占據了n個原子的位置。哪種組態最為穩定，要對間隙原子的能量進行細致的計算之后才能確定第一節第一節 點缺陷的幾何組態點缺陷的

4、幾何組態古一 2022-3-8n點缺陷的形成能：形成一個點缺陷引起內能的增加。n空位形成能：在晶體內取出一個原子放到晶體表面上而又不改變晶體的表面能時，所需要的能量稱為空位的形成能。（P22）理論上，空位形成能和晶體表面原子的蒸發熱相等，但考慮金屬鍵的特征、空位周圍原子的移動等因素，精確的估計認為空位形成能只有蒸發熱的1/21/4。第二節第二節 點缺陷的形成能點缺陷的形成能古一 2022-3-8第二節第二節 點缺陷的形成能點缺陷的形成能u蒸發熱越大，熔點越高，則空位形成能也越大。古一 2022-3-8n間隙原子的形成能：從表面臺階上取去一個原子擠入晶體的間隙位置所需能量。間隙原子具有較大形成能

5、，比空位大34倍。在面心立方晶體三種可能的間隙組態中，以對分組態能量最低，應為平衡組態。n幾個單體缺陷還可組成能量更低的缺陷集團，如空位對、三空位、空位集團、點缺陷與雜質原子的組合（如大的替代式原子與空位結合成對）。第二節第二節 點缺陷的形成能點缺陷的形成能古一 2022-3-8n熱平衡空位的形成第一種方式：原子跳到表面、晶界、或與位錯結合，這樣形成的空位稱為肖脫基（Schottky）空位。第二種方式：一個原子跳入間隙位置后形成一個間隙原子和一個空位。通常把這樣一對點缺陷（空位和間隙原子）稱為弗蘭克耳（Frenkel）缺陷第三節第三節 熱平衡狀態下的點缺陷濃度熱平衡狀態下的點缺陷濃度古一 20

6、22-3-8n熱平衡狀態下點缺陷的濃度熱力學平衡條件，在溫度和體積不變的情況下，自由能最小的狀態是熱力學最穩定的平衡狀態。第三節第三節 熱平衡狀態下的點缺陷濃度熱平衡狀態下的點缺陷濃度! !ln! !ln()ln()ln )ln()ln()ln ffffFUTSNNnNn nNkNn nk NNNnNnnnTSkT NNNnNnnnUCC自由能設晶體中有 個點陣位置并形成了 個空位，則原子和空位的排列方式有種，因此它引起組態熵增加為S當N數很大時， lnN！NlnN-N故 S而晶體中與空位有關的自由能為： F=n(U其中是一個空位的形成能，S 是形成一個空位時振動熵的增加。古一 2022-3-

7、8第三節第三節 熱平衡狀態下的點缺陷濃度熱平衡狀態下的點缺陷濃度0ln,ffTffUSkTkFnUTSnNnkTNnnncAeAeNNn （）由于，其中如前所述，平衡狀態自由能為極小值，即： 故平衡空位濃度為： 振動熵系數,110k為玻爾茲曼常數，約為8.6210-5 ev/k或1.3810-23 J/K由上式可得：由上式可得： 1）晶體中空位在熱力學上是穩定的，一定溫度）晶體中空位在熱力學上是穩定的，一定溫度T對應一平衡濃度對應一平衡濃度C 2）C與與T呈指數關系，溫度升高，空位濃度增大呈指數關系，溫度升高，空位濃度增大 3）空位形成能大，空位濃度小）空位形成能大，空位濃度小對間隙原子也可推

8、出類似的關系式，但由于間隙原子的形成能一般比空位大34倍，所以它的熱平衡濃度要比空位小的多。古一 2022-3-8n（1）結構變化：晶格畸變（如空位引起晶格收縮，間隙原子引起晶格膨脹，置換原子可引起收縮或膨脹。）n（2）性能變化：物理性能（如電阻率增大，密度減小。力學性能（屈服強度提高。） 第四節第四節 點缺陷對合金性能的影響點缺陷對合金性能的影響古一 2022-3-8n近代物理研究結果表明，晶體中的原子并不是在晶格節點上靜止不動的，而是以平衡位置為中心不停地做熱振動，原子的這種熱振動具有起伏的性質，通過能量漲落產生點缺陷（空位和間隙原子），又是由于能量漲落使得這些缺陷在晶體中進行運動。n空位

9、移動機制：第五節第五節 點缺陷的移動點缺陷的移動古一 2022-3-8n間隙原子移動機制：第五節第五節 點缺陷的移動點缺陷的移動古一 2022-3-8n點缺陷運動的特點：不連續性。它靠能量漲落，當獲得一定的能量跳躍到另一位置后，失去了能量，需要再經過一定時間獲得新的能量后才能再跳躍；無規則性。點缺陷是在不停地做布朗運動，每次跳躍可以以相等的幾率向其最靠近的幾個位置中的任何一個位置跳躍，而無明顯的方向性。晶體中點缺陷的形成與消失是不斷發生的，在一定的溫度下，有一定的點缺陷平衡濃度，動態平衡。第五節第五節 點缺陷的移動點缺陷的移動古一 2022-3-8n1、一Mg合金的屈服強度為180MPa，E為45GPa，a