晶体缺陷的种类和特点

2 晶体缺陷，固溶体合章

1、 说明下列符号的含义：

VNa，VNa’，VCl?，.(VNa’VCl?)，CaK?，CaCa，Cai??

解：钠原子空位；钠离子空位，带一个单位负电荷；氯离子空位，带一个单位正电荷；最邻近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心；Ca2+占据K.位置，带一个单位正电荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+处于晶格间隙位置。 2、写出下列缺陷反应式：

(1)NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体； (2)CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体； (3)NaCl形成肖脱基缺陷；

(4)AgI形成弗仑克尔缺陷(Ag+进入间隙)。 解：（1）NaCl（2）CaCl2

NaCa’+ ClCl + VCl· CaNa· + 2ClCl + VNa’

（3）O?VNa’ + VCl·

（4）AgAg?VAg’ + Agi·

3、 弗仑克尔缺陷：晶体内部质点由于热起伏的影响,质点从正常位置位移到晶体内部的间隙位置上,正常位置上出现空位。

4、 什么是肖特基缺陷、弗兰克尔缺陷？他们属于何种缺陷，发生缺陷时位置数是否发生变化？

答：肖特基缺陷：晶体的结构基元，从正常

浅谈晶体缺陷

浅谈晶体缺陷

摘要：晶体缺陷成就了性能的多样性。晶体缺陷对晶体生长、晶体的力学性能、电学、磁学和光学性能等均有着极大影响，在生产上和科研中都非常重要，是固体物理、固体化学、材料科学等领域的重要基础内容。研究晶体缺陷因此具有了尤其重要的意义。针对晶体缺陷的概念、理论研究过程及进展、晶体缺陷与晶体性能的关系、关于晶体缺陷一些重要概念的理解，进行了文献查阅和资料整理，并结合个人看法，形成论文一篇。

关键词：晶体缺陷、概念描述、分类方法、理论研究、性能影响、概念区分

一、 晶体缺陷的概念

在理想完整晶体中，原子按一定的次序严格地处在空间有规则的、周期性的格点上。但在实际的晶体中，由于原子（分子或离子）的热运动、晶体形成条件、冷热加工过程及其它辐射、杂志等因素的影响，原子的排列不可能那样完整和规则，往往存在偏离了理想晶体结构的区域。我们把实际晶体中偏离理想完整点阵的部位或结构称为晶体缺陷（defects of crystals）。它的存在破坏了晶体的完美性和对称性。

二、晶体缺陷的分类

（一）按缺陷的几何形态分类

1.点缺陷（又称零维缺陷）：缺陷尺寸处于原子大小的数量级 上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。固体材料中最基本和最重要的

1

浅谈

浅谈晶体缺陷

浅谈晶体缺陷

摘要：晶体缺陷成就了性能的多样性。晶体缺陷对晶体生长、晶体的力学性能、电学、磁学和光学性能等均有着极大影响，在生产上和科研中都非常重要，是固体物理、固体化学、材料科学等领域的重要基础内容。研究晶体缺陷因此具有了尤其重要的意义。针对晶体缺陷的概念、理论研究过程及进展、晶体缺陷与晶体性能的关系、关于晶体缺陷一些重要概念的理解，进行了文献查阅和资料整理，并结合个人看法，形成论文一篇。

关键词：晶体缺陷、概念描述、分类方法、理论研究、性能影响、概念区分

一、 晶体缺陷的概念

在理想完整晶体中，原子按一定的次序严格地处在空间有规则的、周期性的格点上。但在实际的晶体中，由于原子（分子或离子）的热运动、晶体形成条件、冷热加工过程及其它辐射、杂志等因素的影响，原子的排列不可能那样完整和规则，往往存在偏离了理想晶体结构的区域。我们把实际晶体中偏离理想完整点阵的部位或结构称为晶体缺陷（defects of crystals）。它的存在破坏了晶体的完美性和对称性。

二、晶体缺陷的分类

（一）按缺陷的几何形态分类

1.点缺陷（又称零维缺陷）：缺陷尺寸处于原子大小的数量级 上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。固体材料中最基本和最重要的

1

浅谈

晶体缺陷习题与答案

1 解释以下基本概念

肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、混合位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克—瑞德源、派—纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、重合位置点阵、共格界面、失配度、非共格界面、内吸附。

2 指出图中各段位错的性质，并说明刃型位错部分的多余半原子面。

3 如图，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b的位错环，并受到一均匀切应力?。(1)分析该位错环各段位错的结构类型。(2)求各段位错线所受的力的大小及方向。(3)在?的作用下，该位错环将如何运动?(4)在?的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大?

4 面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错b?a2[110]，在(111)面上分解为两个肖克莱不

Gb24??2全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出ds?模量，?层错能)。

(G切变

[101]能与肖克莱不全位错a[121]相结合形成弗兰克不全位错，试说明：5 已知单位位错a26（1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。(2)判定此位错反应能否进行？(3)这个位错为什么称固定位错?

晶体缺陷习题与答案

1 解释以下基本概念

肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、混合位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克—瑞德源、派—纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、重合位置点阵、共格界面、失配度、非共格界面、内吸附。

2 指出图中各段位错的性质，并说明刃型位错部分的多余半原子面。

3 如图，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b的位错环，并受到一均匀切应力?。(1)分析该位错环各段位错的结构类型。(2)求各段位错线所受的力的大小及方向。(3)在?的作用下，该位错环将如何运动?(4)在?的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大?

4 面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错b?a2[110]，在(111)面上分解为两个肖克莱不

Gb24??2全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出ds?模量，?层错能)。

(G切变

[101]能与肖克莱不全位错a[121]相结合形成弗兰克不全位错，试说明：5 已知单位位错a26（1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。(2)判定此位错反应能否进行？(3)这个位错为什么称固定位错?

晶体缺陷习题与答案

1 解释以下基本概念

肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、混合位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克—瑞德源、派—纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、重合位置点阵、共格界面、失配度、非共格界面、内吸附。

2 指出图中各段位错的性质，并说明刃型位错部分的多余半原子面。

3 如图，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b的位错环，并受到一均匀切应力?。(1)分析该位错环各段位错的结构类型。(2)求各段位错线所受的力的大小及方向。(3)在?的作用下，该位错环将如何运动?(4)在?的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大?

4 面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错b?a2[110]，在(111)面上分解为两个肖克莱不

Gb24??2全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出ds?模量，?层错能)。

(G切变

[101]能与肖克莱不全位错a[121]相结合形成弗兰克不全位错，试说明：5 已知单位位错a26（1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。(2)判定此位错反应能否进行？(3)这个位错为什么称固定位错?

1．位错线是晶体中 区与 区在滑移面上的交界线，刃形位错的柏氏矢量与其位错线 ，螺形位错的柏氏矢量与其位错线 ，混合型位错的柏氏矢量与其位错线既不 ，也不 。

2．小角度晶界是相邻两晶粒的位相差 的晶界，它可分为 和 两种类型，前者是由 构成，后者是由 位错构成，他们具有 的界面能；大角度晶界是相邻两晶粒的位相差 晶界，它的界面能比小角度晶界的 。

3．位错线的滑移面是有 和 决定的平面。刃型位错的滑移面有 个，螺型位错理论上有 个，刃型位错、螺型位错可以做 运动，能够攀移的只有 位错。

4．刃型位错的滑移方向与柏氏矢量 ，与使该位错滑移的外分切应力 ；螺型位错的滑移方向与柏氏矢量 ，与使该位错滑移的外分切应力 。但是无论什么位错在外应力作用

下滑移时，其运动方向总是与位错线 ，就好像在位错线上作用一个力，它的大小与

第四章 晶体缺陷

本章的主要内容：

晶体中的缺陷，晶体缺陷的分类，晶体缺陷的形成

点缺陷：点缺陷的种类，点缺陷的形成，点缺陷的运动，点缺陷的平衡浓度，点缺陷对材料性能的影响。

位错：位错理论的起源：理论切变强度，位错学说 位错的观察

位错基本类型及特征：刃型位错，螺型位错，混合位错

柏氏矢量：确定方法，柏氏矢量的模，实际晶体中的柏氏矢量，柏氏矢量的特性，位错密度 外力场中作用在位错线上的力 位错运动：滑移，攀移，

位错的应力场、位错的应变能及位错线张力

位错间的交互作用：两根平行螺位错的交互作用，两根平行刃位错的交互作用， 位错的交割：螺型位错与螺型位错，刃型位错与刃型位错，螺型位错与刃型位错 位错的塞积、位错的增殖

实际晶体中的位错：单位位错，堆垛层错，不全位错，肖克莱、弗兰克不全位错 位错反应及汤普逊四面体

位错与溶质原子的交互作用：弹性交互作用，柯垂尔气团。

一、 填空

1 空位是热力学_______________的缺陷，而位错是热力学_____________的缺陷。 2 fcc晶体中单位位错（全位错）的柏氏矢量是_________________；bcc晶体中单位位错（全位错）的柏氏矢量是______________

晶体缺陷习题与答案

1 解释以下基本概念

肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、混合位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克—瑞德源、派—纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、重合位置点阵、共格界面、失配度、非共格界面、内吸附。

2 指出图中各段位错的性质，并说明刃型位错部分的多余半原子面。

3 如图，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b的位错环，并受到一均匀切应力?。(1)分析该位错环各段位错的结构类型。(2)求各段位错线所受的力的大小及方向。(3)在?的作用下，该位错环将如何运动?(4)在?的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大?

4 面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错b?a2[110]，在(111)面上分解为两个肖克莱不全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出ds?模量，?层错能)。

a5 已知单位位错a2[101]能与肖克莱不全位错6[121]相结合形成弗兰克不全位错，试说明：

Gb224??(G切变

（1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。(2)判定此位错反应能否进行？(3)这个位错为什么称固定位错?

第二章 晶体结构与晶体缺陷

例 题

2-1 （a）MgO具有NaCl结构。根据O2-半径为0.140nm和Mg2+半径为0.072nm，计算球状离子所占有的空间分数（堆积系数）。

（b）计算MgO的密度。

解：（a）MgO具有NaCl型结构，即属面心立方，每个晶胞中含有4个Mg2+和4个O2-，故Mg所占有体积为：

4VMgO＝4??(R3?R3)Mg2?O2?34＝4??(0.0723?0.1403)3＝0.0522nm

因为Mg2+和O2-离子在面心立方的棱边上接触：

a＝2(RMg2??RO2?)＝（20.072?0.140）＝0.424（nm）

0.0522＝＝68.5％33a（0.424）堆积系数＝

VMgODMgO＝（b）

Mn·N0a3＝4?(24.3?16.0)6.02?1023?(0.424?10?7)3＝3.51g/cm3

2-2 Si和Al原子的相对质量非常接近（分别为28.09和26.98），但SiO2和Al2O3的密度相差很大（分别为2.65g/cm3和3.96g/cm3）。试计算SiO2和Al2O3的堆积密度，并用晶体结构及鲍林规则说明密度相差大的原因。

解： 首先计算SiO2堆积系数。每cm3中含S