第三章晶体结构与晶体中的缺陷2讲解.ppt

实测D＝5.477 g/cm3 ，接近D0计算2 说明方程(2)合理， 固溶体化学式 ：Zr0.85Ca0.15O1.85 为氧空位型固溶体。 附：当温度在1800℃急冷后所测的D和D0计算比较，发现该固溶体为阳离子填隙形式，而且缺陷类型随着CaO溶入量或固溶体的组成发生明显的变化。 五、线缺陷(位错) 　　实际晶体在结晶时受到杂质、温度变化或振动产生的应力作用，或由于晶体受到打击、切削、研磨等机械应力的作用，使晶体内部质点排列变形。原子行列间相互滑移，而不再符合理想晶格的有秩序的排列，形成线状的缺陷称位错。 　１、刃型位错 　　位错具有柏格斯矢量b，方向表示滑移方向 ，大小一般是一个原子间距 。 　　如图2—51所示。晶体受到压缩作用后，使A’B’EFGH滑移了一个原子间距时，造成质点滑移面和未滑移面的交界是一条EF线，称位错线。 　　当晶体的下半部被压缩，多余的半个晶面自右向左推移时，称为负刃位错，用┬表示。 　　当晶体的上半部向右滑移，多余的半个原子面自左向右推移时，相应的刃位错称为正刃位错，用⊥表示。 　　柏格斯矢量b与位错线垂直的位错称为刃型位错用符号⊥表示。 　　如果两个相反符号刃位错的滑移面之间间距为两个原子距，相遇时生成一个空位。反应式可用下式表示： 正刃位错和负刃位错同一滑移面上相遇时，它们将相互抵消，合并为一个完整的原子面。 　2、螺位错 　　特点：位错线和滑移方向(柏格斯矢量b)相互平行。 　　如图（A）在晶体施加剪切应力，使左、右两部分在滑移面ABCD上沿AD方向滑移过一个原子间距，AD为位错线。 　　原来垂直于位错线AD的界面发生滑移后已不是个平面，从B′出发，绕位错线AD顺时针方向旋转一周到B，B和B′并不重合，它比B′低了一层原子面，所以每转一周，就比原来的出现处降低一层晶面，继续绕AD旋转，就会以螺旋状不断下降，故称旋位错，用符号　·　　表示滑移面上质点的排列如图（B）。 · 　　柏格斯矢量既不平行于位错线也不垂直于位错线。这种位错称为混合位错。 　 　在实际晶体中，很可能是同时产生刃位错和螺位错。图2—54所示 。 3、混合位错。 单位面积上通过的位错线的数量，或单位体积内位错线的总长度。 4、位错密度 　 　说位错是线缺陷，并不是几何意义上的线，严格说位错是一定尺度的管道，位错线可以终止在晶体表面或晶界上，而不能终止在一个完整晶体的内部。位错线不仅可以是弯曲的，且可以是晶体内形成封闭的环。在位错线附近有很大的应力集中，在这个区域内质点具有的能量比正常结点位置上要高。因此迁移起来比较容易。通常说“位错是扩散的快速通道”就是这个道理。 引起位置增殖的缺陷有：VM、Vx、MM、Mx、XM、Xx等。 ②位置增殖： 　　当缺陷发生变化时，有可能引入M空位VM，也可能把VM消除。当引入空位或消除空位时，相当于增加或减少M的点阵位置数。但发生这种变化时，要服从位置关系。 不发生位置增殖的缺陷有：e‘、h·、Mi、Xi等。 例如发生肖特基缺陷时，晶体中原子迁移到晶体表面，在晶体内留下空位，增加了位置数目。当然这种增殖在离子晶体中是成对出现的，因而它是服从位置关系的。 ③质量平衡：缺陷方程的两边必须保持质量平衡。 ⑤表面位置：当一个M原子从晶体内部迁移到表面时，用符号Ms表示，下标S表示表面位置，在缺陷化学反应中表面位置一般不特别表示。 ④电荷守恒：在缺陷反应前后晶体必须保持电中性，或者说缺陷反应式两边必须具有相同数目的总有效电荷。例如Ti02在还原气氛下失去部分氧，生成Ti02—ｘ的反应可写为： 2TiO2→2Ti’Ti+V..o+3Oo+1/2O2↑ 或写成 2TiTi+4 Oo→2Ti’Ti+V..o+3Oo+1/2O2↑　　 （1）、CaCl2溶解在KCl中。 举例说明如下： 表示KCl作为溶剂。 以上三种写法均符合缺陷反应规则。 实际上（1－1）比较合理。 （1－5〕较不合理。因为Mg2+进入间隙位置不易发生。 （2）、 MgO溶解到Al2O3晶格中 　3、热缺陷浓度计算 若是单质晶体形成热缺陷浓度计算为： 若是MX二元离子晶体的Schttky缺陷，因为同时出现正离子空位和负离子空位，热缺陷浓度计算为： ｎ／Ｎ：表示热缺陷在总结点中所占分数，即热缺陷浓度； 　 E：热缺陷形成自由能； 　k：波兹曼常数 4、 点缺陷的化学平衡 当缺陷浓度很小时， 因为填隙原子与空位成对出现，故有 缺陷的产生和回复是动态平衡，可看作是一种化 学平衡