第10题:
说明晶体缺陷的概念和分类方法,简述各种晶体缺陷的概念、特征及其对性能的影响。
正确答案:
概念:晶体缺陷是指晶体中偏离理想的完整结构的区域。
分类方法:按形成晶体缺陷的原子种类,可将晶体缺陷分成化学缺陷和点阵(几何)缺陷两类。按点阵缺陷在三维空间的尺度,又可将点阵缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷三类。
1、点缺陷:是指在x、y、z方向上的尺寸都很小的点阵缺陷,包括空位和间隙原子。
特点:点缺陷是热力学平衡缺陷,即在平衡状态下也总以一定的浓度存在。
影响:
(1)空位浓度升高,导体的电阻升高。
(2)空位引起体积增加、密度减小。
(3)辐照损伤,即用电子、中字、质子、α粒子等高能粒子照射材料,在材料中导入大量空位和间隙原子,引起材料损伤。
2、线缺陷:线缺陷是指在两个方向上尺寸都很小,另一个方向相对很长的点缺陷,也叫一维缺陷,如位错。
特点:不论是何种位错,位错的滑移方向都是为错的法线方向。
影响:
(1)位错的密度降低,位错数量减少,材料的屈服强度将降低。
(2)由于位错附近自由能升高,位错消失可以导致自由能降低,因此位错附近可发生优先腐蚀。
(3)由于位错引起的局部点阵畸变也能引起传导电子的额外散射,也可能引起电阻升高。
(4)位错导致扩散加速。
3、面缺陷:面缺陷是指在两个方向上尺寸很大,另一方向上尺寸很小的点缺,也叫二维缺陷。
特点:不论是何种位错,位错的滑移方向都是位错的法线方向,滑移的结果都是在晶体表面形成宽度为b的台阶。
影响:
(1)堆垛层错使材料的自由能有些增加,但本身几乎不产生畸变,对材料的性能影响不大。
(2)外表面对材料性能的影响在于很难获得清洁的表面。
(3)相界面是新相的形核的优先位置,相界面常常是最优先腐蚀的位置。对普通材料而言,它会使材料的强度增加,原因是它增大了位错运动的阻力。