晶体缺陷思维导图
晶体缺陷知识梳理
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思维导图大纲
晶体缺陷思维导图模板大纲
点缺陷
定义
面缺陷
特征是在一个方向上尺寸很小,另外两个方向上很大，又称二维缺陷，包括表面、晶界、亚晶界、 相界、孪晶界、堆垛层错等
线缺陷
在两个方向上尺寸很小,另外一个方向上很大，又称一维缺陷，如各类位错
点缺陷
在三维空间各方向上尺寸都很小的缺陷。如 空位、间隙原子、杂质或溶质原子等。
相关计算
离开平衡位置的原子有三个去处
Schottky空位：迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置
Frenkel缺陷：挤入点阵间隙，形成数目相等的空位和间隙原子
肖特基空位：进入其它空位
位错思维导图模板大纲
位错
位错的基本类型和特征
伯氏矢量
判断：右手的拇指、食指和中指构成直角坐标，以食指指向 位错线方向，中指指向伯氏矢量的方向，则拇指指向 代表多余半原子面的位向，向上为正，向下为负
意义及特征
物理意义：反映柏氏回路包含的位错所引 起的点阵畸变的总累积； 其方向位错运动导致晶体滑移的方向； 其模｜b｜表示畸变的程度，即位错的强度。
伯氏矢量的守恒性。 与回路起点及具体路径无关
伯氏矢量的唯一性。位错在晶 体中运动或者改变方向时，其伯氏矢量也不变。
伯氏矢量的加和性。若各位错线的方向都是朝向 结点或离开结点的，则伯氏 矢量之和为零。
位错的连续性。位错不能中断于晶体内部
位错运动
滑移
刃型位错的滑移
螺型位错的滑移
刃、螺型位错滑移特征差异
位错的滑移面
位错在某个面上滑移就会使该面上、下部晶体产 生一个柏氏矢量 b的位移，所以位错线ζ与b组成的原 子面就是位错的滑移面。
刃型位错：位错线ζ⊥b，滑移面是唯一的，位错只能 在确定的面上滑移。
螺位错：ζ∥b，任何通过位错线的晶面都满足滑移面 的条件，螺型位错可以有多个滑移面。至 于滑移究竟发生在哪个面，则取决于各个 面上的切应力大小及滑移阻力的强弱。
双交滑移：如果交滑移后的位错再转回和原滑移面平行 的滑移面上继续运动，则称为双交滑移。
攀移
特点
只有刃型位错才能发生攀移；滑移不涉及原子扩散，而攀移必须借助原子扩散；外加应力对攀移起促进作用，压（拉）促进正（负）攀移；高温影响位错的攀移
表现过程
在垂直于滑移面方向上运动，刃位错多余半原子面的扩大和缩小，正攀移,多余半原子面向上运动；负攀移, 多余半原子面向下运动
交割
扭折，割阶
位错运动受阻时，可能通过其中一部分线段（n个 原子间距）首先进行滑移，由此形成的曲折线在位 错的滑移面上时称为扭折，若该曲线垂直于滑移面 时，则称割阶。
割阶强化
位错中的割阶只能产生攀移而不能随主位 错线一道运动，成为位错运动的障碍，从而使材料强 度提高的现象。
位错弹性性质
位错的应力场
螺位错应力场
切应变：γθz=b/(2πr)—仅轴向有应变 切应力：τθz =τzθ =Gγθz=Gb/(2πr) 其余应力分量为
刃位错应力场
特点
螺型位错的应力场是轴对称的，即与位错等距离的各处，其切应力值相等，并随着与位错距离的增大，应力值减小
刃位错同时存在正、切应力分量， 各应力分量正比于G，b，与r成反比，即随着位错距离的增大，应力绝对值减小
位错的应变能
E=aGb^2(0.5<a<1)
单位长度刃位错应变能：
单位长度螺位错应变能：
位错线张力
位错总应变能与位错线的长度成正比
定义为使位错增加单位长度所需要的能量
单位长度位错线上的力Fd=τb
T≈kGb^2
T使位错变直，即r↑
τ使位错弯曲，即r↓
位错间的相互作用力
fr=Gb1b2/2πr
同号刃位错间的交互作用力与两异号位错间的作用 力大小相等，方向相反。
两平行螺位错的交互作用：同性相斥，异性相吸
位错的生成增值
位错密度
单位体积晶体中所含的位错线的总长度。 或穿过单位面积的位错线数目。ρ=n/A
位错生成
晶体生长过程产生位错
凝固先后导致成分差
温度梯度、浓度梯度、机械振动
晶体生长过程中的热应力
高温快速凝固和冷却时，大量过饱和空位聚集
应力集中
位错增值
Frank-Read 位错源
双交滑移增殖
实际晶体的位错思维导图模板大纲
典型特征
堆垛层错
简称层错，是在实际晶体中，密排面的正常 堆垛顺序遭到破坏和错排，从而导致的面缺陷。
畸变很小，但仍有畸变能。 • 材料的层错能越低，层错数量越多。
不全位错
肖克莱不全位错
b=a/6 [1-21]
弗兰克（Frank）不全位错
b=a/3<111>
位错反应
几何条件：反应前后柏氏矢量和相等（方向、大小） 能量条件：反应后能量降低
扩展位错
通常把一个全位错分解为两个不 全位错，中间夹着一个堆垛层错 的整个位错组态称为扩展位错。
表面和界面思维导图模板大纲
表面
在晶体表面上，原子排列情况与晶内不同，表面原子会 偏离其正常的平衡位置，并影响到邻近的几层原子，造 成表层的点阵畸变，使它们的能量比内部原子高，这几 层高能量的原子层称为表面
表面能
产生单位面积新表面所作的功。自由晶体暴露在外的表面 通常是低表面能的原子密排晶面。
晶界和亚晶界
属于同一固相但位向不同的晶粒之间的 界面称为晶界，它是一种内界面。
每个晶粒有时又由若干个位向稍有 差异的亚晶粒所组成，相邻亚晶粒间 的界面称为亚晶界。
晶界能
形成单位面积界面时，系统的自由能变化。J/㎡。 表现形式：界面张力
晶界特点
晶界处点畸变大，存在晶界能。晶界→畸变→晶界能→向低能量状态 ，转化→晶粒长大、晶界变直→晶界面积减小。
阻碍位错运动→强度↑ →细晶强化晶界的存在会对位错的运动起阻 碍运动，使塑型变形抗力提高，使材料的硬度和强度提高，塑性和韧性 提高
细晶强化的强化规律，晶界越多，晶粒越细，材料的屈 服强度就越高。晶粒越细小，位错集群中位错个数（n）越小，应力集 中越小，所以强度越高
位错、空位等缺陷多→晶界扩散速度高。
固态相变时易在晶界处形成新核。晶界能量高、结构复杂→容易满足 固态相变的条件→固态相变首先发生地。
化学稳定性差→晶界容易受腐蚀。
微量元素、杂质富集。晶界具有不同与晶内的物理性质。
相界
具有不同结构的两相之间的分界面。
共格相界
点阵完全重合的相界
半共格相界
点阵部分重合的相界
非共格相界
点阵完全不重合的相界
相
具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并 以界面相互相互隔开的均匀组成部分。
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