晶体结构缺陷.doc

衿膄莅第三章  晶体结构缺陷袅袁莅内容提要罿薅肁    在讨论晶体结构时,人们认为质点在三维空间的排列遵循严格的周期性,这是一种仅在绝对零度才可能出现的理想状况。通常把这种质点严格按照空间点阵排列的晶体称为理想晶体。由于质点排列的周期性和规则性,使得晶体中的势场也具有严格的周期性。在实际晶体中,因其所处的温度高于绝对零度,因而其质点排列总会或多或少地偏离理想晶体中的周期性、规则性排列,即实际晶体中存在着各种尺度上的结构不完整性。通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的结构缺陷。正是由于缺陷的存在,才使晶体表现出各种各样的性质,使材料制备过程中的动力学过程得以进行,使材料加工、使用过程中的各种性能得以有效控制和改变,使材料性能的改善和复合材料的制备得以实现。缺陷的产生、类型、数量及其运动规律,对晶体的许多物理与化学性质会产生巨大的影响。晶体材料所固有的电、磁、声、光、热和力学等性能和材料加工、使用过程中所表现出来的行为大都具有结构敏感性,晶体缺陷则是研究晶体结构敏感性的关键问题和研究材料质量的核心内容。有位科学家说过:“能够控制晶体中的缺陷,就等于拿到了控制实际晶体的钥匙”。由此可见,了解和掌握各种缺陷的成因、特点及其变化规律,对于材料工艺过程的控制,材料性能的改善,新型结构和功能材料的设计、研究与开发具有非常重要意义。芃薀莆    本章从微观层次上介绍晶体中缺陷产生的原因和缺陷的类型,阐述缺陷的产生、复合、运动以及缺陷的控制与利用,建立缺陷与材料性质和材料加工之间的相互联系,为最终利用或控制缺陷对材料实施改性奠定科学基础。羈羆***概 述肅荿肃    一、晶体结构缺陷的概念肈莇膁    在学****晶体结构的时候,我们知道了晶体结构的特征是晶体中的质点在三维空间规则与周期性排列。晶体中的每一个质点都是处在相邻质点的周期性势场之中,具有这种性质的晶体称之为理想晶体,这是为了研究晶体面总结出来的理想状态。蒃莂袇    在自然界中绝对完整的晶体是不存在的,在绝对零度以上,由于热运动等种种原因,晶体中质点的排列都或多或少不那么完全有规则。相对于理想晶体其质点的排列出现偏离,造成质点所处周期性势场发生畸变,这种造成晶体点阵结构周期性势场畸变的一切因素就称之为晶体结构缺陷(或称晶体结构不完整性)。膈蒄薅    二、晶体结构缺陷的特点膅膁袂    请大家注意:实际晶体中存在缺陷并不破坏晶体的基本结构及其规律性。其质子或离子仍可作有规则、周期性排列为主要特征。排列不那么规则,即缺陷是少数的、数量不多、类型有限,但这少数不规则排列所形成的缺陷对晶体的性质及物理、化学过程有很大影响。芈袅芁    三、晶体结构缺陷研究的意义蚂羀芈    缺陷对各种晶体性质的影响是广泛的,在硅酸盐水泥生产中,为保证水泥熟料中b-C2S(常温下的介稳相,具有胶凝性及水硬活性)的常温稳定,加入少量稳定剂(P2O5、Cr2O3、V2O5、BaO、MnO等)与其形成固溶体、使其晶格稳定,防止b-C2S转变与g-C2S;ZrO2陶瓷及耐高温材料生产中,ZrO2稳定剂的选择更是缺陷化学的典型应用,具有得大意义;另外,几乎所有离子晶体的颜色、发光、导电以及固体的强度等性质均与缺陷有关;缺陷对于无机材料高温过程中的扩散、烧结、固相反应等也有极为重要的关系。莈芆芇    有时我们希望材料中形成较多的缺陷,例如固相反应,烧结等过程,有时又希望尽可能消除缺陷,例如单晶制造,因此研究缺陷的形成及运动规律对于材料的生产和性质有着极大的意义。有位科学家说过:“控制晶体中的缺陷,就等于拿到了控制实际晶体的钥匙。”莄羂袅    晶体结构缺陷是材料科学的基础,但关于缺陷形成了许多理论仍不很成熟,特别是不能理论地确定结构中形成缺陷的种类,数量,很多结论而是建立在大量的实验基础上。因此希望同学们学会分析问题的方法,总结其内在规律,为今后的科研工作打下良好的基础。蒈蚆莀    四、晶体结构缺陷的分类袂螁虿    根据缺陷的大小,形状和作用范围,可把缺陷分为三类:点缺陷、线缺陷-位错、面缺陷-晶界。薈肇螅    点缺陷——是在三维方向上尺度都很小的缺陷,它只在点阵的某些结点位置上发生,影响范围仅限于周围邻近的几个位子,是一种微观缺陷,如:空位、间隙质点、杂质质点等。薄蒀蚄    线缺陷——是晶体中产生的一维方向上的缺陷,在其它二维方向上尺度都很小,这种缺陷可以直接用电子显微镜观察到,是一种显微缺陷,又称位错。薈芄蒀     面缺陷——是一种在二维方向上伸展的缺陷,这种缺陷也可以用光学显微镜观察到,范围更大,如表面、晶界。 点缺陷蚇蚅蒇    点缺陷是指晶格周期性破坏发生在一个或几个质点间距线度范围内,一般是由结点上质点(原子或离子)的变化而引起的。点缺陷是几种类型缺陷中最基本也是最重要的一种。蚄节蒃