教学拾遗 | 动图看懂晶体缺陷

根据晶体中结构不完整区域的形状及大小, 晶体缺陷常分为如下三类:

①脱位原子一般进入其他空位或者逐渐迁移至晶界或表面，这样的空位通常称为肖脱基空位或肖脱基缺陷。

②晶体中的原子有可能挤入结点的间隙，则形成另一种类型的点

缺陷---间隙原子，同时原来的结点位置也空缺了，产生另一个空位，通常把这一对点缺陷（空位和间隙原子）称为弗兰克尔缺陷。

③置换原子缺陷等类型

点缺陷类型动图：

离子晶体的点缺陷

④离子晶体中点缺陷要求保持局部电中性，常见的两种点缺陷：

肖脱基缺陷：等量的正离子空位和负离子空位。

弗兰克尔缺陷：等量的间隙原子、空位。

离子晶体中的点缺陷动图：

⑤点缺陷源于原子的热振动，故其平衡浓度随着温度升高指数增加。

点缺陷数量明显超过平衡值时叫过饱和点缺陷，产生原因为淬火、辐照、冷塑性变形。

①刃型位错一晶体中半原子面边缘周围的原子位置错排区。

刃位错的形成动图：

②螺型位错——晶体中螺旋原子面轴线周围的原子位置错排区。

螺位错的形成动图：

③混合位错——原子位置错拝区中既有半原子面也有螺旋原子面的位错。

混合位错动图：

④位错的滑移

刃位错的运动动图：

⑤位错的攀移

攀移运动动图：

⑥伯氏矢量的确定

先在有位错的晶体中用一闭合回路包围位错线，回路应远离位错中心晶格严重畸变区。再在理想晶体中作一相同回路，但该回路的终点与起点并不重合。从终点向起点作一矢量使两点相连，该矢量定义为该位错的柏氏矢量。

伯氏矢量的确定动图：

有晶界、孪晶界、相界、表面等分类。

孪晶界动图：

晶体结构中质点排列的某种不规则性或不完善性。又称晶格缺陷。表现为晶体结构中局部范围内，质点的排布偏离周期性重复的空间格子规律而出现错乱的现象。根据错乱排列的展布范围,分为下列3种主要类型。

①点缺陷，只涉及到大约一个原子大小范围的晶格缺陷。它包括:晶格位置上缺失正常应有的质点而造成的空位;由于额外的质点充填晶格空隙而产生的填隙；由杂质成分的质点替代了晶格中固有成分质点的位置而引起的替位等（图1）。在类质同象混晶中替位是一种普遍存在的晶格缺陷。

②线缺陷—位错 位错的概念1934年由泰勒提出到1950年才被实验所实具有位错的晶体结构，可看成是局部晶格沿一定的原子面发生晶格的滑移的产物。滑移不贯穿整个晶格，晶体缺陷到晶格内部即终止，在已滑移部分和未滑移部分晶格的分界处造成质点的错乱排列，即位错。这个分界外，即已滑移区和未滑移区的交线，称为位错线。位错有两种基本类型：位错线与滑移方向垂直，称刃位错，也称棱位错；位错线与滑移方向平行，则称螺旋位错。刃位错恰似在滑移面一侧的晶格中额外多了半个插入的原子面，后者在位错线处终止（图2）。螺旋位错在相对滑移的两部分晶格间产生一个台阶，但此台阶到位错线处即告终止，整个面网并未完全错断，致使原来相互平行的一组面网连成了恰似由单个面网所构成的螺旋面。

③面缺陷，是沿着晶格内或晶粒间的某个面两侧大约几个原子间距范围内出现的晶格缺陷。主要包括堆垛层错以及晶体内和晶体间的各种界面，如小角晶界、畴界壁、双晶界面及晶粒间界等。其中的堆垛层错是指沿晶格内某一平面，质点发生错误堆垛的现象。如一系列平行的原子面,原来按ABCABCABC……的顺序成周期性重复地逐层堆垛，如果在某一层上违反了原来的顺序，如表现为ABCABCAB│ABCABC……,则在划线处就出现一个堆垛层错，该处的平面称为层错面。堆垛层错也可看成晶格沿层错面发生了相对滑移的结果。小角晶界是晶粒内两部分晶格间不严格平行，以微小角度的偏差相互拼接而形成的界面。它可以看成是由一系列位错平行排列而导致的结果。在具有所谓镶嵌构造（图4）的晶格中，各镶嵌块之间的界面就是一些小角晶界。也有人把晶体中的包裹体等归为晶体缺陷而再分出一类体缺陷。

④体缺陷：体缺陷主要是沉淀相、晶粒内的气孔和第二相夹杂物等。

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