晶体缺陷

形成大小、方向和对方的b的大小、方向相同的割阶 或扭折。正应力和切应力，与位错线平行的切应力为0、与位错形状有关，位错想有尽量变直或缩短的趋势。

晶体缺陷

• 点缺陷 （空位或杂质原子）
  • 分类
    • 肖特基缺陷
      • 离子晶体中：正负空位数量相等
      • 晶体内部留下空位
    • 弗兰克缺陷
      • 离子晶体中：正负填隙离子数量相等 正负空位数量相等
      • 晶体内部留下空位和间隙原子
    • 热平衡缺陷
    • 过饱和点缺陷
  • 平衡浓度
    • 区别于其他晶体缺陷的重要特点
    • 原因
      • 点阵畸变～内能升高～降低热力学稳定性
      • 原子混乱程度上升～改变原子振动频率～组态熵改变～晶体熵值增大～热力学稳定性上升
    • 点缺陷 形成能
      • 间隙原子的大于空位的
      • 离子晶体的一般相当大
  • 运动
    • 高能原子跳入空位～原位置产生空位
    • 间隙原子获得能量移到另一个间隙位置
    • 复合：间隙原子落入空位中
  • 性能变化
    • 金属电阻增加
    • 体积膨胀
    • 离子晶体的导电性改善
    • 过饱和点缺陷提高金属强度
• 线缺陷 （位错）
  • 基本类型
    • 刃位错
      • 有额外的半原子面
      • 滑移区和未滑移区的界限 直线 曲线 折线
      • 与滑移方向、伯氏矢量垂直
      • 一个滑移面
      • 既有切应变也有正应变，引起体积膨胀和收缩
      • 畸变区原子具有较大的平均能量
    • 螺位错
      • 无额外的半原子面，原子错排呈轴对称的
      • 可分为右旋和左旋
      • 与滑移方向、伯氏矢量平行
      • 一定是直线
      • 滑移面不唯一，通常为密排面
      • 平行于位错线的切应变，不引起体积膨胀和收缩
    • 混合位错
  • 伯氏矢量
    • 确定方法：伯氏回路
    • 判断位错
      • 刃位错：顺正逆负
      • 螺位错：顺右逆左
    • 特性
      • 反映位错周围点阵畸变总累积的物理量
      • 矢量方向表示位错性质和位错取向 大小表示畸变程度，即位错强度
      • 唯一性：与回路起点及其具体途径无关
      • 同一性：一根位错线具有唯一的、相同的伯氏矢量
      • 可加性
      • 位错连续性：不中断于晶体内部
  • 位错运动
    • 滑移
    • 攀移
      • 仅刃位错有
        • 正攀移：半原子面缩短
        • 负攀移：半原子面伸长
      • 非守恒运动：涉及位错线附近原子的扩散
      • 需要热激活，高温下容易实现
      • 过饱和点缺陷的存在有利于攀移
    • 交滑移
      • 仅螺位错有
      • 守恒运动
    • 交割
      • 割阶：曲折线段垂直于滑移面
        • 刃：仍是刃位错
        • 螺：刃位错
        • 刃型割阶可钉扎位错，影响较大
        • 刃位错攀移～割阶沿位错线推移
      • 扭折：曲折线段仍在原滑移面上
        • 刃：螺位错
        • 螺：刃位错
        • 不稳定，在线张力作用下易消失，无影响
      • 几种典型的位错交割
        • 形成大小、方向和对方的b的大小、方向相同的割阶或扭折
  • 弹性性质
    • 应力场
      • 螺位错
        • 纯剪切应力场
        • 轴对称、与距离成反比
      • 刃位错
        • 正应力和切应力，与位错线平行的切应力为0
        • 对称于半原子面
        • 滑移面上无正应力，切应力达最大值
        • 正：上压下拉 负：上拉下压
    • 应变能
      • 位错中心畸变能➕弹性应变能
      • 刃大于螺
      • Ｅ🟰aGb2
      • 与位错形状有关，位错想有尽量变直或缩短的趋势
      • 位错的存在增加体系内能，熵值变化忽略不计
    • 线张力
      • 使位错增加单位长度需要的能量
      • T🟰kGb2
      • 驱使位错变直，位错呈三位网络分布
      • 位错线曲率，推动位错弯曲所需外力越大
    • 作用在位错上的力
      • 假想力
      • 🟰tb
    • 交互作用
      • 同号相斥，异号相吸
  • 生成与增殖
    • 两种位错密度
    • 生成
    • 增殖
      • F-R源
      • 弯曲～卷曲～分裂增殖～变直
  • 实际晶体结构中的位错
    • 全位错（含单位位错）
    • 不全位错（含部分位错）
      • 肖克利不全位错
        • 纯刃 纯螺 混合
        • 可滑移～使层错扩大或缩小
        • 不可攀移～攀移势必离开层错面
      • 弗兰克不全位错
        • 正～抽出型层错 负～插入型层错
        • 纯刃型，不能滑移～否则离开层错面
        • 可攀移～使层错面扩大或缩小
    • 堆垛层错：密排堆垛次序有误
    • 位错反应
      • 几何条件
      • 能量条件
    • 面心立方晶体中
      • 汤普森四面体
      • 扩展位错
        • 一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个层错
        • 宽度由层错能和同号位错的排斥共同作用
        • 束集：局部受阻～外切应力作用下宽度⬇️～收缩为全位错
        • 交滑移：束集～全螺位错～交滑移～分解为扩展位错～滑移
• 面缺陷 表面及界面
  • 外表面
  • 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
    • 小角度晶界
      • 对称倾斜晶界
        • 晶界两侧晶体互相倾斜的结果
        • 同号刃位错垂直排列
      • 不对称倾斜晶界
        • 界面绕x 轴转了一个角度
        • 两组相互垂直的刃位错交错排列
      • 扭转晶界
        • 两部份晶体绕某一轴在同一晶面上相对扭转一个角度
        • 互相交叉的螺位错组成
    • 大角度晶界
      • 10 度以上，一般在30 ～ 40 度
    • 晶界能
      • 晶界上原子排列不规则～畸变能
      • 形成单位面积界面时系统的自由能变化； 等于界面区单位面积的能量减去无界面时该单位面积的能量
      • 小角度晶界：取决于位向差，主要来自位错能量 大角度晶界：定值
    • 晶界的特性
      • 结构特点：复杂，缺陷多 能量特点：点阵畸变，能量高
      • 晶粒长大和晶界平直化～降低能量～自发过程
      • 原子排列不规则～阻碍位错运动～细晶强化 高温～黏滞性～相邻晶粒相对滑动
      • 原子偏离平衡位置，动能高➕ 缺陷多～原子扩散快
      • 能量高➕ 原子活性大～易于新相形核
      • 成分偏析➕ 内吸附～晶界熔点低～过烧
      • 晶界易腐蚀～金相组织观察
  • 孪晶界
    • 孪晶界：孪晶边界
    • 孪晶面：孪晶对称面
    • 孪晶界不一定是孪晶面；共格孪晶界即为孪晶面
  • 相界
    • 共格相界
      • 只有在孪晶界为孪晶面时存在
      • 存在弹性畸变～晶面间距小者伸长，大者压缩
    • 半共格相界
      • 晶面间距相差较大
      • 在界面上产生位错以降低弹性应变能
      • 位错间距取决于相界处两相匹配晶面的错配度
    • 非共格相界
      • 原子排列相差很大
      • 子主题
    • 相界能
      • 弹性畸变能：取决于错配度大小
      • 化学交互作用能：取决于界面上原子与周围原子的化学键合状况