答案2-晶體缺陷市公開課一等獎省賽課微課金獎?wù)n件

第四章晶體中結(jié)構(gòu)缺點及其運(yùn)動曾世碧-4-17第1頁1、何謂晶體缺點，晶體缺點能夠分為幾類？晶體缺點是指晶體結(jié)構(gòu)不完整，即原子排列偏離完整性區(qū)域。晶體缺點分類：

點缺點：特征是三維空間各個方面上尺寸都很小，尺寸范圍約為一個或幾個原子尺度，又稱零維缺點，包含空位、間隙原子、雜質(zhì)和溶質(zhì)原子。

線缺點：特征是在兩個方向上尺寸很小,另外一個方面上很大，又稱一維缺點，如各類位錯。

面缺點：特征是在一個方面上尺寸很小,另外兩個方面上很大，又稱二維缺點，包含表面、晶界、亞晶界、相界、孿晶界等第2頁2、位錯對晶體結(jié)構(gòu)將造成怎樣影響？對晶體性能將造成什么樣影響？位錯是指晶體中某處一列或若干列原子有規(guī)律錯排。結(jié)構(gòu)影響：晶格發(fā)生很大畸變，長度達(dá)幾百至幾萬原子間距，寬約幾個原子間距范圍內(nèi)原子偏離平衡位置，有序結(jié)構(gòu)被破壞。性能影響：對晶體生長、擴(kuò)散、相變、塑性變形、斷裂等許多物理、化學(xué)性質(zhì)及力學(xué)性質(zhì)都有很大影響，如：晶體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力場，晶體范性形變等。第3頁3、點缺點平衡濃度及其物理意義是什么？一定溫度下，晶格熱振動漲落使間隙原子和空位長生運(yùn)動，引發(fā)其產(chǎn)生和復(fù)合，經(jīng)過足夠長時間，產(chǎn)生和復(fù)合到達(dá)一個動態(tài)平衡，存在著分布均勻、密度穩(wěn)定點缺點，該狀態(tài)下缺點濃度為平衡濃度：物理意義：溫度對濃度強(qiáng)烈影響，濃度隨溫度指數(shù)升高。缺點形成能

決定缺點所占百分比，形成能越高，越難形成該缺點。第4頁4、位錯有哪兩種類型，簡述它們幾何特點。位錯分刃型位錯和螺型位錯兩種。刃型位錯是指一個完整晶體某晶面以上某處多出半個原子面，晶面像刀刃一樣切入晶體，這個多于原子面邊緣就是刃型位錯。刃型位錯幾何特點：(1)位錯線與其滑移矢量d垂直，刃型位錯能夠為任意形狀曲線。(2)有多出半原子面。刃型位錯周圍點陣畸變關(guān)于半原子面左右對稱?；儏^(qū)是一個狹長管道。在位錯線周圍畸變區(qū)每個原子含有較大平均能量。(3)習(xí)慣上，把多出半原子面在滑移面以上位錯稱為正刃型位錯，用符號“┻”表示，反之為負(fù)刃型位錯，用“┳”表示。螺型位錯是指警覺上半部分已經(jīng)發(fā)生了局部滑移，左邊是未滑移區(qū)，右邊是已滑移區(qū)，原子相對移動了一個原子間距，在已滑移區(qū)和未滑移區(qū)之間有一個很窄過渡區(qū)。在過渡區(qū)中，原子都偏離了平衡位置，使原子面畸變成一串螺旋面。螺型位錯幾何特征：(1)螺位錯線與其滑移矢量d平行，故純螺位錯只能是直線。(2)螺位錯沒有多出原子面，它周圍只引發(fā)切應(yīng)變而無體應(yīng)變。(3)據(jù)螺旋面不一樣，螺型位錯分為左螺位錯和右螺位錯。第5頁柏氏矢量確實定方法A、要求位錯線指出屏幕（紙面）為正B、在位錯周圍沿著點陣結(jié)點形成右螺旋封閉回路。（柏氏回路）C、在理想晶體中按一樣次序作一樣大小回路。（不能閉合）D、在理想晶體中從終點到起點矢量即為柏氏矢量。1212341231234111212341231234116、判斷圖中為何種位錯，求圖中位錯柏氏矢量。右旋螺位錯第6頁7、位錯反應(yīng)基本條件是什么？指出面心立方（fcc）和體心立方（bcc）中特征位錯（以最短點陣矢量為柏矢量位錯）,并判斷以下位錯反應(yīng)是否能夠進(jìn)行，為何？位錯反應(yīng)條件：(1)幾何條件:柏氏矢量守恒性，即：∑b前=∑b后

(2)能量條件:反應(yīng)過程能量降低——反應(yīng)驅(qū)動力,即：∑︱b前︱2﹥∑︱b后︱2特征位錯：面心立方（fcc）:體心立方（bcc）:舉例：幾何條件：反應(yīng)前后柏氏矢量守恒能量條件：反應(yīng)前-反應(yīng)后-能量降低，總而言之，該反應(yīng)能夠發(fā)生。第7頁8、何謂全位錯、不全位錯？說明弗蘭克不全位錯是怎樣形成？全位錯：柏氏矢量模等于該晶向上原子間距位錯，又叫單位位錯。不全位錯：柏氏矢量模小于該晶向上原子間距位錯弗蘭克不全位錯形成：在完整面心結(jié)構(gòu)晶體原子密排面{111}面結(jié)構(gòu)中局部抽出或插入一層原子形成，其柏氏矢量為。插入型層錯稱為正弗蘭克偏位錯，抽出型層錯稱為負(fù)弗蘭克偏位錯。第8頁9、簡明說明:(1)刃型位錯周圍原子處于怎樣應(yīng)力狀態(tài)（為切應(yīng)力還是正應(yīng)力，為拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力）；(2)若有間隙原子存在，則間隙原子更輕易存在于位錯周圍那些位置？刃型位錯周圍原子應(yīng)力狀態(tài)：(1)正應(yīng)力與切應(yīng)力分量同時存在；(2)對任意一點y>0時：σxx<0壓應(yīng)力，

y<0時：σxx>0拉應(yīng)力，y=0時：σxx=σyy=0，只有切應(yīng)力。間隙原子引發(fā)晶體體積膨脹，為使總應(yīng)變能下降，間隙原子必定位于刃位錯下方（膨脹區(qū)）。第9頁10、判斷以下為何種位錯？刃型位錯判斷指標(biāo):柏氏矢量與位錯線相互垂直,詳細(xì)判斷見右圖。螺型為錯判斷指標(biāo)：柏氏矢量與位錯線相互平行。當(dāng)二者方向一致時，為右螺旋位錯，當(dāng)兩個方向相反時為左螺旋位錯。第10頁12、位錯運(yùn)動有哪兩種形式？簡述刃型位錯和螺型位錯在運(yùn)動形式上差異。位錯運(yùn)動基本形式為滑移和攀移兩種。位錯滑移是指位錯線在滑移面上運(yùn)動，位錯線移動到晶體表面時，位錯消失，形成柏氏矢量值大小滑移臺階；位錯攀移指在熱缺點或外力作用下，位錯線在垂直其滑移面方向上運(yùn)動，結(jié)果造成晶體中空位或間隙質(zhì)點增殖或降低。滑移不包括原子擴(kuò)散，而攀移必須借助原子擴(kuò)散；外加應(yīng)力對攀移起促進(jìn)作用,拉或壓應(yīng)力均促進(jìn)攀移；高溫影響位錯攀移，溫度升高，原子擴(kuò)散能力增大，攀移易于進(jìn)行.刃型位錯和螺型位錯在運(yùn)動形式上差異：(1)滑移特征：刃型位錯：

∥b、b⊥l、滑移方向⊥l、滑移方向∥b，有單一滑移面;螺位錯：

∥b、b∥滑移線、滑移方向⊥l、滑移方向⊥b，非單一滑移面，可發(fā)生交滑移。(2)刃位錯除了滑移外，還可進(jìn)行攀移運(yùn)動。攀移實質(zhì)是多出半原子面伸長或縮短。螺位錯沒有多出半原子面，沒有正應(yīng)力，故無攀移運(yùn)動。只有刃型位錯才能發(fā)生攀移。第11頁13、在簡單立方晶體中，假定有一個刃型位錯A，其柏氏矢量為b1=a[0-10]，沿著(100)晶面滑移，（1）請在三維晶格圖中畫出位錯A。（2）假如有另一個刃型位錯B，柏氏矢量為b2=a[010]方向，沿著（001）晶面上運(yùn)動，請畫出位錯B。