材料科学基础B晶体缺陷之一A.

3.1 点缺陷

点缺陷是最简单的晶体缺陷，它是在结点上 或邻近的微观区域内偏离晶体结构的正常排 列的一种缺陷。晶体点缺陷包括空位、间隙 原子、杂质或溶质原子，以及由它们组成的 复杂点缺陷，如空位对、空位团和空位-溶 质原子对等。
一 点缺陷的形成
空位----当某一原子具有足够大的振动能而使振幅增大到一定限度时， 就可能克服周围原子对它的制约作用，跳离其原来的位置，使点阵中 形成空结点，称为空位。 离位原子的三个去处: 一.迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置上，而使晶体内部留下空位， 称为肖脱基（Schottky）空位； 二.挤人点阵的间隙位置，而在晶体中同时形成数目相等的空位和间隙原 子，则称为弗兰克尔（Frenkel）缺陷； 三.跑到其他空位中，使空位消失或使空位移位。 间隙原子的形成： 在一定条件下，晶体表面上的原子也可能跑到晶体内部的间隙位置形 成间隙原子。

S f
EV kT
Ee Qe Ce Ae exp Ae exp kT RT
Ee EV Ee EV Emove
离子晶体中点缺陷的特点
缺陷成对出现，形成能相当大，浓度很低 Schottky缺陷： 设负离子空位浓度为Cva，正离子空位浓度 为Cvc，则其浓度为：
3. 晶体缺陷
在实际晶体中，由于原子（或离子、分子） 的热运动，以及晶体的形成条件、冷热加工过程 和其他辐射、杂质等因素的影响，实际晶体中原 子的排列不可能那样规则、完整，常存在各种偏 离理想结构的情况，即晶体缺陷。晶体缺陷对晶 体的性能，特别是对那些结构敏感的性能，如屈 服强度、断裂强度、塑性、电阻率、磁导率等有 很大的影响。另外晶体缺陷还与扩散、相变、塑 性变形、再结晶、氧化、烧结等有着密切关系。 因此，研究晶体缺陷具有重要的理论与实际意义。
F U TS
空位平衡浓度公式的推导过程
1.
设N个原子组成的体系中有n个空位，每个空 位的形成能为EV；n个空位引起的组态熵变化 为SC，振动熵变化为Sf； 则恒温恒容条件下的自由能变化为： 组态熵的变化：
F nEV T SC nS f
2.
SC k[(N n) ln(N n) N ln N n ln n
点缺陷的形成
二 点缺陷的平衡浓度
晶体中点缺陷的存在一方面造成点阵畸变，使晶 体的内能升高，降低了晶体的热力学稳定性，另 一方面由于增大了原子排列的混乱程度，并改变 了其周围原子的振动频率，引起组态熵和振动熵 的改变，使晶体熵值增大，增加了晶体的热力学 稳定性。这两个相互矛盾的因素使得晶体中的点 缺陷在一定的温度下有一定的平衡浓度。
3. 自由能的变化： F n(EV TS f ) kTN n lnN n N ln N n ln n
4.
上式对n求导,并令导数为零,可求得平衡时 的空位浓度：
n EV QV T CV e e AV exp AV exp N kT RT 同理可得平衡时间隙原子nkel缺陷： 设间隙正离子浓度为Cic，间隙正离子空位 浓度为Cvc，则其浓度为：
CS Cvc Cic
离子晶体中的点缺陷