缺陷
晶格點缺陷有三種:1)空位;2)間隙原子;3)置換原子。
概述
vacancy
指在晶體結構中本應由質點正常占有的位置,實際上缺失了質點而留下的空位。能使原來無色透明的離子晶體呈現某種顏色的色心(color center),就是一類能夠捕獲自由電子或空穴而對可見光產生選擇吸收的空位。
成因
在晶體中,原子是以格點平衡位置為中心振動著,一個原子的振動和周圍原子的振動有密切的關係。這使原子振動的能量服從麥克斯韋-玻爾茲曼幾率分布,而呈現漲落現象。當某一原子能量大到一定程度,就可能脫離正常的平衡位置,而在原格點處形成空位。
空位是金屬晶體點缺陷的一種,它的熱平衡濃度服從玻爾茲曼分布,濃度隨著溫度的升高而增加。
當溫度升高時,此時集團原子的平均熱能加大,導致全局平均振幅加大,因此,此時由於振動而能脫離金屬鍵結合的原子數量增大,空位濃度增大。
空位類型
1)肖脫基空位:空位原子遷移到晶體表面上;
2)弗蘭克爾空位:空位原子遷移到晶體內部的晶格間隙中;
3)空位型:空位原子遷移到其他空位中。
註:形成肖脫基空位所需的能量較低,所以在固態金屬中,主要形成肖脫基空位。
空位位置
1)由於熱振動,周圍原子與空位置換,形成新空位,造成空位移動。
2)空位遷移至晶體表面,或與間隙原子相遇而消失,但因為濃度不變,在其他地方產生新空位。
註:空位濃度極小,當銅接近熔點的時候,空位平衡濃度為10的-8數量級。
作用
空位與位錯環的關係
由於空位是熱缺陷,其數量與溫度有指數函式關係;在高溫下數量很多,在低溫下數量減少。但是如果晶體從高溫降低到低溫(退火)的速度過快,則將在晶體中保留有許多空位;當數個空位靠近時,即可能結合而成為一個較大的空位;而一旦這種大的空位塌陷下來,就成為了一個位錯環。因此,大量空位可以產生位錯環,這對材料性能將造成很大的影響。
空位影響
1)在固態金屬的擴散中起著極為重要的作用;
2)空位會兩個、三個或更多個的聚集在一起,形成複合空位;
3)由於空位的存在,空位周圍原子的失去力平衡,朝空位移動,偏離了平衡位置,在空位周圍形成一個涉及幾個原子作用間距範圍的彈性畸變區,影響機械性能。