晶體結(jié)構(gòu)缺陷（點(diǎn)缺陷）
晶體結(jié)構(gòu)缺陷（點(diǎn)缺陷）
在實(shí)際應(yīng)用的金屬材料中，原子的排列不可能像理想晶體那樣規(guī)則和完整，總是不可
避免地存在一些原子偏離規(guī)則排列的不完整性區(qū)域，金屬學(xué)中將這種原子組合的不規(guī)則性，統(tǒng)稱之為結(jié)構(gòu)缺陷，或晶體缺陷。根據(jù)缺陷相對于晶體的尺寸，或其影響范圍的大小，可將它分為點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷和體缺陷。
點(diǎn)缺陷(point defect)
點(diǎn)缺陷的特征是三個(gè)方向的尺寸都很小，不超過幾個(gè)原子間距，晶體中的點(diǎn)缺陷主要指空位、間隙原子和置換原子，如圖1.10 所示。這里所說的間隙原子是指應(yīng)占據(jù)正常陣點(diǎn)的原子跑到了點(diǎn)陣間隙中。
在任何溫度下，金屬晶體中的原子都是以其平衡位置為中心不間斷地進(jìn)行著熱振動。原子的振幅大小與溫度有關(guān)，溫度越高，振幅越大。在一定的溫度下，每個(gè)原子的振動能量并不完全相同，在某一瞬間，某些原子的能量可能高些，其振幅就要大些；而另一些原子的能量可能低些，振幅就要小些。對一個(gè)原子來說，這一瞬間能量可能高些，另一瞬間能量反而可能低些，這種現(xiàn)象稱為能量起伏。根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，在某一溫度下的某一瞬間，總有一些原子具有足夠高的能量，以克服周圍原子對它的約束，脫離開原來的平衡位置遷移到別處，其結(jié)果，即在原位置上出現(xiàn)了空結(jié)點(diǎn)，這就是空位(vacancy)。顯然，這種脫位的原子越多，空位也就越多。脫位原子的去處大致有三：一是跑到晶體表面去，這樣所產(chǎn)生的空位稱肖脫基(Schottky)空位；二是跑到點(diǎn)陣間隙中，所產(chǎn)生的空位稱弗蘭克空位；三是跑到其他空位中，這當(dāng)然不會增加新空位，但可使空位變換位置。
產(chǎn)生空位后，其鄰近原子由于失去了平衡，都會向著空位作一定程度的松弛，從而在其周圍出現(xiàn)一個(gè)波及到一定范圍的畸變區(qū)，或彈性應(yīng)變區(qū)。所以每個(gè)空位周圍都會產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力場，它與小的代位原子周圍出現(xiàn)的應(yīng)力場相似，只是程度要大。同樣，間隙原子周圍也會出現(xiàn)一個(gè)與間隙式溶質(zhì)原子或大的代位溶質(zhì)原子相似的應(yīng)力場，但程度要大得多，特別是在密集結(jié)構(gòu)中。總之，無論哪一種點(diǎn)缺陷(空位、間隙原子或其他)的出現(xiàn)，都會引起晶體能量的升高，這當(dāng)然會增加晶體的不穩(wěn)定性。但另一方面，它們的出現(xiàn)會引起晶體熵值的顯著增大，而熵值越大晶體應(yīng)該越穩(wěn)定。這兩個(gè)相互矛盾的因素使得晶體中的空位或間隙原子在每一溫度都有一個(gè)相應(yīng)的平衡濃度。溫度越高其平衡濃度也將越大。通過由高溫激冷、冷加工、高能粒子轟擊以及氧化等方法，可使它們的濃度顯著高于平衡濃度，即達(dá)到過飽和程度。過飽和的空位，當(dāng)溫度允許時(shí)，或凝聚為空位對或空位群，或與其他缺陷相互作用而消失，或組成較穩(wěn)定的復(fù)合體。
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