空位

更新时间:2024-02-02 16:23

由于能量起伏总有一些原子的能量大到足以克服周围原子对它的束缚,就有可能迁移到别处,这样在原来的平衡位置上就会出现结点,称为空位。

缺陷

晶格根据其对理想晶格偏离的几何位置及成分来划分,点缺陷可分为:(1)空位;(2)间隙原子;(3)杂质原子。

根据产生缺陷的原因可分为: (1)热缺陷;(2)杂质缺陷;(3)非化学计量缺陷。

成因

在晶体中,原子是以格点平衡位置为中心振动着,一个原子的振动和周围原子的振动有密切的关系。这使原子振动的能量服从麦克斯韦-玻尔兹曼几率分布,而呈现涨落现象。当某一原子能量大到一定程度,就可能脱离正常的平衡位置,而在原格点处形成空位。

空位是晶体点缺陷的一种,它的热平衡浓度服从玻尔兹曼分布,浓度随着温度的升高而增加。

当温度升高时,此时集团原子的平均热能加大,导致全局平均振幅加大,因此,此时由于振动而能脱离金属键结合的原子数量增大,空位浓度增大。

空位类型

(1)肖特基空位:空位原子迁移到晶体表面上;

(2)弗伦克尔空位:空位原子迁移到晶体内部的晶格间隙中;

(3)空位型:空位原子迁移到其他空位中。

注:形成肖特基空位所需的能量较低,所以在固态金属中,主要形成肖脱基空位。

空位位置

(1)由于热振动,周围原子与空位置换,形成新空位,造成空位移动。

(2)空位迁移至晶体表面,或与间隙原子相遇而消失,但因为浓度不变,在其他地方产生新空位。

注:空位浓度极小,当铜接近熔点的时候,空位平衡浓度为10的-8数量级。

作用

空位与位错环的关系

由于空位是热缺陷,其数量与温度有指数函数关系;在高温下数量很多,在低温下数量减少。但是如果晶体从高温降低到低温(退火)的速度过快,则将在晶体中保留有许多空位;当数个空位靠近时,即可能结合而成为一个较大的空位;而一旦这种大的空位塌陷下来,就成为了一个位错环。因此,大量空位可以产生位错环,这对材料性能将造成很大的影响。

空位影响

(1)在固态金属的扩散中起着极为重要的作用;

(2)空位会两个、三个或更多个的聚集在一起,形成复合空位;

(3)由于空位的存在,空位周围原子的失去力平衡,朝空位移动,偏离了平衡位置,在空位周围形成一个涉及几个原子作用间距范围的弹性畸变区,影响机械性能。

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