晶体缺陷之点缺陷

在晶体中,位于点阵.上的原子并非静止不动,而是以其平衡位置为中心，做高频率的热运动。在一定温度时,原子热振动的平均能量是一定的。但是各个原子的能量并不完全相等,振动的能量经常变化,称为能量起伏。在任一瞬间,晶体中总有些原子具有很高的振动能量,足以克服周围原子对它的束缚作用,可以脱离其原来的平衡位置而迁移到表面,结果在原来的位置上就出现了空结点,称为空位，也叫作肖特基(Schottky)缺陷。离开平衡位置的原子如果迁移到晶体点阵的间隙,晶体内就多了一个原子,称为填隙原子;空位、填隙原子构成的点缺陷，称为弗伦克尔(Frenkel)缺陷,如图2-24所示。

在晶体中,空位生成能低于Frenkel缺陷生成能。因此,在同一温度下,空位浓度远多于间隙原子。温度越高，原子热运动加剧，原子离开平衡位置的可能性增加,空位的浓度越高。热点缺陷浓度与温度的关系式如下:

空位的存在,使周围原子失去了一个近邻原子而影响原子间作用力的平衡,因而周围的原子都要向空位方向稍作些调整,造成点阵局部的弹性畸变,同样间隙原子所处的点阵也会发生畸变，而且畸变更大。晶体中空位和间隙原子处于不断运动变化之中。由于原子的能量分布不均,当空位周围的原子因热振动获得足够的能量时，就可能迁移至空位,空位可以通过迁移聚集,也可以消失在晶界和晶体的表面。迁移过程如图2-25所示。

高温淬火.冷加工、高能粒子辐射等都可能造成点缺陷。例如,在金属加工过程中,缓慢冷却时,多余的空位将在冷却过程中,因热运动而消失在晶体的表面.晶界.位错处。如果金属从高温态急剧冷却(例如淬火)下来,高温时的空位大部分保留到低温时,使晶体空位数远远超过该温度下应有的空位数,淬火空位会增加金属的电阻率,但可以提高金属的屈服强度。晶体中点缺陷的存在,对传导电子产生附加的电子散射,使电阻增加,使晶体体积膨胀,密度减少。实际上,一个空位缺陷,体积膨胀大约0.5个原子体积;一个间隙原子,体积膨胀多达1~2个原子体积。