晶体缺陷 - 点缺陷

点缺陷的形成

  在晶体中，位于点阵结点上的原子并非是静止的，而是以其平衡位置为中心做热振动。原子的振动能是按机率分布，有起伏涨落的。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。离开平衡位置的原子有三个去处：一是跃迁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，称为肖特基缺陷；二是挤入点阵的间隙位置，而在晶体中同时形成数目相等的空位和间隙原子，则称为弗伦克尔缺陷；三是跑到其他空位的间隙位置形成间隙原子。
  晶格正常结点位置出现空位后，其周围原子由于失去了一个近邻原子而使相互之间的作用力失去平衡，因而它们会朝空位方向做一定程度的弛豫，并使空位周围出现一个波及一定范围的弹性畸变区。空位形成时，除引起点阵畸变，产生畸变能外，还会割断键力，改变周围的电子能量（势能和动能）。因此，空位的形成能 \(E_v\) 被定义为在晶体内取出一个原子放在晶体表面上（但不改变晶体的表面积和表面能）所需要的能量。通常材料的熔点越高，结合能越大，则空位的形成能也越大。

点缺陷的运动

  在一定温度下，晶体中达到统计平衡的空位和间隙原子的数目是一定的，而且晶体中的点缺陷并不是固定不动的，而是处于不断的运动过程中。例如，空位周围的原子，由于热激活，某个原子有可能获得足够的能量跳入空位中，并占据这个平衡位置。这时，在该原子的原来位置上。就形成一个空位。这一过程可以看作空位向邻近阵点位置的迁移。同理，由于热运动，晶体中的间隙原子也可由一个间隙位置迁移到另一个间隙位置。在运动过程中，当间隙原子与一个空位相遇时，它将落入该空位，而使两者都消失，这一过程称为复合。
  点缺陷从一个平衡位置移到另一平衡位置，必须获得足够的能量来克服周围势垒的障碍，故称这一增加的能量为点缺陷的迁移能 \(E_m\)。
  点缺陷的存在也导致晶体性能发生一定的变化。例如，它使得金属电阻增加，体积膨胀，密度减小，使离子晶体的导电性改善。另外，过饱和点缺陷，如淬火空位、辐照缺陷，还可以提高金属的屈服强度。