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第3-4章习题课,数学分析习..
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第3-4章习题课
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3秒自动关闭窗口无机材料科学基础
&&&&―&&&―&&第三章&& 晶体结构缺陷
&&&&&&第三章&&&&&&&&&&&&&&&&
第三章&& 晶体结构缺陷
3.2 &固溶体
&&&&实际生产中得到的无机材料几乎都不是理想晶体，因为在结构中不仅存在着空位、间隙原子等各种可能的缺陷，而且还经常有外组份的“掺杂”，导致成分和结构都不同于理想晶体，从而形成了各种不同类型的固溶体。从无机材料的发展过程来看，固溶体占有重要的地位，而且这种作用和地位还在进一步加强，人们正在不断地利用物质间形成固溶体这一途径，发展和合成着各种性能优异的新材料。
&&&&一、固溶体的概念
&&&&外来的杂质进入晶体便形成点缺陷，如果外来物质：在一定范围内量不变；不与原来的质点发生化学反应形成化合物；不改变原来晶体结构，则可将所形成的固体物质称为固溶体，亦固态溶液。由固体溶质和溶剂所组成的均匀固体溶液。
&&&&液体可以改变溶质浓度仍旧是单一相，固溶体也有同样特性，所以可以这样定义：一种组分内溶解其他组分而仍旧保持单一均匀的相的固体称为固溶体。
&&&&&&& 从结构上来看，对于原来溶剂来说，外加的物质是杂质其原子尺寸，电子组态，极化性能，电价等也不相同，所以将影响晶体的性能，如熔点，导电性等性质要发生变化，当我们掌握其规律，使之沿我们所需要的方向发展，就对人们更加有用。
&&&&&&& 选岩矿物除石英外，都是固溶体，在层状结构矿物中，阳离子取代是经常发生的，水泥熟料中C3S称阿利特，陶瓷中的A3S2（莫来石）都是固溶体，锆钛酸盐的压电陶瓷为锆酸盐和钛酸铅固溶体。
&&&&二、固溶体的分类
&&&&在无机材料中各种类型的固溶体很多。对固溶体可以从不同的角度进行分类。
&&&&（一）按照外来质点在晶格中的位置分类
&&&&固溶体实际是一种杂质缺陷，外来杂质的质点进入主晶体晶格后可以占据不同的位置。根据溶质质点在溶剂晶格中的位置可以将固溶体分为两类：
&&&&1．置换型固溶体
&&&&&& &溶质原子进入溶剂晶格后占据某些结点位置，这种固溶体称置换型固溶体型，这是硅酸盐中最重要的固溶体，根据硅酸盐结构的特点，多数是离子晶体。例如MgO溶入CoO时，Co2+ 进入溶剂MgO的晶格后取代Mg2+离子，占据Mg2+离子的位置所形成的便是置换型固溶体，如图所示：
&&&&置换型固溶体中离子间的置换可以是等价置换，也可以是不等价的置换。不等价置换时，为了保持晶体的电中性，必然会在晶体结构中出现空位或间隙原子。这种缺陷和热缺陷不同，热缺陷浓度是温度的函数，在晶体中具有普遍意义，而不等价置换引起的空位或间隙原子的浓度则取决于掺杂的数量和固溶度。
&&&&当溶质离子的电价高于溶剂离子的电价时，也有可能生成阴离子填隙，但是这种情况很少，因为阴离子一般半径比较大，进入晶格间隙比较困难。
&&&&当溶质离子的电价低于溶剂离子的电价时，置换的结果有可能生成阴离子空位，也有可能生成阳离子填隙。
&&&&金属中许多合金都是置换型固溶体。在金属氧化物中置换主要发生在金属离子的位置上。
&&&&2．间隙型固溶体
&&&&若所加的原子比较小，它们能进入晶格的间隙位置内，这样形成的固溶体称为间隙型固溶体。外来杂质进入原由晶格的间隙中，其溶解度有限只能。在金属键的物质中这类固溶体很普遍，添入的H、C、B都很容易处在这些晶格的间隙位置中，例如钢便是碳在铁中的间隙型固溶体。在无机材料中一般是半径小的阳离子进入半径大的阴离子或阴离子团形成的间隙位置中。
&&&&例如：少量的CaO加入到ZrO2中时，就有Ca2+进入间隙的情况：
&&&&阴离子进入晶格间隙位置比较难，但在孔隙比较大的萤石型结构中有可能形成阴离子进入间隙的间隙型固溶体。
&&&&例如：
&&&&（二） 按照溶质在溶剂中的溶解度分类
&&&&固溶体和溶液一样，溶质在溶剂中的溶解度是不同的。根据溶质在溶剂中的溶解度可将固溶体分为两类。
&&&&1．连续固溶体
&&&&溶质和溶剂可以以任意比例互溶的固溶体称为连续固溶体。
&&&&在连续固溶体中溶质和溶剂是相对的。
&&&&例如：MgO晶体内常会有FeO或NiO，即Fe2+离子或Ni2+离子置换了Mg2+离子，这种置换是任意的，可以从0到100%。除此之外，还有Al2O3&&-Cr2O3、ThO2-UO2、PbZrO3-PbTiO3等等都可以形成连续固溶体。
&&&&2．有限固溶体
&&&&溶质只能以一定的限量溶入溶剂，超过限度便会出现第二相，这种固溶体称为有限固溶体。
&&&&例如：CaO掺入MgO中形成固溶体时，在2000℃时约有3wt%的CaO溶入MgO，超过这一限量就会出现第二相―氧化钙固溶体，可以形成有限固溶体的还有：MgO-Al2O3、ZrO2-CaO等等系统。凡是不等价离子置换形成的都是有限固溶体。
&&&&&&& 结构类型相同时，但当离子半径的差为&15%只能生成有限固溶体，如&
&&&&差值超过15%只能生成有限固溶体。
&&&&&&& 对于结构类型不相同的当然只能生成不连续固溶体。
&&&&三、影响固溶体形成的因素
&&&&（一） 影响形成置换型固溶体的因素
&&&&1．结构类型
&&&&溶剂晶体结构类型与溶质晶体结构类型要相同。相同容易置换，不同则困难，甚至不能。
&&&&如：MgO，FeO都是NaCl型，能形成连续固溶体，结构类型不同，则很难形成连续型固溶体。结构类型不同的两种晶体最多只能生成有限固溶体。
&&&&2．离子尺寸
&&&&在置换型固溶体中，相互置换的离子尺寸的大小对形成连续固溶体或是有限固溶体有直接的影响。从晶体稳定的观点看，相互替代的离子尺寸愈接近，则固溶体愈稳定。以和分别代表相互替代的大离子的半径和小离子的半径，经验表明
&&&&当&&& &15%&时，有可能形成连续固溶体；若比值在15%~30%，可以形成有限固溶体；而比值大于30%时，则不能形成固溶体。这一规律称为15%规律。
&&&&例如：MgO-NiO中，，，&&&&
&&&&所以，它们可以形成连续型固溶体。
&&&&在Cr2O3-Al2O3中，=14.5%&15%,所以它们也可以形成固溶体。
&&&&而CaO-MgO中接近30%，所以它们之间不易生成固溶体，仅仅在高温下有少量固溶。
&&&&3．离子类型和键性
&&&&离子类型是指离子外层电子的构型。若相互取代的离子类型相同，容易形成固溶体。另外化学键性质相同，容易形成固溶体；价数相差大，不易形成连续型固溶体。例如Na2O-Cu2O中，Na与Cu+的半径分别为0.098nm,0.096nm，半径相差小于15%，但不能形成固溶体，这是因为Cu+是具有18电子构型的晶体，与Na+的电子构型不同，键性也有差别。
&&&&（1）价数不同要保持电价平衡有两种方式
&&&&①& 离子间进行置换&
&&&&例如：&
&&&&其中总的电价保持平衡。（这种置换方式有可能形成连续型，因为置换过程没引起缺陷）
&&&&②& 通过形成空位或间隙离子来保持电价平衡，因此其置换能力是有限的。
&&&&例如：
&&&&这形成了CaF2型固溶体。
&&&&（2）正离子电价不等的置换，要保持电价平衡，有两种模型
&&&&①& 空位模型&
&&&&例如：&
&&&&②& 间隙模型&
&&&&例如：&
&&&&4．晶胞大小
&&&&Fe2O3和Al2O3，只能形成有限固溶体，但在复杂的Ca3Fe2(SiO4)3中， Fe3+和Al3+可以以任意比相互置换，能够形成连续固溶体。这是因为Ca3Fe2(SiO4)3的晶胞比氧化物的晶胞大八倍，对离子半径差的宽容性提高了的缘故。
&&&&5．离子电价
&&&&离子间只有进行等价置换成电价总和相等的置换时，才能形成连续固溶体。如果相互取代的离子电价不相同，则要求用两种不同离子组合起来，满足电价总和相等的取代，才能形成连续固溶体。
&&&&如果离子电价不等的两种化合物生成固溶体时，为了保持电中性，必然在晶体中产生空位或填隙，这是不等价取代只能生成有限固溶体的根本原因。
&&&&6．电负性
&&&&离子的电负性对固溶体溶度有一定的影响。电负性接近，有利于固溶体的生成。电负性差别大，倾向于生成化合物。电负性差别大于0.4，生成固溶体的可能性小。
&&&&（二） 影响形成间隙型固溶体的因素
&&&&1．添加原子的大小和晶体结构密切相关的
&&&&溶质原子半径比较小，容易进入晶格间隙，则有利于间隙固溶体的生成。溶剂晶格中有较多或较大的孔隙，也有利于间隙固溶体的生成。表3-1列出了MgO 、TiO2 、CaF2和沸石的晶体结构。
溶剂晶体结构
阳离子填充情况
全部填满八面体
六节环空腔
&&&&从表2-1可以看出：形成间隙型固溶体的次序必然是：& 沸石& CaF2&
&&&&2．添加到间隙位置中的离子，必定需要一些电荷来平衡，以便保持电中性，方法是形成空位，生成置换型固溶体（改变电子结构状态）。
&&&&例如：将YF3加到CaF2形成固溶体，FC离子跑到CaF2晶格的间隙位置中，同时Y3+置换了Ca2+，仍然保持电中性，缺陷反应如下：
&&&&四、固溶体的性质和作用
&&&&（1） 在固溶体中，晶胞的尺寸随着组成连续地变化。
&&&&（2） 固溶体的电性随着杂质浓度的变化往往出现线性或连续的变化。
&&&&（3） 固溶体的光学性能可以利用加入的杂质离子进行调节和改变。
&&&&（4） 固溶体的机械强度可以通过杂质的加入量进行调节。
&&&&五、固溶体的研究方法
&&&&&&& 固溶体的研究方法，有几种不同的方法。对于金属氧化物系统，最可靠而又简单的方法是写出不同类型固溶体的缺陷反应方程。根据缺陷反应方程计算出杂质浓度与固溶体密度的关系，并画出曲线，然后把这些数据与实验值相比较，哪一种类型与实验相符合，就是什么类型，下面举个例子。
&&&&把CaO假如到ZrO2中时，可有能生成二种形式的固溶体。
&&&&（一） 生成置换式固溶体――阴离子模型
&&&&（二）生成间隙式固溶体――阳离子间隙模型
&&&&&&& （2）
&&&&& （1）式所得出的固溶体化学式为：&
&&&&& （2）式得出的固溶体化学式为：&&&
式中& x――Ca2+离子进入Zr位置数（x 为Ca2+取代Zr4+的mol数，Ca2+取代Zr4+的mol数）
&&&&理论密度是根据x光分析得到晶格常数，计算晶胞体积再根据固溶体的缺陷模型，计算出含有一定杂质的固溶体的晶胞重量，再按下式计算：
&&&&以添加x=0.15CaO的ZrO2固溶体为例
&&&&根据置换型固溶体的化学式为：
&&&&因为萤石型结构中有4个阳离子，8个阴离子，所以
&&&&X射线衍射分析所得晶格常数为，ZrO2属立方晶系，（要搞清晶胞内现有的离子个数，完全时，4个阳离子，8个阴离子）
&&&&晶胞体积为：
&&&&实际测得固溶体密度为：
&&&&间隙型固溶体的化学式为：
&&&&x=0.15时&
&&&&一分子ZrO2中Zr4+为0.85，
&&&&比较结果得知：
&&&&1600℃时，实测固溶体密度与阴离子空位型相近（不同量的CaO）
&&&&1800℃时，当CaO少时，实测值与阳离子间隙型固溶体相近
&&&&&&&&&&&&&& 当CaO多时，与阴离子相近。
&&&&六、形成固溶体在无机材料工业上的意义
&&&&（一） 活化晶格
&&&&当溶质进入溶剂时，由于离子的大小、价数、电子组态的不同，使原来晶体发生畸变。能量增加，质点不稳定，晶格便活化了，烧结时可利用活化Ca加快速度，降低熔点，在Al2O3中假如TiO2烧结温度可降到1600oC。
&&&&（二） 稳定晶格
&&&&固溶体可起到稳定晶格，组织多晶转变的作用。例如ZrO2的熔点为2980 oC，但是在930-1230 oC时发生了单斜四方的多晶转变，并伴随着7-9%体积效应，而且速度快，是发生开裂，如果假如百分之几到百分之十几的CaO，可形成固溶体后，就可组织其发生多晶转变。
&&&&水泥熟料中的 在小于560 oC时边转变为无水硬性的。要阻止这一过程的发生，除了采取快冷却，还可通过假如SrO，BaO，B2O3等以形成固溶体而得到阻止。
&&&&事实上，上面两条中第一条是绝对的，普通的；第二条则是局部的，相对的。
&&&&（三）提高材料的强度，如Pt－Ra合金
&&&&提高材料的强度，如铁中加C&钢，但其脆性增加。
&&&&固溶体可改变材料性能，从而得到新型材料。
3.3 &非化学计量化合物
&&&&一、非化学计量结构缺陷的概念
&&&&有些化合物，其化学组成会明显的随着周围气氛的性质和压力的大小的变化而发生组成偏离化学计量的现象，称为非化学计量化合物，由此而产生的缺陷，称为非化学计量缺陷。
&&&&非化学计量化合物有如下特点：
&&&&① 金属离子不同价态互相溶解所形成固溶体，由于有缺陷存在各原子数量上不按化学计量。
&&&&② 晶体通过产生间隙离子、离子空位、准自由电子、电子空位而保持电价平衡而成P型或n型半导体。
&&&&③ 浓度与气氛性质、压力大小有关。
&&&&二、非化学计量化合物的类型
&&&&非化学计量化合物按缺陷的种类分为四大类
&&&&（一） 阴离子缺位型
&&&&&会产生这种缺陷，分子式可以写成。从化学计量的观点，在 这种化合物中，阳离子与阴离子的比例应是1：2，但由于环境中缺氧，晶格中的氧会逸到大气中，这时晶体中会出现氧空位。的缺陷反应如下：
&&&&正常位置上的氧由于中性氧原子跑掉，形成O的空位，并有2个负电荷，电子浓度比氧空位大2倍。
&&&&根据质量作用定律，平衡时：
&&&&自由电子是被束缚于空位附近的，若被束缚于Ti4+附近便成n型半导体。
&&&&因为=2&&& =42
&&&&当T一定时，K一定，上述平衡式可简化为：
&&&&说明氧空位浓度和氧分压的1/6次方成反比，所以的非化学计量对氧压力是敏感的，在烧结含有的陶瓷时，要注意氧压力。
&&&&凡是电子陷落在阴离子空位中而形成的一种缺陷称为F-色心。它是由一个阴离子空位和一个在此位置上的电子组成的。
&&&&例如：当NaCl在Na蒸汽中加热时，Na扩散到晶体的内部，以一种过剩的Na离子浓度存在。过剩的Na原子将伴随一个相应数目的氯离子空位，为了保持电中性，从Na来的一个价电子被吸引到负离子空位上并在那里被捕获，这样由一个阴离子的空位和一个在此位置上的电子组成的色心称为F色心。
&&&&：“色心”是由于电子补偿而引起的一种缺陷，一些晶体用x-ray、r-ray、中子或电子辐射，往往回产生颜色，例如用电子轰击金刚石回产生蓝色，被中子辐射的石英则显示棕色，这些都是由于辐射产生各种点缺陷的结果，为了保持电中性，过剩电子或过剩正电荷（电子空穴）就出在缺陷的位置上，和原子周围的电子具有一系列分离的允许能级一样，在点缺陷上的电荷，也是有这样一组能级，这些允许能级相当于在可见光谱区域的光子能级，因而在缺陷位置上，也就能吸收一定波长的光，这种材料就出现某种颜色，这便是“色心”这个名称的由来。
&&&&（二） 阳离子空位型
&&&&以为例，FeO在氧化气氛下，氧气溶入晶格，占据正常结点位置，出现阳离子空位，使离子相对过剩。每缺少一个Fe2+离子，便出现一个。为了保持电中性，要有两个Fe2+转变为Fe3+。从化学的观点可以看作是Fe2O3在FeO中的固溶体。缺陷反应方程式可表示为：
&&&&FeO在氧化气氛下：
&&&&根据质量作用定律，平衡时：
&&&&说明缺陷浓度与氧分压的1/6次方成正比，随氧分压升高，缺陷浓度增大。
&&&&空穴移动可以导电，因此这种非化学计量化合物是一种P型半导体。
&&&&（三） 阳离子填隙型
&&&&是属于这种类型的非计量化合物。在这种化合物中过剩的金属离子进入晶格间隙位置，带正电荷。为了保持电中性，等价的电子被束缚在间隙阳离子周围。ZnO在Zn蒸汽中加热，颜色逐渐变深，即是形成缺陷的结果。
&&&&Zn(g)按下列反应进入ZnO中：
&&&&：一价Zn ，Zn离子化程度不足，将吸引与其周围。
&&&&平衡常数K1=
&&&&同时进行氧化反应
&&&&平衡常数 K2=
&&&&故此，
&&&&这就是说，锌间隙原子的浓度与氧分压的次方成反比，随氧分压增大，缺陷浓度减少，所以这种缺陷是在还原（缺氧）气氛下生成。由于结构中引入自由电子，自由电子在电场下会运动，因此，这种材料是n型半导体。
&&&&（四）& 阴离子填隙型
&&&&目前只发现 具有这样的结构，这是由于阴离子半径大，进入间隙位置比较困难。为了保持电中性，结构中引入了电子空穴，相应的阳离子升价。缺陷方程式表示为：
&&&&根据质量作用定律，平衡常数
&&&&由于& =2
&&&&上述关系说明随着氧分压升高，缺陷浓度增大。这种非化学计量缺陷必须在氧化气氛下形成。引入的电子空穴也不局限于某个特定的离子，它在电场作用下运动，形成空穴导电。因此，这种材料属于P型半导体。
&&&&由以上的讨论可以清楚地看出，非化学计量缺陷的浓度与气氛有关，这是它与别的缺陷之间的最大区别。当然，这种缺陷的浓度和温度也有关，这可以从平衡常数与温度的关系中反映出来。
第四节&& 线缺陷（位错）
&&&&一、位错的概念
&&&&一块晶体受压应力上半部受压缩而向里滑移，滑移区与非滑移区交界线附近晶体质点的排列与原晶体相滑移，而不再符合理想晶格的有序排列，这样形成的线状的缺陷，称位错。这个概念主要是从研究金属晶体的理论屈服强度而得到的。
&&&&弗伦克尔以理想晶体模型进行计算得到：
&&&&铜晶体理论剪切强度&&
&&&&锌晶体理论剪切强度&&
&&&&而实际上& Cu 为，Zn为，理论和实际相差很大，发现问题这在计算时是以晶体整体滑移为模型。而实际不是整体滑移，如蛇爬行一样，蛇的爬行是先从尾巴拱起再往前移动，这样阻力小，而晶体的滑移是局部的逐渐滑移，所以需要的力也小，1934年泰勒等三人提出了位错概念。三十年代实验技术还不行，到了五十年代由实验得到证明，于是很多人才相信，最早看到位错的是研究金属玻璃的莫特。
&&&&二、位错的两种基本类型
&&&&&& 位错可以分为棱（刃）位错和螺旋位错这两种基本类型。
&&&&（一）刃位错的集合模型
&&&&往里压一个原子间距，即晶体往里滑移矢量，滑移区与不滑移区的相交线EF称为位错线。
&&&&EF线上原子排列与原来的原子之间排列不同。从图上可以看成多个F插进半个原子而像刀刃一样故称为刃位错。用符号表示，垂直线指向它的半个原子面。标示的位置也就是位错线的位置，其周围原子都发生畸变，位错线实际上是一个通道。位错线上面的晶格受压缩，下面的晶格受伸张，说明在位错心周围存在一个弹性的应力场。应力集中严重，能量比较高，所需要的能量称位错能。
&&&&半个原子面在上面称为正位错以表示。
&&&&半个原子面在下面称为负位错以表示。
&&&&同一滑移面正负位错能发生同向相斥异向相吸的作用相似。结果导致位错消失。
&&&&（二） 螺旋位错的集合模型
&&&&下图为沿ABCD切开，当沿CB方向施加一个剪切应力，而和ABCD面在位置上错开一个原子间距，晶体已滑移部分与后面未滑移部分中间的交线AD为螺旋位错线，AD周围有畸变。
&&&&由于和位错线AD垂直的平面不是水平的，而是像螺旋形的，故称为螺旋位错，用符号P表示。
&&&&&&& 螺旋位错的特点：是向下滑移，所以滑移矢量与位错线平行。
&&&&（三）混合位错
&&&&A点位错线与滑移矢量垂直为刃位错。B点位错线与滑移矢量平行，为螺旋位错。a、b两点见的各点位错线方向和滑移矢量既不垂直又不平行，它们可以分解为垂直和平行的两组分，这种位错称为混合位错。
&&&&三、位错的基本理论
&&&&（一）位错的柏格斯矢量
&&&&四十多年前由柏格斯设想一个理想晶格和实际晶格相当，如图所示，
&&&&在理想晶格中，从A点开始向右位移四布拉维格子矢量，然后五步向下，再向左四步，向上五步，刚好回到A点，构成一个闭合回路。但在实际晶体（尊在位错）中。从点开始，顺序依照理想晶格中的回路，用同样的步数，则不能回到起始点，而是B点。为了使它形成闭合回路，只有作B到的矢量。该矢量就叫做柏格斯矢量。它等于晶格间距（或其倍数）。由此看来，柏格斯回路只是把存在位错线周围原子间距的畸变量叠加起来，其总的结果就是柏格斯矢量。
&&&&图2－10（a）示出晶体左侧面螺旋位错上点E的柏格斯回路，可以得出从B到A&的柏格斯矢量。
&&&&理想晶体的柏格斯矢量为0。
&&&&（二）位错周围的应力场和弹性应变能
&&&&根据力学观点，一个规则结晶格子受力歪曲后，则该结晶格子内产生应力场和应变能。从位错形成过程知道，在位错线附近原子的排列是缺乏规则性的。例如刃位错的情况，一层额外原子平面塞入，使位错上面原子处于压应力，下面原子处于张应力。总之在位错的周围产生应力场和应变能。同样在围绕一个螺旋位错的晶体圆柱体区域也有应力场和应变能存在。
&&&&单位长度位错的弹性应变能E和柏格斯矢量b与如下关系：
&&&&其中 ：系数0.5～1；
&&&&G：剪切模量。
&&& &&&&&&&&&&&&
刃位错的连续介质模型&&&&&&&& 螺位错的连续介质模型（a）及距离中心r处的体积元的展开图（b）
&&&&现若忽略如图所示中心核部分（约占10%位错能，并设离中心半径为r时的位移已经是柏格斯矢量，则此后任何点上的剪切应变ε用下式表示：
&&&&若设G是剪切模数，则相应的剪切应力是：
&&&&从以上两式知道，应变和应力是和半径成反比。由于单位体积的弹性能是（应力×应变），所以单位长度的圆柱弹性能E：
&&&&此处R是晶体的外径，r0是位错核心的半径。设，则
&&&&E与成正比，因此可以利用柏格斯矢量的大小来判断晶体哪些地方最易形成错位。柏格斯矢量最小的地方，弹性应变能最小，也是最易形成位错的地方，所以晶体重排面也是最易断裂的地方。
&&&&由于位错存在弹性应变能，所以是属于一种介稳状态，位错线上的原子价不饱和，这就有利于杂质离子（或原子）聚集在位错线附近，因为杂质离子的半径和晶体基质离子不同，在实际晶体中沿位错线上的受压应力的基质离子要和小的杂质离子结合在一起，这样有利于晶体内能的降低，即在这种系统中杂质离子聚集在位错线上比统计分布在整个晶体中更加稳定。
&&&&（三）位错的滑移和攀移
&&&&位错的滑移运动和攀移运动是性质完全不同的两种位错运动。前者和外力有关，后者和晶体中空位和间隙原子的数目有关。
&&&&1．滑移
&&&&位错在滑移面上的运动，称为位错的滑移。晶体的滑移实际是原子的运动（滑移）。
&&&&刃型位错的滑移&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 螺位错的滑移
&&&&上图是垂直刃位错截面，原子A的下面就是刃位错通过的地方。它处在下一层原子平面中B和C的中间，并受到原子B和C的吸引力。B原子对A原子的吸引力使A原子沿水平方向向左移动，C原子的作用则相反。然而在B、C两原子中间，A原子所受的向右的力基本上抵销。但是当外界有力使A原子有一个小的向左移动时，B原子对A原子的吸引力将增加，而C原子对A原子的吸引力减小。此时A原子将受到向左的推力，也就是使位错向左移动一个距离。
&&&&对于完整的单晶体，若要使晶体中某个原子移动一个原子距离，需要克服一系列原子间（A和B，C和D，E和F……）的约束力，移动比有位错存在的晶体困难得多。因此，具有刃位错的单晶，以刃位错和滑移方向组成的平面（即滑移面）为界的两部分晶体中，它们相对移动比较容易的。这就是无位错晶体的屈服力比实际晶体的屈服应力大的原因。
&&&&2．攀移
&&&&位错在垂直与滑移面的方向运动，称为位错的攀移。在刃位错线处的一列原子可以由热运动移去成为间隙原子或吸收空穴而移去，这就使位错线上移一个滑移面，如图所示。
刃位错的攀移
（a）正攀移；（b）原始位置；（c）负攀移
&&&&或者在刃位错线处，其他处的间隙原子移入而增添一列原子，使位错线向下移一个滑移面。位错线是空位源，也是空位消失地。当一对正、负位错在同一滑移面上相遇时，它们将相互抵消，以为这两个半原子面将合并成一个完整的原子面。
&&&&四 、位错密度
&&&&位错密度是指单位体积内全部位错线的总长，也可用单位截面上位错线的露头数目表示。位错密度可以衡量单晶质量的好坏。
&&&&即& &&&&
&&&&其中：为位错密度；
&&&&&&&& &&&为单晶的长度；
&&&&&&&&&& 为单晶的体积；
&&&&如果每条位错线长度和相当，则位错密度等于，其中：为位错线的数目；S为单晶的截面积。即单位面积的露头数目表示位错密度。
&&&&不同状态的晶体，位错密度波动很大。锗、硅中约。高度变形金属： 。
3.5& 面缺陷
&&&&&&& 晶体的面缺陷是指在晶面的两侧原子的排列不同，这里指的是晶体的表面和都晶体中的晶界，关于固体的表面以后再讲，这里只讨论晶界的结构。
&&&&&&& 晶粒间界简称为晶界，是多晶体常见的缺陷，晶界是多晶体中由于晶粒的取向不同而形成的，根据相邻两个晶粒取向之间的偏差大小，可分为小角度（&10o）晶界和大角度（&10o）晶界二类。
&&&&&& &小角度晶界的倾斜角通常为，可以看成是由一系列刃错位排列而成，为了填补相邻二个晶粒取向之间的偏差，使原子的排列尽量接近原来的完整晶格，每隔几行就插入一片原子，这样小角度晶界就成为一系列平行排列的刃位错。如果原子间距为b，则每隔D（D=b/12）就可插入一片原子，所以小角度晶界上位错的间距是D=b/12，
&&&&&& &还有一种面缺陷是由于结晶过程开始时，形成许多晶核。当进一步长大时，形成相互交错接触的许多晶粒聚集体较多晶体，各晶粒晶面交角大，D值小，如像位错相互靠得很近，以至达到原子数量级，所以晶面处带有无定形性质。
&&&&固体在热力学上最稳定的状态是处于0K时的完整晶体状态，此时，其内部能量最低。在高于0K任何温度下的实际晶体，由于质点的热运动，或在形成过程中环境因素的作用，或在合成、制备过程中由于原料纯度等因素的影响，或者在加工、使用过程中由于外场的物理化学作用等，使得晶体结构的周期性势场发生畸变，出现各种结构不完整性，此即结构缺陷。晶体的结构缺陷不等于晶体的缺点，实际上，正是由于晶体结构缺陷的存在，才赋予晶体各种各样的性质或性能。结构缺陷的存在及其运动规律，对固体的电学性质、机械强度、扩散、烧结、化学反应性、非化学计量组成以及材料的物理化学性能都密切相关。只有在理解了晶体结构缺陷的基础上，才能阐明涉及到质点迁移的速度过程，因而掌握晶体缺陷的知识是掌握无机材料科学的基础。
&&&&&&& 缺陷按几何形态分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。这种分类方法符合人们认识事物的基本规律，易建立起有关缺陷的空间概念。缺陷按其产生的原因分为：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、电荷缺陷和辐照缺陷等。此种分类方法有利于了解缺陷产生的原因和条件，有利于实施对缺陷的控制和利用。
&&&&&&& 点缺陷是材料中最常见的一种缺陷，包括热缺陷、组成缺陷、非化学计量缺陷、色心等。材料中的点缺陷始终处于产生与复合动态平衡状态，它们之间可以像化学反应似地相互反应。书写组成缺陷反应方程式时，杂质中的正负离子对应地进入基质中正负离子的位置。离子间价态不同时，若低价正离子占据高价正离子位置时，该位置带有负电荷，为了保持电中性，会产生负离子空位或间隙正离子；若高价正离子占据低价正离子位置时，该位置带有负电荷，保持电中性，会产生正离子空位或间隙负离子。
&&&&&&& 固溶体按照外来组元在基质晶体中所处位置不同，可分为置型换固溶体和间隙型固溶体。外来组元在基质晶体中的固溶度，可分为连续型（无限型）固溶体和有限型固溶体。形成固溶体后，继之晶体的结构变化不大，但性质变化却非常显著，据此可以对材料进行改性。当材料中有变价离子存在，或晶体中质点间的键合作用比较弱时，材料与介质之间发生物质交换成非化学计量化合物，此类化合物是一种半导体材料。
&&&&&&& 点缺陷的浓度表征非常灵活，只要选择合适的比较标准，可以得出多种正确的浓度表征结果。点缺陷的存在及其相互作用与半导体材料的制备、材料的高温动力学过程，材料的光电学性质等密切相关。
&&&&&&& 线缺陷是晶体在结晶时受到杂质、温度变化或振动等产生的应力作用，或者晶体在使用受到打击、切削、研磨等机械应力作用或高能射线辐照作用而产生的线状缺陷，也称为位错。位错分为刃位错、螺位错和混合位错等。位借以及运动与晶体力力学、塑性变形行为等密切相关。运用位错理论可以成功地解释晶体的屈服强度、脆性、断裂和蠕变等晶体强度理论中的重要问题。
&&&&面缺陷是块体材料中若干区域的边界。每个区域内具有相同的晶体结构，区域之间有不同的取向。面缺陷包括表面、晶界、层错、孪晶界、相界等。晶界是不同取向的晶粒之间界面。界面分为位错界面、孪晶界面和平移界面。根据界面上质点排列情况不同有共格、半共格和非共格界面。面缺陷对解释材料的力学性质――断裂韧性具有重要意义。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&