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晶体点缺陷对金属性能的影响

在一般情形下,点缺陷主要影响晶体的物理性能,如比体积、比热容、电阻率、扩散系数、介电常数等。

(1)比体积:形成肖脱基空位时,原子迁移到晶体表面上的新位置,导致晶体体积增加,密度减小。例如,形成一个缺陷时,如果空位周围原子都不移动,则应使晶体体积增加一个原子体积。但是实际上空位周围原子会向空位发生一定偏移,所以体积膨胀大约为0.5原子体积。而产生一个间隙原子时,体积膨胀量达1~2原子体积。

(2)比热容:由于形成点缺陷需向晶体提供附加的能量(空位生成焓),引起比热容增强。

(3)电阻率:金属的电阻主要来源于离子对传导电子的散射。在有缺陷的晶体中,晶格的周期性被破坏,对电子产生强烈散射,导致晶体的电阻率增大。例如,实验测得铜中每增加1%(原子)的空位,其电阻率的增加量约为1.5μΩcm。

点缺陷对金属力学性能的影响较小,它只通过与位错的交互作用,阻碍位错运动而使晶体强化。但在高能粒子辐照的情形下,由于形成大量的点缺陷而能引起晶体显著硬化和脆化(辐照硬化)。空位对金属材料的许多加工工艺过程有着影响,特别是对高温下进行的加工工艺过程起着重要的作用,如表面化学热处理、均匀化退火、时效硬化处理、烧结等。显然,这与高温时空位的平衡浓度急剧增高、原子迁移概率增加、扩散速度加快等有关。

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