差壓式流量計

[拼音]：jingti quexian

[英文]：crystal defects

實際晶體中原子偏離理想的週期性排列的區域稱作晶體缺陷。晶體缺陷在晶體中所佔的總體積很小，也就是說，實際晶體中的絕大部分割槽域，原子排列於週期性位置上。因此，晶體缺陷是近完整晶體中的不完整性。但晶體缺陷對固體的許多結構敏感的物理量（如引起形變的臨界切應力、擴散係數等）有極大的影響，晶體缺陷的研究對材料的強度、熱處理等問題的研究有很重要的作用。

晶體缺陷分為：

（1）點缺陷，包括空位、自填隙原子、代位原子、異類填隙原子等；

（2）線缺陷，如位錯；

（3）面缺陷，如堆垛層錯、孿晶界、反相疇界等，面缺陷還可以包括晶體表面、晶界和相介面（見介面）。

點缺陷

圖1是點缺陷的示意圖，表示各種點缺陷的形式。熱平衡狀態下點缺陷濃度C 遵從統計物理規律

C＝exp(－u/kT)

這裡k是玻耳茲曼常數;T是絕對溫度;u是點缺陷形成能。常用金屬鐵、銅、鋁等的室溫平衡空位濃度很小，接近熔點時的空位濃度約為 10-4。自填隙原子形成能是空位形成能的3～4倍，其平衡濃度極小。代位原子和異類填隙原子的最大濃度由相圖決定。表面空位和增原子的形成能和表面的取向關係很大，但都比體空位形成能小。在某些表面，它們的形成能只有體空位形成能的一半。因此它們的平衡濃度比體空位高得多（見晶體表面）。

介面的曲率半徑ρ 對平衡空位濃度Cv的影響由下式表示：

這裡 C0是介面曲率為零(曲率半徑ρ為無窮大)的空位濃度，σ是介面能，V是原子體積。

圖2a表示曲率半徑不同引起的表面空位的濃度差（曲率半徑不同對介面附近體空位濃度的影響類似）。表面增原子濃度受到的影響和表面空位受到的影響相反(上式的括號內加一負號)。由此引起的表面空位流和增原子流會使波浪狀表面變平（圖2a）；使兩個顆粒頸部變粗（圖2b）。這是粉末冶金燒結過程的重要理論依據。

非平衡狀態下點缺陷濃度可以大大超過平衡濃度。從熔點附近淬火後得到的過飽和空位濃度可以比平衡濃度大幾個數量級。形變產生的空位濃度達10-4 ε(ε是應變數)。高能粒子照射後在損傷區引起大量空位-填隙原子對（Frankel對），常溫下填隙原子被損傷區以外的缺陷吸收一部分，其餘部分聚整合小位錯環或和空位複合消失，遺留的空位濃度在損傷區可以達到10-3。

位錯

位錯是晶體中某一幾何面兩側發生相對位移的區域和其他未相對位移區域的邊界線。如相對位移向量是點陣向量，則除了位錯線附近外，原子仍按完整的點陣排列。這一相對位移向量稱之為位錯的伯格斯向量(Burgers vector)，一般它是點陣中最密排方向上最短的點陣向量。

刃型位錯和螺型位錯

刃型位錯的伯格斯向量

b

和位錯線(其投影在圖3a上用⊥表示)垂直。螺形位錯的伯格斯向量

b

和位錯線(圖3b上的S)平行。一般情況下位錯的伯格斯向量和位錯線成銳角(或鈍角)，可以把它看成由一小段刃型位錯和一小段螺型位錯交替組合而成。

位錯線不能在晶體內部終止，它只能終止在晶體表面或晶粒間界上，或在晶體內部形成閉合曲線。

位錯密度

位錯密度是單位體積中位錯線的總長度，單位是 cm/cm3(或cm-2)。通常情況下單位面積表面上的位錯露頭數可以代表位錯密度，例如半導體單晶中的位錯密度就是這樣測定的。充分退火的金屬中位錯密度約108cm-2;高度冷加工的金屬中位錯密度可達1011～1012cm-2。

位錯的運動

位錯運動有兩種方式:滑移和攀移(圖4)。

滑移時，刃型位錯在位錯線段和伯格斯向量決定的滑移面內運動；螺型位錯可在通過位錯線的任何原子平面上運動。晶體的易滑移面一般是原子排列最密或較密的晶面。如圖4a、b所示，位錯在伯格斯向量方向上的分解切應力τ 的作用下掃過面積A(等於l1·l2，l1為位錯長度，l2為位錯掃過的距離)。此時晶體上半部相對下半部位移b，切應力作的功等於τ·A·b。設單位長度位錯上受到相當於力F的作用，則在上述過程中力F所作的功為F·l1·l2＝F·A。這兩個功應當相等。因此得到F＝τb

不論是刃型還是螺型位錯，F 的方向都指向位錯運動方向並垂直於位錯線段。

攀移時，刃型位錯（螺型位錯無攀移）在垂直滑移面方向運動。攀移過程需吸收或放出空位（圖4c是放出空位，相當於吸收原子）。根據和滑移情形類似的分析，攀移時單位長度位錯受到的力F'是F'＝σb

這裡σ是垂直於攀移面的正應力，F'指向攀移方向並垂直於位錯線段。攀移時除應力外還常常依靠熱漲落提供能量使點缺陷在位錯線上沉積或從位錯線放出。