
缺陷对陶瓷特性的影响和规律
陶瓷材料是指用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料,由于陶瓷还具有某些特殊的性能,又可作为功能材料。而由于陶瓷晶体缺陷的存在,使陶瓷材料加工、使用过程中的各种性能得以有效控制和改变,使陶瓷性能得以改善、复合材料制备得以实现。了解缺陷的形成及运动规律,对工艺过程的控制、陶瓷材料性能的改善,对于新型材料的设计、研究及开发具有重要意义。
晶体结构缺陷是指晶体点阵结构偏离周期性排列,其形成原因可分为热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等。按照几何形态的不同,缺陷可分为点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷等。
按几何形态的不同:
一、点缺陷(零维缺陷)
缺陷尺寸处于原子大小的数量级上,即三维方向上缺陷的尺寸都很小。
对陶瓷的影响:
1、 对固体的烧结和传质(扩散)有很大的影响
如无液相的参与,原材料的晶格位置缺陷密度越高,固体烧结越好。空位密度影响扩散,影响固相反应和烧结。
2、 材料长期使用后会产生新的点缺陷,成为材料疲劳的起始点。
3、 热缺陷造成局部不平衡电场的存在,在外电场的作用下会导电,这对陶瓷及半导体电绝缘有重要意义。此外热缺陷还会使晶体变色,间隙离子能阻止晶格面相互滑移,使晶体强度增加。
二、线缺陷(一维缺陷)
指在一维方向上偏离理想晶体周期性、规则性排列所产生的缺陷,即缺陷尺寸在一维方向上较长,另外二维方向上很短。
线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。
三、面缺陷(二维缺陷)
指在二维方向上偏离理想晶体周期性、规则性排列而产生的缺陷,即缺陷尺寸在二维方向上延伸,在三维方向上很小。
如:表面、晶界、堆积层错、镶嵌结构等。
四、体缺陷(三维缺陷)
指在局部的三维空间偏离理想晶体的周期性、规则性排列而产生的缺陷。
如:第二相粒子团、空位团等。
体缺陷与物系的分相、偏聚等过程有关。
按形成原因的不同:
一、 热缺陷
指由于热起伏所产生的空位或间隙质点(原子或离子),亦称为本征缺陷。
热起伏:指能量的不均衡,质点中总有一部分高能质点能够克服周围质点对它的束缚而跃
迁。
二、 杂质缺陷(固溶体)
是由外加杂质的引入所产生的缺陷,亦称为组成缺陷或非本征缺陷。
特征:若杂质含量在固溶体溶解度范围内,则杂质缺陷与温度无关,只与杂质含量有关。
杂质缺陷对材料性能的影响:微量杂质缺陷会极大改变基质晶体的物理性质,如:导电性等。
三、 非化学计量缺陷(非化学计量化合物)
指组成上偏离化学中的定比定律所形成的缺陷。
实质:由基质晶体与介质中某些组分发生交换而产生。
特点:其化学组成和缺陷浓度随周围气氛性质及分压大小而变化,是一种半导体材料。
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