裂尖应变场原位实验研究：点缺陷的热缺陷与晶体结构变化

点缺陷是在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构正常排列的一种缺陷。点缺陷是发生在晶体中一个或几个晶格常数范围内的缺陷，其特征是在三维方向上的尺寸都很小，也称为零维缺陷。点缺陷与温度密切相关，所以也称为热缺陷。点缺陷是最简单的晶体缺陷，其中包括空位、间隙原子、置换原子和色心。

（1）空位 空位就是没有原子的格点。晶体中的一个原子从正常格点上被移去，产生了没有原子的格点，就形成了空位（见图1-1）。如果离位原子逐步迁移到晶体的表面（或晶界面，孔洞、裂纹等的内表面），而使其原来的位置或其所经历的路径上的某个格点空着，这样的空位称为肖脱基（Schottky）缺陷（见图1-2）；如果离位原子从正常格点跳到晶体点阵的间隙位置，同时产生一个空位和一个间隙原子，这种形式的缺陷称为弗仑克尔（Frenkel）缺陷（见图1-3）。

图1-1 空位

图1-2 肖脱基缺陷

图1-3 弗仑克尔缺陷

（2）间隙原子和置换原子 晶体中都有间隙位置，晶体中的原子有可能从晶格格点转移到晶格间隙中，形成自间隙原子（见图1-4a），同时产生一个空位。外来原子也有可能填入晶体中的间隙位置，占据间隙位置的外来原子称为杂质间隙原子（见图1-4b）。

当外来原子的尺寸与晶体中的原子尺寸相当时，有可能取代晶体中的原子而占据晶格的格点位置，形成置换原子。(www.xing528.com)

当点阵中有间隙原子或大的置换原子时，邻近的原子将被推开一些，产生压应力场。当点阵中存在空位或小的置换原子时，周围原子就向点缺陷靠拢，将周围原子间的距离拉长，产生拉应力场。点缺陷扰乱了周围原子的规则排列次序，造成晶格的局部畸变（见图1-5）。

图1-4 间隙原子

a）自间隙原子 b）杂质间隙原子

图1-5 置换原子引起的晶格畸变示意图

a）置换原子半径大 b）置换原子半径小

（3）色心 色心是指能吸收可见光的晶体缺陷。最简单的色心是F心，一个卤素负离子空位加上一个被束缚在其库伦场中的电子就构成了F心（见图1-6）。