㈠ 晶格缺陷
在實際晶體中，由於內部質點的熱振動以及受到輻射、應力作用等原因，而普遍存在著晶格缺陷。它是一種在晶體結構中的局部范圍內，質點排列偏離了格子構造規律的現象。
晶格缺陷按其在晶體結構中分布的幾何特點可分為點缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷4種類型。因體缺陷主要是指晶體中的細微包裹體而可在其他有關章節中討論，故一般情況下晶格缺陷主要指的是前3種類型，現分述如下。
1.點缺陷
點缺陷（point defect）是發生在一個或若干個質點范圍內所形成的晶格缺陷。最常見的點缺陷表現形式有下列幾種。
空位 晶格中應有質點占據的位置因缺失質點而造成空位。如圖8-18中的Vm和2Vm分別為單個質點的空位和兩個質點的雙空位。
填隙 在晶體結構中正常排列的質點之間，存在多餘的質點填充晶格空隙的現象（圖8-18中的Mi）。這種填隙的質點既可以是晶體自身固有成分中的質點，也可為其他雜質成分的質點。當填隙質點為晶體本身固有成分中的質點時，它可具與其正常的晶格位置不相符的配位數。如在NaCl晶體中，填隙離子Na+的配位數不為正常的6而為4。
替位 雜質成分的質點代替了晶體本身固有成分的質點，並占據了被替代質點的晶格位置（圖8-18中的M）的現象。由於替位與被替位質點間的半徑、電價等方面存在差異，因而可造成不同形式和程度不等的晶格畸變（圖8-19）。
圖8-18 幾種點缺陷
（據潘兆櫓等，1993）
圖8-19 替位缺陷造成的晶格畸變
（據潘兆櫓等，1993）
晶體結構中若產生其本身固有成分質點的空位或填隙，都可造成晶體結構的總電價失衡。如NaCl晶體中Cl-的空位可造成正電荷過剩；Na+的空位則造成負電荷過剩；而Cl-或Na+的填隙可分別造成負、正電荷的過剩。為保持晶體結構總的電價平衡，當晶體結構中產生一個（些）點缺陷時，往往會同時伴隨另一個（些）點缺陷的產生。
圖8-20 弗倫克爾缺陷（a）、肖特基缺陷（b）及其反型體（c）
（據潘兆櫓等，1993）
+代表陽離子；-代表陰離子；□代表空位；○代表空隙
當晶格中某質點脫離原結構位置而成為填隙質點時，為保持總電價平衡，該質點的原位置形成空位，此時，空位和填隙同時產生且數目相等，這種類型的缺陷首先由弗倫克爾（Frenkel，1926）提出，故稱之為弗倫克爾缺陷（Frenkel defect，如圖8-20a所示）。當晶體為保持總電價平衡，其本身固有成分中陽、陰離子的空位同時成對出現，這種形式的缺陷稱之為肖特基缺陷（Schottky defect，如圖8-20b所示）。如晶體固有成分中的陽、陰離子填隙同時成對出現，這種現象則稱之為肖特基缺陷的反型體（antiopode of Schott ky defect，如圖8-20c中所示）。
熱運動和能量的起伏使晶體中點缺陷不斷產生，也不斷消失。在一定的溫度條件下，單位時間內產生、消失的空位或填隙的數量具一定的平衡關系。弗倫克爾和肖特基缺陷及其反型體的最大特點之一是它們的產生主要與熱力學條件有關，它們可以在熱力學平衡的晶體中存在，是熱力學穩定的缺陷，故又可稱之為熱缺陷。
弗倫克爾缺陷及肖特基缺陷及其反型體不會使晶體的化學成分發生變化，其陰、陽離子數服從嚴格的化學當量比例關系。但在另一些晶體中，點缺陷的產生則與晶體在成分上不符合化學當量比例有關。這類點缺陷稱之為非化學當量比缺陷。如磁黃鐵礦（Fe1-xS），由於其中的Fe既可呈Fe2+也可呈Fe3+，為保持電荷平衡，晶格產生空位而形成晶格缺陷。但若將磁黃鐵礦中的呈Fe2+的Fe看作是它本身的固有成分，而將呈Fe3+的Fe視為代替Fe2+的雜質，則所形成的點缺陷可視為以替位的方式所產生的點缺陷。
在離子晶格中，點缺陷還可俘獲電子或空穴。當光波入射晶體中時，可使電子發生遷移並與缺陷發生作用、吸收某些波長的光波的能量而呈色。這種能吸收某些光波能量而使晶體呈色的點缺陷又稱之為色心。
2.線缺陷
線缺陷（line defect）是指：在晶體內部結構中沿某條線（行列）方向上的周圍局部范圍內所產生的晶格缺陷。它的表現形式主要是位錯。
位錯（dislocation）是指在晶體中的某些區域內，一列或數列質點發生有規律的錯亂排列現象。它可視為在應力作用下晶格中的一部分沿一定的面網相對於另一部分的局部滑動而造成的結果。滑動面的終止線，即滑動部分和未滑動部分的分界線稱位錯線（見圖8-22中的AB線）。雖然位錯存在著多種復雜的形式，但最簡單的位錯線為直線。
圖8-21 刃位錯柏氏矢量的確定（a和b）及螺旋位錯柏氏矢量的確定（c和d）
（據潘兆櫓等，1993）
圖8-22 具刃位錯的晶格示意圖
（據潘兆櫓等，1993）
AB為位錯線；b為柏氏矢量
由於位錯可視為晶格的局部滑動造成的，因此可借用晶格滑動的矢量來表徵位錯。1939年柏吉斯（Burgers）提出用晶格滑動的矢量來表示位錯的特徵，此矢量稱柏氏矢量，以符號b表示。確定柏氏矢量的方法是：圍繞位錯線，避開位錯畸變區，按逆時針方向作一適當大小的封閉迴路即柏氏迴路。以結點間距為量步單位，按順序記錄每一方向上的步數。然後在同種無位錯的晶格中作同樣的迴路，即使迴路運行的方向和量步單位及同一方向上所量的步數與前述迴路成全相同，則後一迴路不能閉合。此時自終點向起點所引的矢量即為位錯的柏氏矢量。如圖8-21中b和d圖為兩種有位錯的晶格；a和c圖為分別與b和d圖所對應的同種無位錯的晶格。在b和d圖中以M為起點順序至N至O至P（至R）最後回到Q（終點）或M（此時Q與M重合）處即構成一柏氏迴路。然後在a和c圖中作與b和d圖中所對應的相同迴路（M—M—O—P—（R）—Q）此時終點Q與起點M不能重合，即不能形成封閉迴路。其閉合差——自終點Q至起點M所引的矢量b即為位錯的柏氏矢量。
在實際晶體中的穩定位錯的柏氏矢量不是任意的，它大都是晶體的最短平移矢量，這種位錯稱全位錯。如果位錯的柏氏矢量不是晶體的平移矢量，位錯運動後必在位錯掃過的面上留下層錯，在層錯能不高的情況下，這種位錯可能存在，稱不全位錯或部分位錯。在低層錯能的立方最緊密堆積（CCP）和六方最緊密堆積（HCP）晶體中常存在部分位錯。一個全位錯分解為兩個部分位錯並在兩個部分位錯之間帶著一片層錯稱擴展位錯，位錯經擴展後降低它運動的靈便性，所以層錯能是衡量晶體力學性質的一個主要參量。對於離子晶體，考慮電性的中和，位錯的柏氏矢量不是點陣中最短的矢量，應是等同點之間的矢量。不同晶體結構中的位錯結構和性質不同，要根據具體晶體來討論具體的位錯。
柏氏矢量是位錯與其他晶格缺陷區分的標志（其他缺陷無柏氏矢量）。據柏氏矢量與位錯線的關系，可將位錯分為刃位錯、螺旋位錯及混合位錯等類型。
刃位錯 是指位錯線與柏氏矢量（b）垂直的位錯。圖8-22為一具刃位錯的晶體結構示意圖。圖中可見該晶格的上半部分相對於下半部分產生局部滑動，結果在晶格的上半部分多擠出了半層面網（ABCD面），它猶如一片刀刃插入晶格中直至滑動面（ABEF面）為止。在「刀刃」周圍局部范圍內，質點排列做格子構造規律，而在稍遠處，質點仍按格子構造規律排列。這個「多餘」的半層面網（ABCD面）與滑動面（ABEF面）的交線（AB線段）即為位錯線。
圖8-23 具螺旋位錯的晶格示意圖
（據潘兆櫓等，1993）
AB為位錯線；b為柏氏矢量
螺旋位錯 指位錯線平行於柏氏矢量的位錯。圖8-23為一具螺旋位錯的晶格示意圖。晶格前半部分的上、下部分相對滑動。滑動面即為圖中的ABCD平面。其滑動面的終止線——AB即為位錯線。在AB線段與CD線段之間的區域內，質點的排列偏離格子構造規律，而在其他區域仍規則排列。與刃位錯（圖8-22）不同，螺旋位錯的柏氏矢量b與位錯線AB平行，且沒有擠進一層面網。若以位錯線AB為軸線，繞此軸在晶格的右表面繞行一周（E—F—G—H—I—C）則面網增高一結點間距（EC）。這正是一螺旋面的特點，螺旋位錯一名即由此而來。
混合位錯 為柏氏矢量與位錯線既不平行也不垂直的位錯。圖8-24表示某晶格在一應力τ的作用下晶格的不同部分產生局部滑動從而形成混合位錯的情況。在圖8-24a畫有虛線的區域，晶格的上、下部分相對滑動產生一柏氏矢量b；曲線ABC即為位錯線。圖8-24b示出了晶格包含滑動面的面網上質點的排列情況。據位錯線與柏氏矢量b的關系可知：A處為純螺旋位錯（位錯線平行於b）；C處為純刃位錯（位錯線垂直於b）；其他區域的位錯線則與b成不同角度。但此時可將b分解成垂直和平行於位錯線的兩個分矢量。所以混合位錯可視為由刃位錯、螺旋位錯混合而成。
3.面缺陷
有二維空間的缺陷稱面缺陷（plane defect），它們是指沿晶格內或晶粒間某些面的兩側局部范圍內所出現的晶格缺陷。面缺陷包括平移表面、堆垛層錯、界面（晶界、疇界）、相界面等。
平移界面 晶格中的一部分沿某一面網相對於另一部分滑動。以滑動面為界，格子構造規律被破壞（圖8-25）。
堆垛層錯 晶體結構中互相平行的堆積層有其固有的重復排列順序。如果堆垛層偏離了原來固有的順序，則視為產生了堆垛層錯。圖8-26a為晶格固有的堆積順序，即按ABCABC……周期性重復堆垛（積）。圖8-26b所示的堆垛順序為ABCAB□ABC……與正常順序相比，在「□」處少一C層，相當於在正常堆垛中抽出了一層，故稱抽出型層錯。圖8-26c中，其堆垛順序為ABCAB□CABC……與正常順序相比，相當於在「□」處多插入一A層，故稱插入型層錯。在產生堆垛層錯處相應的平面（堆垛層）稱為層錯面。
圖8-24 混合位錯
（據潘兆櫓等，1993）
a—混合位錯產生示意圖；b—包含滑動面的面網上質點排布情況
圖8-25 平移界面示意圖
（據潘兆櫓等，1993）
圖8-26 堆垛層錯產生示意圖
（據潘兆櫓等，1993）
晶界 指同種晶體內部結晶方位不同的兩晶格間的界面。按結晶方位差異的大小，可將晶界分為小角晶界和大角晶界。小角晶界系兩晶格間結晶方位之差小於15°的晶界，最常見到的小角晶界是傾斜晶界和扭轉晶界。傾斜晶界為兩部分晶格間相對傾斜而造成的界面，它又可分成：①對稱傾斜晶界，即兩部分晶格相對於晶界來說呈對稱取向的關系，它可視為由一系列刃位錯平行排列而成（圖8-27a）；②不對稱傾斜晶界，即兩部分晶格相對於晶界而言為非對稱取向的關系，它可視為由一系列相隔一定距離的刃位錯互相垂直排列而成（圖8-27b）。扭轉晶界是假設將一晶體沿某一面同方向切開，分成兩塊晶格，然後繞垂直切面的一中心軸相對旋轉一定的角度θ，此時兩塊晶格之間形成的界面稱扭轉晶界（圖8-28）。它可視為是由兩組互相垂直的螺旋位錯組成的網路所構成的（圖8-28c）。大角晶界是晶格間結晶方位之差大於15°的晶界。大角晶界的界面附近處晶格中的質點排列通常具過渡結構（一部分質點符合格子規則，另一些則不符合格子規律排列）（圖8-29a）。有時晶界可具共格結構，即界面上的質點恰好為兩邊晶格的共用結點（圖8-29b）。此外大角晶界可具密集位錯的結構（圖8-29c）。所謂晶粒間界（多晶集合集中各單體間的界面）可視為一種大角晶界。一些雙晶接合面，可視為有特殊取向關系的具共格結構的大角晶界（圖8-30）。
圖8-27 兩種小角傾斜晶界示意圖
（據潘兆櫓等，1993）
圖8-28 扭轉晶界
（據潘兆櫓等，1993）
a，b—扭轉晶界形成過程；c—扭轉晶界的結構
亞晶界 在實際晶體中，其晶格可視為由許多相互間取向並非嚴格一致，其結晶方位有很小的差異（通常為0.5°～2°）呈鑲嵌狀的小塊晶格所組成。這些小塊晶體稱為亞晶（亦稱亞結構或鑲嵌塊）。在亞晶中質點的排列是規則的，但整個晶格卻違背格子構造規律。所形成的圖案也就是所謂的鑲嵌構造（圖8-31）。兩相鄰亞晶的邊界稱亞晶界。它可視為由一系列刃位錯所造成的更小角度的晶界，可看成小角晶界的一種特例，所以亞晶界與晶界有類似的性質。
晶格缺陷對晶體的物理，化學等性質具有重要的影響，它對礦物材料的開發與應用亦具非常重要的意義。
不同類型的晶格缺陷與其形成條件有關，進而反映在晶體物理、化學性質的變化上。因此，對晶格缺陷及礦物的物理、化學性質的研究，可從中提取很重要的成因信息。而對礦物成因的研究不僅對揭示岩體、礦體等地質體的形成和演化過程具有理論意義，而且還對找礦勘探、礦床評價、礦石加工技術和綜合利用等方面具有現實意義。
圖8-29 大角度晶界的結構示意圖
（據潘兆櫓等，1993）
圖8-30 幾種面缺陷的示意圖
（據潘兆櫓等，1993）
圖8-31 亞晶界（嵌晶結構）示意圖
（據潘兆櫓等，1993）
思考題及習題
1）空間格子是根據什麼原則劃分的？各晶系空間格子有何特徵？
2）什麼是晶胞？晶胞與空間格子的關系是什麼？
3）什麼是空間群？空間群與點群的關系是什麼？它們的對稱要素有何異同？
4）解釋下列空間群符號的含義：Pm3m，I4/mcm，P63/mmn，R3c，Pbnm。
5）坐標、行列、面網分別用什麼符號表示？
6）在一個斜方晶胞中畫出下列面網與行列（001），（011），（113），［110］，［201］，［101］。
7）什麼是等效點系？試推導空間群為Pmmm的一般等效點系坐標。
8）晶格缺陷有哪些？它們都有何特點？如何理解實際晶體和理想晶體的差異？
㈡ 結構缺陷的測試方法
結構缺陷測試方法：
首先是用紅外線檢測方法。根據溫度的不同，檢測結構的是否完整，還有就是激光檢測方法，可以實現無污染、大面積檢測，還有散斑檢測和紅熱成像檢測，在紅外檢測中形成對比度進行結構檢測。
x射線內部缺陷檢測標記系統，配備多功能自動控制單元，自動採集轉換模塊、遠程監控模塊、聲光預警和非接觸標記等技術單元，能夠有效監控鋼絲繩芯輸送帶使用過程中的情況，防止因輸送帶撕裂、損傷影響正常生產，避免更大的安全事故。本系統適應高產礦山、井巷採掘、繁忙物流、連續運輸等復雜工況和在線實時遠程監測的高水平管理需要，是目前國內最先進的智能化監測設備。
一、技術簡介
x射線內部缺陷檢測標記系統能真正能做到X射線在線圖像監測，具有如下優點：
1.實時動態顯示整條輸送帶的透視圖像，直觀性和及時性極高；
2.當某處輸送帶有問題時，如鋼絲繩銹蝕、斷芯、斷股、偏移、接頭抽動、移位以及橡膠撕裂等，系統就會出現聲光報警，如果說報警的准確率只有95%的話，那麼看了圖像以後你就能100%判斷問題所在。同時系統在危險度高的輸送帶位置，做一個標記，在標記處可以修補，延長運輸帶使用壽命；
3.所有圖像都可儲存，你可以翻開當天或歷史圖像，全面仔細瀏覽整條輸送帶，了解輸送帶當前的整體狀態；
4.圖像可進行增強、放大、黑白切換、彩色顯示、銳化顯示，方便用戶對可疑區域進行仔細分析
5.監視圖像和數據通過區域網可上傳到地面監控中心，管理人員通過圖像終端顯示設備，對輸送帶的使用情況狀態了如指掌；
6.連續監測，也可以選擇自動按時監測，設置靈活，操作簡單。
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判斷損傷：通過圖像智能模糊識別法確定損傷，並將損傷分級。
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