第二章 晶体结构缺陷习题答案电子教案
(完整word版)第二章晶体结构缺陷习题答案
第二章晶体结构缺陷1.（错）位错属于线缺陷，因为它的晶格畸变区是一条几何线。
2．（错）螺型位错的柏氏失量与其位错线垂直,刃型位错的柏氏失量与其位错线是平行.3。
（错）肖特基缺陷是由于外来原子进入晶体而产生的缺陷。
4.(错）弗伦克尔缺陷是由于外来原子进入晶体而产生的缺陷。
二选择题1．非化学剂量化合物Zn1+x O中存在 A .A. 填隙阳离子B。
阳离子空位C. 填隙阴离子D. 阴离子空位2. 非化学计量化合物UO2+x中存在 C 。
A. 填隙阳离子B. 阳离子空位C。
填隙阴离子 D. 阴离子空位3．非化学剂量化合物TiO2－x中存在 D 。
A. 填隙阳离子B。
阳离子空位C。
填隙阴离子D。
阴离子空位4.螺型位错的位错线是 A 。
A。
曲线B。
直线C。
折线D。
环形线5．非化学剂量化合物ZnO1－x中存在 D 。
A。
填隙阳离子 B. 阳离子空位C. 填隙阴离子D。
阴离子空位6. 非化学计量化合物UO2+x中存在 C 。
A. 填隙阳离子B. 阳离子空位C. 填隙阴离子D. 阴离子空位三、名词解释1. 弗仑克尔缺陷原子离开其平衡位置二进入附近的间隙位置，在原来位置上留下空位所形成的缺陷，特点是填隙原子与空位总是成对出现。
2．固溶体:物种数:凡在固体条件下，一种组分（溶剂）内“溶解”了其它组分(溶质）而形成的单一、均匀的晶态固体称为固溶体。
四、解答题1．完成下列缺陷方程式,并且写出相应的化学式（1）NaCl 溶入CaCl 2中形成空位型固溶体；（2)CaCl 2溶人NaC1中形成空位型固溶体；解:（1)NaClNa Ca ’+ Cl Cl + V Cl ·Ca 1－x Na x Cl 2－x(2）CaCl 2Ca Na · + 2Cl Cl + V Na ' Na 1－2x Ca X Cl2完成下列缺陷方程式,并且写出相应的化学式(6分)(1)M gCl 2固溶在LiCl 晶体中形成填隙型Li 1－x Mg x Cl 1＋x（2） SrO 固溶在Li 2O 晶体中形成空位型Li 2－2x Sr x O3．写出下列缺陷反应式①。
(完整word版)晶体中的结构缺陷试题及答案
3、某晶体中一条柏氏矢量为a 001】的位错线，位错的一端位于晶体表面，另一端晶体中的结构缺陷试题及答案1、纯铁中空位形成能为 105KJ/mol ，将纯铁加热到 850C 后激冷至室温（20C ）,若高温 下的空位能全部保留。
试求过饱和空位浓度和平衡空位浓度的比值 解:8500C:C i =Aex P (-Q/RT)…200C :C^Aexp(-Q/R12) Q,1 1、 105x102J/mol ,1 1、 =ex p ——(——-——)=exp --------- X ( ) R T 2 1/ 8.31J/mol 293 1123=ex p31.58 = 5.2x10132、画一个园形位错环，并在这个平面上任意划出 它的柏氏矢量及位线的方向，据此指出位错环各 线段的性质，注意指明刃型位错的正负及螺型位 错的左右?答：A 点负刃型位错。
C 点正刃型位错。
B 点左螺型位错。
D 点为右螺型位错。
其余各段为混合位错。
C C 2的螺型位错上所受的法向力， （已知a=0.4nm ） 解:和两条位错线相连接。
其中一条的柏矢量为I ［呵，求另一条位错线的柏氏矢量。
解：据=0,即乙=乙 +b 3,a001] = -(i 111l + b 32 L 」二号1和e 1, e 2相交的位错为 e 3,可以和位错 e 1,e 2的柏氏回路 B ’+B ?相重合而^^1 十卫"^3 +'?24、在铝试样中，测得晶粒内部位错密度为 5咒109cm ，假定位错全部集中在亚晶界上，每个晶粒的截面均为正六边形，亚晶的倾斜角为5度，若位错全部是刃型位错b=|1o1】，柏氏矢量大小等于2>^10」0m，试求亚晶界上位错间距和亚晶的平均尺寸。
解:由图可见OA 为尹1 S o 丄0諾1”0—1必心=2.828 Xio^m1 ）D =卫=2^10" 0=2.28nm ' 丿 3 0.0175X5（2，F P =5X109/cm 2=5咒 102/nm 2,1cm =107nm依题义位错全部集中亚晶上即正六边形六条边上则每条边上有位错 舸米z P 5X102根数为：一= -------=876 6VD =2.28nm ”•.六边形边长为：2.28X87 =198.36nm 则晶粒外接圆直径 d =2X198.36 =396.72nm5、铝单晶体沿［010］方向承受8000pa 的拉应力，求（111）面上柏氏矢量 卞=号*01由已知，e t =1 010 ］e 2 =1 001 ］设和 对e 3作回路 B 3.B 3前进并扩大时柏氏回路 B ’ +B 2的柏氏矢量为10 1 一即为DB或AD在T力作用下滑移T — cos 60 0 T i-X = X1 cos 60 0, OE 为(11 是f11 的法向= ，申为外力P和法向夹角由图可见cos 护=—a—,y3aP-T1 = — cos tp … F= 3.26 X10 (N /nm 2)= 0.577 , P和滑移方向BC夹角入=45 0 cos cos tp ,cos A = 8 X10 3X10 - X 10 - X0 8 /X —X1 cos 60 —1 .63 X10 —(N / nmf =養=4.613 X10 —(N /nm )6、假定某面心立方晶体的活动滑移系为①试给出引起滑移的位错的柏氏矢量, 并加以说明。
晶体缺陷习题及答案解析
晶体缺陷习题与答案1 解释以下基本概念肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、混合位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克—瑞德源、派—纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、重合位置点阵、共格界面、失配度、非共格界面、内吸附。
2 指出图中各段位错的性质，并说明刃型位错部分的多余半原子面。
3 如图，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到一均匀切应力τ。
(1)分析该位错环各段位错的结构类型。
(2)求各段位错线所受的力的大小及方向。
(3)在τ的作用下，该位错环将如何运动?(4)在τ的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大?4 面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错]101[2ab =，在(111)面上分解为两个肖克莱不全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出πγ242Gb s d ≈(G 切变模量，γ层错能)。
5 已知单位位错]011[2a能与肖克莱不全位错]112[6a 相结合形成弗兰克不全位错，试说明：（1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。
(2)判定此位错反应能否进行？(3)这个位错为什么称固定位错?6 判定下列位错反应能否进行?若能进行，试在晶胞上作出矢量图。
(1)]001[]111[]111[22a a a→+(2)]211[]112[]110[662a a a+→(3)]111[]111[]112[263a a a→+7 试分析在(111)面上运动的柏氏矢量为]101[2a b =的螺位错受阻时，能否通过交滑移转移到(111)，(111)，(111)面中的某个面上继续运动?为什么?8 根据晶粒的位向差及其结构特点，晶界有哪些类型?有何特点属性?9 直接观察铝试样，在晶粒内部位错密度为5×1013/m 2，如果亚晶间的角度为5o ，试估算界面上的位错间距(铝的晶格常数a=2.8×10-10m)。
晶体缺陷习题教(学)案答案解析
晶体缺陷习题与答案1 解释以下基本概念肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、混合位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克—瑞德源、派—纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、重合位置点阵、共格界面、失配度、非共格界面、内吸附。
2 指出图中各段位错的性质，并说明刃型位错部分的多余半原子面。
3 如图，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到一均匀切应力τ。
(1)分析该位错环各段位错的结构类型。
(2)求各段位错线所受的力的大小及方向。
(3)在τ的作用下，该位错环将如何运动?(4)在τ的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大?4 面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错]101[2ab =，在(111)面上分解为两个肖克莱不全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出πγ242Gb s d ≈(G 切变模量，γ层错能)。
5 已知单位位错]011[2a能与肖克莱不全位错]112[6a 相结合形成弗兰克不全位错，试说明：（1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。
(2)判定此位错反应能否进行？(3)这个位错为什么称固定位错?6 判定下列位错反应能否进行?若能进行，试在晶胞上作出矢量图。
(1)]001[]111[]111[22a a a→+ (2)]211[]112[]110[662a a a+→ (3)]111[]111[]112[263a a a→+7 试分析在(111)面上运动的柏氏矢量为]101[2ab =的螺位错受阻时，能否通过交滑移转移到(111)，(111)，(111)面中的某个面上继续运动?为什么?8 根据晶粒的位向差及其结构特点，晶界有哪些类型?有何特点属性?9 直接观察铝试样，在晶粒内部位错密度为5×1013/m 2，如果亚晶间的角度为5o ，试估算界面上的位错间距(铝的晶格常数a=2.8×10-10m)。
第二章晶体结构缺陷
既然存在阳离子的空位，Ca2+一般 因此第一个反应最为合理。 就会首先填充空位，而不是挤到间 隙位置去使得晶体的不稳定因素增 15 加
固溶体式子的写法： 固溶体式子的写法：
CaCl CaCl CaCl
2 2 2
′ KCl → Ca • + V K + 2 Cl Cl K → Ca
1）离子空位：正常结点位没有质点，VM” ，VX‥ 离子空位：正常结点位没有质点，V 2）间隙离子： Mi‥ ， Xi” 间隙离子： 3）错位（反结构）： MX，XM 错位（反结构）： 4）取代离子： 取代离子： 外来杂质CaCl进入KCl晶体中，若取代则Ca 外来杂质CaCl进入KCl晶体中，若取代则CaK． 外来杂质CaO进入ZrO 晶体中，若取代则Ca 外来杂质CaO进入ZrO2晶体中，若取代则CaZr 5）电荷缺陷： 电荷缺陷： 自由电子 e’表示有效负电荷（无特定位置） e’表示有效负电荷（无特定位置） 电子空穴 h· 表示有效正电荷 6）缔合中心:空位堆，间隙堆 缔合中心:
特点： 特点：1）气氛引起的电子缺陷，具有半导体性能，晶体带色； 2）缺陷浓度与气氛的性质、大小有关，也与温度有关 （k~T） k~T）
22
四、线缺陷
1 概念： 概念： 位错：由于应力作用使晶体内部质点排列变形、原子 位错：由于应力作用使晶体内部质点排列变形、原子 行列间发生滑移所形成的线状缺陷。 行列间发生滑移所形成的线状缺陷。 1934年由泰勒提出，1950年证实。 1934年由泰勒提出，1950年证实。 位错线：滑移面和未滑移面的交界线EF。 位错线：滑移面和未滑移面的交界线EF。 位错特点：具有伯格斯矢量。 方向——滑移方向； 大小——滑移距离 方向——滑移方向； 大小——滑移距离
第二章晶体结构缺陷
]2
由阿累尼乌斯公式：
Kf
exp( Gf kT
)
[Ag
i
]
exp(
Gf 2kT
)
2、MX型离子晶体的肖特基缺陷浓度
以MgO为例： 0
VMg VO
则平衡常数：
Ks
[VMg ][VO ] [0]
[VMg ]2 [VO ]2
由阿累尼乌斯公式：
Ks
热缺陷示意图
（2） 杂质缺陷
a. 定义：外来原子进入晶体而产生的缺陷。 b. 特点：缺陷浓度与杂质含量有关，而与温度无关。
（3） 非化学计量结构缺陷
a. 定义：某些化合物的化学组成随周围环境变化而 发生组成偏离化学计量的现象。
b. 特点：由气氛或压力变化引起，缺陷浓度与气氛性质、
压力有关。
二、缺陷化学反应表示法
（三）置换固溶体
a. NiO或FeO置换MgO生成连续固溶体：Mg1-xNixO，其 中x = 0~1。
b.很多二元体系是有限置换型固溶体，其中有些体系的 固溶量非常低。
？ 可分为连续置换固溶体和有限置换固溶体
影响因素： （1） 离子尺寸（决定性因素）
从晶体结构的稳定观点来看，相互替代的质点尺寸 愈接近，则固溶体愈稳定，其固溶量将愈大。
3
3
a 2(RMg2 RO2 ) 2(0.072 0.140) 0.424nm
所以：堆积系数=
VCaF a3
0.0522 0.4243
0.685
68.5%
nM
（2）
N0
4 （24.3 16）
3.51g / cm3
a3 6.02 1023 (0.424107 )3
第二章晶体中的缺陷答案
第六章空位与位错本章的主要内容：晶体中的缺陷，晶体缺陷的分类晶体缺陷的形成点缺陷：点缺陷的种类，点缺陷的形成，点缺陷的运动，点缺陷的平衡浓度，点缺陷对材料性能的影响位错：位错理论的起源：位错基本类型及特征：刃型位错，螺型位错，混合位错柏氏矢量：确定方法，柏氏矢量的模，实际晶体中的柏氏矢量，柏氏矢量的特性，位错密度外力场中作用在位错线上的力位错运动：滑移，攀移，派一纳力位错的弹性性质：直螺错的应力场，直刃错的应力场，混合直位错的应力场位错的应变能位错间的交互作用：两根平行螺位错的交互作用，两根平行刃位错的交互作用，位错的塞积、位错的增殖实际晶体中的位错：单位位错，堆垛层错，不全位错：肖克莱，弗兰克不全位错位错反应1 填空1、在某温度下，晶体中的空位数与点阵数的比值称为___点缺陷的平衡浓度___。
2、ξ为位错线单位矢量，b为柏氏矢量，则bξ =0时为__刃型_位错，bξ =b时为_______右螺型___位错，bξ =-b时为___左螺型______位错。
3 三根右螺型位错线的正向都指向位错结点，则它们的柏氏矢量之和等于__零___。
4 设位错运动时引起晶体体积的变化为ϖV，则ϖV=0时为___滑移_____运动，ϖV≠0时为_____攀移__运动。
5 单位体积中位错线总长度称为__位错密度_____。
6、螺型位错的应力场只有两个相等的__切__应力分量，7、简单立方晶体、fcc晶体、bcc晶体和hcp晶体中单位位错的柏氏矢量依次是__a,_a/2［110］___、_____a/2［110］______、___a/3［11-20］____。
8 对含刃位错的晶体施加垂直于多余半原子面的压应力有利于__正____攀移，施加拉应力有助于___负__攀移。
9 作用在位错线上的力F d=_________________________，这个力F d与位错_垂直的τb___________方向。
10、位错可定义为_指晶体中某处一列或若干列原子发生了有规律的错排现象__。
晶体缺陷习题及答案解析
晶体缺陷习题与答案1 解释以下基本概念肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、混合位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克—瑞德源、派—纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、重合位置点阵、共格界面、失配度、非共格界面、内吸附。
2 指出图中各段位错的性质，并说明刃型位错部分的多余半原子面。
3 如图，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到一均匀切应力τ。
(1)分析该位错环各段位错的结构类型。
(2)求各段位错线所受的力的大小及方向。
(3)在τ的作用下，该位错环将如何运动?(4)在τ的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大?4 面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错]101[2ab =，在(111)面上分解为两个肖克莱不全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出πγ242Gb s d ≈(G 切变模量，γ层错能)。
5 已知单位位错]011[2a 能与肖克莱不全位错]112[6a 相结合形成弗兰克不全位错，试说明：（1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。
(2)判定此位错反应能否进行？(3)这个位错为什么称固定位错?6 判定下列位错反应能否进行?若能进行，试在晶胞上作出矢量图。
(1)]001[]111[]111[22a a a→+ (2)]211[]112[]110[662a a a+→ (3)]111[]111[]112[263a a a→+7 试分析在(111)面上运动的柏氏矢量为]101[2a b =的螺位错受阻时，能否通过交滑移转移到(111)，(111)，(111)面中的某个面上继续运动?为什么?8 根据晶粒的位向差及其结构特点，晶界有哪些类型?有何特点属性?9 直接观察铝试样，在晶粒内部位错密度为5×1013/m 2，如果亚晶间的角度为5o ，试估算界面上的位错间距(铝的晶格常数a=2.8×10-10m)。
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第二章晶体结构缺陷
1.（错）位错属于线缺陷，因为它的晶格畸变区是一条几何线。
2．（错）螺型位错的柏氏失量与其位错线垂直，刃型位错的柏氏失量与其位错线是平行。
3. （错）肖特基缺陷是由于外来原子进入晶体而产生的缺陷。
4.（错）弗伦克尔缺陷是由于外来原子进入晶体而产生的缺陷。
二选择题
1．非化学剂量化合物Zn1+x O中存在 A 。
A. 填隙阳离子
B. 阳离子空位
C. 填隙阴离子
D. 阴离子空位
2. 非化学计量化合物UO2+x中存在 C 。
A. 填隙阳离子
B. 阳离子空位
C. 填隙阴离子
D. 阴离子空位
3．非化学剂量化合物TiO2－x中存在 D 。
A. 填隙阳离子
B. 阳离子空位
C. 填隙阴离子
D. 阴离子空位
4.螺型位错的位错线是 A 。
A. 曲线
B. 直线
C. 折线
D. 环形线
5．非化学剂量化合物ZnO1－x中存在 D 。
A. 填隙阳离子
B. 阳离子空位
C. 填隙阴离子
D. 阴离子空位
6. 非化学计量化合物UO2+x中存在 C 。
A. 填隙阳离子
B. 阳离子空位
C. 填隙阴离子
D. 阴离子空位
三、名词解释
1. 弗仑克尔缺陷
原子离开其平衡位置二进入附近的间隙位置，在原来位置上留下空位所形成的缺陷，特点是填隙原子与空位总是成对出现。
2．固溶体：
物种数：凡在固体条件下，一种组分（溶剂）内“溶解”了其它组分（溶质）而形成的单一、均匀的晶态固体称为固溶体。
四、解答题
1．完成下列缺陷方程式，并且写出相应的化学式
(1)NaCl 溶入CaCl 2中形成空位型固溶体；
(2)CaCl 2溶人NaC1中形成空位型固溶体；
解：（1）NaCl
Na Ca ’+ Cl Cl + V Cl · Ca 1－x Na x Cl 2－x
（2）CaCl 2
Ca Na · + 2Cl Cl + V Na ’ Na 1－2x Ca X Cl
2完成下列缺陷方程式，并且写出相应的化学式(6分)
(1)M gCl 2固溶在LiCl 晶体中形成填隙型
Li 1－x Mg x Cl 1＋x
(2) SrO 固溶在Li 2O 晶体中形成空位型
Li 2－2x Sr x O
3．写出下列缺陷反应式
①.NaCl 形成肖脱基缺陷。
②.AgI 形成弗伦克尔缺陷（Ag +进入间隙）。
③KCl 溶入CaCl 2中形成空位型固溶体。
解：1、O→VNa ′+VCl˙ 2、Ag Ag+Vi →A g i ˙+V Ag′
③ KCl
K Ca ’+ Cl Cl + V Cl ·
Ca 1－x K x Cl 2－x
4 对于MgO 、Al 2O 3和Cr 2O 3，其正、负离子半径比分别为0.47,0.36和0.40。
Al 2O 3和Cr 2O 3形成连续固溶体。
（4分）
（a ）这个结果可能吗？为什么？
（b ）试预计，在MgO －Cr 2O 3系统中的固溶度是有限还是很大的？为什么？ 答（a ）可能，Al 2O 3和Cr 2O 3的正离子半径之比小于15％。
晶体结构又相同。
所以可能 O Li Li O Li O V Sr S SrO +'+−−→−•.
2)(Cl i Li LiCl Cl Cl Mg S MgCl ++−−
→−•')(.2
（b）MgO－Cr2O3系统中的固溶度是有限的，由于的晶体结构不同。
5.对于刃位错和螺位错，区别其位错线方向、柏氏矢量和位错运动方向的特点。
（4分）
答：刃位错：位错线垂直于滑移方向与位错线相互垂直。
位错线垂直于位错运动方向；柏氏矢量和位错运动方向一致。
螺位错：位错线平行于滑移方向与位错线平行，位错线垂直与位错运动方向。
柏氏矢量和位错运动垂直。
6.晶体中的结构缺陷按几何尺寸可分为哪几类？（3分）
答：点缺陷，线缺陷，面缺陷；
7.对于刃位错和螺位错，区别其位错线方向、柏氏矢量和位错运动方向的特点。
答：刃位错：位错线垂直于位错线垂直于位错运动方向；螺位错：位错线平行于位错线垂直于位错运动方向。
（4分）
8.什么是固熔体？它是如何分类的？（6分）
只在固态条件下，一种组分内“溶解”了其它组成而形成单一、均匀的晶态固体。
按溶质(杂质）原子在溶剂（基质）晶格中的位置划分：
间隙型固溶体、置换型固溶体
按溶质(杂质）原子在溶剂（基质）晶体中置换能力不同分类：
完全互溶固溶体、部分互溶固溶体
五、填空题
1．影响置换型固溶体置换能力的主要因数有离子大小、晶体结构、离子电荷、电负性。
2. 位错线是已滑移区与非滑移区在滑移面上是的交界线，它实际上是一条晶格
畸变的管道区域。
刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直，螺型位错的柏氏矢量与其位错线平行。
五、计算题
. 非化学计量化合物Fe x O 中，Fe 3+／Fe 2+=0.1，求Fe x O 中的空位浓度及x 值。
解：Fe 2O 32Fe Fe · + 3O O + V Fe ’’ y 2y y Fe 3+2y Fe 2+1-3y O ， 0435.03.21.01.0312===-y y y X=1-y=1-0.0435=0.9565,Fe 0.9565O
[V Fe ’’] =
=2.22×10-2。