位错及界面部分第一次习题
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)。
晶体缺陷习题与答案
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(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)在的作用下，该位错环将如何运动(4)在的作用下，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ba2[110]，在(111)面上分解为两个肖克莱不Gb242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d模量，层错能)。
(G切变[101]能与肖克莱不全位错a[121]相结合形成弗兰克不全位错，试说明：5已知单位位错a26（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。
[111]a[111]a[001](1)a22[110](2)a2a6[121]a6[211][111]a2[112]a[111](3)a36a27试分析在(111)面上运动的柏氏矢量为b[110]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132o9直接观察铝试样，在晶粒内部位错密度为5某10/m，如果亚晶间的角度为5，试估算界面上的位错间距(铝的晶格常数a=2.8某10-10m)。
1.设铜中空位周围原子的振动频率为1013-1，⊿Em为0.15γTM10-18J，e某p(⊿Sm/k)约为1，试计算在700K和室温(27℃)时空位的迁移频率。
【上交827 材料科学基础】材料科学基础习题及参考答案1
材料科学基础参考答案材料科学基础第一次作业1.举例说明各种结合键的特点。
⑴金属键：电子共有化，无饱和性，无方向性，趋于形成低能量的密堆结构，金属受力变形时不会破坏金属键，良好的延展性，一般具有良好的导电和导热性。
⑵离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合，以离子为结合单元，无方向性，无饱和性，正负离子静电引力强，熔点和硬度均较高。
常温时良好的绝缘性，高温熔融状态时，呈现离子导电性。
⑶共价键：有方向性和饱和性，原子共用电子对，配位数比较小，结合牢固，具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点，导电能力差。
⑷范德瓦耳斯力：无方向性，无饱和性，包括静电力、诱导力和色散力。
结合较弱。
⑸氢键：极性分子键，存在于HF，H2O，NF3有方向性和饱和性，键能介于化学键和范德瓦尔斯力之间。
2.在立方晶体系的晶胞图中画出以下晶面和晶向：（1 0 2）、（1 1 -2）、（-2 1 -3），[1 1 0],[1 1 -1],[1 -2 0]和[-3 2 1]。
12(213)3. 写出六方晶系的{1 1 -20}，{1 0 -1 2}晶面族和<2 -1 -1 0>,<-1 0 1 1>晶向族中各等价晶面及等价晶向的具体指数。
{1120}的等价晶面：(1120)(2110)(1210)(1120)(2110)(1210) {1012}的等价晶面：(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)2110<>的等价晶向：[2110][1210][1120][2110][1210][1120] 1011<>的等价晶向：[1011][1101][0111][0111][1101][1011][1011][1101][0111][0111][1101][1011]4立方点阵的某一晶面（hkl ）的面间距为M /，其中M 为一正整数，为晶格常数。
位错及界面部分第二次习题答案
1、面心立方晶体中，把2个b都为[110]a/2且平行的同号螺位错从100nm推近到8nm作功多少?已知a=0.3nm，G=7×1010Pa。
解：两个同号螺位错（单位长度）间的作用力F 与它们之间的距离d 的关系为位错的柏氏矢量，两螺位错从100nm推近到8nm 作功为2、在同一滑移面上有2个互相平行的位错，其中一个位错的柏氏矢量和位错线方向的夹角为θ。
两位错的b大小相等，夹角为30°，这2个位错在滑移面上的相互作用力是否可能为零？已知常用金属材料的柏松比约为1/33、在3个平行的滑移面上有3根平行的刃型位错线A，B，C，其柏氏矢量大小相等，A，B被钉扎不能动，（1）若无其它外力，仅在A，B应力场作用下，位错C向哪个方向运动？（2）指出位错向上述方向运动时，最终在何处停下？答案见习题册P87：3-314、在Fe晶体中同一滑移面上，有3根同号且b相等的直刃型位错线A，B，C受到分剪应力τx的作用，塞积在一个障碍物前，试计算出该3根位错线的间距及障碍物受到的力（已知G=80GPa，τx=200MPa，b=0.248nm）答案见习题册P88：3-365、写出距位错中心为R1 范围内的位错弹性应变能。
如果弹性应变能为R1 范围的一倍，则所涉及的距位错中心距离R2 为多大?6、单晶体受拉伸形变，拉伸轴是[001]，应力为σ，求对b=a[ -101]/2 及t 平行于[1-21 ]的位错滑移和攀移方向所受的力。
已知a=0.36nm。
解：单位长度位错线在滑移面上所受的力F 是外加应力场在滑移面滑移方向的分切应力τ与柏氏矢量b 的乘积：F g=τb。
在单向拉伸（应力为σ）的情况，τ= σcosλcosϕ。
因b=a[ -101]/2 及t 平行于[1-21 ]，所以滑移面是(111)，因此，λ是[001] −[-101] 的夹角，ϕ是[001] −[111] 的夹角。
根据第1 题的计算知。
而b 的模为，最后得式中σ的单位为Pa。
材料表面与界面复习题
1.液体原子构造的主要特征。
〔1〕液体构造中近邻原子数一般为5~11个〔呈统计分布〕，平均为6个，与固态晶体密排构造的12个最近邻原子数相比差异很大；〔2〕在液体原子的自由密堆构造中存在五种间隙，四面体间隙占了主要地位。
〔3〕液体原子构造在几个原子直径范围内是短程有序的，而长程是无序的。
2.液体外表能的产生原因。
液体外表层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。
因此在液体外表层中，每个分子都受到一个垂直于液面并指向液体内部的不平衡力。
这种吸引力使外表上的分子趋向于挤入液体内部，促成液体的最小外表积。
要使液体的外表积增大就必须要对抗液体内局部子的吸引力而做功，从而增加分子的位能，这种位能就是液体的外表能。
3.液体外表张力的概念与影响因素。
液体外表层的原子或分子受到内部原子或分子的吸引，趋向于挤入液体内部，使液体外表积缩小，因此在液体外表的切线方向始终存在一种使液体外表积缩小的力，其合力指向液体内部的作用力，这种力称为液体外表张力。
液体的外表张力大小受很多因素的影响。
如果不考虑液体内部其它组元向液体外表的偏聚与液体外部组元在液体外表的吸附，液体外表张力大小主要受物质本身构造、所接触的介质与温度的影响。
〔1〕液体的外表张力来源于液体内部原子或分子间的吸引力，因此液体内部原子或分子间的结合能的大小直接影响到液体的外表张力的大小。
一般来说，液体中原子或分子间的结合能越大，外表张力越大。
具有金属键原子结合的物质的外表张力最大；其次由大到小依次为：离子键结合的物质、极性共价键结合的物质、非极性共价键结合的物质。
(2)液体的外表张力的产生是由于处于外表层的原子或分子一方面受到液体内部原子或分子的吸引，另一方面受到液体外部原子或分子的吸引。
当液体处在不同介质环境时，液体外表的原子或分子与不同物质接触所受的作用力不同，因此导致液体外表张力的不同。
一般来说，介质物质的原子或分子与液体外表的原子或分子结合能越高，液体的外表张力越小；反之，介质物质的原子或分子与液体外表的原子或分子结合能越低，液体的外表张力越大。
材料科学基础习题与参考答案
材料科学基础习题与参考答案第一章材料的结构一、说明以下差不多概念空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、第二相强化。
二、填空题1、材料的键合方式有四类，分别是〔〕，〔〕，〔〕，〔〕。
2、金属原子的特点是最外层电子数〔〕，且与原子核引力〔〕，因此这些电子极容易脱离原子核的束缚而变成〔〕。
3、我们把原子在物质内部呈〔〕排列的固体物质称为晶体，晶体物质具有以下三个特点，分别是〔〕，〔〕，〔〕。
4、三种常见的金属晶格分别为〔〕，〔〕和〔〕。
5、体心立方晶格中，晶胞原子数为〔〕，原子半径与晶格常数的关系为〔〕，配位数是〔〕，致密度是〔〕，密排晶向为〔〕，密排晶面为〔〕，晶胞中八面体间隙个数为〔〕，四面体间隙个数为〔〕，具有体心立方晶格的常见金属有〔〕。
6、面心立方晶格中，晶胞原子数为〔〕，原子半径与晶格常数的关系为〔〕，配位数是〔〕，致密度是〔〕，密排晶向为〔〕，密排晶面为〔〕，晶胞中八面体间隙个数为〔〕，四面体间隙个数为〔〕，具有面心立方晶格的常见金属有〔〕。
7、密排六方晶格中，晶胞原子数为〔〕，原子半径与晶格常数的关系为〔〕，配位数是〔〕，致密度是〔〕，密排晶向为〔〕，密排晶面为〔〕，具有密排六方晶格的常见金属有〔〕。
8、合金的相结构分为两大类，分别是〔〕和〔〕。
9、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为〔〕和〔〕，按照固溶度分为〔〕和〔〕，按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为〔〕和〔〕。
10、阻碍固溶体结构形式和溶解度的因素要紧有〔〕、〔〕、〔〕、〔〕。
11、金属化合物〔中间相〕分为以下四类，分别是〔〕，〔〕，〔〕，〔〕。
12、金属化合物〔中间相〕的性能特点是：熔点〔〕、硬度〔〕、脆性〔〕，因此在合金中不作为〔〕相，而是少量存在起到第二相〔〕作用。
13、CuZn、Cu5Zn8、Cu3Sn的电子浓度分别为〔〕，〔〕，〔〕。
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)。
8第八节课-实际晶体位错和层错
但是，实际上此位错反应是无法进行的，因为合并后能量是增加的，需
要外力提供能量，何况同性相斥，两同号位错间的排斥力将不允许它们无 限靠拢。
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西安石油大学材料科学与工程学院
材料科学基础
例：有两个被钉扎住的刃型位错A-B和C-D，它们的长度x相等，且具有相同的b， 而b的大小和方向相同（图3-21）。每个位错都可看做F-R位错源。试分析在其增 殖过程中二者间的交互作用。若能形成一个大的位错源，使其开动的多大？
9 西安石油大学材料科学与工程学院
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F-R源位错增值定义：位错两端被钉扎，在切应力作用下弯曲，位错运动导致位错线卷 曲，异号位错相遇，形成一个位错环和一根位错线，该过程重复，位错增值。
外加切应力与位错弯曲时曲率半径的关系为： Gb
曲率半径越小，切应力越大。
2r
当AB弯曲成半圆时，曲率半径最小，所需的切应力最大，此时，r=L/2，L为A和B 之间的距离。故使弗兰克-里德源发生作用的临界切应力为：
22 西安石油大学材料科学与工程学院
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例题：有两根左螺旋位错线，各自的能量都为E1，当它们无限靠拢时，总能 量为多少？ 解：单位长度位错的能量为 T Gb 2 由于位错的应变能与b2成正比，两根同向螺型位错的能量相同，其柏氏矢 量b必然相同。若它们无限靠拢时，合并为柏氏矢量为2b的新位错，其总 能量应为4E1。
形成位错。
3)晶体内部的某些界面(如第二相质点、孪晶、晶界等)和微裂纹的附近，由 于热应力或者组织应力的作用，往往出现应力集中现象，当此应力高至足 以使该局部区域发生滑移时，该区域产生位错。
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3. 位错的增殖：晶体在变形过程中位错不断增殖的现象。
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6.简单立方晶体(100)面有1 个b=[ 0-10 ]的刃位错 (a)在(001)面有1个b=[010]的刃位错和它相截，相截后2 个位错产生 扭折还是割阶？
(b)在(001)面有1个b=[100]的螺位错和它相截，相截后2 个位错产生 扭折还是割阶？
7.AB 是B2 型有序结构 (a)画出垂直于(101)并包含[ 111]方向的面的堆垛顺序和原子排列。 (b)利用上图画出一个纯刃位错，它的滑移面为(101)，b=a [111]/2。 8．如图所示的两根螺型位错线，一个含有扭折，一个含有割阶，图 上所示的箭头方向为位错线的正方向，扭折部1)面， 问这两根位错线段中(指割阶和扭折)， 哪一根比较容易通过他们自身的滑移
而去除?为什么? (2)解释含有割阶的螺型位错在 滑动时是怎么样形成空位的? 9.设面心立方晶体中的(11-1)为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为a[110]/2 (1)在晶胞中画出柏氏矢量b的方向并计算出其大小。 (2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向， 并写出此二位错线的晶向指数。
a[0-11]/2 (3)插入(1-10)半原子面，此面终止在（111）面上
4.已知在某简单立方晶体的（100）面上有一刃型位错L，该位错的柏氏矢量 与（33-1）和（-1-11）面的晶带轴平行，
(1)写出该位错的柏氏矢量和位错线的方向，并图示之； (2)若该位错部分线段攀移，指出攀移的原子面及结果，并图示之； (3)若在（001）面上有一与其柏氏矢量相同的刃型位错L1，两位错交截后会
1.证明位错线不能终止在晶体内部。 2.一个位错环能否各部分都是螺位错?能否各部分都是刃位错?为什么?请问位
错环有几种类型? 3.在fcc单晶体中做如下操作获得的是什么位错？柏氏矢量是什么？ (1)抽出一个（111）面的一个圆片，然后圆片两侧再重新粘合 (2)沿（111）面切开一部分，割面边缘是[0-11]和[10-1]，切面两侧相对位移
发生什么变化？图示之。对各自的运动有何影响？ (4)若（001）面上有一螺型位错L，上述3种情况将如何？
5.假定在立方晶系中有一柏氏矢量在[011]晶向的刃型位错L1沿(0-11)晶面滑 移，另有一位错L2的滑移面为（011），柏氏矢量方向和位错线方向均为 (0-11)晶向，请指出：
(1)L1位错线的方向； (2)L2位错的性质； (3)L1与L2交截后L2产生的折线是扭折还是割阶？(4)该折线的滑移面指数。