位错及界面部分第三次习题答案
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。
材料科学基础试题及答案
第一章 原子排列与晶体结构1. fcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,晶胞中原子数为 ，把原子视为刚性球时，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ；bcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ；hcp 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,，晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a的关系是 。
2. Al 的点阵常数为0.4049nm ，其结构原子体积是 ，每个晶胞中八面体间隙数为 ，四面体间隙数为 。
3. 纯铁冷却时在912ε 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构，配位数 ，致密度降低 ，晶体体积 ，原子半径发生 。
4. 在面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的方向。
在hcp 晶胞的（0001）面上标出）（0121晶面和]0121[晶向。
5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。
6 在铅的（100）平面上，1mm 2有多少原子？已知铅为fcc 面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm 。
第二章 合金相结构一、 填空1） 随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度 ，塑性 ，导电性 ，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数 。
2） 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是（1） ；（2） ；（3） ；（4） 和环境因素。
3） 置换式固溶体的不均匀性主要表现为 和 。
4） 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为 和 。
5） 无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是强度和硬度 ，塑性 ，导电性 。
6）间隙固溶体是 ，间隙化合物是 。
二、 问答1、 分析氢，氮，碳，硼在α-Fe 和γ-Fe 中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。
已知元素的原子半径如下：氢：0.046nm ，氮：0.071nm ，碳：0.077nm ，硼：0.091nm ，α-Fe ：0.124nm ，γ-Fe ：0.126nm 。
材基A第二章-晶体缺陷作业
材料科学基础A第二章晶体缺陷习题一、名词解释。
（每个2分）能量起伏位错位错线螺位错刃位错混合位错伯氏矢量伯氏回路位错的易动性可滑移面易滑移面滑移攀移晶界相界大角度晶界小角度晶界亚晶界孪晶界共格界面非共格界面界面能内吸附反内吸附二、判断题。
（每小题1分）1、点缺陷是一种热力学平衡的晶体缺陷，随温度的上升空位的浓度增大，故此空位在热力学上是不稳定的。
（）2、晶体中随着空位浓度的提高，一般晶体的电阻率升高导电性变差。
（）3、柏氏回路的起点任意，故此伯氏回路可以从位错线处开始，其形状和大小任意。
（）4、一根不分叉的位错无论形状如何变化它只有一个恒定不变的柏氏矢量。
（）5、位错线不能中止于晶体内部，只能中止于晶界、晶体表面或在晶内形成位错环、位错网络或发生位错反应。
6、螺位错在正应力的作用下可进行攀移，在切应力作用下可进行滑移。
（）7、在滑移面上因为密排晶向间的间距大则P-N力也大，故此晶体中沿密排方向的位错线最稳定。
（）8、基于界面能降低的原理，晶界的平直化和晶粒的长大都是自发过程。
（）9、一般的大角度晶界的界面能高于小角度晶界的界面能，而共格界面的界面能高于非共格界面的界面能。
（）。
10、晶界处点阵畸变较大，因此晶界具有较高的界面能导致晶面易于被腐蚀。
（）三、填空题。
（每空1分）1、晶体中的缺陷按照几何特征可分为：、和三种。
2、空位的基本类型包括空位和空位，其中空位的附近往往存在间隙原子。
3、空位形成能（U v）指的是：，一般的U v越大，空位浓度越。
4、位错是一种线缺陷，按照其几何结构特征可分为型、型和型。
5、伯氏矢量代表了位错线周围点阵畸变量的总和，反映了畸变量的和，而的值越大，位错线周围点阵畸变越严重。
6、刃型位错在的作用下在滑移面上并沿滑移方向进行滑移运动；在垂直于半原子面的作用下发生正攀移运动，即半原子面的。
在垂直于半原子面的作用下发生负攀移运动，即半原子面的。
7、刃型位错滑移运动扫出晶体后，在晶体表面方向产生大小为的滑移台阶，使晶体发生变形。
材料科学基础课后习题及答案_第三章
第三章答案3-2略。
3-2试述位错的基本类型及其特点。
解：位错主要有两种：刃型位错和螺型位错。
刃型位错特点：滑移方向与位错线垂直，符号⊥，有多余半片原子面。
螺型位错特点：滑移方向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平面，呈螺施状，称螺型位错。
3-3非化学计量化合物有何特点？为什么非化学计量化合物都是n型或p型半导体材料？解：非化学计量化合物的特点：非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关；可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常数看出；非化学计量化合物都是半导体。
由于负离子缺位和间隙正离子使金属离子过剩产生金属离子过剩（n型）半导体，正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩产生负离子过剩（p型）半导体。
3-4影响置换型固溶体和间隙型固溶体形成的因素有哪些？解：影响形成置换型固溶体影响因素：（1）离子尺寸：15%规律：1.（R1-R2）/R1>15%不连续。
2.<15%连续。
3.>40%不能形成固熔体。
（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。
（3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。
（4）场强因素。
（5）电负性：差值小，形成固熔体。
差值大形成化合物。
影响形成间隙型固溶体影响因素：（1）杂质质点大小：即添加的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。
（2）晶体（基质）结构：离子尺寸是与晶体结构的关系密切相关的，在一定程度上来说，结构中间隙的大小起了决定性的作用。
一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体。
（3）电价因素：外来杂质原子进人间隙时，必然引起晶体结构中电价的不平衡，这时可以通过生成空位，产生部分取代或离子的价态变化来保持电价平衡。
3-5试分析形成固溶体后对晶体性质的影响。
解：影响有：（1）稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生；（2）活化晶格，形成固溶体后，晶格结构有一定畸变，处于高能量的活化状态，有利于进行化学反应；（3）固溶强化，溶质原子的溶入，使固溶体的强度、硬度升高；（4）形成固溶体后对材料物理性质的影响：固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。
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)。
位错习题答案
位错习题答案位错习题答案位错是晶体中晶格的缺陷，它对材料的力学性能和物理性能有着重要的影响。
位错习题是学习材料科学与工程中位错概念和位错运动的重要方式。
下面将给出一些位错习题的答案，帮助读者更好地理解位错的性质和行为。
1. 位错的定义是什么？答：位错是晶体中晶格的缺陷，是晶体中原子排列的一种异常。
它是由于晶体中原子的错位或错配而引起的，可以看作是晶体中的一条线或面。
位错的存在会导致晶体中的原子排列出现错位，从而影响材料的力学性能和物理性能。
2. 位错的分类有哪些？答：位错可以分为线状位错和面状位错两种类型。
线状位错是指晶体中原子排列出现线状缺陷，常见的有边错和螺旋错。
面状位错是指晶体中原子排列出现面状缺陷，常见的有晶格错和堆垛错。
3. 位错的运动方式有哪些？答：位错的运动方式可以分为刃位错的滑移和螺位错的螺旋运动。
刃位错的滑移是指位错沿晶体中某个晶面方向滑动，从而改变晶体中原子的排列。
螺位错的螺旋运动是指位错沿晶体中某个晶面形成螺旋线运动，从而改变晶体中原子的排列。
4. 位错对材料的性能有什么影响？答：位错对材料的性能有着重要的影响。
位错的存在会导致材料的塑性变形，使材料具有较好的可塑性和可加工性。
位错也会影响材料的力学性能，如强度、韧性和硬度等。
此外，位错还会影响材料的电学、热学和磁学性能。
5. 如何通过位错来改变材料的性能？答：通过控制位错的类型和密度，可以改变材料的性能。
增加位错密度可以提高材料的塑性和可加工性，但会降低材料的强度。
减小位错密度可以提高材料的强度和硬度，但会降低材料的可塑性。
此外，通过引入位错可以改变材料的晶体结构，从而影响材料的电学、热学和磁学性能。
6. 位错的观测方法有哪些？答：位错的观测方法主要有透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射等。
透射电子显微镜可以观察到位错的形貌和分布情况，扫描电子显微镜可以观察到位错的表面形貌。
X射线衍射可以通过位错对X射线的散射来确定位错的类型和密度。
位错及界面部分第一次习题答案
位错及界面部分第一次习题答案1 证明位错线不能终止在晶体内部。
解：设有一位错C 终止在晶体内部，如图所示，终点为A。
绕位错C 作一柏氏回路L1，得柏氏矢量b。
现把回路移动到L2 位置，按柏氏回路性质，柏氏回路在完整晶体中移动，它所得的柏氏矢量不会改变，仍为b。
但从另一角度看，L2 内是完整晶体，它对应的柏氏矢量应为0。
这二者是矛盾的，所以这时不可能的。
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?螺位错的柏氏矢量与位错线平行，而一个位错只有一个柏氏矢量，一个位错环不可能与一个方向处处平行，所以一个位错环不能各部分都是螺位错。
刃位错的柏氏矢量与位错线垂直，如果柏氏矢量垂直位错环所在的平面，则位错环处处都是刃位错。
这种位错的滑移面是位错环与柏氏矢量方向组成的棱柱面，这种位错又称棱柱位错。
3.错环上各部分位错性质是否相同？通过位错环上各部分位错线与柏氏矢量之间的夹角判断：(1) 若一个位错环的柏氏矢量垂直于位错线上各点位错，则该位错环上各点位错性质相同，均为刃型位错。
(2) 若一个位错环的柏氏矢量平行于位错环所在的平面平行，则有的为纯刃型，有的为纯螺型，有的为混合型。
(3) 若一个位错环的柏氏矢量与位错环所在平面呈一定角度时，位错环上各点均为混合型位错。
4.若面心立方晶体(铜)中开动的滑移系为(111)[101](a)若滑移是由刃位错运动引起的，给出位错线的方向。
(b)若滑移是由螺位错引起的，给出位错线的方向。
解：设位错线方向为[uvw]。
uvw=?=(a)因刃位错线与其柏氏矢量垂直，同时也垂直与滑移面法线，[][111][101][121](b)因螺位错与其柏氏矢量平行，故[uvw]=[101]5．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。
和，切面两侧相对位移a[011]/2。
（2）沿（111）面切开一部分，割面边缘是[011][101]（3）插入(110)半原子面，此面终止在（111）面上解：（1）抽出一个（111）面的一个圆片，然后圆片两侧再重新粘合，相当于把（111）面割开相对向内位移一个（111）面的面间距a[111]/3，然后去掉重合的部分，所以其边缘形成的位错的柏氏矢量是a[111]/3。
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1、见习题集P86 题3-28
2、写出位错反应a[ 01-1 ]/2+a[ 2-11]/2 的反应结果，这个反应能否进行？形成的位错能不能滑动？为什么？
解：a[ 01-1 ]/2+a[ 2-11]/2→a[100]，根据位错反应的Frank 判据，反应式左端的柏氏矢量
平方和为a2/ 2 + 3a2/2 = 2a2，而右端的柏氏矢量平方为a2，因2a2> a2 ，所以反应可以
进行。
a[ 01-1 ]/2 位错的滑移面是(111) ，a[ 2-11]/2 位错的滑移面是(11-1) ，所以反应生成的位错线在(111) 与(11-1) 的交线[-110] 上，这个位错的滑移面是(001)，它不是面心立方
容易滑移的滑移面，所以不易滑动。
3、某面心立方点阵晶体的(1-11)面上有一螺型单位位错，其位错线为直线，柏氏矢量为
a/2[110]，
(1)在晶胞中标明该位错的柏氏矢量，该位错滑移产生的切变量是多少？
(2)该位错能否自动分解成两根肖克莱不全位错，为什么？并在晶胞中标明两根肖克莱不全位错的柏氏矢量；
(3)在（1-11）面上由上述两不全位错中间夹一层错带形成扩展位错。
若作用在该滑移面上的切应力方向为[1-1-2]，该扩展位错如何运动？若切应力方向为[110]，该扩展位错又如何运动？
(4)该扩展位错可能交滑移到哪个晶面，并图示之，指出产生交滑移的先决条件是什么？答：(1)√2a/2（hu+kv+lw=0）
(2)能（满足几何能量条件）
a/6[121]+a/6[21-1]= a/2[110] （几何条件）
∣a/6[121]∣2+∣a/6[21-1]∣2 <∣a/2[110]∣2
a2/6+ a2/6<a2/2（能量条件）
(3)(1-11)面上形成a/2[110]螺位错束集或扩展；
扩展位错宽度不变，（1-11）面上沿[1-1-2] 方向运动；
(4)(-111)面；在外切应力作用下形成束集。
4、已知某fcc的堆垛层错γ=0.01J/m2，G=7×1010Pa，a=0.3nm，a[11-2]/6
a[2-1-1]/6两个不全位错之间的平衡距离为多少？
见习题集P86 题3-29 30
5、设有两个α相晶粒和一个β相晶粒相交于一公共晶棱，已知β相所张的两面角为100°，界面能为γαα为0.31Jm2，试求两相之间的界面能γαβ
见习题集P90 题3-42
6、在铝晶体中，设晶粒内全部为刃型单位位错，其密度ρ=2×1012／m2。
假设这些位错全部均匀地分布在亚晶界上，相邻亚晶粒间平均位向差为5°，每个亚晶粒形状为正六边形。
试计算每个亚晶界的边长，位错平均间距及每平方米中有多少个亚晶粒?(铝的点阵常数为0.404nm)
7、若由于嵌入一个额外的(111)面，使体心立方晶体中产生一个倾斜1°的小角晶界，试求错排间的平均距离见习题集P90 题3-41。