第二章 晶体结构缺陷习题答案
(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。
晶体结构缺陷
（6）带电缺陷
不同价离子之间取代如Ca2+取代Na+——Ca
· Na
Ca2+取代Zr4+——Ca”Zr
(7) 缔合中心 在晶体中除了单个缺陷外，有可能出现邻近两个缺陷
互相缔合，把发生 缔合的缺陷用小括号表示，也称复合缺陷。 在离子晶体中带相反电荷的点缺陷之间，存在一种有
利于缔合的库仑引力。 如：在NaCl晶体中，
Sr O(S ) Li2O Sr •. V O
Li
Li
O
(3) Al2O3固溶在MgO晶体中(产生正离子空位，生成置换型SS)
Al2O3
(
S
)
MgO
2
Al
•. Mg
VMg
3OO
(4) YF3固溶在CaF2晶体中(产生正离子空位，生成置换型SS)
2Y F (S ) CaF2 2Y •. V 6F
(1－4)
3MgO Al2O3 2MgAl Mgi•• 3OO
(1－5)
（1－5〕较不合理。因为Mg2+进入间隙位置不易发生。
33
写出下列缺陷反应式：
(1) MgCl2固溶在LiCl晶体中(产生正离子空位，生成置换型SS)
MgCl2 (S)
LiCl
Mg •. Li
VLi
2ClCl
(2) SrO固溶在Li2O晶体中(产生正离子空位，生成置换型SS)
3
HRTEM image of an edge of a zeolite beta crystallite（沸石）
STM图显示表面原子 存在的原子空位缺陷
4
自然界中理想晶体是不存在的 对称性缺陷？晶体空间点阵的概念似乎 不能用到含有缺陷的晶体中，亦即晶体 理论的基石不再牢固? 其实，缺陷只是晶体中局部破坏 统计学原子百分数，缺陷数量微不足道
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)。
晶体结构与缺陷
第二章 晶体结构与晶体中的缺陷1、证明等径圆球面心立方最密堆积的空隙率为25.9％。
解：设球半径为a ，则球的体积为4/3πa 3，求的z=4，则球的总体积（晶胞）4×4/3πa 3，立方体晶胞体积：33216)22(a a =，空间利用率=球所占体积/空间体积=74.1%，空隙率=1-74.1%=25.9%。
2、金属镁原子作六方密堆积，测得它的密度为1.74克/厘米3，求它的晶胞体积。
解：ρ=m/V =1.74g/cm 3，V=1.37×10-22。
3、 根据半径比关系，说明下列离子与O 2-配位时的配位数各是多少?解：Si 4+ 4； K + 12； Al 3+ 6； Mg 2+ 6。
4、一个面心立方紧密堆积的金属晶体，其原子量为M ，密度是8.94g/cm 3。
试计算其晶格常数和原子间距。
解：根据密度定义，晶格常数)(0906.0)(10906.094.810023.6/(43/13/183230nm M cm M M a =⨯=⨯⨯=-原子间距= )(0641.02/0906.0)4/2(223/13/1nm M M a r ==⨯=5、 试根据原子半径R 计算面心立方晶胞、六方晶胞、体心立方晶胞的体积。
解：面心立方晶胞：3330216)22(R R a V ===六方晶胞（1/3）：3220282/3)23/8()2(2/3R R R c a V =∙∙∙=∙= 体心立方晶胞：333033/64)3/4(R R a V ===6、MgO 具有NaCl 结构。
根据O 2-半径为0.140nm 和Mg 2+半径为0.072nm ，计算球状离子所占据的体积分数和计算MgO 的密度。
并说明为什么其体积分数小于74.05%？解：在MgO 晶体中，正负离子直接相邻，a 0=2(r ++r -)=0.424(nm)体积分数=4×(4π/3)×(0.143+0.0723)/0.4243=68.52%密度=4×(24.3+16)/[6.023×1023×(0.424×10-7)3]=3.5112(g/cm 3)MgO 体积分数小于74.05%，原因在于r +/r -=0.072/0.14=0.4235>0.414，正负离子紧密接触，而负离子之间不直接接触，即正离子将负离子形成的八面体空隙撑开了，负离子不再是紧密堆积，所以其体积分数小于等径球体紧密堆积的体积分数74.05%。
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__。
第二章晶体结构缺陷(五)
（二）、注意事项
以上几个影响因素，并不是同时起作用， 在某些条件下，有的因素会起主要因素，有 的会不起主要作用。例如，rSi4+=0.26埃， rAl3+=0.39埃，相差达45%以上，电价又不同， 但Si—O、Al—O键性接近，键长亦接近， 仍能形成固溶体，在铝硅酸盐中，常见Al3+ 置换Si4+形成置换固溶体的现象。
2、 固溶体化学式的写法
以CaO加入到 掺入xmolCaO。
ZrO2
中
为
例
，
以
1mol为
基
准
，
形成置换式固溶体：
C aZ O 2 r O C Z '' a rO o V O • •
x
x
x
空位模型
则化学式为：CaxZrl~xO2-x 形成间隙式固溶体：
2 C aZ O 2 r O C i• • a 2 O O C Z '' r a 间隙模型
四、形成固溶体后对晶体性质的影 响
1、 稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生 2、活化晶格 3、固溶强化 4、形成固溶体后对材料物理性质的影响
1、稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生
(1) PbTiO3是一种铁电体，纯PbTiO3烧结性 能极差，居里点为490℃，发生相变时，晶格 常数剧烈变化，在常温下发生开裂。PbZrO3 是一种反铁电体，居里点为230℃。两者结构 相同，Zr4+、Ti4+离子尺寸相差不多，能在常 温生成连续固溶体Pb(ZrxTi1-x)O3，x=0.1~0.3。 在斜方铁电体和四方铁电体的边界组成 Pb(Zr0.54Ti0.46)O3处，压电性能、介电常数都 达到最大值，烧结性能也很好，被命名为PZT 陶瓷。
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)。
晶体缺陷习题及答案
晶体缺陷习题及答案晶体缺陷习题及答案晶体缺陷是固体材料中晶格结构的一种缺陷或不完美。
它们可以是原子、离子、分子或电子的缺陷，对材料的性质和行为有着重要的影响。
在材料科学和固体物理学中，研究晶体缺陷是一项重要的课题。
下面将为大家提供一些晶体缺陷的习题及答案，希望能够帮助大家更好地理解和掌握这一领域的知识。
习题一：什么是晶体缺陷？请简要描述一下晶体缺陷的种类。
答案：晶体缺陷是指固体材料中晶格结构的缺陷或不完美。
晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种类型。
点缺陷包括空位、间隙原子、替位原子和杂质原子等；线缺陷包括位错和螺旋位错等；面缺陷包括晶界、堆垛层错和孪晶等。
习题二：请简要描述一下晶体中的空位缺陷和间隙原子缺陷。
答案：空位缺陷是指晶体中某些晶格位置上没有原子的缺陷。
在晶体中，原子有一定的热运动，有些原子可能会从晶格位置上跳出来，形成空位。
空位缺陷会导致晶体的密度减小，热稳定性降低。
间隙原子缺陷是指晶体中某些晶格位置上多出一个原子的缺陷。
在晶体中，有时会有一些原子占据了本不属于它们的晶格位置，形成间隙原子。
间隙原子缺陷会导致晶体的密度增大，热稳定性降低。
习题三：请简要描述一下晶体中的替位原子缺陷和杂质原子缺陷。
答案：替位原子缺陷是指晶体中某些晶格位置上被其他原子替代的缺陷。
在晶体中，有时会有一些原子替代了原本应该占据该位置的原子，形成替位原子。
替位原子缺陷会导致晶体的晶格常数发生变化，对晶体的性质产生重要影响。
杂质原子缺陷是指晶体中掺入了少量杂质原子的缺陷。
杂质原子可以是同位素原子或不同原子种类的原子。
杂质原子缺陷会导致晶体的导电性、光学性质等发生变化。
习题四：请简要描述一下晶体中的位错和螺旋位错。
答案：位错是指晶体中晶格排列发生错位的缺陷。
位错可以是边界位错或螺旋位错。
边界位错是指晶体中两个晶粒的晶格排列发生错位。
边界位错可以是位错线、位错面或位错体。
边界位错会影响晶体的力学性能和导电性能。
螺旋位错是指晶体中晶格排列呈螺旋状的缺陷。
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第二章晶体结构缺陷
1、（错）位错属于线缺陷，因为它得晶格畸变区就是一条几何线。
2．（错）螺型位错得柏氏失量与其位错线垂直，刃型位错得柏氏失量与其位错线就是平行。
3、（错）肖特基缺陷就是由于外来原子进入晶体而产生得缺陷。
4、（错）弗伦克尔缺陷就是由于外来原子进入晶体而产生得缺陷。
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、螺型位错得位错线就是 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得间隙位置，在原来位置上留下空位所形成得缺陷，特点就是填隙原子与空位总就是成对出现。
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）而形成得单一、均匀得晶态固体称为固溶体。
四、解答题
1．完成下列缺陷方程式，并且写出相应得化学式
(1)NaCl溶入CaCl2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，并且写出相应得化学式(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与Cr 2O 3，其正、负离子半径比分别为0、47,0、36与0、40。
Al 2O 3与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系统中得固溶度就是有限还就是很大得？为什
么？
答（a ）可能，Al 2O 3与Cr 2O 3得正离子半径之比小于15％。
晶体结构又相同。
所以可能
（b ）MgO －Cr 2O 3系统中得固溶度就是有限得，由于得晶体结构不同。
O Li Li O Li O V Sr S SrO +'+−−→−•.
2)(Cl i Li LiCl Cl Cl Mg S MgCl ++−−
→−•')(.2
5、对于刃位错与螺位错，区别其位错线方向、柏氏矢量与位错运动方向得特点。
（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；柏氏矢量与位错运动方向一致。
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。
柏氏矢量与位错运动垂直。
6、晶体中得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、对于刃位错与螺位错，区别其位错线方向、柏氏矢量与位错运动方向得特点。
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、什么就是固熔体？它就是如何分类得？（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、均匀得晶态固体。
按溶质(杂质）原子在溶剂（基质）晶格中得位置划分：
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得主要因数有离子大小、晶体结构、离子电荷、电负性。
2、位错线就是已滑移区与非滑移区在滑移面上就是得交界线，它实际上就是一
条晶格畸变得管道区域。
刃型位错得柏氏矢量与位错线垂直，螺型位错得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 中得空位浓度及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。