清华大学超级吸氢材料——碳纳米管的研究进展
毛宗强徐才录阎军魏秉庆刘凌云梁吉万春荣吴德海
清华大学 100084
maozq@https://www.doczj.com/doc/288668236.html,
摘要: 新的超级吸氢材料——碳纳米管已经问世，这可能为车载PEMFC提供新型的大容量氢源。本文介绍了清华大学正在进行的碳纳米管吸附氢的实验，目前吸附容量已达到1升氢/
克碳纳米管，该结果已经多次验证。
1. 氢—二十一世纪的能源
由于石油等资源有限以及保护环境的要求，改变能源的构成已成为迫切的问题。氢气是可再生和最清洁的气体能源，这使关于氢能的研究更具重要性。
氢的利用主要包括氢的生产、储存和运输、应用三个方面。而氢的储存是其中的关键。氢气储存技术的滞后，限制了氢的大规模应用，特别是交通工具上的应用[1]。而后者要求系统储氢能力必须达到6.5wt%（重量能量密度）。据报道，美国能源部所有氢能研究经费中有50%用于氢气的储存[2]。
2. 氢的储存方法
常用的储氢方法及其优缺点见下表。
表1 常用的储氢方法及其优缺点
3 碳纳米管（巴基管）[3﹑4]
日本NEC 公司的饭岛（S.Iijima）博士于1991年5月检查一根曾产生富勒碳的碳电极上的黑色沉淀物时发现了纳米级的同轴管状碳纤维，并命名为巴基管(Buckytube)，后来被广泛地称之为碳纳米管（Carbon nanotube）。在50 万倍电镜下观察，碳纳米管的横截面是由2个或多个同轴管层组成，层与层相距0.343nm，此距离稍大于石墨中碳原子层之间的距离（0.335 nm）。通过X射线衍射及计算证明碳纳米管的晶体结构为密排六方（h.c.p），a=0.24568nm，
c=0.6852nm，c/a=2.786，与石墨相比，a值稍小而c值稍大，预示着同一层碳管内原子间有更强的键合力，同时也预示着碳纳米管有极高的同轴向强度。
由于纳米碳中独特晶格排列结构，其储氢数量大大的高过了传统的储氢系统。碳纳米管产生一些带有斜口形状的层板，层间距为0.337 nm，而分子氢气的动力学直径为0.289 nm，所以，碳纳米管能用来吸附氢气。另外，由于这些层板之间的氢的结合是不牢固的，降压时能够通过膨胀来放出氢气，直到系统降为常压。
4 国外纳米碳吸附氢研究现状和发展趋势
由于纳米材料具有常规材料所不具备的许多特异效应和性能，人们希望纳米吸附剂能够提供一条强化超临界氢吸附的有效途径。
1995年，V.A.Likholobov等报道[5]纳米碳纤维的吸附热和亨利系数随着吸附介质分子尺寸的减少而迅速增大，这与常规活性炭的吸附特性正好相反，表明纳米碳纤维有可能对小分子氢显示超常吸附。
1997年，A.C.Dillon等曾报道[6]单壁纳米碳管对氢的吸附量比活性炭大的多，其吸附热约为活性炭的5倍。在最近的一些文章中，Dillon和他的同事用1mg没有净化的烟灰，据说包含有0.1-0.2Wt%的单层碳纳米管，也有一部分钴催化剂，在0℃时吸收了5%的氢气。
1998年，Chambers、Rodriguez、Baker等报道[7]纳米石墨纤维在12 Mpa下的储氢容量高达2克氢/克纳米石墨纤维，比现有的各种储氢技术的储氢容量高1至2个数量级，引起了世人的瞩目。仔细分析便知，该文吸附体系中每个碳原子要结合24个氢原子，其物理图象和吸附机制十分难以理解，数据也有待于得到其他研究人员的证实。
日本工业技术院资源环境技术综合研究所最近宣布已开发出能吸附氢的纤维状的炭，直径约100纳米 [8]。
5 清华大学纳米碳吸附氢研究
1998年，清华大学有关课题组开始了在储氢材料领域的研究。本论文为此项工作中的一部分，即开展对碳纳米管的储氢性能的初步研究。
纳米碳管由清华大学自行制备和提供。吸附及解吸实验主要装置由氢气瓶、氢气净化器、样品室、加热恒温套、压力变送器、真空泵、气体测量器瓶、控制阀和电脑及实验应用软件组成。详情可参考文献[9]。
实验涉及碳纳米管表面改性、不同压力对碳纳米管吸附氢的影响、碳纳米管的稳定情况等，通过60多次实验，基本掌握控制碳纳米管储氢性能的因素。部分实验结果列于表2。
表2碳纳米管放氢（解吸）实验数据
o吸附率= 吸附氢气重量/初样重
实验发现：在常温下，碳纳米管吸氢速度很快，可在3-4个小时之内完成；碳纳米管的放氢速度也很快，在0.5-1个小时之内即可完。碳纳米管的后处理和改性处理对其吸氢量有很大的影响。
从实验数据可见碳纳米管储氢容量很大，考虑到目前较为成熟的储氢合金的储氢量只有~1.4 wt%，其优点是显而易见的。
6碳纳米管吸附氢的经济技术分析
以车用储氢材料为例，进行多种储氢方法的技术经济分析。进行比较的储氢方法有：常规的汽油燃料，甲醇燃料，液氢，压缩储氢，金属储氢合金和碳纳米管储氢。
假定的标准为[10]：（1）小汽车的油耗为5升/100公里，续驶里程为400公里。（2）质子交换膜燃料电池的氢气利用率为100%，因为氢的热焓为120MJ/Kg,则行驶400公里需要3.54Kg 氢气。（3）金属储氢合金的储氢能力为2 wt%，（我国储氢合金的储氢能力为1.4 wt % 。（4）碳纳米管储氢的能力按8 wt%计（我们实验室碳纳米管储氢的数据为9.9 wt%），设碳纳米管的填装比重为0.85。（5）压缩储氢的压力为306 kg/cm2（300bar）。
根据上面的假定，各种储氢方法的比较见表3和表4。
表3 各种储氢方法的质量比较
*未计算重整系统的质量。
表4 各种储氢方法的体积比较
*未计算重整系统的体积。
美国能源部制定的储氢材料标准是65 kg/m3（包括整个储氢系统）和6.5 wt% ；从表中可见，吸附率为8 wt% 的碳纳米管已最接近标准了。
7 结论
碳纳米管吸附氢的优点与缺点可归纳如下：
碳纳米管作为新的超级氢吸附剂是一种很有前途的贮氢材料，它的出现将推动氢/氧燃料电池汽车及其它用氢设备的发展。但是，碳纳米管吸氢离商业化还有一段距离，碳纳米管吸氢机理还不明确，需继续开发和研究。目前，碳纳米管吸氢是国际研究的热点，我国的纳米管吸氢研究的水平与世界同步，建议国家科技部予以支持。
参考文献
[1]Young, Karl S.，Hydrogen fuel storage using activated carbon for vehicles，Proceedings - Society of Automotive Engineers, n P-245 , Sep 3-6 , 1991
[2] 邹勇、韩布兴、阎海科，低压吸附储存氢气作汽车燃料的研究与开发，《太阳能学报》，Vol.19, No.4，449-452，1998
[3] W. Ebbesen. Carbon nanotubes : preparation and properties / edited by Thomas, Boca Raton, Fla. : CRC Press, 1997
[4] Saito, R. (Riichiro) , Physical properties of carbon nanotubes / R. Saito, G. Dresselhaus & M. S. Dresselhaus, London : Imperial College Press, 1998
[5] V.A.Likholobov, et al. New Carbon-Carbonaceous Composites for Catalysis and Adsorption, React. Kinet.Catal.Lett., Vol. 54, No.2, pp381-4111995
[6] Dillon, A C; Jones, K M; Bekkedahl, T A; Kiang, C H; Bethune, D S; Heben, M J，Storage of hydrogen in single-walled carbon nanotubes，Nature, Vol. 386, No.6623, p377, 1997
[7] Alan Chambers, Colin Park, R. Terry K. Baker and Nelly M. Rodriguez，The Journal of Physical Chemistry B， Vol. 102，No. 22，pp 4253-4256，1998
[8] 《能源信息》, 上海市能源研究会主办, 1999年第 2 期, 第三版
[9]毛宗强、徐才录、阎军等，碳纳米管储氢性能初步研究，中国工程院化工﹑冶金与材料工程学部第二界学术会议，1999年9月15-17日，北京（已接受）。
[10] H. Klos and W. Schutz, Technical and Economical Practicability of Carbon Nanostructures Hydrogen Storage Systems, Hydrogen Energy Progress XII, Proceedings of the 12th World Hydrogen Energy Conference, Buenos Aires, Argentina, 21-26 June, 1998, pp893-898
(清华大学)材料科学基础真题2002年 (总分：100.00，做题时间：90分钟) 一、论述题(总题数：10，分数：100.00) 1.已知面心立方合金α-黄铜的轧制织构为110＜112＞。 1．解释这种织构所表达的意义。 2．用立方晶体001标准投影图说明其形成原因。 （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 正确答案：(1．为板织构。{110}＜112＞织构表示{110}∥轧面，＜112＞∥轧向。 2．α-黄铜为FCC结构，滑移系统为{111}＜101＞。沿轧向受到拉力的作用，晶体滑移转动。如图所示， 在晶体学坐标系中，设拉力轴T1位于001-101-111取向三角形中，则始滑移系为[011]，拉力轴转向[011]方向，使拉力轴与滑移方向的夹角λ减小。当力轴到达两个取向三角形的公共边，即T2时，开始发 生双滑移，滑移系[101]也启动，拉力轴既转向[011]方向，又转向[101]方向，结果沿公共边转动。到达[112]方向时，由于[101]、[112]、[011]位于同一个大圆上，两个λ角同时减小到最小值，故[112] 为最终稳定位置，从而使＜112＞方向趋向于轧向；在轧面上受到压力作用，设压力轴Pl位于取向三角形中，则始滑移系为[101]，压力轴转向面，使压力轴与滑移面的夹角减小。当力轴到达两个取向三角形的公共边，即P2时，开始发生双滑移，滑移系也启动，压力轴既转向面，又转向面，结果沿公共边转动。到达面时，由于、、位于同一大圆上，两 个角同时减小到最小值，故为最终稳定位置，从而使面趋于平行于轧面。其结果，{110}∥轧面，＜112＞∥轧向。 ) 解析： 2.证明：对立方晶系，有[hkl]⊥(hkl)。 （分数：5.00） __________________________________________________________________________________________ 正确答案：(根据晶面指数的确定规则并参照下图，(hkl)晶面ABC在a、b、c坐标轴上的截距分别是 根据晶向指数的确定规则，[hkl]晶向L=ha+kb+lc。 利用立方晶系中a=b=c，α=β=γ=90°的特点，有
第一章 6、实际金属晶体中存在哪些缺陷？它们对性能有什么影响？ 答：点缺陷：空位、间隙原子、异类原子。点缺陷造成局部晶格畸变，使金属的电阻率、屈服强度增加，密度发生变化。 线缺陷：位错。位错的存在极大地影响金属的机械性能。当金属为理想晶体或仅含极少量位错时，金属的屈服强度σs很高，当含有一定量的位错时，强度降低。当进行形变加工时，为错密度增加，σs将会增高。 面缺陷：晶界、亚晶界。亚晶界由位错垂直排列成位错墙而构成。亚晶界是晶粒内的一种面缺陷。 在晶界、亚晶界或金属内部的其他界面上，原子的排列偏离平衡位置，晶格畸变较大，位错密度较大（可达1016m-2以上）。原子处于较高的能量状态，原子的活性较大，所以对金属中的许多过程的进行，具有极为重要的作用。晶界和亚晶界均可提高金属的强度。晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。 8、什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？ 答：形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。 固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。晶格畸变随溶质原子浓度的提高而增大。晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。 9、间隔固溶体和间隔相有什么不同？ 答：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。间隙固溶体的晶体结构与溶剂相同。 第二章 1、金属结晶的条件和动力是什么? 答：液态金属结晶的条件是金属必须过冷，要有一定的过冷度。液体金属结晶的动力是金属在液态和固态之间存在的自由能差(ΔF)。 2、金属结晶的基本规律是什么? 答：液态金属结晶是由生核和长大两个密切联系的基本过程来实现的。液态金属结晶时，首先在液体中形成一些极微小的晶体(称为晶核)，然后再以它们为核心不断地长大。在这些晶体长大的同时，又出现新的品核并逐渐长大，直至液体金属消失。 3、在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施有哪些？ 答：（1）提高液态金属的冷却速度，增大金属的过冷度。（2）进行变质处理。在液态金属中加入孕育剂或变质剂，增加晶核的数量或者阻碍晶核的长大，以细化晶粒和改善组织。（3）在金属结晶的过程中采用机械振动、超声波振动等方法。（4）电磁搅拌。将正在结晶的金属置于一个交变的电磁场中，由于电磁感应现象，液态金属会翻滚起来，冲断正在结晶的树枝状晶体的晶枝，增加了结晶的核心，从而可细化晶粒。
考研专业课之清华大学材料科学基础-物理化学(1) 第一讲清华大学材料系综合信息介绍 一．系专业信息 清华大学材料科学与工程系在全国学科排名前茅，研究生培养设有材料物理与化学、材料学（无机非金属材料、金属材料）、核燃料循环与材料等博士点和硕士点，并设有材料科学与工程博士后流动站。系中拥有一支学术造诣高，极富创造力而又为人师表的强大研究生导师队伍，关于各位导师的情况，在材料系主页https://www.doczj.com/doc/288668236.html,/上有详细说明，有兴趣的同学不妨先了解一下。在硬件方面，材料系拥有各种先进的实验仪器设备，为进行材料的合成与加工、微观结构分析及性能特征研究创造了良好的条件。 此外，与国际学术的交流频繁，为准备出国留学的有志之士提供了很好的机会。我想一个人在优越的平台中，可以极大的提高其能力。我相信材料系可以给大家提供这个平台，同样，这也将会是大家施展才能的大舞台。 二．历年报考录取情况 作为材料专业的本科生，大家应该都知道清华材料系在全国举足轻重的地位，也正因为他的实力，使其成为全国材料系考研的热门。 由于她的特殊性，校内保研直博的占了相当大一部分的名额，导致其对外招生名额相比于其他学校，可以用极少来形容。一般来说，报名人数：录取人数≥10：1。录取人数上从06年的18个，到07年15个（最后录14个），再到08年14个（最后录16个），可以看出，官方公布的招生名额有递减的趋势，但最终录取人数可能会根据生源质量有所微调。比如07年由于数一难度较大，再加之专业课改革，使总体成绩偏低，成绩的偶然性偏大，生源质量有所降低，系里抱着清华研招宁缺毋滥的原则，从公布的15个减至14个。 招生人数少是少，但并不是没招。大家要报着必胜的信心去努力为自己的梦想拼搏。拥有自信，你就会是众多考研高手中的最强者。 订阅收藏考研专业课之清华大学材料科学基础-物理化学 三．出题老师情况
《晶体结构与缺陷》 第一章习题及答案 1-1.布拉维点阵的基本特点是什么？ 答：具有周期性和对称性，而且每个结点都是等同点。 1-2.论证为什么有且仅有14种Bravais点阵。 答：第一，不少于14种点阵。对于14种点阵中的任一种，不可能找到一种连接结点的方法，形成新的晶胞而对称性不变. 第二,不多于14种。如果每种晶系都包含简单、面心、体心、底心四种点阵，七种晶系共28种Bravais点阵。但这28种中有些可以连成14种点阵中的某一种而对称性不变。例如体心单斜可以连成底心单斜点阵,所以并不是新点阵类型。 1-3.以BCC、FCC和六方点阵为例说明晶胞和原胞的异同. 答:晶胞和原胞都能反映点阵的周期性，即将晶胞和原胞无限堆积都可以得到完整的整个点阵。但晶胞要求反映点阵的对称性，在此前提下的最小体积单元就是晶胞；而原胞只要求体积最小，布拉维点阵的原胞都只含一个结点。 例如：BCC晶胞中结点数为2，原胞为1;FCC晶胞中结点数为4，原胞为1； 六方点阵晶胞中结点数为3,原胞为1。见下图，直线为晶胞,虚线为原胞。
BCCF CC六方点阵 1-4.什么是点阵常数?各种晶系各有几个点阵常数? 答：晶胞中相邻三条棱的长度a、b、c与这三条棱之间的夹角α、β、γ分别决定了晶胞的大小和形状，这六个参量就叫做点阵常数。 晶系a、b、c，α、β、γ之间的关系点阵常数的个数 三斜a≠b≠c，α≠β≠γ≠90o6（a、b、c、α、β、γ) 单斜 a≠b≠c，α=β=90≠γ或 α=γ=90≠β4(a、b、c、γ或a、b、c、 β） 斜方a≠b≠c,α＝β＝γ＝90o3(a、b、c)
材料力学课后答案范钦珊 普通高等院校基础力学系列教材包括“理论力学”、“材料力学”、“结构力学”、“工程力学静力学材料力学”以及“工程流体力学”。目前出版的是前面的3种“工程力学静力学材料力学”将在以后出版。这套教材是根据我国高等教育改革的形势和教学第一线的实际需求由清华大学出版社组织编写的。从2002年秋季学期开始全国普通高等学校新一轮培养计划进入实施阶段新一轮培养计划的特点是加强素质教育、培养创新精神。根据新一轮培养计划课程的教学总学时数大幅度减少为学生自主学习留出了较大的空间。相应地课程的教学时数都要压缩基础力学课程也不例外。怎样在有限的教学时数内使学生既能掌握力学的基本知识又能了解一些力学的最新进展既能培养学生的力学素质又能加强工程概念。这是很多力学教育工作者所共同关心的问题。现有的基础教材大部分都是根据在比较多的学时内进行教学而编写的因而篇幅都比较大。教学第一线迫切需要适用于学时压缩后教学要求的小篇幅的教材。根据“有所为、有所不为”的原则这套教材更注重基本概念而不追求冗长的理论推导与繁琐的数字运算。这样做不仅可以满足一些专业对于力学基础知识的要求而且可以切实保证教育部颁布的基础力学课程教学基本要求的教学质量。为了让学生更快地掌握最基本的知识本套教材在概念、原理的叙述方面作了一些改进。一方面从提出问题、分析问题和解决问题等方面作了比较详尽的论述与讨论另一方面通过较多的例题分析特别是新增加了关于一些重要概念的例题分析著者相信这将有助于读者加深对于基本内容的了解和掌握。此外为了帮助学生学习和加深理解以及方便教师备课和授课与每门课材料力学教师用书lⅣ程主教材配套出版了学习指导、教师用书习题详细解答和供课堂教学使用的电子教案。本套教材内容的选取以教育部颁布的相关课程的“教学基本要求”为依据同时根据各院校的具体情况作了灵活的安排绝大部分为必修内容少部分为选修内容。每门课程所需学时一般不超过60。范钦珊2004年7月于清华大学前言为了减轻教学第一线老师不必要的重复劳动同时也为了给刚刚走上材料力学教学岗位的青年教师提供教学参考资料我们将“材料力学”教材中全部习题作了详细解答编写成册定名为“材料力学教师用书”。全书包括教材中的全部11章内容的习题解答即:材料力学概述轴向载荷作用下杆件的材料力学问题轴向载荷作用下材料的力学性能圆轴扭转时的强度与刚度计算梁的强度问题梁的变形分析与刚度问题应力状态与强度理论及其工程应用压杆的稳定问题材料力学中的能量方法动载荷与疲劳强度概述以及新材料的材料力学概述。 1
(清华大学)材料科学基础真题2006年 (总分：150.00，做题时间：90分钟) 一、论述题(总题数：9，分数：150.00) 1.什么是Kirkendall效应？请用扩散理论加以解释。若Cu-Al组成的互扩散偶发生扩散时，界面标志物会向哪个方向移动？ （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 正确答案：(Kirkendall效应：在置换式固溶体的扩散过程中，放置在原始界面上的标志物朝着低熔点元素的方向移动，移动速率与时间成抛物线关系。 Kirkendall效应否定了置换式固溶体中扩散的换位机制，而证实了空位机制；系统中不同组元具有不同的分扩散系数；相对而言，低熔点组元扩散快，高熔点组元扩散慢，这种不等量的原子交换造成了Kirkendall 效应。 当Cu-AI组成的互扩散偶发生扩散时，界面标志物会向着Al的方向移动。) 解析： 2.标出图a、b(立方晶体)和c、d(六方晶体，用四指数)中所示的各晶面和晶向的指数： 1．图a中待求晶面：ACF、AFI(Ⅰ位于棱EH的中点)、BCHE、ADHE。 2．图b中待求晶向：BC、EC、FN(N点位于面心位置)、ME(M点位于棱BC的中点)。 3．图c中待求晶面：ABD′E′、ADE′F′、AFF′A′、BFF′B′。 4．图d中待求晶向：A′F、O′M(M点位于棱AB的中点)、F′O、F′D。 （分数：16.00） __________________________________________________________________________________________ 正确答案：(1．ACF(111)、AFI、BCHE、ADHE(010) 2．BC、EC、FN、ME 3．ABD′E′、ADE′F′、AFF′A′、BFF′B′ 4．A′F′、D′M、F′O、F′D) 解析： 3.已知金刚石晶胞中最近邻的原子间距为0.1544nm，试求出金刚石的点阵常数a、配位数C.N.和致密度ξ。 （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 正确答案：(，所以a=0.3566nm C.N.=8-N=4 )
材料科学基础(II) 课程大纲(2004/9) 【课程名称】材料科学基础(II) 【课程号】30350074 英文名称：Fundamentals of Materials Science (II) 开课学期：春季 课程类别：必修 课程性质：专业基础课 先修课程：普通物理，物理化学，材料科学基础(I) 教材：材料科学基础，潘金生, 仝健民, 田民波, 清华大学出版社, 1998 学时：64 ，学分4 二课程简介： 本课程的作为材料科学与工程的专业基础课，其内容主要包括：相图和相平衡、材料中的界面、扩散、液－固相变（结晶）、回复与再结晶和固－固相变的基本知识和理论方法。本课知识可应用于理解和研究材料的问题，也是后续材料工艺和性能等专业课学习、以及材料科研文献阅读的基础。在具体内容选择上侧重基础理论，在讲授方式上注重对学生理解和研究材料的能力培养。 三课程要求： 1 ．掌握课程内容的基本知识 2 ．灵活运用知识分析问题分析材料中的有关现象 3 ．初步具备金相组织观察和分析能力（实验课） 四内容概要 第一章相图和相平衡 §1 二元相图的基本结构 1. 定义和基本概念 2. 二元相图的结构和分类 3 杠杆定理
§2. 相图的实验测定 1 ．动态（变温）热分析法、膨胀法、电阻法等 2 ．静态金相法、X- 光法、硬度法等 §3. 相图热力学 1 ．溶液的自由能计算， 2 ．相图的作图法 3 ．化学位和活度 4. 相图的计算 §6. 相律和相区接触规律 1 ．相律 2 ．相区接触规律 §7. 二元相图的应用 1 ．相图实例 2. 平衡冷却和平衡组织 3 ．Fe-C (Fe-Fe3C) 相图详细分析 实验I. Fe-C 合金的显微结构 4 ．非平衡冷却 5. 利用相图指导成分和工艺温度的设计的例子§8. 三元相图 ?成分的表示和特征线 ?杠杆定律和相律 ?匀晶系统 ?共晶系统 ?含3 相区的三元相图
9. 回复和再结晶 学习的意义： ?物理冶金的基本过程； ?特殊的组织、性能变化规律；与相变的异同点； 发生的原因： ?金属形变后的变化（组织、性能）； ?热力学不稳定性；动力学条件，向低能状态转变； 退火过程三个阶段： 回复、再结晶、晶粒长大。 ?回复的特点 ?再结晶的特点： 主要通过大角晶界的迁动来完成。 ?长大的特点 分：正常晶粒长大和异常晶粒长大（二次再结晶）。
9.1 回复 要点： 回复阶段不涉及大角度晶面的迁动； 通过点缺陷消除、位错的对消和重新排列来实现的； 过程示意 研究方法①量热法②电阻法③硬度法④位错密度法⑤X 射线法 难以直接观察到 9.1.1储存能的释放 功率差随加热温度的变化
9.1.2电阻和密度的回复 表9-1 铜和金电阻率回复的基本过程 基本过程阶段温度范围 /K激活能/eV过程的基本机制回复： 点缺陷消失 Ⅰ 30~40(0.03T m)0.1间隙原子?空位对重新结合 Ⅱ 90~200[(0.1~0.15)T]0.2~0.7间隙原子迁移 Ⅲ 210~320[(0.16~0.20)T m]0.7空位迁移到阱,空位对迁移 回复：多边形化Ⅳ 350~400[(0.27~0.35)T m] 1.2空位迁移到位错,位错重新分布 (形成小角度界面)和部分消失 一次再结晶Ⅴ 400~500[(0.35~0.40)T m] 2.1位错攀移和热激活移动而部分消 失以及形成大角度界面*金属的纯度变化可改变过程的温度范围
不同温度下电阻随保温时间的变化/铜9.1.3机械性能的回复
9.1.4回复动力学 I 型动力学符合如下关系： t a t r =d d b t a r +=ln )exp(d d RT Q A t a t r ?==RT Q A t a t r ?==ln ln d d ln ?50°C 切变的单晶锌应变硬化回复 到不同的r 值所需时间与温度的关系 多晶体铁在0°C 形变5%的回复动力学 (a)应变硬化回复程度r 与ln t 间的函数关系；(b)回复激活能Q 与回复分数间的关系 II 型回复动力学符合如下关系： m r c t r 1d d ?=t c m r r m m 1)1(0 ) 1()1(?=?????
材料科学基础(1) 课程编号: 30350064 课程名称：材料科学基础（1） 英文名称：Fundamentals of Materials Science 学分：4 先修课程：普通物理、物理化学、工程力学 教材：材料科学基础，潘金生、仝健民、田民波，清华大学出版社，1998 一、课程简介： “材料科学基础”是在原来“金属学”、“物理冶金”、“材料科学”、“金属物化”、“陶瓷物化”、“固体材料结构基础”等课程的基础上，为强化基础，突出共性，拓宽专业而向我系本科生开设的专业基础课。本课程以材料科学与工程的基础理论，如晶体学、合金相理论、固体缺陷理论、热力学和动力学等为纲，讲授材料科学的基本概念和基础理论，是学生学习其他专业课的基础，也是今后从事材料研究工作的基础。《材料科学基础1》重点讲授晶体学、固体材料的结构、晶体缺陷和范性形变、固体中的扩散等材料科学基础理论。 二、基本要求： 本课程是材料系最重要的专业基础课之一，内容多，覆盖面广，理论和概念比较集中，要求学生掌握材料科学的基本概念、基础理论及其应用。 三、内容提要： 第一章晶体学基础12学时 1.1 引言 1.2 空间点阵、晶胞和原胞、点阵常数 1.3 晶面指数和晶向指数 1.4 常见的晶体结构及其几何特征、配位数、紧密系数和间隙 1.5 晶体的堆垛方式、FCC、HCP和菱方晶体的比较 1.6 晶体的投影* 1.7 倒易点阵* 1.8 菱方晶系的两种描述：菱方轴和六方轴 1.9 晶体的宏观对称性--点群* 1.10 晶体的微观对称性--空间群：意义、表示、应用* 第二章金属材料14学时 2.1 引言 2.2 原子结构 2.3 结合键 2.4 分子的结构 2.5 晶体的电子结构 2.6 元素的晶体结构和性质 2.7 合金相结构概念 2.8 影响合金相结构的主要因素：原子/离子半径、电负性、电子价态 2.9 固溶体：意义、分类、特点、规律、性质等
第一章 6、实际金属晶体中存在哪些缺陷它们对性能有什么影响 答：点缺陷：空位、间隙原子、异类原子。点缺陷造成局部晶格畸变，使金属的电阻率、屈服强度增加，密度发生变化。 线缺陷：位错。位错的存在极大地影响金属的机械性能。当金属为理想晶体或仅含极少量位错时，金属的屈服强度σs很高，当含有一定量的位错时，强度降低。当进行形变加工时，为错密度增加，σs将会增高。 面缺陷：晶界、亚晶界。亚晶界由位错垂直排列成位错墙而构成。亚晶界是晶粒内的一种面缺陷。 在晶界、亚晶界或金属内部的其他界面上，原子的排列偏离平衡位置，晶格畸变较大，位错密度较大（可达1016m-2以上）。原子处于较高的能量状态，原子的活性较大，所以对金属中的许多过程的进行，具有极为重要的作用。晶界和亚晶界均可提高金属的强度。晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。 8、什么是固溶强化造成固溶强化的原因是什么 & 答：形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。 固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。晶格畸变随溶质原子浓度的提高而增大。晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。 9、间隔固溶体和间隔相有什么不同 答：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。间隙固溶体的晶体结构与溶剂相同。 第二章 1、金属结晶的条件和动力是什么 答：液态金属结晶的条件是金属必须过冷，要有一定的过冷度。液体金属结晶的动力是金属在液态和固态之间存在的自由能差(ΔF)。 、 2、金属结晶的基本规律是什么 答：液态金属结晶是由生核和长大两个密切联系的基本过程来实现的。液态金属结晶时，首先在液体中形成一些极微小的晶体(称为晶核)，然后再以它们为核心不断地长大。在这些晶体长大的同时，又出现新的品核并逐渐长大，直至液体金属消失。 3、在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施有哪些 答：（1）提高液态金属的冷却速度，增大金属的过冷度。（2）进行变质处理。在液态金属中加入孕育剂或变质剂，增加晶核的数量或者阻碍晶核的长大，以细化晶粒和改善组织。（3）在金属结晶的过程中采用机械振动、超声波振动等方法。（4）电磁搅拌。将正在结晶的金属置于一个交变的电磁场中，由于电磁感应现象，液态金属会翻滚起来，冲断正
(清华大学)材料科学基础真题2003年-1 (总分：100.00，做题时间：90分钟) 一、论述题(总题数：9，分数：100.00) 1.简述单晶体塑性形变的施密特定律(Schmid's law)，画图并写出表达式，说明每一个量所代表的物理意义。 （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 2.参照所示的Cu-Zn相图，有一铜棒较长时间置于400℃的Zn液中，请画出从铜棒表面到内部沿深度方向的： 15.00） __________________________________________________________________________________________ 3.写出面心立方(FCC)晶体中全位错分解为扩展位错的反应式，并分析反应的可能性。 （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 4.画出Al-4.0%Cu合金在时效处理(≈130℃)中硬度随处理时间变化的曲线，并解释原因。 （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 5.出合金强化的四种主要机制，解释强化原因。 （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 6.画出下列晶胞(unit cell)图： 1．金刚石(C)。 2．纤锌矿(ZnO)。 3．钙钛矿(BaTiO3)。 4．方石英(SiO2)。 （分数：12.00） __________________________________________________________________________________________ 7.解释典型铸锭组织的形成原因。 （分数：8.00） __________________________________________________________________________________________ 8.针对FCC、BCC和HCP晶胞： 1．分别在晶胞图上画出任一个四面体间隙的位置。 2．指出该四面体间隙的中心坐标。 3．写出每种晶胞中四面体间隙数量。 （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________
《材料科学基础（1)》试卷及参考答案 2007年1月10日 一、（共40分，每小题5分) 1。指出下面四个图中A 、B 、C 、D 所代表的晶向和晶面 2。写出镍(Ni ，FCC ）晶体中面间距为0.1246nm 的晶面族指数。镍的点阵常数为0。3524nm 。 3.根据位错反应必须满足的条件，判断下列位错反应在FCC 中能否进行，并确定无外力作用时的反应方向： x B
（1)]211[61 ]112[61]110[21+? (2）]111[61 ]111[21]112[31?+ （3）] 111[3 1 ]110[61]112[61?+
4。指出下列材料所属的点阵类型。 γ—Fe ；碱金属；Mg ；Cu; NaCl ；贵金属；金刚石；Cr 。 5.在FCC 、BCC 和HCP 晶胞中分别画出任一个四面体间隙;并指出其中心的坐标： FCC ；BCC ；HCP ； 每个晶胞中的八面体间隙数量为： FCC 个；BCC 个；HCP 个。 6.体心单斜是不是一种独立的布拉菲点阵,请说明理由。 7.GaAs 和GaN 分别为闪锌矿和纤锌矿结构，请分别画出二者的一个晶胞。 8.由600℃降至300℃时，锗晶体中的空位平衡浓度降低了六个数量级.试计算锗晶体中的空 位形成能(波尔兹曼常熟κ＝8。617×10－5 eV/K ） 二、（15分）有一单晶铝棒，棒轴为]312[，今沿棒轴方向拉伸，请分析： （1）初始滑移系统; (2)双滑移系统 （3）开始双滑移时的切变量γ； （4）滑移过程中的转动规律和转轴; （5）试棒的最终取向（假定试棒在达到稳定取向前不断裂）。 三、(10分）如图所示，某晶体滑移面上有一柏氏矢量为b 的圆环形位错环,并受到一均匀切 应力τ的作用。 （1）分析各段位错线受力情况，并在图上标示受力方向； (2）在τ作用下，若要使该位错环在晶体中稳定不动，其最小半径为多大？ （提示：位错线张力T ＝αGb 2）
第二章目录 2.1 要点扫描 (1) 2.1.1 点缺陷及其平衡浓度 (1) 2.1.2 位错的基本类型及柏氏矢量 (6) 2.1.3 位错的应力场 (14) 2.1.4 位错的弹性能和线张力 (17) 2.1.5 作用在位错上的力和Peach-Koehler公式 (19) 2.1.6 位错间的交互作用 (24) 2.1.7 位错的起动力——Peirls-Nabarro力 (31) 2.1.8 FCC晶体中的位错 (32) 2.1.9 位错反应 (38) 2.1.10 HCP、BCC及其他晶体中的位错 (41) 2.1.11 晶体中的界面与表面 (43) 2.1.12 位错的观察及位错理论的应用 (46) 2.2 难点释疑 (48) 2.2.1 柏氏矢量的守恒性 (48) 2.3 解题示范 (49) 2.4 习题训练 (54)
第二章晶体中的缺陷 2.1 要点扫描 2.1.1 点缺陷及其平衡浓度 1.点缺陷的类型 在实际情况中，晶体内并不是所有原子都严格地按照周期性规律排列。因为晶体中总存在一些微笑区域，这些区域的原子排列周期收到破坏。这些偏离原子周期性排列的区域，都称为缺陷。 如果在任何方向上缺陷区的尺寸都远小于晶体或晶粒的线度，因而可以忽略不计，那么这种缺陷就叫做点缺陷。 点缺陷有以下三种基本类型： ①空位 实际晶体中某些晶格结点的原子脱离原位，形成的空着的结点位置就叫做空位，如图2-1所示。空位的形成于原子的热振动有关。在一定温度下，晶体中的原子都是围绕其平衡位置做热振动的，由于热振动的无规性，一些原子在某一瞬间获得足以克服周围原子束缚的振动能，因而脱离其平衡位置，在原有位置出现空位。因此，温度越高，原子脱离平衡位置的几率也越大，空位也越多。 ②间隙原子 进入点阵间隙中的原子称为间隙原子，如图2-2所示。间隙原子的形成使其周围的原子偏离平衡位置，造成晶格胀大而产生晶格畸变。
第一章 1.工程上将承受拉伸的杆件统称为拉杆，简称杆rods；受压杆件称为压杆或柱column； 承受扭转或主要承受扭转的杆件统称为轴shaft；承受弯曲的杆件统称为梁beam。 2.材料力学中对材料的基本假定： a)各向同性假定isotropy assumption b)各向同性材料的均匀连续性假定homogenization and continuity assumption 3.弹性体受力与变形特征： a)弹性体由变形引起的内力不能是任意的 b)弹性体受力后发生的变形也不是任意的，而必须满足协调compatibility一致的要求 c)弹性体受力后发生的变形与物性有关，这表明受力与变形之间存在确定的关系，称 为物性关系 4.刚体和弹性体都是工程构件在确定条件下的简化力学模型 第二章 1.绘制轴力图diagram of normal forces的方法与步骤如下： a)确定作用在杆件上的外载荷和约束力 b)根据杆件上作用的载荷以及约束力，确定轴力图的分段点：在有集中力作用处即为 轴力图的分段点； c)应用截面法，用假象截面从控制面处将杆件截开，在截开的截面上，画出未知轴力， 并假设为正方向；对截开的部分杆件建立平衡方程，确定轴力的大小与正负：产生 拉伸变形的轴力为正，产生压缩变形的轴力为负； d)建立F N-x坐标系，将所求得的轴力值标在坐标系中，画出轴力图。 2.强度设计strength design 是指将杆件中的最大应力限制在允许的范围内，以保证杆件正 常工作，不仅不发生强度失效，而且还要具有一定的安全裕度。对于拉伸与压缩杆件，也就是杆件中的最大正应力满足：，这一表达式称为轴向载荷作用下杆件 的强度设计准则criterion for strength design，又称强度条件。其中称为许用应力allowable stress，与杆件的材料力学性能以及工程对杆件安全裕度的要求有关，由下式 确定：，式中为材料的极限应力或危险应力critical stress，n为安全因数， 对于不同的机器或结构，在相应的设计规范中都有不同的规定。 3.应用强度设计准则，可以解决3类强度问题： a)强度校核 b)尺寸设计 c)确定杆件或结构所能承受的许用载荷allowable load 4.Q235槽钢、等边角钢用于吊车时，其许用应力 5.弹性范围内杆件承受轴向载荷时力与变形的关系：，即胡克定律Hooke law。 EA称为杆件的拉伸（或压缩）刚度tensile or compression rigidity。
《材料科学基础（1）》试卷及参考答案 2007年1月10日 一、（共40分，每小题5分） 1. 指出下面四个图中A 、B 、C 、D 所代表的晶向和晶面 2. 写出镍（Ni ，FCC ）晶体中面间距为0.1246nm 的晶面族指数。镍的点阵常数为0.3524nm 。 3. 根据位错反应必须满足的条件，判断下列位错反应在FCC 中能否进行，并确定无外力作用时的反应方向： （1）]211[61 ]112[61]110[21+? （2）]111[61 ]111[21]112[31?+ （3）]111[3 1 ]110[61]112[61?+ 2 B
4. 指出下列材料所属的点阵类型。 γ-Fe ；碱金属 ；Mg ；Cu ； NaCl ；贵金属 ；金刚石 ；Cr 。 5. 在FCC 、BCC 和HCP 晶胞中分别画出任一个四面体间隙；并指出其中心的坐标： FCC ；BCC ；HCP ； 每个晶胞中的八面体间隙数量为： FCC 个；BCC 个；HCP 个。 6. 体心单斜是不是一种独立的布拉菲点阵，请说明理由。 7. GaAs 和GaN 分别为闪锌矿和纤锌矿结构，请分别画出二者的一个晶胞。 8. 由600℃降至300℃时，锗晶体中的空位平衡浓度降低了六个数量级。试计算锗晶体中的 空位形成能（波尔兹曼常熟κ＝8.617×10－5 eV/K ） 二、（15分）有一单晶铝棒，棒轴为]312[，今沿棒轴方向拉伸，请分析： （1）初始滑移系统； （2）双滑移系统 （3）开始双滑移时的切变量γ； （4）滑移过程中的转动规律和转轴； （5）试棒的最终取向（假定试棒在达到稳定取向前不断裂）。 三、（10分）如图所示，某晶体滑移面上有一柏氏矢量为b ? 的圆环形位错环，并受到一均匀 切应力τ的作用。 （1）分析各段位错线受力情况，并在图上标示受力方向； （2）在τ作用下，若要使该位错环在晶体中稳定不动，其最小半径为多大？ （提示：位错线张力T ＝αGb 2 ）
《晶体结构与缺陷》第一章习题及答案 1-1.布拉维点阵的基本特点是什么？ 答：具有周期性和对称性，而且每个结点都是等同点。 1-2.论证为什么有且仅有14种Bravais点阵。 答：第一，不少于14种点阵。对于14种点阵中的任一种，不可能找到一种连接结点的方法，形成新的晶胞而对称性不变。 第二，不多于14种。如果每种晶系都包含简单、面心、体心、底心四种点阵，七种晶系共28种Bravais点阵。但这28种中有些可以连成14种点阵中的某一种而对称性不变。例如体心单斜可以连成底心单斜点阵，所以并不是新点阵类型。 1-3.以BCC、FCC和六方点阵为例说明晶胞和原胞的异同。 答：晶胞和原胞都能反映点阵的周期性，即将晶胞和原胞无限堆积都可以得到完整的整个点阵。但晶胞要求反映点阵的对称性，在此前提下的最小体积单元就是晶胞；而原胞只要求体积最小，布拉维点阵的原胞都只含一个结点。例如：BCC晶胞中结点数为2，原胞为1；FCC晶胞中结点数为4，原胞为1；六方点阵晶胞中结点数为3，原胞 为1。见下图，直线为晶胞，虚线为原胞。
BCC FCC 六方点阵 1-4.什么是点阵常数？各种晶系各有几个点阵常数？ 答：晶胞中相邻三条棱的长度a、b、c与这三条棱之间的夹角α、β、γ分别决定了 1-5.分别画出锌和金刚石的晶胞，并指出其点阵和结构的差别。 答：点阵和结构不一定相同，因为点阵中的结点可以代表多个原子，而结构中的点只能代表一个原子。锌的点阵是六方点阵，但在非结点位置也存在原子，属于HCP结构；金刚石的点阵是FCC点阵，但在四个四面体间隙中也存在碳原子，属于金刚石结构。 见下图。
复合材料杆横截面上的应力分布 考虑如图１所示的杆，两种材料的杆作为一体受拉，拉力F 作用在组合截面的形心。设两杆的横截面均为矩形，宽为b ，其它尺寸如图所示。试分析横截面上正应力分布。 图 １ 分析： 由于该杆是由不同材料组成的，因此很可能是拉伸和弯曲的组合变形。因此我们可以把该问题分解为拉伸和弯曲两种情况单独考虑，再叠加起来。 （１） 求出力F 在横截面上的作用点A ，此时两杆只有拉伸变形 建立坐标，如图1。设力F 的作用点A 的坐标为y 。由假设此时该杆的两部分都只发生拉伸变形。这种情况下，可以理解为该杆两部分分别受到作用于各自横截面形心处的拉力1F 和2F ，如图1所示。此时，两个拉力1F 和2F 与力F 是等效的，有 12F F F += (1) 121122F l F l E h b E h b = (2) 联立(1)、(2)两式求解得： 11221211221122 , E h F E h F F F E h E h E h E h ==++ (3)
由假设此时只有拉伸变形，则力1F 和2F 对A 点的和力矩应该为0，即 12122()()22 h h F h y F y +-=- (4) 将(3)式代入(4)式，解得： 221121122112211222() E h h E h E h y E h E h E h E h +=+++ (5) （２） 将作用在组合截面形心的力 F 向A 点平移，求出附加力偶。 由理论力学知识，可知将力F 向A 点平移，还必须附加一个力偶M 才能等效。如图2所示，我们有 1212121122()()22() h h E E h h M F y E h E h +-=-=+ (6) 图 2 (3) 计算横截面的正应力分布 将力F 向A 点平移后，可以看作力F 和力偶M 的叠加。当只考虑作用在A 点的力F 时，将只发生拉伸变形，两部分的正应力分别为 1122121112221122, ()()t t F E F F E F bh E h E h b bh E h E h b σσ====++ (7) 图 3 当只考虑力偶M 的作用时(谢老师已讲) ,设中性轴距z 轴的距离为h ,如图3所示,则有 212222210111122211221122d d 22() h h h h E yb y E yb y E h E h h E h h E h b E h b E h E h ++++==++?? (8) 设两部分对组合截面中性轴的惯性矩分别为1I 和2I ,则 122332 1221()()d 3h h h h h h h h h h I y b y b +--+---==? (9)
2004年试题 一、名词解释 1）结构材料 2）功能材料 3）钢的合金化 4）钢的应变时效 5）高速钢（风钢） 6）钢结硬质合金 7）钢的热稳定性 8）麻口铸铁 9）HT200和QT450-10 10）特殊黄铜 二、填空题 1）材料的使用性能是指材料在使用过程中能够安全可靠地工作所必须具备的性能，它包括材料的_________性能、_________性能和___________性能 2）材料的组织状态包括：_________、_________、_________ 3）材料用钢以_________性能为主，_________性能为辅；机器零件用钢以_________性能为主、_________性能为辅。 4）钢中合金元素的强化作用主要有以下四种方式：
_________、_________、_________、以及_________ 5）钢中合金元素的存在形式主要有：______、______、______和______。 6）机器零件用钢的力学性能要求为：______、______、______和______。 7）热作模具包括：______、______和______三类。 8）塑料模具用钢应满足：______、______、______、______ 9）莱氏体是指______和______两相共存的共晶反应产物，主要表现在______铸铁中。 10）石墨晶体在空间上呈______结构，因而石墨在铁液中生长如不受外界影响时具有______特性。 11）石墨铸铁中石墨呈球状分布，因而这种工程结构材料的______高同时______好。 12）根据二元Al-Si相图，当含Si量超过共晶点（12.5%Si）后，获得的结晶组织为______，其中Si晶体有两种结晶形态，分别为______和______。 三、问答题 1）以汽车发动机曲轴为例，说明工程金属材料选材的一般原则。 2）汽车发动机缸体、减速机齿轮和耐酸泵泵体三个零件选用何种工程结构金属材料制造为好？为什么？ 3）何为调质处理？调质钢的性能特点是什么？某材料成型模
清华大学《材料科学基础（1）》试卷及参考答案 考试科目：材料力学基础1 考试时间：2007年1月10日 考试类型：本科期末 一、（共40分，每小题5分） 1. 指出下面四个图中A、B、C、D所代表的晶向和晶面 2. 写出镍（Ni，FCC）晶体中面间距为0.1246nm的晶面 清华大学《材料科学基础（1）》试卷及参考答案 考试科目：材料力学基础1 考试时间：2007年1月10日 考试类型：本科期末 一、（共40分，每小题5分） 1. 指出下面四个图中A、B、C、D所代表的晶向和晶面 2. 写出镍（Ni，FCC）晶体中面间距为0.1246nm的晶面族指数。镍的点阵常数为0.3524nm。 3. 根据位错反应必须满足的条件，判断下列位错反应在FCC中能否进行，并确定无外力作用时的反应方向： （1） （2） （3） 4. 指出下列材料所属的点阵类型。 γ-Fe ；碱金属；Mg ；Cu ； NaCl ；贵金属；金刚石；Cr 。 5. 在FCC、BCC和HCP晶胞中分别画出任一个四面体间隙；并指出其中心的坐标： FCC ；BCC ；HCP ； 每个晶胞中的八面体间隙数量为： FCC 个；BCC 个；HCP 个。 6. 体心单斜是不是一种独立的布拉菲点阵，请说明理由。 7. GaAs和GaN分别为闪锌矿和纤锌矿结构，请分别画出二者的一个晶胞。 8. 由600℃降至300℃时，锗晶体中的空位平衡浓度降低了六个数量级。试计算锗晶体中的空位形成能（波尔兹曼常熟κ＝8.617×10－5eV/K）
二、（15分）有一单晶铝棒，棒轴为，今沿棒轴方向拉伸，请分析： （1）初始滑移系统； （2）双滑移系统 （3）开始双滑移时的切变量γ； （4）滑移过程中的转动规律和转轴； （5）试棒的最终取向（假定试棒在达到稳定取向前不断裂）。 三、（10分）如图所示，某晶体滑移面上有一柏氏矢量为的圆环形位错环，并受到一均匀切应力τ的作用。 （1）分析各段位错线受力情况，并在图上标示受力方向； （2）在τ作用下，若要使该位错环在晶体中稳定不动，其最小半径为多大？ （提示：位错线张力T＝αGb2） 四、（15分）有一面心立方晶体，在面滑移的柏氏矢量为的右螺型位错，与在面上滑移的柏氏矢量为的另一右螺型位错相遇于此两滑移面交线并形成一个新的全位错。 （1）求生成全位错的柏氏矢量和位错线方向。 （2）说明新生成的全位错属哪类位错？该位错能否滑移？为什么？ （3）若沿晶向施加大小为17.2MPa的拉应力，试计算该新生全位错单位长度的受力大小，并说明方向（设晶格常数为a＝0.2nm）。 五、（10分）一根多晶Zn（）棒和一根多晶镁（）棒受压缩变形，分析二者的变形特征，比较二者的塑性。（提示：从分析滑移和孪生入手） 六、（10分）工业纯铁在927℃下渗碳，设工件表面很快达到渗碳饱和（1.3％的碳），然后保持不变，同时碳原子不断向工件内部扩散。求渗碳10h后渗碳层中碳浓度分布的表达式。 【参考答案】 一、 1. （1）A：B：C：D： （2）A：B：C： （3）A：B：C： （4）A：B：C： 2. 解： 由得 ∴晶面族指数为{220} 3. 解： （1）可以，向右进行