下载文档原格式
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。
()六滑移的位错机制()A 位错的运动与晶体的滑移临界切应力：1. 晶体没有任何缺陷时的临界切应力约为1500MPa2. 实际存在位错晶体的临界切应力约为0.98 MPa关于实际滑移的K τ比理论计算的K τ低的多的解释晶体没有任何缺陷时的滑移：在切应力的作用下，晶体上下两部分沿滑移面作整体刚性滑移晶体中存在位错时的滑移：1. 晶体的滑移不是晶体的一部分相对于另一部分作整体刚性滑移2. 晶体的滑移是位错在切应力的作用下沿滑移面逐步移动如图6.143. 当一条滑移线移动到晶体表面时，在晶体表面留下一个滑移台阶，大小等于柏氏矢量的大小4. 当大量位错重复按此方式划过晶体，在晶体表面形成滑移痕迹，在显微镜下能观察到的滑移痕迹5. 晶体的滑移不是滑移面上的全部原子一齐移动6. 晶体的滑移就像接力赛跑一样，位错中心的原子逐一递进，由一个平衡位置转移到另一个平衡位置如图6.15所示7. 位错中心附近的少数原子只是作弹性偏移，远小于一个原子间距的弹性偏移8. 其他区域的原子仍然处于正常位置9. 显然这样的位错运动只需要一个很小的切应力就可实现，也可以解释实际滑移的K τ比理论计算的K τ低的多()B 位错的增殖现象及其解释位错的增殖引子1. 晶体中有如此多的位错吗：a) 形成一条位错线需要上千个位错b) 晶体在塑性变形时形成大量的滑移带需要极多的位错2. 位错扫过滑移面并移出晶体表面，随着塑性变形的进行，晶体中的位错数目应该越来越少才对，最终形成无位错的晶体才对3. 事实上变形后晶体中位错数目反而增加了：例如退火金属的位错密度为21010-m ，剧烈塑性变形后的位错密度为2161510~10-m4. 这些增加的位错是怎么来的呢，可以肯定的是，晶体中必然存在位错源，它在晶体进行塑性变形时能不断增殖位错弗兰克瑞德位错源机制的理论基础1. 晶体中的位错呈空间网络状分布2. 位错网络中的位错线段没有在同一个晶面上3. 所以相交于一个结点的几个位错线段不能一致运动，只有位于滑移面上的位错线段才能运动4. 所以该结点可能成为固定的结点环境设置1. 位错网络中两个固定的结点2. 线段位于平行于纸面的滑移面上3. 位错线的柏氏矢量为B弗兰克瑞德位错源机制：我们的研究对象就是这个位于滑移面上的线段1.滑移面上的分切应力足够大时，位错线发生运动2.又因为结点不动，位错线弯曲同时产生线张力：线张力的存在使弯曲位错有恢复直线状得倾向1.如果切应力减小或消除，位错线恢复为直线状而无增值2.如果切应力足够大，位错线弯曲成半圆，曲率半径达到最大3.如果切应力继续存在a)位错线继续扩大，曲率半径反而减小，位错线形成一个位错蜷线b)当位错蜷线相互靠近时nm,两处的异号螺型位错相遇进而消失c)位错环发展成为两部分：i.一部分是一个封闭的位错环线，在外力的作用下继续发展ii.另一部分为位错线段，在线张力的作用下还原为原来的位错线段D'D4.外力继续作用⇒⇒DD'开始弯曲并重复上述过程⇒⇒每重复一次便产生一个位错环，如此反复便在晶体中产生大量的位错环5.当一个位错环移出晶体时，晶体产生一个原子间距的位移6.大量位错环一个个移出晶体，晶体不断滑移，就在晶体表面形成滑移台阶，台阶高达近千个原子间距今年来一些直接的试验观察证实了弗兰克瑞德位错源的存在()C位错的交割与塞积晶体的滑移实际上是位错沿着滑移面的运动多滑移时产生位错交割1.滑移面相交，在相交的滑移面上运动的位错必然相遇2. 位错与穿过滑移面的位错必然相交刃型位错交割简易模型6.171. 位错线AB 和CD 的滑移面和柏氏矢量2. 位错线CD 固定不动，位错线AB 自右向左运动，位错扫过的区域晶体上下两部分产生相当于1b 的位移3. 当位错线AB 通过两滑移面的交线时则与位错线CD 发生交割4. 位错线CD 被分割成两段并发生相对位移mn5. 位错线CD 变成一条折线CmnD CD短位错线mn1. 短位错线mn 的柏氏矢量：仍然为2b 垂直于mn2. 短位错线mn 的性质：刃型位错2b3. 短位错线mn 的滑移面：不在原来的滑移面b P 上，故称之为割阶，由mn 和2b 所决定的平面即a P 面4. 短位错线mn 的滑移：仍可运动，但由于增加了位错线的长度，需消耗一定的能量刃型位错与螺型位错的交割螺型位错与螺型位错的交割位错交割的结果：也是多滑移加工硬化效果较大的主要原因1. 可能形成割阶mn ：刃型位错与刃型位错螺型位错与螺型位错韧性位错与螺型位错2. 增加位错线的长度3. 带割阶的位错运动困难，成为后续位错运动的障碍位错塞积的形成和应力集中：位错源产生的大量位错沿滑移面运动，遇到障碍物如固定位错杂质粒子晶界等时，领先位错被阻止后续位错堵塞，形成位错平面塞积群，并在障碍物的前端形成应力集中位错塞积群的位错数：kL n =位错塞积群在障碍处产生的应力集中：0ττn =0τ为滑移方向的分切应力值距离越大塞积位错数目越多造成的应力集中越大。
一、解释以下基本概念肖脱基空位：晶体中某结点上的原子空缺了，则称为空位。
脱位原子进入其他空位或者迁移至晶界或表面而形成的空位称为肖脱基空位弗兰克耳空位：晶体中的原子挤入结点的空隙形成间隙原子，原来的结点位置空缺产生一个空位，一对点缺陷（空位和间隙原子）称为弗兰克耳（Frenkel ）缺陷。
刃型位错：晶体内有一原子平面中断于晶体内部，这个原子平面中断处的边沿及其周围区域是一个刃型位错。
螺型位错：沿某一晶面切一刀缝，贯穿于晶体右侧至BC 处，在晶体的右侧上部施加一切应力τ，使右端上下两部分晶体相对滑移一个原子间距，BC 线左边晶体未发生滑移，出现已滑移区与未滑移区的边界BC 。
从俯视角度看，在滑移区上下两层原子发生了错动，晶体点阵畸变最严重的区域内的两层原子平面变成螺旋面，畸变区的尺寸与长度相比小得多，在畸变区范围内称为螺型位错混合位错：位错线与滑移矢量两者方向夹角呈任意角度，位错线上任一点的滑移矢量相同。
柏氏矢量：位错是线性的点阵畸变，表征位错线的性质、位错强度、滑移矢量、表示位错区院子的畸变特征，包括畸变位置和畸变程度的矢量就称为柏氏矢量。
位错密度：单位体积内位错线的总长度ρυ=L/υ ；单位面积位错露头数ρs =N/s位错的滑移：切应力作用下，位错线沿着位错线与柏氏矢量确定的唯一平面滑移, 位错线移动至晶体表面时位错消失，形成一个原子间距的滑移台阶，大小相当于一个柏氏矢量的值. 位错的攀移: 刃型位错垂直于滑移面方向的运动, 攀移的本质是刃型位错的半原子面向上或向下运动，于是位错线亦向上或向下运动。
弗兰克—瑞德源：两个结点被钉扎的位错线段在外力的作用下不断弯曲弓出后，互相邻近的位错线抵消后产生新位错，原被钉扎错位线段恢复到原状，不断重复产生新位错的，这个不断产生新位错、被钉扎的位错线即为弗兰克-瑞德位错源。
派—纳力：周期点阵中移动单个位错时，克服位错移动阻力所需的临界切应力单位位错：b 等于单位点阵矢量的称为“单位位错”。
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)。
第一章材料的结构一、解释以下基本概念空间点阵、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、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有（）、（）、（）、（）。
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（），（），（）。
14、如果用M表示金属，用X表示非金属，间隙相的分子式可以写成如下四种形式，分别是（），（），（），（）。
位错环半径
位错环半径是晶体学中的一个重要概念，它描述了在晶体中由于晶格畸变而产生的位错的尺寸。
位错是晶体中的一种基本缺陷，它们是由于晶格原子排列的不规则性而引起的。
位错的存在对晶体的力学性能、电学性能和光学性能等方面具有重要影响。
因此，研究位错环半径对于理解晶体中的缺陷行为以及设计和优化材料的性能具有重要意义。
一、位错的基本概念
1. 位错的定义：位错是晶体中原子排列不规则的区域，它是由于晶格畸变而产生的一种基本缺陷。
位错可以分为刃型位错、螺型位错和混合型位错等类型。
2. 位错的性质：位错具有以下性质：
（1）位错具有滑移特性，即在一定条件下，位错可以在晶体中滑移，从而改变晶体的形状和尺寸。
（2）位错具有弹性应力集中效应，即在位错附近，晶体的应力会显著增大。
（3）位错具有能量，这种能量称为位错能。
位错能的大小与位错的长度、形状和类型等因素有关。
二、位错环的形成
1. 位错环的定义：位错环是由两个或多个平行的位错相互靠近并相互作用而形成的一个封闭的位错区域。
位错环的形状可以
是圆形、椭圆形或其他多边形。
2. 位错环的形成条件：位错环的形成需要满足以下条件：
（1）位错之间的相互作用力要大于它们之间的排斥力。
（2）位错的运动速度要足够快，以便在它们相互靠近之前形成稳定的位错环。
（3）晶体中的杂质和缺陷密度要适中，以免影响位错环的稳定性。
三、位错环半径的计算
1. 位错环半径的定义：位错环半径是指从位错环的中心到其最外层原子的距离。
它反映了位错环的大小和形状。
2. 位错环半径的计算方法：根据晶体学理论，可以通过求解晶体中的弹性方程来计算位错环半径。
具体步骤如下：（1）假设位错环是一个圆，其半径为r，圆心位于原点O。
（2）将晶体中的原子坐标代入弹性方程，得到关于原子坐标的非线性方程组。
（3）求解非线性方程组，得到原子坐标的最优解。
（4）根据原子坐标的最优解，计算得到位错环的半径r。
需要注意的是，这种方法只适用于简单的几何形状和边界条件的位错环。
对于复杂的几何形状和边界条件的位错环，需要采用更复杂的数值方法进行计算。
四、位错环半径的影响因素
1. 晶体结构：不同的晶体结构具有不同的晶格常数和原子间距离，这将直接影响到位错环半径的大小。
例如，面心立方晶体中的刃型位错环半径通常比体心立方晶体中的刃型位错环半径大。
2. 温度：温度的变化会影响晶体中的原子振动和晶格畸变程度，从而影响到位错环半径的大小。
一般来说，随着温度的升高，位错环半径会增大。
3. 外部应力：外部应力会对晶体产生拉伸或压缩作用，从而改变晶格畸变程度和原子间距离，进而影响到位错环半径的大小。
例如，在受到拉伸应力时，位错环半径通常会减小。
4. 杂质和缺陷：晶体中的杂质和缺陷会影响晶格畸变程度和原子间距离，从而影响到位错环半径的大小。
一般来说，随着杂质和缺陷密度的增加，位错环半径会增大。
五、位错环半径的应用
1. 材料性能预测：通过研究位错环半径，可以预测材料在不同条件下的力学性能、电学性能和光学性能等。
这对于设计和优化材料的性能具有重要意义。
2. 材料加工：了解位错环半径有助于选择合适的加工方法和工艺参数，以提高材料的加工质量和效率。
3. 材料检测：通过测量材料中的位错环半径，可以判断材料的纯度和缺陷程度，从而保证材料的质量。
总之，位错环半径是晶体学中的一个重要概念，它对于理解晶体中的缺陷行为以及设计和优化材料的性能具有重要意义。
通过对位错环半径的研究，可以为材料科学和工程领域提供有益的理论指导和应用价值。
