下载文档原格式
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。
第八章缺陷习题和答案第八章缺陷习题答案1．为什么形成一个肖脱基缺陷所需能量比形成一个弗仑克尔缺陷所需能量低？[解答] 形成一个肖特基缺陷时，晶体内留下一个空位，晶体表面多一个原子。
因此形成一个肖特基缺陷所需的能量，可以看成晶体表面一个原子与其他原子的作用能，和晶体内部一个原子与其他原子的相互作用能的差值。
形成一个弗仑克尔缺陷时，晶体内留下一个空位，多一个填隙原子。
因此形成一个弗仑克尔缺陷所需要的能量，可以看成晶体内部一个填隙原子与其他原子的相互作用能，和晶体内部一个原子与其他原子相互作用能的差值。
填隙原子与相邻原子的距离非常小，它与其他原子的排斥能比正常原子间的排斥能大得多。
由于排斥能是正值，包括吸引能和排斥能的相互作用能是负值，所以填隙原子与其他原子的相互作用能绝对值，比晶体表面一个原子与其他原子相互作用能的绝对值要小。
也就是说，形成一个肖特基缺陷所需能量比形成一个弗仑克尔缺陷所需能量要低。
2．金属淬火后为什么变硬？[解答] 晶体的一部分相对于另一部分的滑移，实际是位错线的滑移，位错线的移动是逐步进行的，使得滑移的切应力最小。
这就是金属一般较软的原因之一。
显然，要提高金属的强度和硬度，似乎可以通过消除位错的办法来实现。
但事实上位错是很难消除的。
相反，要提高金属的强度和硬度，通常采用增加位错的办法来实现。
金属淬火就是增加位错的有效办法。
将金属加热到一定高温，原子振动的幅度比常温时的幅度大得多，原子脱离正常格点的几率比常温时大得多，晶体中产生大量的空位、填隙缺陷。
这些点缺陷容易形成位错。
也就是说，在高温时，晶体内的位错缺陷比常温时多得多。
高温的晶体在适宜的液体中急冷，高温时新产生的位错来不及恢复和消退，大部分被存留下来。
数目众多的位错相互交织在一起，某一方向的位错的滑移，会受到其他方向位错的牵制，使位错滑移的阻力大大增加，使得金属变硬。
3．在位错滑移时，刃位错上原子受的力和螺位错上原子受的力各有什么特点？[解答] 在位错滑移时，刃位错上原子受力的方向就是位错滑移的方向。
选择题1.下列缺陷属于线缺陷的是位错属于面缺陷的是堆垛层错2在特定应力循环次数时不发生断裂的前提下，材料所能承受的最大应力称为疲劳强度3固溶强化对材料性质的影响描述错误的是合金的电导率高于纯金属4制约超导技术获得应用的关键性能指标是临界温度5下列电子器件中，半导体热电仪不是利用半导体p-n节制成的6在交变电场的作用下，实际电介质电容器的电流超前电压的相位小于90度7不具备亚铁磁性的是ZnO·Fe2O38马氏体相变不属于扩散型相变9过共析钢中奥氏体降温时析出的渗碳体属于重构型相变10具有统计性和球对称性的是径向分布函数11表面存在裂纹的脆性材料可以采用弯曲试验来测定材料的力学性能12下列说法中对冷加工的优点描述错误的是冷加工会增加电导率与耐腐蚀性13半导体最大用途是制成p-n结14下列物性参数中，不是用来描述电介质材料的介电性能的是压电系数15热释电材料不具备的物理性能是铁电性16原子磁矩的空间有序分布使磁矩互相抵消，宏观自发磁化强度为零，描述的是反铁磁体17一定是二级相变的是铁磁相变18描述非晶态金属和合金的结构模型中，较好的是无序密堆硬球模型。
19属于强磁性的是亚铁磁性20关于材料影响铁磁性的因素，说法正确的是温度升高使得Ms Br Hc均降低21不属于半导体的敏感效应的是巴克豪森效应22关于影像材料到典型的因素正确的是一般情况下固溶体的电阻率高于组元的电阻率23下面利用压电材料热释电性能的是红外探测器24关于铁磁性和铁电性，不正确的是都以存在畴结构为充分条件25不属于静载压入法的是肖氏硬度26关于高温蠕变性能，不正确的是蠕变发生机理与应力水平无关填空题1共晶体系具有最低共同熔点2复合材料通常有颗粒增强纤维增强层片增强三种形式3解释金属材料导电现象的理论经历了经典自由电子论量子自由电子论能带理论三个发展阶段4外电场作用下，电介质内部产生的感应偶极距的现象，称为电介质的极化，介电常数反映了电介质材料在电场中极化的特性。
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)。
第一章材料的晶态结构17、18、21、23见作业2.晶体为何有各向异性？晶体各向异性源于其微观结构在不同方向上的差异，即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。
3.面心立方和密排六方点阵的原子都是最密排的，为什么它们形成了两种点阵？（不要求）密排六方和面心立方都是最密排结构，其区别在于二者的原子堆垛顺序不同。
面心立方和密排六方结构的最密排面分别为{111}和（001）.这两种晶面上的原子都是紧密排列的。
同层相邻的三个原子(刚球)的中心形成三角形。
三角形的中心是三个球的间隙，上下相邻层的原子就处于这一间隙形成的“低谷”中，上层或下层原子的球心与原来的三个原子的球心形成正四面体。
如果以某层原子球心所处的位置为A位置，与之相邻的层的原子球心所处的位置为B位置，则第三层的原子球心可处于两种不同的位置，即B层原子形成的“低谷”位置有两种：一种与A位置相同，仅高度不同；另一种与A位置完全不同，将其称为C位置。
第三层原子与第一层原子在不同高度上，位置重合或不重合。
如果堆垛顺序为ABCABCABC······，就形成面心立方。
如果堆垛顺序为ABABABAB······，就形成密排六方。
4.比较晶体、非晶体和准晶体在结构上的异同。
同：晶体长程有序，非晶体短程有序。
晶体与准晶体的原子排列都具有旋转对称性。
异：晶体可看成是相同的单胞按同样的规则堆垛形成。
而非晶体是长程无序的，无单胞，也没有原子排列的对称性。
准晶体是不同的单胞或形状相同取向不同的单胞按一定的规则周期性地重复堆垛形成，是介于晶体和非晶体之间的长程有序结构。
5．从晶体和非晶体的X射线衍射特征的区别解释其结构的区别。
晶体的X射线衍射在特定角度出现尖锐的衍射峰，说明其结构长程有序。
晶体缺陷习题1.若fcc的Cu中每500个原子会失去一个，其晶格常数为0.3615nm，试求Cu的密度。
2.由于H原子可填入α-Fe的间隙位置，若每200个铁原子伴随着一个H原子，试求α-Fe理论的和实际的密度与致密度（已知α-Fe a=0.286nm，rFe=0.1241nm，rH=0.036nm）。
3.Mg O的密度为3.58g/cm3,其晶格常数为0.42nm，试求每个MgO单位晶胞内所含的Schottky缺陷之数目。
4.Fcc晶体中如下操作好的什么位错，Burgers矢量是什么？(1)抽出(111)面的一个圆片；(2)插入（110）半原子面，此面终止在(111)面上。
5.当刃型位错周围的晶体中含有(a)超平衡的空位、(b)超平衡的间隙原子、(c)低于平衡浓度的空位、(d)低于平衡浓度的间隙原子等四种情形时，该位错将怎样攀移？6.指出下图中位错环ABCDA的各段位错线是什么性质的位错？它们在外应力τxy 作用下将如何运动？在外应力σyy 作用下将如何运动?7.下图是一个简单立方晶体，滑移系统是{100}<001>。
今在(011)面上有一空位片ABCDA，又从晶体上部插入半原子片EFGH，它和(010)面平行，请分析：(1) 各段位错的柏氏矢量和位错的性质；(2) 哪些是定位错？哪些是可滑位错？滑移面是什么？(写出具体的晶面指数。
)(3) 如果沿[01]方向拉伸，各位错将如何运动？(4) 画出在位错运动过程中各位错线形状的变化，指出割阶、弯折和位错偶的位置。
(5)画出晶体最后的形状和滑移线的位置。
8. 晶体滑移面，有一圆形位错环如图所示。
问：(1) 晶体滑移面的上部晶体外加切应力方向和Burgers矢量同向或反向时，位错环向外滑移？(2) 位错环平衡半径和外加切应力的关系式。
9. 同一滑移面上有二段Burgers矢量相同异号刃型位错（AB，CD位错线方向相反），位错线处在同一直线上，每段位错线长度x, 相距x。
选择题下列关于晶胞缺陷的说法中，正确的是：A. 晶胞缺陷都会降低晶体的硬度B. 点缺陷是晶胞中原子或离子的缺失或多余（正确答案）C. 线缺陷和面缺陷对晶体的性质无影响D. 所有晶体中都存在晶胞缺陷在晶体中，掺杂其他元素的主要目的是：A. 增加晶体的密度B. 改变晶体的颜色（正确答案）C. 降低晶体的熔点D. 提高晶体的导电性下列哪种缺陷属于面缺陷？A. 空位B. 间隙原子C. 堆垛层错（正确答案）D. 位错线掺杂半导体材料时，通常选择的元素是：A. 与原半导体元素同族的元素B. 与原半导体元素同周期的元素C. 价电子数不同于原半导体元素的元素（正确答案）D. 金属元素下列关于晶体缺陷的说法中，错误的是：A. 晶体缺陷会影响晶体的物理性质B. 晶体缺陷可能由晶体生长过程中的条件变化引起C. 所有的晶体缺陷都会对晶体的性能产生不利影响（正确答案）D. 晶体缺陷可以通过特定的处理方法进行修复在硅晶体中掺杂磷元素，形成的半导体类型是：A. P型半导体B. N型半导体（正确答案）C. 本征半导体D. 绝缘体下列哪种方法可以用来检测晶体中的缺陷？A. X射线衍射（正确答案）B. 核磁共振C. 红外光谱D. 质谱法关于掺杂对半导体导电性的影响，下列说法正确的是：A. 掺杂一定会提高半导体的导电性B. 掺杂一定会降低半导体的导电性C. 掺杂可以调控半导体的导电类型（正确答案）D. 掺杂对半导体的导电性无影响在晶体生长过程中，哪种因素最可能导致线缺陷的产生？A. 温度波动B. 压力变化C. 杂质掺入D. 生长速率的突然改变（正确答案）。
一、单选题）1、点缺陷的浓度增加不会引起下列哪些物理量的变化？（）A、电阻B、体积C、扩散系数D、熔点答案：D2、下列不同处理方式对材料力学性能强化作用正确的是。
（）A、淬火>退火>冷加工B、冷加工>退火>淬火C、淬火>冷加工>退火D、冷加工>淬火>退火答案：C二、判断题1、位错只是一种理论模型，并没有实际观察到。
（）答案：错2、两相晶格错配度大于0.25的相界面称为非共格相界。
（）答案：对3、晶体化学缺陷从热力学角度看无法彻底消除。
（）答案：错4、任何金属在熔点附近的原子空位形成能都处于同一数量级。
（）答案：对5、晶体的强度取决于塑性变形的阻抗，塑性变形的阻抗取决于位错运动的难易程度。
（）答案：对6、点缺陷是晶体热平衡状态下唯一的点阵缺陷。
（）答案：对三、名词解释1、晶体缺陷：答案：晶体中偏离理想结构的区域。
2、共格界面：答案：界面上的原子为界面两侧原子共有。
3、表面弛豫：答案：表面原子或离子仍保持原晶胞的结构，但原子间距发生改变的现象。
4、刃型位错：答案：柏氏矢量与位错线垂直的位错。
5、线缺陷：答案：指在两个方向上的尺寸都很小，而另一个方向相对很长的点阵缺陷，也称一维缺陷。
6、点阵缺陷：答案：指原子排列处于几何上的混乱状态，而与构成晶体的元素无关的缺陷。
7、点缺陷：答案：指在x,y,z方向的尺寸都很小（相当于原子尺寸）的点阵缺陷，也称零维缺陷。
8、螺型位错：答案：柏氏矢量与位错线平行的位错。
9、柏氏矢量：答案：以符号b表示，代表的是晶体局部错动的大小和方向。
10、位错：答案：晶体中数列原子发生有规律的错排。
11、孪晶：答案：两部分晶体沿一定的晶面呈对称关系。
12、化学缺陷：答案：由局部的成分与基体不同导致的缺陷。
13、晶界：答案：取向不同的两晶体之界面。
14、辐照损伤：答案：用高能粒子照射材料，在材料中导入大量空位和间隙原子，引起材料损伤。
15、非共格界面：答案：如果界面两侧的原子分属不同点阵，则称该界面为非共格界面。
