材科基考點(diǎn)強(qiáng)化(第4講_缺陷)

1、本章特點(diǎn) 本章的中心容就是各種缺陷的分類， 特性，相互作用以及對(duì)材料的影響。 重點(diǎn)是位錯(cuò)的理解。出題形式 本章容試題的題型有選擇題、 簡(jiǎn)答題、 此類試題的容量和難度都不會(huì)太大， 以記憶知識(shí)為主， 比較簡(jiǎn)單。但還有綜合性質(zhì)的計(jì)算題，這類題目難度較大，需要對(duì)于知識(shí)有更深入的掌握， 理解和運(yùn)用。主要考點(diǎn)考點(diǎn) 1：晶體缺陷的分類考點(diǎn) 2：空位濃度的計(jì)算考點(diǎn) 3：點(diǎn)缺陷的分類和形成考點(diǎn) 4：點(diǎn)缺陷對(duì)于材料性能的影響考點(diǎn) 5：位錯(cuò)的一些基礎(chǔ)知識(shí) :位錯(cuò)分類，柏氏矢量，滑移方式考點(diǎn) 6：位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)與增殖考點(diǎn) 7：位錯(cuò)的相互作用考點(diǎn) 8：擴(kuò)展層錯(cuò)考點(diǎn) 9：位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)考點(diǎn) 10：位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷和面缺陷的交互作用考

2、點(diǎn) 11：全位錯(cuò)，不全位錯(cuò)考點(diǎn) 12：位錯(cuò)反應(yīng)考點(diǎn) 13：面缺陷的分類考點(diǎn) 14：晶界考點(diǎn) 15：相界考點(diǎn) 1：晶體缺陷的分類例 1 ：什么是晶體缺陷？按照晶體缺陷的幾何組態(tài)，晶體缺陷可分為哪幾類？例 2 ：缺陷的特征是（）。A 不隨外界條件的改變而變動(dòng)，也不會(huì)合并和消失B 隨著各種條件的改變而不斷變動(dòng)，它們運(yùn)動(dòng)，發(fā)展以及會(huì)產(chǎn)生交互作用、合并和消 失。C.隨著各種條件的改變而不斷變動(dòng)，但不產(chǎn)生交互作用，不會(huì)合并和消失考點(diǎn) 2：空位濃度的計(jì)算（1 ）已知溫度T,求形成能。例：由600C降溫到300C時(shí)，鍺晶體中的空位平衡濃度降低了6個(gè)數(shù)量級(jí)。試計(jì)算鍺晶體中的空位形成能（玻爾茲曼常數(shù)k=1.38

3、X1O-23J/K）。（2）已知形成能，求溫度T。例：計(jì)算某金屬的空位濃度比室溫（300K）空位濃度大1000倍時(shí)的溫度。已知 Cu的空位形成能力為1.7 1019J/mol。（ 3）求點(diǎn)缺陷數(shù)目例1:已知空位形成能是 1.08eV/atom,鐵的原子量是 55.85，鐵的密度是7.65g/cm3，阿 伏加德羅常數(shù) Na=6.023氷023，玻爾茲曼常數(shù) k=8.62 xi0-5eV/atom-K，請(qǐng)計(jì)算1立方米的鐵 在850 C下的平衡數(shù)目。例2:鋁的密度是2.69g/cm3，假設(shè)其中只有肖脫基空位，求空位濃度。（阿伏加德羅常數(shù)6.02 X1023,鋁的原子量是 26.96，鋁的點(diǎn)陣常數(shù) 0

4、.4049nm）考點(diǎn) 3：點(diǎn)缺陷的分類和形成例 1 ：下面關(guān)于 Schottky 和 Frenkel 缺陷的表述中，錯(cuò)誤的為（）。A Schottky 缺陷同時(shí)包含空位和間隙原子B Frenkel 缺陷的形成能通常較 Schottky 缺陷大C.同溫度下，通常 Schottky缺陷的濃度大于 Frenkel缺陷例 2：弗倫克缺陷是（）。A 原子移到表面外新的位置，原來(lái)位置則形成空位B .原子離開(kāi)平衡位置后，形成間隙原子，而原來(lái)位置上形成空位，成對(duì)產(chǎn)生C.正、負(fù)離子的二元體系，原子移到表面新的位置，原來(lái)位置空位成對(duì)出現(xiàn) 例 3：純金屬中主要的點(diǎn)缺陷有哪些，簡(jiǎn)述其可能的產(chǎn)生原因。例 4：過(guò)飽和點(diǎn)缺

5、陷產(chǎn)生的原因有 、 、 。例 5：什么是空位平衡濃度？為什么說(shuō)空位是一種熱力學(xué)上平衡的缺陷？考點(diǎn) 4：點(diǎn)缺陷對(duì)于材料性能的影響例 1：純金屬中溶入另一組元后（假設(shè)不會(huì)產(chǎn)生新相）會(huì)帶來(lái)哪些微觀結(jié)構(gòu)上的變化？ 這些變化如何引起性能上的變化？例 2：為什么固溶體的強(qiáng)度常比純金屬高？例 3：冷變形使金屬中產(chǎn)生大量的空位、位錯(cuò)等晶體缺陷，對(duì)置換固溶體中的擴(kuò)散過(guò)程 而言，這些缺陷的存在將導(dǎo)致（）。A 阻礙原子的移動(dòng)，減慢擴(kuò)散過(guò)程B 對(duì)擴(kuò)散過(guò)程無(wú)影響C.有時(shí)會(huì)加速擴(kuò)散，有時(shí)會(huì)減弱擴(kuò)散D .加速原子的擴(kuò)散過(guò)程考點(diǎn)4:位錯(cuò)的一些基礎(chǔ)知識(shí)：位錯(cuò)分類，柏氏矢量，滑移方式例 1：簡(jiǎn)述位錯(cuò)、位錯(cuò)線和柏氏矢量（ bv ）

6、的概念，并論述柏氏矢量和位錯(cuò)線的相對(duì)關(guān) 系。例 2：名詞解釋：刃型位錯(cuò)。例 3：判斷題：位錯(cuò)屬于線缺陷，因?yàn)樗木Ц窕儏^(qū)為一條幾何線。例 4：判斷題：位錯(cuò)屬于線缺陷，但它實(shí)際上是一個(gè)晶格畸變的管道區(qū)域。例 5 ：名詞解釋：晶格摩擦力。例 6：一根位錯(cuò)環(huán)能否各部分都是螺型位錯(cuò)或都是刃型位錯(cuò)？請(qǐng)說(shuō)明之。例 7：名詞解釋：交滑移。v例&在位錯(cuò)發(fā)生滑移時(shí), 請(qǐng)分析刃位錯(cuò)、螺位錯(cuò)和混合位錯(cuò)的位錯(cuò)線 I與柏氏適量v、 外加切應(yīng)力T與柏氏矢量b、外加切應(yīng)力T與位錯(cuò)線I之間的夾角關(guān)系，及位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向?？键c(diǎn) 5：位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)與增殖例 1：位錯(cuò)在晶體中運(yùn)動(dòng)的方式有 和，金屬晶體塑性變形方式有 和 。例 2：名詞

7、解釋：多滑移。例 3：名詞解釋：攀移。例 4：能產(chǎn)生交滑移的位錯(cuò)必然是 位錯(cuò)。例 5：位錯(cuò)滑移應(yīng)滿足（）。A.有切應(yīng)力作用在位錯(cuò)滑移面上，且垂直于其B矢量方向，位錯(cuò)才會(huì)運(yùn)動(dòng)或者趨于運(yùn)動(dòng)B 矢量方向，位錯(cuò)才會(huì)運(yùn)動(dòng)或者趨于運(yùn)B 矢量方向，位錯(cuò)才會(huì)運(yùn)動(dòng)或者趨于運(yùn)B 有壓應(yīng)力作用在位錯(cuò)滑移面上，且垂直于其 動(dòng)C.有切應(yīng)力作用在位錯(cuò)滑移面上，且平行于其 動(dòng)例 6：論述位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方式、條件及其對(duì)材料變形的影響。例7 :如圖所示，四方形單晶體中有一矩形位錯(cuò)環(huán)ABCD，其各段分別平行于 x軸和y軸，其柏氏矢量平行于 x軸。（1）寫出各位錯(cuò)段的位錯(cuò)類型； （2）寫出 AD 段與 BC 段單位長(zhǎng)度位錯(cuò)線間的相互作

8、用力的大小及方向；（3）寫出AB段與DC段單位長(zhǎng)度位錯(cuò)線間的相互作用力的大小及方向；（4） t所造成的一對(duì)切應(yīng)力-較，該切應(yīng)力作用在各位錯(cuò)段單位長(zhǎng)度上力的大小及方向?yàn)椋篈B上無(wú)作用力；BC為t, -z方向；CD上無(wú)作用力；DA為t,z方向。分析在切應(yīng)力 t 持續(xù)作用下該位錯(cuò)環(huán)在運(yùn)動(dòng)中的形狀變化及晶體形狀的變化。例&某銅單晶體在外加拉伸應(yīng)力作用下，首先開(kāi)動(dòng)的滑移系為（111）101。（1）寫出引起滑移的單位位錯(cuò)的柏氏矢量，并說(shuō)明原因；（2）如果滑移是由純螺型單位位錯(cuò)引起的，試指出位錯(cuò)線的方向以及滑移時(shí)位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)的方向；（3）假定拉伸軸方向?yàn)?01，外加拉伸應(yīng)力106Pa，求在上述滑移面上該螺型位

9、錯(cuò)所受力的大小和方向。（已知Cu的點(diǎn)陣常數(shù) a=0.36 nm）例9:假定某面心立方晶體（點(diǎn)陣常數(shù)為a）中的活動(dòng)滑移系為 111 110。（1）給出引起滑移的單位位錯(cuò)的柏氏矢量，加以說(shuō)明；（2）若引起此滑移的為刃型位錯(cuò)，指明位錯(cuò)線方向及其移動(dòng)方向；（3）若引起此滑移的為螺型位錯(cuò)，指明位錯(cuò)線方向及其移動(dòng)方向?？键c(diǎn)6:位錯(cuò)的相互作用例1 :解釋名詞：位錯(cuò)割階。例2 :兩平行螺型位錯(cuò)，當(dāng)柏氏矢量同向時(shí)，其相互作用力（）。A .為零B .相斥C.相吸例3 :下面哪一點(diǎn)可以描述兩平行螺型位錯(cuò)間的相互作用（滑移）的特征？（）A .位錯(cuò)同號(hào)相斥，異號(hào)相吸，作用大小與位錯(cuò)間距成反比B .具有相同符號(hào)的位錯(cuò)按垂

10、直方向排列起來(lái)是穩(wěn)定的；位錯(cuò)的符號(hào)相反，穩(wěn)定方位隨 之改變。C.由于相互之間不能提供對(duì)方滑移所需的應(yīng)力場(chǎng)，所以，兩位錯(cuò)間作用較小例4:如圖所示，在xy坐標(biāo)原點(diǎn)有一正刃形位錯(cuò)，試標(biāo)出圖中分別與 x、y坐標(biāo)軸成45位置上各位錯(cuò)的受力方向。XX Xr/ ZZ、KXXX、考點(diǎn)7:擴(kuò)展層錯(cuò)例1 :名詞解釋:擴(kuò)展位錯(cuò)。例2 :名詞解釋:層錯(cuò)能。例3:層錯(cuò)和不完全位錯(cuò)之間的關(guān)系是（)A .層錯(cuò)和不完全位錯(cuò)交替出現(xiàn)B .層錯(cuò)和不完全位錯(cuò)能量相同C.層錯(cuò)能越高，不完全位錯(cuò)柏氏矢量的模越小D 不完全位錯(cuò)總是出現(xiàn)在層錯(cuò)和完整晶體的交界處例4:請(qǐng)簡(jiǎn)單說(shuō)明層錯(cuò)能高低對(duì)螺型位錯(cuò)交滑移的影響，及其對(duì)金屬加工硬化速率的影響。

11、例5:在銅單晶體中的（111）和（111）滑移面上各存在一個(gè)柏氏矢量為里110和里011的全位錯(cuò)。當(dāng)它們分解為擴(kuò)展位錯(cuò)時(shí)，其領(lǐng)先位錯(cuò)分別為-211和？121。（ 1）當(dāng)兩領(lǐng)先位錯(cuò)6 6（2）已知銅單晶點(diǎn)陣常數(shù)在各自的滑移面上運(yùn)動(dòng)相遇時(shí)，發(fā)生了新的位錯(cuò)反應(yīng)。試寫出其位錯(cuò)反應(yīng)式，判斷該反應(yīng)是 否自發(fā)進(jìn)行？并分析該新生成的位錯(cuò)其位錯(cuò)特性和運(yùn)動(dòng)性質(zhì);a=0.36 nm,切變模量 G= 4 104MPa，層錯(cuò)能0.04J/m2，試求上述柏氏矢量為 a110的位錯(cuò)形成擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度。例6:試從柏氏矢量、位錯(cuò)類型、位錯(cuò)線形狀和可能的運(yùn)動(dòng)方式比較面心立方晶體全位 錯(cuò)、弗蘭克分位錯(cuò)、肖克萊分位錯(cuò)和面角位錯(cuò)的特點(diǎn)

12、?？键c(diǎn)&位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)例1 :下面關(guān)于位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的表述中，正確的是（A .螺型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)中正應(yīng)力分量全為零B .刃型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)中正應(yīng)力分量全為零C.刃型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)中切應(yīng)力分量全為零例2 :螺型位錯(cuò)和刃型位錯(cuò)的不同在于（）。A .刃型位錯(cuò)不引起剪切畸變，也不引起體積的膨脹和收縮，螺型位錯(cuò)反之B .刃型位錯(cuò)引起壓縮變形，螺型位錯(cuò)引起體積的膨脹C.螺型位錯(cuò)只引起剪切畸變，而不引起體積的膨脹和收縮，刃型位錯(cuò)反考點(diǎn)9:位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷和面缺陷的交互作用例1:點(diǎn)缺陷（如間隙原子或代位原子）和線缺陷（如位錯(cuò)）為何會(huì)發(fā)生交互作用？這 種交互作用如何影響力學(xué)性能？例2: （1）晶體若有較多的線缺陷（位錯(cuò)）或面缺陷

13、（晶界、孿晶界等），其強(qiáng)度會(huì)明顯升高，這些現(xiàn)象稱為什么？強(qiáng)度提高的原因是什么？ （2 ）上述的兩類缺陷是怎樣進(jìn)入晶體的？舉例說(shuō)明如何提高這些缺陷的數(shù)目？考點(diǎn)10:全位錯(cuò)，不全位錯(cuò)例1 :名詞解釋：全位錯(cuò)與不全位錯(cuò)。常見(jiàn)的不全位錯(cuò)有哪些？例2 :闡明堆垛層錯(cuò)與不全位錯(cuò)的關(guān)系，指出面心立方結(jié)構(gòu)中常產(chǎn)生的不全位錯(cuò)的名稱、柏氏矢量和它們各自的特性。例3 :下列柏氏矢量可能表示了簡(jiǎn)單立方晶體中的全位錯(cuò)（）。A. 100B. 1/2110C. 1/3111例4 :在面心立方晶體中可能存在哪些類型的不全位錯(cuò)？并給出其柏氏矢量的表達(dá)式。例5 :面心立方全位錯(cuò)的柏氏矢量為 ，體心立方 , hep為?？键c(diǎn)11:位錯(cuò)反應(yīng)例1 :試分析在fee中下述反應(yīng)能否進(jìn)行？v av例2:請(qǐng)比較fee晶體中b -111和b2a100兩位錯(cuò)的畸變能哪個(gè)較大。例3:判斷下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行，并說(shuō)明理由：（1） a110-111 - 112 ； （2）o a6121尹11a - 嚴(yán)?？键c(diǎn)12:面缺陷的分類例：通常把晶體的界面分為 、和三類?？键c(diǎn)13