材料科學(xué)基礎(chǔ)作業(yè)-2011(1) (1)

1、晶體結(jié)構(gòu)作業(yè)題1、寫(xiě)出立方晶系001、011、111包含的晶向指數(shù)。2、寫(xiě)出立方晶系中晶面族010、011、111包含的晶面指數(shù)。3、fcc晶體最近鄰和次次近鄰的原子數(shù)是多少？最近鄰12個(gè)，次近鄰6個(gè)，次次近鄰24個(gè)。4、計(jì)算fcc晶體中晶面族001、011、111的面間距。d001= a/2， d011= a, d111 = a/5、求金剛石的致密度？解：根據(jù)金剛石的晶體結(jié)構(gòu)可知：，d=2r 6、已知Mg是hcp結(jié)構(gòu)，且軸比c/a=1.624，體密度v=1.74g/cm2，問(wèn)a、c、原子半徑r和Mg的致密度各多少？解：7、分別計(jì)算CsCl、NaCl、ZnS的理論密度和致密度。8、C在Fe中最

2、大溶解的度是8.9%（原子百分?jǐn)?shù)），則有多少八面體間隙被占據(jù)（Fe中Fe原子數(shù)與八面體間隙數(shù)比例是11）？解：8.9/(100-8.9)=9.77%9、Cu的密度為8.96g/cm3，試求：、Cu的點(diǎn)陣常數(shù)、原子半徑 、XAu=60%的CuAu固溶體中，a=0.3795nm，=14.213g/cm3，則該合金是什么類(lèi)型的固溶體？解：（1） (2) 因Cu和Au均為fcc結(jié)構(gòu)，單個(gè)晶胞的原子數(shù)都為4個(gè)，與計(jì)算得到的原子數(shù)接近，故為置換型固溶體。10、寫(xiě)出HumeRothery固溶體定律的內(nèi)容。11、fcc的Cu，每500個(gè)Cu原子失去一個(gè)原子形成空位，晶格常數(shù)a=0.3615nm，求Cu的密度、

3、致密度？12、H原子在-Fe的間隙位置，若200個(gè)Fe原子伴隨一個(gè)H原子，求-Fe的密度與致密度？13、MgO密度是3.58g/cm3，晶格常數(shù)a=0.42nm，試求每個(gè)MgO晶胞中所含肖特基缺陷數(shù)？解：設(shè)每個(gè)MgO晶胞中所含肖特基缺陷數(shù)為x個(gè)。X=0.0369位錯(cuò)作業(yè)題1、若面心立方晶體（Cu）中開(kāi)動(dòng)的滑移系為(111) 101(1)、若滑移是由刃位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起的，寫(xiě)出位錯(cuò)線的方向。(2)、若滑移是由螺位錯(cuò)引起的，寫(xiě)出位錯(cuò)線的方向。解：刃位錯(cuò)的位錯(cuò)線在滑移面上且垂直與柏氏矢量，故位錯(cuò)線矢量uvw·111=0；且uvw·10T=0,故位錯(cuò)線矢量uvw=1-21螺位錯(cuò)的位錯(cuò)線/

4、伯氏矢量，故位錯(cuò)線矢量uvw=10T2、如圖所示為一個(gè)簡(jiǎn)單立方晶體，滑移系統(tǒng)是100<001>。今在（011）面上有一空位片ABCDA，又從晶體上部插入半原子片EFGH，它和（010）面平行，請(qǐng)分析：(1)、分析各段位錯(cuò)的柏氏矢量和位錯(cuò)的性質(zhì)；(2)、如果沿方向拉伸，分析ABCDA位錯(cuò)的可動(dòng)性。解：（1）伯氏矢量應(yīng)為010，AD和BC段為螺型位錯(cuò)，AB和CD段為混合位錯(cuò)；（2）AD和BC段運(yùn)動(dòng)3、指出圖中位錯(cuò)環(huán)的各段位錯(cuò)線是什么性質(zhì)的位錯(cuò)？他們?cè)谕鈶?yīng)力作用下將如何運(yùn)動(dòng)？（刃位錯(cuò)）（沿滑移面向晶體四周擴(kuò)散）4、在圖中所示的晶體中，ABCD滑移面上有一個(gè)位錯(cuò)環(huán)，其柏氏矢量b平行于AC。

5、(1)、指出位錯(cuò)環(huán)各部分的位錯(cuò)類(lèi)型。（AC交點(diǎn)處是刃位錯(cuò)，與AC平行處點(diǎn)是螺位錯(cuò)，其余部分是混合位錯(cuò)）(2)、在圖中表示出使位錯(cuò)環(huán)向外運(yùn)動(dòng)所需施加的切應(yīng)力方向。（與AC平行）(3)、改為錯(cuò)環(huán)運(yùn)動(dòng)出晶體后，晶體外形如何變化？（晶體上下半原子面沿AC線相對(duì)錯(cuò)動(dòng)一個(gè)b矢量）5、簡(jiǎn)單立方晶體(100)面有1 個(gè)b= 010 的刃位錯(cuò)(1)、在(001)面有1 個(gè)b=010的刃位錯(cuò)和它相截，相截后2 個(gè)位錯(cuò)產(chǎn)生彎結(jié)還是割階？（割階）(2)、在(001)面有1 個(gè)b=100的螺位錯(cuò)和它相截，相截后2 個(gè)位錯(cuò)產(chǎn)生彎結(jié)還是割階？（割階）6、下圖表示在同一直線上有柏氏矢量相同的2 個(gè)同號(hào)刃位錯(cuò)AB 和CD(位錯(cuò)

6、線長(zhǎng)L)，距離為x=3L，他們作F-R 源開(kāi)動(dòng)。(1)、畫(huà)出這2 個(gè)F-R 源增殖時(shí)的逐步過(guò)程，二者發(fā)生交互作用時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情況？(2)、若2 位錯(cuò)是異號(hào)位錯(cuò)時(shí)，情況又會(huì)怎樣？7、證明面心立方結(jié)構(gòu)中，如果a100位錯(cuò)是純螺位錯(cuò)，下式的反應(yīng)是可行的：a 110/2+a110 /2a100。如果是純?nèi)形诲e(cuò)則是不可行的。若a110/2 位錯(cuò)滑移運(yùn)動(dòng)，上式反應(yīng)在哪些面上進(jìn)行? 8、已知在（111）面上，a 11 0/2a21 1/6+a121/6，在(111)面上，a 11 0/2a211/6+a12 1/6，即領(lǐng)先位錯(cuò)a21 1/6、a211/6在滑移面交線處合成為一個(gè)新的位錯(cuò)，計(jì)算生成位錯(cuò)的l、

7、b，并討論新生成位錯(cuò)的可動(dòng)性？9、證明交于一點(diǎn)的三條晶界夾角相等，且為120°？10、試分析相界上第二相形貌與兩面角的關(guān)系？晶體擴(kuò)散作業(yè)題1、如圖所示，在Ni和Ta中間插入一個(gè)0.05cm厚的MgO層作為擴(kuò)散屏障以阻止Ni和Ta兩種金屬之間的相互作用。在1400 時(shí)，Ni原子能穿過(guò)MgO層擴(kuò)散到Ta中。計(jì)算：、每秒鐘通過(guò)MgO層的Ni原子數(shù)；、Ni原子層減少的速度v，減少一微米厚度所需的時(shí)間是多少（？已知Ni原子在MgO中的擴(kuò)散系數(shù)是9×1012cm2/s，且1400時(shí)Ni原子的晶格常數(shù)為3.6×108cm。被MgO層隔離開(kāi)的Ni和Ta擴(kuò)散偶解： 【擴(kuò)散第一定律的

8、應(yīng)用】在Ni和MgO界面上Ni的濃度為：在Ta和MgO界面上Ni的濃度應(yīng)為0，所以濃度梯度為：Ni通過(guò)MgO的擴(kuò)散通量為： 由于（擴(kuò)散的連續(xù)性） cm/s由此可得，Ni層減少一微米所需的時(shí)間為：2、設(shè)碳原子在鐵中的八面體間隙三維空間中躍遷。(1)、試證明碳原子在在鐵中擴(kuò)散系數(shù)，其中a為點(diǎn)陣常數(shù)，為間隙原子的跳動(dòng)頻率。(2)、躍遷的步長(zhǎng)為2.53×1010m。鐵在925滲碳4h，碳原子躍遷頻率為1.7×109/s，求碳原子總遷移路程S和碳原子總遷移的均方根位移。解(1)立方晶系的三維擴(kuò)散系數(shù)可表示為：。FCC晶體中，碳原子擴(kuò)散距離 , 則。(2) 碳原子跳動(dòng)次數(shù),已知躍遷步長(zhǎng)

9、，則碳原子總遷移路程=6193.44(m)碳原子總遷移的均方根位移(m)3、對(duì)含碳0.1的碳鋼工件在900進(jìn)行滲碳處理。表面保持1.2C的滲碳?xì)夥?。要求距工件表?.2 cm處含碳0.45，已知碳在奧氏體中擴(kuò)散系數(shù)。計(jì)算：(1)、滲碳時(shí)間；(2)、如果要求距工件表面0.3 cm處含碳0.45，滲碳時(shí)間延長(zhǎng)多少倍；(3)、如果是純鐵，滲碳溫度為800，示意畫(huà)出工件相分布與碳濃度分布。解： 【擴(kuò)散第二定律的應(yīng)用】（1）已知：Cs1.2C，C00.1C，Cx0.45C，x0.2cm則查表得 對(duì)于FCC鐵中碳的擴(kuò)散有：查表得由此可得，熱處理的溫度和時(shí)間應(yīng)滿足下面的關(guān)系溫度（T）為900（1173 K）時(shí)，時(shí)間（t）應(yīng)為116,174秒。（2）（3）（反應(yīng)擴(kuò)散）4、設(shè)bccFe加熱到1000k，一側(cè)與CO/CO2混合氣體接觸使在表面C的濃度為0.2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），另一側(cè)與氧化氣氛接觸，使C濃度保持0%，計(jì)算每秒每平方厘米傳輸?shù)胶蟊砻娴腃的原子數(shù)。已知板厚0.1cm，bccFe的密度約為7.9g/cm2，1000k時(shí)擴(kuò)散系數(shù)為8.7×107cm2/s.純金屬凝固作業(yè)題1、已知液態(tài)純鎳在過(guò)冷度為319時(shí)發(fā)生均勻形核。設(shè)臨界晶核半徑為1nm，純鎳的熔點(diǎn)為  1726K，熔化熱Hm=18075J