晶體中的結(jié)構(gòu)缺陷試題及答案

1、晶體中的結(jié)構(gòu)缺陷試題及答案1、純鐵中空位形成能為105KJ/mol,將純鐵加熱到850c后激冷至室溫（20C）,若高溫下的空位能全部保留。試求過飽和空位濃度和平衡空位濃度的比值解：850C:C1=Aexp(-Q.RT1)200C:C2=Aexp(-Q.RT2)C1Q11105102J/mol11.=exp(一一一)=exp(-)C2RT2T18.31J/mol293112313=exp31.58=5.2102、畫一個(gè)園形位錯(cuò)環(huán)，并在這個(gè)平面上任意劃出它的柏氏矢量及位線的方向，據(jù)此指出位錯(cuò)環(huán)各線段的性質(zhì)，注意指明刃型位錯(cuò)的正負(fù)及螺型位錯(cuò)的左右？答：A點(diǎn)負(fù)刃型位錯(cuò)。C點(diǎn)正刃型位錯(cuò)。B點(diǎn)左螺型位錯(cuò)。

2、D點(diǎn)為右螺型位錯(cuò)。其余各段為混合位錯(cuò)。3、某晶體中一條柏氏矢量為a001】的位錯(cuò)線，位錯(cuò)的一端位于晶體表面，另一端和兩條位錯(cuò)線相連接。其中一條的柏矢量為a口、1I求另一條位2一錯(cuò)線的柏氏矢量。解：據(jù)工bi=0,即7=72+,a0011=a.|1111+b32IL.b2=a*1112由已知,e1-a010,e2-a|p01,設(shè)和對e3作回路B3,B3前進(jìn)并擴(kuò)大時(shí)柏氏回路B1+B2的柏氏矢量為e1,e2相交的位錯(cuò)為e3,可以和位錯(cuò)e1,e2的柏氏回路bib2,b3-bib2B1+B2相重合而4、在鋁試樣中，測得晶粒內(nèi)部位錯(cuò)密度為5父109cm上，假定位錯(cuò)全部集中在亞晶界上，每個(gè)晶粒的截面均為正六邊

3、形，亞晶的傾斜角為5度，若位錯(cuò)全部是刃型位錯(cuò)b=a1。1,柏氏矢量大小等于2M10,m,試求亞晶2界上位錯(cuò)間距和亞晶的平均尺寸。解：由圖可見OA為色（01=2父10m,a=2父10上=a=2姮父102-2-10-2.82810刀m_10b210-1,D=0=2,28nm二0.0175502,.：?-5109/cm2=5102/nm2,1cm=107nm依題義位錯(cuò)全部集中亞晶上即正六邊形六條邊上則每條邊上有位錯(cuò)根數(shù)為：二=5_土=8766:D=2.28nm二六邊形邊長為：2.28X87=198.36nm則晶粒外接圓直徑d=2198.36=396.72nm5、鋁單晶體沿010方向承受8000pa的

4、拉應(yīng)力,求（iii）面上柏氏矢量b=的螺型位錯(cuò)上所受的法向力，（已知a=0.4nm）解:=k為DBT=工cos600,OE為cos(D.a=_.3a3P.-cos、,-cos,F=3.26；：10-N.nm2.二,1cos6001或AD在下力作用下滑移11（111y法向0,577,P和滑移方向,.coscosFF=丁石,三是T1的分二,中為外力P和法向夾角由圖可見BC夾角九=450，=810310-102b-a=0.283nm2一cos60f=.b=4.61310-N/nm6、假定某面心立方晶體的活動(dòng)滑移系為1111I!110LI八一試給出引起滑移的位錯(cuò)的柏氏矢量，并加以說明。如果滑移是由純?nèi)?/p>

5、型位錯(cuò)引起的，試指出位錯(cuò)線的方向。如果滑移是由純螺型位錯(cuò)引起的，試指出位錯(cuò)線的方向。指出在上述兩種情況下，滑移時(shí)位錯(cuò)線的運(yùn)動(dòng)方向。假定在該滑移系上作用一大小為0.7MN/m2的切應(yīng)力。試計(jì)算單位長度刃型位錯(cuò)及單位長度螺型位錯(cuò)線受力的大小和方向。（取點(diǎn)陣常數(shù)為a=0.2nm）解：（1）因?yàn)榛品较驊?yīng)和柏氏矢量方向相同，所以是a1W2一（2）純?nèi)行臀诲e(cuò)應(yīng)和b垂直刃型位錯(cuò)的方向應(yīng)為OC,112（31應(yīng)和R行是AB,位錯(cuò)線為右螺旋時(shí)的方向?yàn)?0位錯(cuò)線為左螺旋時(shí)的方向?yàn)?01（4聲刃型位錯(cuò)，情況下，運(yùn)動(dòng)方向同AB.101螺型位錯(cuò)，情況下，運(yùn)動(dòng)方向和b垂直即OC或CO方向（12Ip12j2-25f=b,.

6、=0.7MN/m,ba=0.14nm2f=0.710610“0.1410,=9.810，N.cm7、試分析在（iii）面上運(yùn)動(dòng)的柏氏矢量為b=a忻01的螺型位錯(cuò)受阻時(shí)，能否2通過交滑移到ii7）iiTi；，i）面中的某個(gè)面上繼續(xù)運(yùn)動(dòng)？為什么？-I1答:;1111，口（111，目交于.110兩個(gè)面有共同的柏氏矢量a|1101二可以由（111p一工、人fW111次滑移，而另兩個(gè)面則不能J，8、已知全位錯(cuò)a101能夠同尚克萊不全位錯(cuò)a12相結(jié)合形成一個(gè)弗蘭克不全位錯(cuò),2_6_試說明：1）、新形成的弗蘭克不全位錯(cuò)的柏氏矢量。2）、這個(gè)位錯(cuò)為什么稱為固定位錯(cuò)？-a0aaa112122263）、試從能量關(guān)

7、系判斷反應(yīng)能否進(jìn)行？a3111一易滑移面，因此不能2)a101在(111世，a121111k，而a111刃型位錯(cuò)在2!61J33一該弗蘭克不全位錯(cuò)的滑移面為位錯(cuò)線和伯氏矢量組成的平面，不是位錯(cuò)所在的平面111,也不是其它111加不是面心立方晶體的滑移，稱為固定位錯(cuò).1b223,143=3Ge=32610e=35.6Mpa1316、簡單立方晶體中（100）面上有一位錯(cuò)，b=10I位錯(cuò)線方向平行（001，問:1）若在001用上一b=O1O位錯(cuò)方向平行1oo加位錯(cuò)與之相交割，會(huì)發(fā)生什么結(jié)果？2）若在（001）面上有一個(gè)b=100,方向平行100的位錯(cuò)與之相交割，則會(huì)發(fā)生什么結(jié)果?3）交割的結(jié)果對進(jìn)一

8、步運(yùn)動(dòng)有何影響?解：1）ei,e2兩根位錯(cuò)線交割前后的情況如圖所示，交割后在ei,e2上各產(chǎn)生一段扭折（m-m/）和（n-n）2）ei,s兩根位錯(cuò)交割前后如圖所示，交割后在ei上產(chǎn)生一段割階（t-S）,在s上產(chǎn)生一段扭折（a-a/）3）位錯(cuò)線產(chǎn)生扭折后在繼續(xù)沿原來的滑移面運(yùn)動(dòng)過程中，由于線張力的作用，扭折會(huì)消失。位錯(cuò)線上產(chǎn)生割階后，要繼續(xù)在原來的滑移面上運(yùn)動(dòng)，需更在的外力做功。提供割階隋位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)發(fā)生攀移（割階那段位錯(cuò)的滑移面和原來的滑移面不同所以只能攀移）時(shí)所需的空位或間隙原子形成能及遷移能。17、根據(jù)位錯(cuò)反應(yīng)必須滿足的條件，試判斷下列位錯(cuò)反應(yīng)在面心立方晶體中能否進(jìn)行，并確定無外力作用時(shí)反應(yīng)方

9、向。1-101=-211-1122IL2-112l+a111匕-111326IL3-112I+-110卜：-1111663解：1）矢量（幾何）條件可以，其能量條件:22:一一a11)362222a.2a2(1+1)=工后b=(22362222=a+a=a(a二可以進(jìn)行由左T右66322）由圖可見不符合幾何條件（矢量條件）反應(yīng)前柏氏矢量和反應(yīng)后柏氏知量不是首尾相接，所以不能進(jìn)行。3）由圖可見付合矢量條件其能Jb2刖2=12a2a222十=-a尸b1212=6369na22a2可見反應(yīng)式左邊能量小于右邊二在無外力作用時(shí)反應(yīng)由右向左進(jìn)行（反向）18、如圖所示，在同一滑移面上，有兩個(gè)相互平行的螺位錯(cuò)，

10、若該組位錯(cuò)是同號(hào)（或異號(hào)（b）,試分別說明它們的運(yùn)動(dòng)方向。答：同號(hào)相斥，異號(hào)相吸即a圖相斥，b圖相吸。19、試指出圖中兩條位錯(cuò)線的性質(zhì)。若位錯(cuò)所在滑移面為面心立方的（111）試分析其中哪條位錯(cuò)線容易運(yùn)動(dòng)？說明兩位錯(cuò)線在運(yùn)動(dòng)過程中可能發(fā)生的變化。解：設(shè)位錯(cuò)線方向如圖所示。A中的bc,de假設(shè)為刃型扭折。ab,cd假設(shè)為右螺型位錯(cuò)。（111）是A的滑移面，所以當(dāng)A運(yùn)動(dòng)時(shí)bc段向M邊側(cè)de段向N邊側(cè)，A螺型位錯(cuò)整體向左移動(dòng)，所以容易運(yùn)動(dòng)。而B中12,34設(shè)為刃型割階（其余為右螺型位錯(cuò)）其滑移面為1：01（111）,不是面心立方晶體的易滑移面。再有B向左（右）運(yùn)動(dòng)時(shí)，要拖代12,3-4的半原子面攀移。

11、因此在低溫時(shí)，運(yùn)動(dòng)困難將產(chǎn)生一串空位。20、如圖所示，在相距為h的滑移面上有兩個(gè)互相平行的同號(hào)刃型位錯(cuò)A,B試求出位錯(cuò)B通過A上面時(shí)所需的切應(yīng)力表達(dá)式。解：建一個(gè)座標(biāo)系，A放在原點(diǎn)上，B離開Aox二r2b2,y=h1設(shè)B由xGbT0（由現(xiàn)在位置22T)A正上方）用的切應(yīng)力fAbBx：(x-y二h,x/22=、r_hxB2二(1一v)(2x-y2)2,yf0rGbabbx(x2_h23_-dx)xB.r2h22二(1-v)(x2-hGbAbb0x(x2h22)dx2二（1一v)2.2r_h2(x二h2)a.上述情況為xy|時(shí)，位錯(cuò)A,B相吸b.當(dāng)xy時(shí)A,B相斥,當(dāng)x二h時(shí),x最大f0Gbabb

12、x(x2h21dx2)xB.r2h22二(1v)(x23h2GbAbB0x(x2h2)dx2二（1一v)Jv2.2rh(x2-h2)21殳B正在A上方.此時(shí).x=0.fx=0.B處于穩(wěn)定位置21、已知某面心立方晶體的堆垛層錯(cuò)能r=10erg/cm）說明新位錯(cuò)的性質(zhì)。,切變模量G為7父1010N/m2,點(diǎn)陣常數(shù)a=3.0A波松比v為0.3試確定-112-|21116.6_兩個(gè)不全位錯(cuò)之間的平衡距離？4,2-210-2_J0解：由已知r=1父10J/m,G=7x10v/m,a=3x10m廄3病_L0b=a=x10m66Gb1b210=167.210-m3）當(dāng)外加拉應(yīng)力軸向?yàn)榍笮挛诲e(cuò)受到的力？01仃

13、=4黑106Pa時(shí),Jb2一刖112a解：1)271)-a12,12-02二a24212411013）-110系全位錯(cuò)22+12+02-1a2,能向正向（右）進(jìn)行2,7=110注（001,:面心立方晶體滑移面是11:001不是易滑移面110星固定位錯(cuò)2）;使位錯(cuò)受的力f應(yīng)是和柏氏矢量平行先求出十,a仃在b=一2分力A&AOB為等邊，角AOB=6000二cos60=二=2106Pa222、若在AL單晶體（111）上，有丁=a,01丁2=-011位錯(cuò)當(dāng)他們發(fā)生位錯(cuò)反應(yīng)時(shí)。1）試寫出位錯(cuò)反應(yīng)式，并用能量條件確定反應(yīng)進(jìn)行方向。b=1.41410aNm23、試說明下列各位錯(cuò)反應(yīng)是否可以進(jìn)行?1)a|1l

14、/+a111ta1102)a100ta111+-p11I3)a112l+a32111.1)a111解：1）幾何條件，由圖可見不可以（柏氏矢量不能首尾相接能量條件-前b2-1a21+4二不能進(jìn)行22222222b=a1+1+02a1-a能量條件也不付合42）幾何條件由圖可見可以。同上求能量條件可知其量條件不符合，所以不能進(jìn)行。3）幾何條件由圖可見不可以，所以不能進(jìn)行。24、面心立方晶體（111）面上有一位錯(cuò)，當(dāng)它沿10方向發(fā)生切變?yōu)閍=時(shí)，圖示并寫出該單位位錯(cuò)的柏氏矢量，若該位錯(cuò)為刃型位錯(cuò)或螺型位錯(cuò)時(shí)，試分別指出其位錯(cuò)線方向。解：因?yàn)榍凶兎较蚣词前厥鲜噶糠较?，由已?知條件，切變?yōu)?a,據(jù)右手定則,2T所以其單位位錯(cuò)的b=a_I2.1101若為刃型必垂直b,且在（iii）上，所以該刃型位錯(cuò)是OA,方向?yàn)?12,若為螺型，必平行于b,且和b同向，所以該螺型位錯(cuò)線BA方向?yàn)镮|ii0L25、設(shè)有兩個(gè)a相晶粒和一個(gè)P相晶粒，相交于一個(gè)公共晶棱，并形成三叉晶界，已知P相所張的兩面角為i00。界面能為0.3j/m2，試求0（相和P相的界面能0。解：兩個(gè)a相和P相夾角應(yīng)相等為360-i00=i302ri223ri3rHsin；=i30,；=i00sin侵sin23sin忙r二sin、.0.3sini300.3