晶體中的結構缺陷試題及答案

1、晶體中的結構缺陷試題及答案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、畫一個園形位錯環(huán)，并在這個平面上任意劃出它的柏氏矢量及位線的方向，據此指出位錯環(huán)各線段的性質，注意指明刃型位錯的正負及螺型位錯的左右？答：A點負刃型位錯。C點正刃型位錯。B點左螺型位錯。

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

3、形，亞晶的傾斜角為5度，若位錯全部是刃型位錯b=a1。1,柏氏矢量大小等于2M10,m,試求亞晶2界上位錯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依題義位錯全部集中亞晶上即正六邊形六條邊上則每條邊上有位錯根數為：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、拉應力,求（iii）面上柏氏矢量b=的螺型位錯上所受的法向力，（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滑移系為1111I!110LI八一試給出引起滑移的位錯的柏氏矢量，并加以說明。如果滑移是由純刃

5、型位錯引起的，試指出位錯線的方向。如果滑移是由純螺型位錯引起的，試指出位錯線的方向。指出在上述兩種情況下，滑移時位錯線的運動方向。假定在該滑移系上作用一大小為0.7MN/m2的切應力。試計算單位長度刃型位錯及單位長度螺型位錯線受力的大小和方向。（取點陣常數為a=0.2nm）解：（1）因為滑移方向應和柏氏矢量方向相同，所以是a1W2一（2）純刃型位錯應和b垂直刃型位錯的方向應為OC,112（31應和R行是AB,位錯線為右螺旋時的方向為10位錯線為左螺旋時的方向為101（4聲刃型位錯，情況下，運動方向同AB.101螺型位錯，情況下，運動方向和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）面上運動的柏氏矢量為b=a忻01的螺型位錯受阻時，能否2通過交滑移到ii7）iiTi；，i）面中的某個面上繼續(xù)運動？為什么？-I1答:;1111，口（111，目交于.110兩個面有共同的柏氏矢量a|1101二可以由（111p一工、人fW111次滑移，而另兩個面則不能J，8、已知全位錯a101能夠同尚克萊不全位錯a12相結合形成一個弗蘭克不全位錯,2_6_試說明：1）、新形成的弗蘭克不全位錯的柏氏矢量。2）、這個位錯為什么稱為固定位錯？-a0aaa112122263）、試從能量關

7、系判斷反應能否進行？a3111一易滑移面，因此不能2)a101在(111世，a121111k，而a111刃型位錯在2!61J33一該弗蘭克不全位錯的滑移面為位錯線和伯氏矢量組成的平面，不是位錯所在的平面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.1b223,143=3Ge=32610e=35.6Mpa1316、簡單立方晶體中（100）面上有一位錯，b=10I位錯線方向平行（001，問:1）若在001用上一b=O1O位錯方向平行1oo加位錯與之相交割，會發(fā)生什么結果？2）若在（001）面上有一個b=100,方向平行100的位錯與之相交割，則會發(fā)生什么結果?3）交割的結果對進一

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

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二可以進行由左T右66322）由圖可見不符合幾何條件（矢量條件）反應前柏氏矢量和反應后柏氏知量不是首尾相接，所以不能進行。3）由圖可見付合矢量條件其能Jb2刖2=12a2a222十=-a尸b1212=6369na22a2可見反應式左邊能量小于右邊二在無外力作用時反應由右向左進行（反向）18、如圖所示，在同一滑移面上，有兩個相互平行的螺位錯，

10、若該組位錯是同號（或異號（b）,試分別說明它們的運動方向。答：同號相斥，異號相吸即a圖相斥，b圖相吸。19、試指出圖中兩條位錯線的性質。若位錯所在滑移面為面心立方的（111）試分析其中哪條位錯線容易運動？說明兩位錯線在運動過程中可能發(fā)生的變化。解：設位錯線方向如圖所示。A中的bc,de假設為刃型扭折。ab,cd假設為右螺型位錯。（111）是A的滑移面，所以當A運動時bc段向M邊側de段向N邊側，A螺型位錯整體向左移動，所以容易運動。而B中12,34設為刃型割階（其余為右螺型位錯）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）運動時，要拖代12,3-4的半原子面攀移。

11、因此在低溫時，運動困難將產生一串空位。20、如圖所示，在相距為h的滑移面上有兩個互相平行的同號刃型位錯A,B試求出位錯B通過A上面時所需的切應力表達式。解：建一個座標系，A放在原點上，B離開Aox二r2b2,y=h1設B由xGbT0（由現在位置22T)A正上方）用的切應力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，位錯A,B相吸b.當xy時A,B相斥,當x二h時,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.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能r=10erg/cm）說明新位錯的性質。,切變模量G為7父1010N/m2,點陣常數a=3.0A波松比v為0.3試確定-112-|21116.6_兩個不全位錯之間的平衡距離？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）當外加拉應力軸向為求新位錯受到的力？01仃

13、=4黑106Pa時,Jb2一刖112a解：1)271)-a12,12-02二a24212411013）-110系全位錯22+12+02-1a2,能向正向（右）進行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2）;使位錯受的力f應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位錯當他們發(fā)生位錯反應時。1）試寫出位錯反應式，并用能量條件確定反應進行方向。b=1.41410aNm23、試說明下列各位錯反應是否可以進行?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，所以不能進行。3）幾何條件由圖可見不可以，所以不能進行。24、面心立方晶體（111）面上有一位錯，當它沿10方向發(fā)生切變?yōu)閍=時，圖示并寫出該單位位錯的柏氏矢量，若該位錯為刃型位錯或螺型位錯時，試分別指出其位錯線方向。解：因為切變方向即是柏氏矢量方向，由已、2知條件，切變?yōu)?a,據右手定則,2T所以其單位位錯的b=a_I2.1101若為刃型必垂直b,且在（iii）上，所以該刃型位錯是OA,方向為112,若為螺型，必平行于b,且和b同向，所以該螺型位錯線BA方向為I|ii0L25、設有兩個a相晶粒和一個P相晶粒，相交于一個公共晶棱，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a相和P相夾角應相等為360-i00=i302ri223ri3rHsin；=i30,；=i00sin侵sin23sin忙r二sin、.0.3sini300.3