材科基考点强化第4讲缺陷.docx

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材科基考点强化第4讲缺陷

材科基考点强化（第4讲--缺陷）

本章特点

本章的中心内容就是各种缺陷的分类，特性，相互作用以及对材料的影响。

重点是位错的理解。

出题形式

本章内容试题的题型有选择题、简答题、此类试题的容量和难度都不会太大，以记忆知识为主，比较简单。

但还有综合性质的计算题，这类题目难度较大，需要对于知识有更深入的掌握，理解和运用。

主要考点

考点1：

晶体缺陷的分类

考点2：

空位浓度的计算

考点3：

点缺陷的分类和形成

考点4：

点缺陷对于材料性能的影响

考点5：

位错的一些基础知识:

位错分类，柏氏矢量，滑移方式

考点6：

位错的运动与增殖

考点7：

位错的相互作用

考点8：

扩展层错

考点9：

位错应力场

考点10：

位错与点缺陷和面缺陷的交互作用

考点11：

全位错，不全位错

考点12：

位错反应

考点13：

面缺陷的分类

考点14：

晶界

考点15：

相界

考点1：

晶体缺陷的分类

例1：

什么是晶体缺陷？

按照晶体缺陷的几何组态，晶体缺陷可分为哪几类？

例2：

缺陷的特征是（）。

A．不随外界条件的改变而变动，也不会合并和消失

B．随着各种条件的改变而不断变动，它们运动，发展以及会产生交互作用、合并和消失。

C．随着各种条件的改变而不断变动，但不产生交互作用，不会合并和消失

考点2：

空位浓度的计算

（1）已知温度T，求形成能。

例：

由600℃降温到300℃时，锗晶体中的空位平衡浓度降低了6个数量级。

试计算锗晶体中的空位形成能（玻尔兹曼常数k=1.38×10-23J/K）。

（2）已知形成能，求温度T。

例：

计算某金属的空位浓度比室温（300K）空位浓度大1000倍时的温度。

已知Cu的空位形成能力为1.7×1019J/mol。

（3）求点缺陷数目

例1：

已知空位形成能是1.08eV/atom，铁的原子量是55.85，铁的密度是7.65g/cm3，阿伏加德罗常数NA=6.023×1023，玻尔兹曼常数k=8.62×10-5eV/atom-K，请计算1立方米的铁在850℃下的平衡数目。

例2：

铝的密度是2.69g/cm3，假设其中只有肖脱基空位，求空位浓度。

（阿伏加德罗常数6.02×1023，铝的原子量是26.96，铝的点阵常数0.4049nm）

考点3：

点缺陷的分类和形成

例1：

下面关于Schottky和Frenkel缺陷的表述中，错误的为（）。

A．Schottky缺陷同时包含空位和间隙原子

B．Frenkel缺陷的形成能通常较Schottky缺陷大

C．同温度下，通常Schottky缺陷的浓度大于Frenkel缺陷

例2：

弗伦克缺陷是（）。

A．原子移到表面外新的位置，原来位置则形成空位

B．原子离开平衡位置后，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，成对产生

C．正、负离子的二元体系，原子移到表面新的位置，原来位置空位成对出现

例3：

纯金属中主要的点缺陷有哪些，简述其可能的产生原因。

例4：

过饱和点缺陷产生的原因有________、________、________。

例5：

什么是空位平衡浓度？

为什么说空位是一种热力学上平衡的缺陷？

考点4：

点缺陷对于材料性能的影响

例1：

纯金属中溶入另一组元后（假设不会产生新相）会带来哪些微观结构上的变化？

这些变化如何引起性能上的变化？

例2：

为什么固溶体的强度常比纯金属高？

例3：

冷变形使金属中产生大量的空位、位错等晶体缺陷，对置换固溶体中的扩散过程而言，这些缺陷的存在将导致（）。

A．阻碍原子的移动，减慢扩散过程B．对扩散过程无影响

C．有时会加速扩散，有时会减弱扩散D．加速原子的扩散过程

考点4：

位错的一些基础知识：

位错分类，柏氏矢量，滑移方式

例1：

简述位错、位错线和柏氏矢量（

）的概念，并论述柏氏矢量和位错线的相对关系。

例2：

名词解释：

刃型位错。

例3：

判断题：

位错属于线缺陷，因为它的晶格畸变区为一条几何线。

例4：

判断题：

位错属于线缺陷，但它实际上是一个晶格畸变的管道区域。

例5：

名词解释：

晶格摩擦力。

例6：

一根位错环能否各部分都是螺型位错或都是刃型位错？

请说明之。

例7：

名词解释：

交滑移。

例8：

在位错发生滑移时，请分析刃位错、螺位错和混合位错的位错线l与柏氏适量

、外加切应力

与柏氏矢量

、外加切应力

与位错线l之间的夹角关系，及位错线运动方向。

考点5：

位错的运动与增殖

例1：

位错在晶体中运动的方式有________和________，金属晶体塑性变形方式有________和________。

例2：

名词解释：

多滑移。

例3：

名词解释：

攀移。

例4：

能产生交滑移的位错必然是________位错。

例5：

位错滑移应满足（）。

A．有切应力作用在位错滑移面上，且垂直于其B矢量方向，位错才会运动或者趋于运动

B．有压应力作用在位错滑移面上，且垂直于其B矢量方向，位错才会运动或者趋于运动

C．有切应力作用在位错滑移面上，且平行于其B矢量方向，位错才会运动或者趋于运动

例6：

论述位错的运动方式、条件及其对材料变形的影响。

例7：

如图所示，四方形单晶体中有一矩形位错环ABCD，其各段分别平行于x轴和y轴，其柏氏矢量平行于x轴。

（1）写出各位错段的位错类型；

（2）写出AD段与BC段单位长度位错线间的相互作用力的大小及方向；（3）写出AB段与DC段单位长度位错线间的相互作用力的大小及方向；（4）τ所造成的一对切应力-σyx，该切应力作用在各位错段单位长度上力的大小及方向为：

AB上无作用力；BC为τb，-z方向；CD上无作用力；DA为τb，z方向。

分析在切应力τ持续作用下该位错环在运动中的形状变化及晶体形状的变化。

例8：

某铜单晶体在外加拉伸应力作用下，首先开动的滑移系为（

）

。

（1）写出引起滑移的单位位错的柏氏矢量，并说明原因；

（2）如果滑移是由纯螺型单位位错引起的，试指出位错线的方向以及滑移时位错线运动的方向；（3）假定拉伸轴方向为[001]，外加拉伸应力

，求在上述滑移面上该螺型位错所受力的大小和方向。

（已知Cu的点阵常数a=0.36nm）

例9：

假定某面心立方晶体（点阵常数为a）中的活动滑移系为

。

（1）给出引起滑移的单位位错的柏氏矢量，加以说明；

（2）若引起此滑移的为刃型位错，指明位错线方向及其移动方向；（3）若引起此滑移的为螺型位错，指明位错线方向及其移动方向。

考点6：

位错的相互作用

例1：

解释名词：

位错割阶。

例2：

两平行螺型位错，当柏氏矢量同向时，其相互作用力（）。

A．为零B．相斥C．相吸

例3：

下面哪一点可以描述两平行螺型位错间的相互作用（滑移）的特征？

（）

A．位错同号相斥，异号相吸，作用大小与位错间距成反比

B．具有相同符号的位错按垂直方向排列起来是稳定的；位错的符号相反，稳定方位随之改变。

C．由于相互之间不能提供对方滑移所需的应力场，所以，两位错间作用较小

例4：

如图所示，在xy坐标原点有一正刃形位错，试标出图中分别与x、y坐标轴成45°位置上各位错的受力方向。

考点7：

扩展层错

例1：

名词解释：

扩展位错。

例2：

名词解释：

层错能。

例3：

层错和不完全位错之间的关系是（）。

A．层错和不完全位错交替出现

B．层错和不完全位错能量相同

C．层错能越高，不完全位错柏氏矢量的模越小

D．不完全位错总是出现在层错和完整晶体的交界处

例4：

请简单说明层错能高低对螺型位错交滑移的影响，及其对金属加工硬化速率的影响。

例5：

在铜单晶体中的（111）和（

）滑移面上各存在一个柏氏矢量为

和

的全位错。

当它们分解为扩展位错时，其领先位错分别为

和

。

（1）当两领先位错在各自的滑移面上运动相遇时，发生了新的位错反应。

试写出其位错反应式，判断该反应是否自发进行？

并分析该新生成的位错其位错特性和运动性质；

（2）已知铜单晶点阵常数a=0.36nm，切变模量G=

MPa，层错能

，试求上述柏氏矢量为

的位错形成扩展位错的宽度。

例6：

试从柏氏矢量、位错类型、位错线形状和可能的运动方式比较面心立方晶体全位错、弗兰克分位错、肖克莱分位错和面角位错的特点。

考点8：

位错应力场

例1：

下面关于位错应力场的表述中，正确的是（）。

A．螺型位错的应力场中正应力分量全为零

B．刃型位错的应力场中正应力分量全为零

C．刃型位错的应力场中切应力分量全为零

例2：

螺型位错和刃型位错的不同在于（）。

A．刃型位错不引起剪切畸变，也不引起体积的膨胀和收缩，螺型位错反之

B．刃型位错引起压缩变形，螺型位错引起体积的膨胀

C．螺型位错只引起剪切畸变，而不引起体积的膨胀和收缩，刃型位错反

考点9：

位错与点缺陷和面缺陷的交互作用

例1：

点缺陷（如间隙原子或代位原子）和线缺陷（如位错）为何会发生交互作用？

这种交互作用如何影响力学性能？

例2：

（1）晶体内若有较多的线缺陷（位错）或面缺陷（晶界、孪晶界等），其强度会明显升高，这些现象称为什么？

强度提高的原因是什么？

（2）上述的两类缺陷是怎样进入晶体的？

举例说明如何提高这些缺陷的数目？

考点10：

全位错，不全位错

例1：

名词解释：

全位错与不全位错。

常见的不全位错有哪些？

例2：

阐明堆垛层错与不全位错的关系，指出面心立方结构中常产生的不全位错的名称、柏氏矢量和它们各自的特性。

例3：

下列柏氏矢量可能表示了简单立方晶体中的全位错（）。

A．[100]B．1/2[110]C．1/3[111]

例4：

在面心立方晶体中可能存在哪些类型的不全位错？

并给出其柏氏矢量的表达式。

例5：

面心立方全位错的柏氏矢量为________，体心立方________，hcp为________。

考点11：

位错反应

例1：

试分析在fcc中下述反应能否进行？

例2：

请比较fcc晶体中

和

两位错的畸变能哪个较大。

例3：

判断下列位错反应能否进行，并说明理由：

（1）

；

（2）

。

考点12：

面缺陷的分类

例：

通常把晶体的界面分为________、________和________三类。

考点13：

晶界

例1：

晶界从结构上可分为哪几种类型？

晶界结构的普遍特点是什么？

例2：

举例或画图说明什么是小角晶界的位错模型？

描述大角晶界有何模型？

其含义是什么？

例3：

解释对称倾侧晶界。

例4：

比较大角度晶界能与表面能的大小，并分析其原因。

例5：

层错能与小角度晶界能的大小比较，及原因分析。

例6：

小角度晶界由位错构成，其中对称倾转晶界由________位错构成，扭转晶界由________位错构成。

考点14：

相界

例：

合金中有哪几类相界面？

各具有什么样的结构特征？