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?