材基课后习题答案
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（G切变模量，γ层错能）
解答思路：
位错反应：a[-110]/2→a[-12-1]/6 + a[-211]/6
当两个肖克莱不全位错之间排斥力F＝γ（层错能）时，位错组态处于平衡，故依据位错之间相互作用力，F＝Gb1b2/2πd＝γ可得。
10、在面心立方晶体中，（111）晶面和（11-1）晶面上分别形成一个扩展位错：
•2.同理，被a [100]的螺位错交割，则沿[100]方向形成一段位错线段，此位错线段柏氏矢量仍为b= a [001]，由[100]与[001]决定的滑移面为（0-10），故为割阶
8．一个b=a[-110]/2的螺位错在（111）面上运动。若在运动过程中遇到障碍物而发生交滑移，请指出交滑移系统。
（111）面上b=a[-110]/2的螺位错运动过程中遇到障碍物而发生交滑移，理论上能在任何面上交滑移，但实际上只能在与原滑移面相交于位错线的fcc密排面（滑移面）上交滑移。
7．在简单立方晶体的（100）面上有一个b= a [001]的螺位错。如果它(a)被（001）面上的b= a [010]刃位错交割，(b)被（001）面上b= a [100]的螺位错交割，试问在这两种情形下每个位错上会形成割阶还是弯折？
•解答：1.弯折：被b= a [010]刃位错交割，则交截部分位错沿[010]方向有一段位移（位错线段），此位错线段柏氏矢量仍为b= a [001]，故决定的新的滑移面为（100），故为扭折。
理论上能在任何面上交滑移，但实际上在与原滑移面相交于位错线的fcc密排面（滑移面）上滑移。故柏氏矢量为a[110]/2的螺型位错只能在与相交于[110]的{111}面上交滑移，利用晶体学知识可知柏氏矢量为a[110]/2的螺型位错能在(1-11)面上交滑移。
9．面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错a[-110]/2，在(111)面上分解为两个肖克莱不全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出：
解答：(1)位错在各自晶面上滑动时，领先位错相遇，设领先位错为(11Βιβλιοθήκη Baidu)晶面的a[11-2 ]/6和
(11-1)晶面的a[112 ]/6发生位错反应
位错反应为：
a[11-2 ]/6＋a[112 ]/6→a[110 ]/3
故新位错的柏氏矢量为a[110 ]/3
平面(111)
平面(11-1)
两个平面(h1 k1 l1)与(h2 k2 l2)相交后交线，即为晶带轴，设为<uvw>，满足hu+kv+lw=0关系，可得
•求各段位错线所受的力的大小及方向。
•在τ的作用下，该位错环将如何运动？
•在τ的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大？
解答：如图所示位错类型，其他部位为混合位错
各段位错线所受的力：τ1＝τb，方向垂直位错线
在τ的作用下，位错环扩展
在τ的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，则τ＝Gb/2R，其最小半径应为R＝Gb/2τ
(111)晶面：a[10-1]/2→a[11-2 ]/6 + a[2-1-1]/6
(11-1)晶面：a[011]/2→a[112 ]/6 + a[-121]/6
试问：
(1)两个扩展位错在各自晶面上滑动时，其领先位错相遇发生位错反应，求出新位错的柏氏矢量；
•(2)用图解说明上述位错反应过程；
•(3)分析新位错的组态性质
1．解释以下基本概念
肖脱基空位
弗兰克耳空位
刃型位错
螺型位错
混合位错
柏氏矢量
位错密度
位错的滑移
位错的攀移
弗兰克—瑞德源
派—纳力
单位位错
不全位错
堆垛层错
位错反应
扩展位错。
位错密度：ρv＝L/V(cm/cm3)；)
ρa＝1/S (1/cm2）
2．纯铁的空位形成能为105kJ/mol.将纯铁加热到850℃后激冷至室温(20℃)，假设高温下的空位能全部保留，试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。
•解答：利用空位浓度公式计算
•850℃(1123K)：Cv1＝
•后激冷至室温可以认为全部空位保留下来
•20℃(293K)：Cv2＝
•Cv1 /Cv2=
3．计算银晶体接近熔点时多少个结点上会出现一个空位（已知：银的熔点为960℃，银的空位形成能为1.10eV，1ev＝）?若已知Ag的原子直径为0.289nm，问空位在晶体中的平均间距。1eV＝1.602*10-19J
•“扭折”可以是刃型、亦可是“螺型”，可随位错线一道运动，几乎不产生阻力，且它可因位错线张力而消失
•“割阶”都是刃型位错，有滑移割阶和攀移割阶，割阶不会因位错线张力而消失，两个相互垂直螺型位错的交截造成的割节会阻碍位错运动
5．如图，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b的位错环，并受到一均匀切应力τ。
•分析该位错环各段位错的结构类型。
故柏氏矢量为a[-110]/2的螺型位错只能在与相交于[-110]的{111}面上交滑移，利用晶体学知识可知柏氏矢量为的螺型位错能在(-1-11)面上交滑移。
9.在fcc晶体的(-111)面上，全位错的柏氏矢量有哪些？如果它们是螺型位错，能在哪些面上滑移和交滑移？
解答：如图可知。fcc晶体的(-111)[面上全位错的柏氏矢量有a[101]/2、a[110]/2和a[0-11]/2，它们是螺型位错能在原滑移面(-111)面上滑移.
解答：得到Cv＝e10.35
Ag为fcc，点阵常数为a=0.40857nm，
设单位体积内点阵数目为N，则N＝4/a3，＝？
单位体积内空位数Nv＝N Cv
若空位均匀分布，间距为L，则有=?
4．割阶或扭折对原位错线运动有何影响？
解答：取决于位错线与相互作用的另外的位错的柏氏矢量关系，位错交截后产生“扭折”或“割阶”
u+v+w＝0
u+v-w＝0
求得uvw比值1:-1:0
新位错的组态性质：
新位错柏氏矢量为a[110 ]/3 ，而两个位错反应后位错线只能是两个滑移面（111）与（11-1）的交线，即[1-10]，
6．在面心立方晶体中，把两个平行且同号的单位螺型位错从相距100nm推进到3nm时需要用多少功（已知晶体点阵常数a=0.3nm，G=7×1010Pa）？
•解答：两个平行且同号的单位螺型位错之间相互作用力为：F=τb＝Gb1b2/2πr，b1＝b2，所以F= Gb2/2πr
从相距100nm推进到3nm时需要功
解答思路：
位错反应：a[-110]/2→a[-12-1]/6 + a[-211]/6
当两个肖克莱不全位错之间排斥力F＝γ（层错能）时，位错组态处于平衡，故依据位错之间相互作用力，F＝Gb1b2/2πd＝γ可得。
10、在面心立方晶体中，（111）晶面和（11-1）晶面上分别形成一个扩展位错：
•2.同理，被a [100]的螺位错交割，则沿[100]方向形成一段位错线段，此位错线段柏氏矢量仍为b= a [001]，由[100]与[001]决定的滑移面为（0-10），故为割阶
8．一个b=a[-110]/2的螺位错在（111）面上运动。若在运动过程中遇到障碍物而发生交滑移，请指出交滑移系统。
（111）面上b=a[-110]/2的螺位错运动过程中遇到障碍物而发生交滑移，理论上能在任何面上交滑移，但实际上只能在与原滑移面相交于位错线的fcc密排面（滑移面）上交滑移。
7．在简单立方晶体的（100）面上有一个b= a [001]的螺位错。如果它(a)被（001）面上的b= a [010]刃位错交割，(b)被（001）面上b= a [100]的螺位错交割，试问在这两种情形下每个位错上会形成割阶还是弯折？
•解答：1.弯折：被b= a [010]刃位错交割，则交截部分位错沿[010]方向有一段位移（位错线段），此位错线段柏氏矢量仍为b= a [001]，故决定的新的滑移面为（100），故为扭折。
理论上能在任何面上交滑移，但实际上在与原滑移面相交于位错线的fcc密排面（滑移面）上滑移。故柏氏矢量为a[110]/2的螺型位错只能在与相交于[110]的{111}面上交滑移，利用晶体学知识可知柏氏矢量为a[110]/2的螺型位错能在(1-11)面上交滑移。
9．面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错a[-110]/2，在(111)面上分解为两个肖克莱不全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出：
解答：(1)位错在各自晶面上滑动时，领先位错相遇，设领先位错为(11Βιβλιοθήκη Baidu)晶面的a[11-2 ]/6和
(11-1)晶面的a[112 ]/6发生位错反应
位错反应为：
a[11-2 ]/6＋a[112 ]/6→a[110 ]/3
故新位错的柏氏矢量为a[110 ]/3
平面(111)
平面(11-1)
两个平面(h1 k1 l1)与(h2 k2 l2)相交后交线，即为晶带轴，设为<uvw>，满足hu+kv+lw=0关系，可得
•求各段位错线所受的力的大小及方向。
•在τ的作用下，该位错环将如何运动？
•在τ的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大？
解答：如图所示位错类型，其他部位为混合位错
各段位错线所受的力：τ1＝τb，方向垂直位错线
在τ的作用下，位错环扩展
在τ的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，则τ＝Gb/2R，其最小半径应为R＝Gb/2τ
(111)晶面：a[10-1]/2→a[11-2 ]/6 + a[2-1-1]/6
(11-1)晶面：a[011]/2→a[112 ]/6 + a[-121]/6
试问：
(1)两个扩展位错在各自晶面上滑动时，其领先位错相遇发生位错反应，求出新位错的柏氏矢量；
•(2)用图解说明上述位错反应过程；
•(3)分析新位错的组态性质
1．解释以下基本概念
肖脱基空位
弗兰克耳空位
刃型位错
螺型位错
混合位错
柏氏矢量
位错密度
位错的滑移
位错的攀移
弗兰克—瑞德源
派—纳力
单位位错
不全位错
堆垛层错
位错反应
扩展位错。
位错密度：ρv＝L/V(cm/cm3)；)
ρa＝1/S (1/cm2）
2．纯铁的空位形成能为105kJ/mol.将纯铁加热到850℃后激冷至室温(20℃)，假设高温下的空位能全部保留，试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。
•解答：利用空位浓度公式计算
•850℃(1123K)：Cv1＝
•后激冷至室温可以认为全部空位保留下来
•20℃(293K)：Cv2＝
•Cv1 /Cv2=
3．计算银晶体接近熔点时多少个结点上会出现一个空位（已知：银的熔点为960℃，银的空位形成能为1.10eV，1ev＝）?若已知Ag的原子直径为0.289nm，问空位在晶体中的平均间距。1eV＝1.602*10-19J
•“扭折”可以是刃型、亦可是“螺型”，可随位错线一道运动，几乎不产生阻力，且它可因位错线张力而消失
•“割阶”都是刃型位错，有滑移割阶和攀移割阶，割阶不会因位错线张力而消失，两个相互垂直螺型位错的交截造成的割节会阻碍位错运动
5．如图，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b的位错环，并受到一均匀切应力τ。
•分析该位错环各段位错的结构类型。
故柏氏矢量为a[-110]/2的螺型位错只能在与相交于[-110]的{111}面上交滑移，利用晶体学知识可知柏氏矢量为的螺型位错能在(-1-11)面上交滑移。
9.在fcc晶体的(-111)面上，全位错的柏氏矢量有哪些？如果它们是螺型位错，能在哪些面上滑移和交滑移？
解答：如图可知。fcc晶体的(-111)[面上全位错的柏氏矢量有a[101]/2、a[110]/2和a[0-11]/2，它们是螺型位错能在原滑移面(-111)面上滑移.
解答：得到Cv＝e10.35
Ag为fcc，点阵常数为a=0.40857nm，
设单位体积内点阵数目为N，则N＝4/a3，＝？
单位体积内空位数Nv＝N Cv
若空位均匀分布，间距为L，则有=?
4．割阶或扭折对原位错线运动有何影响？
解答：取决于位错线与相互作用的另外的位错的柏氏矢量关系，位错交截后产生“扭折”或“割阶”
u+v+w＝0
u+v-w＝0
求得uvw比值1:-1:0
新位错的组态性质：
新位错柏氏矢量为a[110 ]/3 ，而两个位错反应后位错线只能是两个滑移面（111）与（11-1）的交线，即[1-10]，
6．在面心立方晶体中，把两个平行且同号的单位螺型位错从相距100nm推进到3nm时需要用多少功（已知晶体点阵常数a=0.3nm，G=7×1010Pa）？
•解答：两个平行且同号的单位螺型位错之间相互作用力为：F=τb＝Gb1b2/2πr，b1＝b2，所以F= Gb2/2πr
从相距100nm推进到3nm时需要功