《晶体缺陷理论》试卷答案及评分标准

《晶体缺陷理论》试卷

（20XX 级材料科学与工程研究生）

一、基本概念（20分，每小题4分）

1.不全位错与扩展位错

2.柏氏矢量和压杆位错

3.内禀层错和外延层错

4.柯氏气团和胞状亚结构

5.F-R 空间位错源和Bardeen-Herring 位错源

二、简要回答下列问题，并说明原因。（共20分）

1.一根位错线形状发生改变时，柏氏矢量是否也随之发生改变？

2.不同类型的位错运动时，滑移矢量与位错线的关系如何？

3.位错的存在都会导致晶体体积发生变化？

4.在密排六方结构中，密排面上的原子仅靠一次滑移能否产生层错。

5.小角度晶界都是由位错所构成的吗？

6.凡是位错都能发生交滑移和双交滑移吗？

7.面心立方结构中的肖克莱不全位错只可能是刃型位错吗？

8.造成刃型位错攀移的是正应力σyy 吗？

三、Peierls-Nabarro 点阵模型（10分）

1.在何种条件下，P-N 模型与连续介质模型结果相近？

2.何为位错宽度？位错宽度与P-N 力的关系？密排结构金属的P-N 力是大还是小？

3.P-N 模型成功之处何在？

四、螺型位错在z 轴上，位错线和柏氏矢量指向z 轴正向；正刃型位错与螺型位错平行，柏氏矢量指向x 轴正向，由Peach-Koehler 公式求螺型位错与刃型位错之间的相互作用力。（10分）

五、令位错的攀移作用力为渗透力Fs ，攀移阻力为Fm 。（10分）

1.当位错仅在渗透力Fs 作用下发生攀移时的空位浓度C 应为何值？

2.如果样品从T 1淬火到T 2（T 1﹥ T 2），Fs 与Fm 和△T （△T =T 1-T 2）关系如何？ 六、在面心立方()111上全位错柏氏矢量为[]a 2011，()111面上全位错柏氏矢量为[]

a 2110，两根位错运动到两个面交汇处形成了新的位错，该新位错的柏氏矢量和可动性如何？若两位错相遇前就分解成扩展位错，在两个面交汇处，不全位错能否反应？可动性又如何？写出反应式。（20分）

七、在密排六方晶体中，最常观察到的层错是哪一种？为什么？不全位错切动能否使E 型层错转化为I 1型层错，若可以，请指出该不全位错的类型和柏氏矢量，画出切动示意图。（10分）

《晶体缺陷理论》试卷答案

一、基本概念

1.不全位错：柏氏矢量小于单位位错矢量的位错。

扩展位错：两个不全位错夹着一层层错的位错组态。

2.柏氏矢量：表征位错特性和本质的矢量。

压杆位错：三个不全位错和两片层错所构成的位错组态。

3.内禀层错：从层错中心向两边看，都是正常堆垛的层错。

外延层错：从层错中心向两边看，都不是正常堆垛的层错。

4.柯氏气团：固溶体合金中，溶质原子或杂质原子可以与位错交互作用而形成的溶质原子气团。

胞状亚结构：大量塑性变形时，晶粒内部形成位错缠结、聚集，进而构成的亚结构，胞壁为高密度的缠结位错，胞内位错密度较低。

5.F-R空间位错源：即极轴机制，在切应力作用下，螺位错分量沿螺旋面运动一周，扫出一个台阶，上升一个螺距，会

形成一个螺旋线。

Bardeen-Herring位错源：通过空位或间隙原子的扩散，某位错线段绕固定点旋转，不断放出位错环的位错攀移增殖机制。

二、简要回答下列问题，并说明原因。

1.一根位错线形状发生改变时，柏氏矢量是否也随之发生改变？

答：不会。位错线的柏氏矢量与形状无关。

2.不同类型的位错运动时，滑移矢量与位错线的关系如何？

答：刃位错滑移矢量与位错线平行，螺位错滑移矢量与位错线垂直，混合位错滑移矢量与位错线呈任意角度。

3.位错的存在都会导致晶体体积发生变化？

答：否，螺位错不会导致晶体体积发生变化。

4.在密排六方结构中，密排面上的原子仅靠一次滑移能否产生层错。

答：可以，I2型。

5.小角度晶界都是由位错所构成的吗？

答：是。倾斜晶界由刃位错构成，旋转晶界由螺位错构成。

6.凡是位错都能发生交滑移和双交滑移吗？

答：不是，刃位错不行，由其位错线和柏氏矢量相对关系所决定。

7.面心立方结构中的肖克莱不全位错只可能是刃型位错吗？

答：不对。还可以是螺位错或混合位错。

8.造成刃型位错攀移的是正应力σyy吗？

答：不对。是正应力σxx。

三、1.在离位错中心较远处，P-N模型与连续介质模型结果相近。

2.位错宽度：w=a/(1-ν)；位错宽度越大，P-N力越小；密排结构金属的P-N力很小，可忽略。

3.P-N模型中P-N力远小于理想晶体的屈服应力，证实了位错的可动性及有位错的晶体易发生变形，这就是该模型

的成功之处。

四、A b =k b z A ；B b =i b x B ；

⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=000

002313

2313σσσσσA dl

F d =)(0.(x

B b －j )+ )(0.(x B b i )=0

五、1.此时Fs ＝Fm ，C ＝1。

2.Fs ＝Fm·（T 1-T 2）/ T 1

六、1.[]a 2011+[]

a 2110=[]1012a ，位错线与柏氏矢量垂直，不可动。 2. []a 2011→[]1216a +[]1216a ； []1012a →[]1126a +[]

1126a []1216a +[]1126a ＝[]

1106a ，符合结构、能量条件，能反应。但其滑移面为（100），非面心立方的密排面，不可动。

七、1.最常见的是I 1型层错，其能量最低。

2.可以使E 型层错转化为I 1型层错，

E 型： A B A B C A B A B

I 1型: A B A B A C A C A

切动2次，E 型第5层C →A ，第6层A →C ；然后第7层B →A ，第8层A →C ，以后依次切动即可。分别是2个不全位错，柏氏矢量为

><10013

1。

《晶体缺陷理论》试卷评分标准

一、基本概念（20分，每小题4分）

每个小概念2分，基本答出的给1分。

二、简要回答下列问题，并说明原因。（共20分）

1-4题每题2分，5-8题每题3分。正确答出与说明原因各给一半分。

三、Peierls-Nabarro 点阵模型（10分）

1、3小题2分；2小题6分，其中每一小问2分。

四、螺型位错在z 轴上，位错线和柏氏矢量指向z 轴正向；正刃型位错与螺型位错平行，柏氏矢量指向x 轴正向，由