刃型位错、螺型位错上下两层原子的排布特点
位错的基本类型
2014年3月10日11时1分
刘志勇 14949732@
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
柏氏矢量b的物理意义
• 位错是滑移区和未滑移区的边界
• 畸变是由滑移面上局部滑移引起的，滑移区上滑移的大小和方向与位 错线上原子畸变特征一致
• 4）柏氏矢量的另一个重要意义是指出了位错滑移后，晶体 上、下部分产生相对位移的方向和大小，即滑移矢量
刘志勇 14949732@
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
柏氏矢量的确定方法
1）人为假定位错线方向
一般是从纸背向纸面或由上向下为位错线正向 2）用右手螺旋法则来确定柏格斯回路的旋转方向 使位错线的正向与右螺旋的正向一致 3）将含有位错的实际晶体和理想的完整晶体相比较 在实际晶体中作柏氏回路，在完整晶体中按相同的路线和 步法作回路，路线终点指向起点的矢量，即“柏氏矢量”
每一段位错线均可分解为刃型和 螺型两个分量
混合位错原子组态
2014年3月10日11时1分
刘志勇 14949732@
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
混合位错
每一段位错线均可分解为刃型和螺型两个分量
2014年3月10日11时1分
刘志勇 14949732@
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刃型位错滑移区的滑移方向正好垂直于位错线，滑移量为一个原子间距
螺型位错滑移方向平行于位错线，滑移量也是一个原子间距，和柏氏矢量 完全一致
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
确定刃型位错的右手法则2014年3月Fra bibliotek0日11时1分
西工大材料学考研模拟题8套材料科学基础
一、简答题（每题6分，共30分）1．原子的结合键有哪几种？各有什么特点？2．面心立方晶体和体心立方晶体的晶胞原子数、配位数和致密度各是多少？3．立方晶系中，若位错线方向为[001]，，试说明该位错属于什么类型。
4．请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。
5．试从扩散系数公式说明影响扩散的因素。
6．何为过冷度？它对形核率有什么影响？二、作图计算题（每题10分，共40分）1．在面心立方晶体中，分别画出(101)、[110]和、[，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？2．已知Al为面心立方晶体，原子半径为r A。
若在Al晶体的八面体间隙中能溶入最大的小原子半径为r B，请计算r B与r A的比值是多少。
3．A-B二元合金中具有共晶反应如下：若共晶反应刚结束时，α和β相的相对含量各占50%，试求该合金的成分。
4．已知铜的临界分切应力为1Mpa，问要使面上产生[101]方向的滑移，应在[001]方向上施加多大的力？三、综合分析题（每题15分，共30分）1．按下列条件绘出A-B二元相图：（1）A组元（熔点600℃）与B组元（熔点500℃）在液态时无限互溶；（2）固态时，A在B中的最大固溶度为w A=0.30，室温时为w A=0.10；而B在固态下不溶于A；（3）300℃时发生共晶反应。
在A-B二元相图中，分析w B=0.6的合金平衡凝固后，在室温下的相组成物及组织组成物，并计算各相组成物的相对含量。
2．请绘出下列Fe-C合金极缓慢冷却到室温后的金相组织示意图，并标注各组织。
（腐蚀剂均为3%硝酸酒精）一、简答题（每题6分，共30分）1．原子的结合键有哪几种？各有什么特点？离子键：正负离子相互吸引；键合很强，无方向性；熔点、硬度高，固态不导电，导热性差。
共价键：相邻原子通过共用电子对结合；键合强，有方向性；熔点、硬度高，不导电，导热性有好有差。
金属键：金属正离子于自由电子相互吸引；键合较强，无方向性；熔点、硬度有高有低，导热导电性好。
说明刃型位错的结构特点
说明刃型位错的结构特点
刃型位错是一种基本位错类型，指的是晶体中沿着刃形晶体面发生的
位错。
它是一种线状位错，具有以下结构特点：
1.一条直线：刃型位错沿着晶体的刃形晶面产生，呈现出一条直线的
形态，且直线方向与晶体的刃线平行。
2.相邻层错向相反：刃型位错是由两个相邻的基本位错组成的，这两
个基本位错的方向相反，形成一个锯齿状的线状位错。
3.弯曲现象：与直线位错不同，刃型位错有时会出现弯曲现象。
这是
因为刃面晶体表面的切应力引起的，导致位错在晶体内部产生弯曲。
4.可以产生排列错：由于刃型位错是由两个基本位错组成，若位错线
与样品表面平行，则产生排列错。
这种排列错可通过电子显微镜观察并计数。
综上所述，刃型位错是一种晶体中常见的位错类型，它具有线状位错
的特点，沿着刃形晶面发生。
刃型位错的结构特征是由两个基本位错组成，相邻的基本位错的方向相反，且随着切应力的作用，位错线可能会出现弯曲。
刃型位错对材料性能具有影响，因此研究刃型位错结构特点对于理解
材料的力学性质以及物理性质至关重要。
材料科学基础下学期习题整理-部分答案
一、/二、名词解释或填空：刃型位错:晶体内有一原子平面中断于晶体内部，这一原子平面中断处的边沿及其周围区域就是一个刃型位错螺型位错：滑移方向与位错线方向互相平行的位错称为螺型位错。
肖脱基空位：脱位原子一般进入其他空位或者逐渐迁移到晶界或表面，这样的空位称为肖脱基空位。
弗兰克空位：晶体中的原子挤入节点的间隙，形成间隙原子，同时原来的结点位置也空缺，产生了一个空位，通常把这一对点缺陷（空位和间隙原子）称为弗兰克尔空位。
科垂尔气团：通常把溶质原子与位错交互作用后，在位错周围偏聚的现象称为柯垂尔气团。
铃木气团：溶质原子在层错区偏聚，由于形成化学交互作用使金属强度升高。
层错：如果堆垛顺序与正常堆垛顺序有差异，即堆垛层之间发生错排，则此处产生了晶体缺陷，称为层错或堆垛层错。
《不全位错：柏氏矢量不等于单位点阵矢量或其整数倍的称为不全位错或部分位错。
面角位错：在fcc晶体中形成两个面的面角上，由三个不完全位错和两个层错构成的不能运动的位错组态。
扩展位错与位错束集：由一个全位错分解成两个不全位错，中间夹杂着一个堆垛层错的整个位错组态称为扩展位错，扩展位错所形成的两个不全位错重新合并成一个全位错的过程称为位错束集。
奥罗万机制：合金相中与基体非共格的较硬第二相粒子与位错线作用时不变形，位错绕过粒子，在粒子周围留下一个位错环使材料得到强化的机制。
（位错绕过机制）晶界：晶粒与晶粒的交界区相界：各相之间的交界面晶界偏聚：由于晶内和晶界的畸变能差别或空位的存在使得溶质原子或杂质原子在晶界上的富集现象。
非平衡偏析：实际上，表面区成分的偏析主要发生在几十纳米到几个微米的范围，这种偏析称为非平衡偏析#滑移系：滑移面以及该面上的一个滑移方向的组合称为一个滑移系交滑移：两个或多个滑移面共同沿着一个滑移方向的滑移。
实质是螺位错在不该表滑移方向的情况下，从一个滑移面滑到与另外一个滑移面的交线处，转移到另一个滑移面的过程。
织构：多晶体中位向不同的晶粒取向变得大体一致，就称择优取向，简称织构。
材料科学基础下学期习题整理-部分答案
一、名词解释或填空：刃型位错:晶体内有一原子平面中断于晶体内部，这一原子平面中断处的边沿及其周围区域就是一个刃型位错螺型位错：滑移方向与位错线方向互相平行的位错称为螺型位错。
肖脱基空位：脱位原子一般进入其他空位或者逐渐迁移到晶界或表面，这样的空位称为肖脱基空位。
弗兰克空位：晶体中的原子挤入节点的间隙，形成间隙原子，同时原来的结点位置也空缺，产生了一个空位，通常把这一对点缺陷（空位和间隙原子）称为弗兰克尔空位。
|科垂尔气团：通常把溶质原子与位错交互作用后，在位错周围偏聚的现象称为柯垂尔气团。
铃木气团：溶质原子在层错区偏聚，由于形成化学交互作用使金属强度升高。
层错：如果堆垛顺序与正常堆垛顺序有差异，即堆垛层之间发生错排，则此处产生了晶体缺陷，称为层错或堆垛层错。
不全位错：柏氏矢量不等于单位点阵矢量或其整数倍的称为不全位错或部分位错。
面角位错：在fcc晶体中形成两个面的面角上，由三个不完全位错和两个层错构成的不能运动的位错组态。
【扩展位错与位错束集：由一个全位错分解成两个不全位错，中间夹杂着一个堆垛层错的整个位错组态称为扩展位错，扩展位错所形成的两个不全位错重新合并成一个全位错的过程称为位错束集。
奥罗万机制：合金相中与基体非共格的较硬第二相粒子与位错线作用时不变形，位错绕过粒子，在粒子周围留下一个位错环使材料得到强化的机制。
（位错绕过机制）晶界：晶粒与晶粒的交界区相界：各相之间的交界面晶界偏聚：由于晶内和晶界的畸变能差别或空位的存在使得溶质原子或杂质原子在晶界上的富集现象。
@非平衡偏析：实际上，表面区成分的偏析主要发生在几十纳米到几个微米的范围，这种偏析称为非平衡偏析滑移系：滑移面以及该面上的一个滑移方向的组合称为一个滑移系交滑移：两个或多个滑移面共同沿着一个滑移方向的滑移。
实质是螺位错在不该表滑移方向的情况下，从一个滑移面滑到与另外一个滑移面的交线处，转移到另一个滑移面的过程。
织构：多晶体中位向不同的晶粒取向变得大体一致，就称择优取向，简称织构。
西北工业大学材料科学基础历年真题与答案解析（1）
西北⼯业⼤学材料科学基础历年真题与答案解析（1）西北⼯业⼤学2012年硕⼠研究⽣⼊学考试试题答案试题名称：材料科学基础试题编号：832说明：所有答题⼀律写在答题纸上第页共页⼀、简答题（每题10分，共50分）1.请简述滑移和孪⽣变形的特点？答：滑移变形特点：1）平移滑动：相对滑动的两部分位向关系不变2）滑移线与应⼒轴呈⼀定⾓度3）滑移不均匀性：滑移集中在某些晶⾯上4）滑移线先于滑移带出现：由滑移线构成滑移带5）特定晶⾯，特定晶向孪⽣变形特点：1) 部分晶体发⽣均匀切变2) 变形与未变形部分呈镜⾯对称关系，晶体位向发⽣变化3) 临界切分应⼒⼤4) 孪⽣对塑变贡献⼩于滑移5) 产⽣表⾯浮凸2.什么是上坡扩散？哪些情况下会发⽣上坡扩散？答：由低浓度处向⾼浓度处扩散的现象称为上坡扩散。
应⼒场作⽤、电场磁场作⽤、晶界内吸附作⽤和调幅分解反应等情况下可能发⽣上坡扩散。
扩散驱动⼒来⾃⾃由能下降，即化学位降低。
3.在室温下，⼀般情况⾦属材料的塑性⽐陶瓷材料好很多，为什么？纯铜与纯铁这两种⾦属材料哪个塑性好？说明原因。
答：⾦属材料的塑性⽐陶瓷材料好很多的原因：从键合⾓度考虑，⾦属材料主要是⾦属键合，⽆⽅向性，塑性好；陶瓷材料主要是离⼦键、共价键，共价键有⽅向性，塑性差。
离⼦键产⽣的静电作⽤⼒，限制了滑移进⾏，不利于变形。
铜为⾯⼼⽴⽅结构，铁为体⼼⽴⽅结构，两者滑移系均为12个，但⾯⼼⽴⽅的滑移系分布取向较体⼼⽴⽅匀衡，容易满⾜临界分切应⼒。
且⾯⼼⽴⽅滑移⾯的原⼦堆积密度⽐较⼤，因此滑移阻⼒较⼩。
因⽽铜的塑性好于铁。
4.请总结并简要回答⼆元合⾦平衡结晶过程中，单相区、双相区和三相区中，相成分的变化规律。
答：单相区：相成分为合⾦平均成分，不随温度变化；双相区：两相成分分别位于该相区的边界，并随温度沿相区边界变化；三相区：三相具有确定成分，不随结晶过程变化。
5.合⾦产品在进⾏冷塑性变形时会发⽣强度、硬度升⾼的现象，为什么？如果合⾦需要进⾏较⼤的塑性变形才能完成变形成型，需要采⽤什么中间热处理的⽅法？⽽产品使⽤时⼜需要保持⾼的强度、硬度，⼜应如何热处理？答：合⾦进⾏冷塑性变形时，位错⼤量増殖，位错运动发⽣交割、缠结等，使得位错运动受阻，同时溶质原⼦、各类界⾯与位错的交互作⽤也阻碍位错的运动。
中南大学材料科学基础课后习题答案1位错
一、解释以下基本概念肖脱基空位：晶体中某结点上的原子空缺了，则称为空位。
脱位原子进入其他空位或者迁移至晶界或表面而形成的空位称为肖脱基空位弗兰克耳空位：晶体中的原子挤入结点的空隙形成间隙原子，原来的结点位置空缺产生一个空位，一对点缺陷（空位和间隙原子）称为弗兰克耳（Frenkel ）缺陷。
刃型位错：晶体内有一原子平面中断于晶体内部，这个原子平面中断处的边沿及其周围区域是一个刃型位错。
螺型位错：沿某一晶面切一刀缝，贯穿于晶体右侧至BC 处，在晶体的右侧上部施加一切应力τ，使右端上下两部分晶体相对滑移一个原子间距，BC 线左边晶体未发生滑移，出现已滑移区与未滑移区的边界BC 。
从俯视角度看，在滑移区上下两层原子发生了错动，晶体点阵畸变最严重的区域内的两层原子平面变成螺旋面，畸变区的尺寸与长度相比小得多，在畸变区范围内称为螺型位错混合位错：位错线与滑移矢量两者方向夹角呈任意角度，位错线上任一点的滑移矢量相同。
柏氏矢量：位错是线性的点阵畸变，表征位错线的性质、位错强度、滑移矢量、表示位错区院子的畸变特征，包括畸变位置和畸变程度的矢量就称为柏氏矢量。
位错密度：单位体积内位错线的总长度ρυ=L/υ ；单位面积位错露头数ρs =N/s位错的滑移：切应力作用下，位错线沿着位错线与柏氏矢量确定的唯一平面滑移, 位错线移动至晶体表面时位错消失，形成一个原子间距的滑移台阶，大小相当于一个柏氏矢量的值. 位错的攀移: 刃型位错垂直于滑移面方向的运动, 攀移的本质是刃型位错的半原子面向上或向下运动，于是位错线亦向上或向下运动。
弗兰克—瑞德源：两个结点被钉扎的位错线段在外力的作用下不断弯曲弓出后，互相邻近的位错线抵消后产生新位错，原被钉扎错位线段恢复到原状，不断重复产生新位错的，这个不断产生新位错、被钉扎的位错线即为弗兰克-瑞德位错源。
派—纳力：周期点阵中移动单个位错时，克服位错移动阻力所需的临界切应力单位位错：b 等于单位点阵矢量的称为“单位位错”。
材料科学基础 简答题 1
第二部分简答题原子间的结合键共有几种？各自的特点如何？【11年真题】答：（1）金属键：基本特点是电子的共有化，无饱和性、无方向性，因而每个原子有可能同更多的原子结合，并趋于形成低能量的密堆结构。
当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时不至于破坏金属键，这就使得金属具有良好的延展性，又由于自由电子的存在，金属一般都具有良好的导电性和导热性能。
（2）离子键：正负离子相互吸引，结合牢固，无方向性、无饱和性。
因此，七熔点和硬度均较高。
离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此他们都是良好的电绝缘体。
（3）共价键：有方向性和饱和性。
共价键的结合极为牢固，故共价键晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点。
共价结合的材料一般是绝缘体，其导电能力较差。
（4）范德瓦尔斯力：范德瓦尔斯力是借助微弱的、瞬时的电偶极矩的感应作用，将原来稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合。
它没有方向性和饱和性，其结合不如化学键牢固。
（5）氢键：氢键是一种极性分子键，氢键具有方向性和饱和性，其键能介于化学键和范德瓦耳斯力之间。
说明间隙固溶体与间隙化合物有什么异同。
答：相同点：二者一般都是由过渡族金属与原子半径较小的C、N、H、O、B等非金属元素所组成。
不同点：（1）晶体结构不同。
间隙固溶体属于固溶体相，保持溶剂的晶格类型；间隙化合物属于金属化合物相，形成不同于其组元的新点阵。
（2）间隙固溶体用α、β、γ表示；间隙化合物用化学分子式MX、M2X 等表示。
间隙固溶体的强度、硬度较低，塑性、韧性好；间隙化合物的强度、熔点较高，塑性、韧性差。
为什么只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，而间隙固溶体则不能？答：因为形成固溶体时，溶质原子的溶入会使溶剂结构产生点阵畸变，从而使体系能量升高。
溶质与溶剂原子尺寸相差较大，点阵畸变的程度也越大，则畸变能越高，结构的稳定性越低，溶解度越小。
一般来说，间隙固溶体中溶质原子引起的点阵畸变较大，故不能无限互溶，只能有限熔解。
材料科学基础下学期习题整理-部分答案
一、名词解释或填空：刃型位错:晶体内有一原子平面中断于晶体内部，这一原子平面中断处的边沿及其周围区域就是一个刃型位错螺型位错：滑移方向与位错线方向互相平行的位错称为螺型位错。
肖脱基空位：脱位原子一般进入其他空位或者逐渐迁移到晶界或表面，这样的空位称为肖脱基空位。
弗兰克空位：晶体中的原子挤入节点的间隙，形成间隙原子，同时原来的结点位置也空缺，产生了一个空位，通常把这一对点缺陷（空位和间隙原子）称为弗兰克尔空位。
科垂尔气团：通常把溶质原子与位错交互作用后，在位错周围偏聚的现象称为柯垂尔气团。
铃木气团：溶质原子在层错区偏聚，由于形成化学交互作用使金属强度升高。
层错：如果堆垛顺序与正常堆垛顺序有差异，即堆垛层之间发生错排，则此处产生了晶体缺陷，称为层错或堆垛层错。
不全位错：柏氏矢量不等于单位点阵矢量或其整数倍的称为不全位错或部分位错。
面角位错：在fcc晶体中形成两个面的面角上，由三个不完全位错和两个层错构成的不能运动的位错组态。
扩展位错与位错束集：由一个全位错分解成两个不全位错，中间夹杂着一个堆垛层错的整个位错组态称为扩展位错，扩展位错所形成的两个不全位错重新合并成一个全位错的过程称为位错束集。
奥罗万机制：合金相中与基体非共格的较硬第二相粒子与位错线作用时不变形，位错绕过粒子，在粒子周围留下一个位错环使材料得到强化的机制。
（位错绕过机制）晶界：晶粒与晶粒的交界区相界：各相之间的交界面晶界偏聚：由于晶内和晶界的畸变能差别或空位的存在使得溶质原子或杂质原子在晶界上的富集现象。
非平衡偏析：实际上，表面区成分的偏析主要发生在几十纳米到几个微米的范围，这种偏析称为非平衡偏析滑移系：滑移面以及该面上的一个滑移方向的组合称为一个滑移系交滑移：两个或多个滑移面共同沿着一个滑移方向的滑移。
实质是螺位错在不该表滑移方向的情况下，从一个滑移面滑到与另外一个滑移面的交线处，转移到另一个滑移面的过程。
织构：多晶体中位向不同的晶粒取向变得大体一致，就称择优取向，简称织构。
刃位错和螺位错的几何特征
刃位错和螺位错的几何特征最近又仔细研究了下刃位错和螺位错的几何特征，发现了一些挺有意思的地方。
咱先说刃位错啊。
刃位错呢就好像是有一把刀把晶体完美的结构给切了一下，然后晶体的一边相对于另一边产生了个多余的半原子面。
这个半原子面就像是一个闯入者一样，夹在原本规则排列的原子中间。
我刚观察的时候，还以为就是个普通的平面断裂呢，但是仔细一看，哎，不是那么回事儿。
这半原子面的边缘，也就是刃位错线，是垂直于这个多余半原子面的，而且它附近的原子排列跟远处的就不一样，原子的畸变主要集中在这个刃位错线周围啊。
打个比方呢，就好像是平整的马路上突然有个小土堆冒出来，马路上的车啊（相当于原子）走到这个小土堆附近都得绕着走或者变个路线，而这个小土堆的轮廓线就有点像刃位错线。
再说说螺位错。
这螺位错可比刃位错复杂多了，让我想想这个特征。
螺位错就像是晶体沿着某条轴扭曲了一下。
它没有像刃位错那样的多余半原子面。
螺位错线的周围呢，原子是呈螺旋状排列的。
我开始理解的时候可费劲了，怎么都想不明白螺旋状是什么样儿的。
后来我类比了一下螺丝钉，就好像原子们沿着螺丝钉的螺纹那样排列。
比如说在一个方形的晶体盒子里，如果有个螺位错的话，你沿着螺位错线走一圈儿，就像上楼一样，原子的高度会有个变化，就像是走螺旋楼梯那样，而且这个高度变化是和螺位错的方向相关的。
它不像刃位错畸变是在半原子面附近的小范围，螺位错的原子畸变的影响像是沿着螺位错线一直在延伸着的。
我也有不确定的地方，比如说这个螺位错原子的螺旋状排列在复杂晶体结构里是不是还有更特殊的情况，我目前看到的理论结构相对都比较理想。
不过不管怎么说，明白了刃位错像是多了个半原子面，而螺位错像是原子呈螺旋状排列这两个主要的几何特征，对于理解晶体的很多物理性质就有挺大帮助的呢。
对了，还有啊，观察刃位错和螺位错的几何特征的时候，不同角度去看晶体模型也是个重要点，从侧面看和从上面看会有不同的发现。
像从侧面看刃位错的半原子面就比较清晰，从上面看那个螺位错的螺旋形状有时候会观察得更准确，真的是观察越仔细，乐趣越多呢。
【材料课堂】位错的基本类型和特征！
【材料课堂】位错的基本类型和特征！位错的基本类型和特征晶体在不同的应力状态下，其滑移方式不同。
根据原子的滑移方向和位错线取向的几何特征不同，位错分为刃位错、螺位错和混合位错。
1. 刃位错（1）形成及定义：晶体在大于屈服值的切应力τ作用下，以ABCD面为滑移面发生滑移。
AD是晶体已滑移部分和未滑移部分的交线，犹如砍入晶体的一把刀的刀刃，即刃位错（或棱位错）。
刃型位错形成的原因：晶体局部滑移造成的刃型位错（2）几何特征：位错线与原子滑移方向相垂直；滑移面上部位错线周围原子受压应力作用，原子间距小于正常晶格间距；滑移面下部位错线周围原子受拉应力作用，原子间距大于正常晶格间距。
刃型位错的分类：分类：正刃位错，“┴” ；负刃位错，“┬” 。
符号中水平线代表滑移面，垂直线代表半个原子面。
（3）刃型位错的结构特征①有一额外的半原子面，分正和负刃型位错；②位错线可理解为是已滑移区与未滑移区的边界线，可是直线也可是折线和曲线，但它们必与滑移方向和滑移矢量垂直;③只能在同时包含有位错线和滑移矢量的滑移平面上滑移；④位错周围点阵发生弹性畸变，有切应变，也有正应变；点阵畸变相对于多余半原子面是左右对称的，其程度随距位错线距离增大而减小。
就正刃型位错而言，上方受压，下方受拉。
⑤位错畸变区只有几个原子间距，是狭长的管道，故是线缺陷。
2. 螺位错（1）形成及定义：晶体在外加切应力τ作用下，沿ABCD面滑移，图中AD线为已滑移区与未滑移区的分界处。
由于位错线周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，形成螺位错。
晶体局部滑移造成的螺型位错（2）几何特征：位错线与原子滑移方向相平行；位错线周围原子的配置是螺旋状的。
螺型位错的分类：有左、右旋之分。
它们之间符合左手、右手螺旋定则。
（3）结构特征①螺型位错的结构特征无额外的半原子面，原子错排是轴对称的，分右旋和左旋螺型位错；②螺型位错线与滑移矢量平行，故一定是直线，位错线移动方向与晶体滑移方向垂直；③滑移面不是唯一的，包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面；④位错周围点阵也发生弹性畸变，但只有平行于位错线的切应变而无正应变，即不引起体积的膨胀和收缩；⑤位错畸变区也是几个原子间距宽度，同样是线位错。
大学《材料科学基础》位错课后习题及答案
一、解释以下基本概念肖脱基空位：晶体中某结点上的原子空缺了，则称为空位。
脱位原子进入其他空位或者迁移至晶界或表面而形成的空位称为肖脱基空位弗兰克耳空位：晶体中的原子挤入结点的空隙形成间隙原子，原来的结点位置空缺产生一个空位，一对点缺陷（空位和间隙原子）称为弗兰克耳（Frenkel）缺陷。
刃型位错：晶体内有一原子平面中断于晶体内部，这个原子平面中断处的边沿及其周围区域是一个刃型位错。
螺型位错：沿某一晶面切一刀缝，贯穿于晶体右侧至BC处，在晶体的右侧上部施加一切应力τ，使右端上下两部分晶体相对滑移一个原子间距，BC线左边晶体未发生滑移，出现已滑移区与未滑移区的边界BC。
从俯视角度看，在滑移区上下两层原子发生了错动，晶体点阵畸变最严重的区域内的两层原子平面变成螺旋面，畸变区的尺寸与长度相比小得多，在畸变区范围内称为螺型位错混合位错：位错线与滑移矢量两者方向夹角呈任意角度，位错线上任一点的滑移矢量相同。
柏氏矢量：位错是线性的点阵畸变，表征位错线的性质、位错强度、滑移矢量、表示位错区院子的畸变特征，包括畸变位置和畸变程度的矢量就称为柏氏矢量。
=L/υ；单位面积位错露头数ρs=N/s 位错密度：单位体积内位错线的总长度ρυ位错的滑移：切应力作用下，位错线沿着位错线与柏氏矢量确定的唯一平面滑移,位错线移动至晶体表面时位错消失，形成一个原子间距的滑移台阶，大小相当于一个柏氏矢量的值.位错的攀移:刃型位错垂直于滑移面方向的运动,攀移的本质是刃型位错的半原子面向上或向下运动，于是位错线亦向上或向下运动。
弗兰克—瑞德源：两个结点被钉扎的位错线段在外力的作用下不断弯曲弓出后，互相邻近的位错线抵消后产生新位错，原被钉扎错位线段恢复到原状，不断重复产生新位错的，这个不断产生新位错、被钉扎的位错线即为弗兰克-瑞德位错源。
派—纳力：周期点阵中移动单个位错时，克服位错移动阻力所需的临界切应力。
材料科学基础 简答题 1
第二部分简答题原子间的结合键共有几种？各自的特点如何？【11年真题】答：（1）金属键：基本特点是电子的共有化，无饱和性、无方向性，因而每个原子有可能同更多的原子结合，并趋于形成低能量的密堆结构。
当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时不至于破坏金属键，这就使得金属具有良好的延展性，又由于自由电子的存在，金属一般都具有良好的导电性和导热性能。
（2）离子键：正负离子相互吸引，结合牢固，无方向性、无饱和性。
因此，七熔点和硬度均较高。
离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此他们都是良好的电绝缘体。
（3）共价键：有方向性和饱和性。
共价键的结合极为牢固，故共价键晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点。
共价结合的材料一般是绝缘体，其导电能力较差。
（4）范德瓦尔斯力：范德瓦尔斯力是借助微弱的、瞬时的电偶极矩的感应作用，将原来稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合。
它没有方向性和饱和性，其结合不如化学键牢固。
（5）氢键：氢键是一种极性分子键，氢键具有方向性和饱和性，其键能介于化学键和范德瓦耳斯力之间。
说明间隙固溶体与间隙化合物有什么异同。
答：相同点：二者一般都是由过渡族金属与原子半径较小的C、N、H、O、B等非金属元素所组成。
不同点：（1）晶体结构不同。
间隙固溶体属于固溶体相，保持溶剂的晶格类型；间隙化合物属于金属化合物相，形成不同于其组元的新点阵。
（2）间隙固溶体用α、β、γ表示；间隙化合物用化学分子式MX、M2X 等表示。
间隙固溶体的强度、硬度较低，塑性、韧性好；间隙化合物的强度、熔点较高，塑性、韧性差。
为什么只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，而间隙固溶体则不能？答：因为形成固溶体时，溶质原子的溶入会使溶剂结构产生点阵畸变，从而使体系能量升高。
溶质与溶剂原子尺寸相差较大，点阵畸变的程度也越大，则畸变能越高，结构的稳定性越低，溶解度越小。
一般来说，间隙固溶体中溶质原子引起的点阵畸变较大，故不能无限互溶，只能有限熔解。
材料科学基础位错部分知识点
材料科学基础位错部分知识点第三章晶体结构缺陷（位错部分）1.刃型位错及螺型位错的特征刃型位错特征：1）刃型位错是由一个多余半原子面所组成的线缺陷；2）位错滑移矢量(柏氏向量)垂直于位错线，而且滑移面是位错线和滑移矢量所构成唯一平面；3）位错的滑移运动是通过滑移面上方的原子面相对于下方原子面移动一个滑移矢量来实现的；4）刃型位错线的形状可以是直线、折线和曲线；5）晶体中产生刃型位错时，其周围的点阵发生弹性畸变，使晶体处于受力状态，既有正应变，又有切应变。
螺型位错特征：1)螺型位错是由原子错排呈轴线对称的一种线缺陷；2)螺型位错线与滑移矢量平行，因此，位错线只能是直线；3)螺型位错线的滑移方向与晶体滑移方向、应力矢量方向互相垂直；4)位错线与滑移矢量同方向的为右螺型位错；为此系与滑移矢量异向的为左螺型位错。
刃型位错螺型位错位错线和柏氏矢量关系（判断位错类型）⊥∥滑移方向∥b∥b位错线运动方向和柏氏矢量关系∥⊥相关概念（ppt上的，大概看一看）：A.位错运动与晶体滑移：通过位错运动可以在较小的外加载荷下晶体产生滑移，宏观显现为产生塑性变形。
B.位错线：位错产生点阵畸变区空间呈线状分布。
对于纯刃型位错，其可以描述为刃型位错多余半原子面的下端沿线。
为了与其它类型位错统一，位错线可表述为已滑移区与未滑移区的交界线。
C.混合型位错：在外力作用下，两部分之间发生相对滑移，在晶体内部已滑移和未滑移部分的交线既不垂直也不平行滑移方向(柏氏矢量b)，这样的位错称为混合位错。
（位错线上任意一点，经矢量分解后，可分解为刃位错和螺位错分量。
晶体中位错线的形状可以是任意的。
）=l/V；单位面积内位错条数来表示位错密度：D.错位密度：单位体积内位错线的长度：ρv=n/S。
（金属中位错密度通常在106~8—1010~121/c㎡之间。
）ρs2.柏氏矢量：1）刃型位错和螺型位错的柏氏矢量表示：2）柏氏矢量的含义：柏氏矢量反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总累计。
说明刃型位错的结构特点
说明刃型位错的结构特点刃型位错是晶格中存在的一种晶体缺陷，它是晶体结构中原子位置的微小偏差。
刃型位错发生的原因主要是晶体在生长过程中或者在外力的作用下发生了位错滑移。
刃型位错的结构特点主要包括以下几个方面：1. 结构方式：刃型位错的结构方式主要有直线位错和环形位错两种。
直线位错是指位错线呈直线状分布，而环形位错是指位错线形成一个或多个环状。
直线位错的类型包括边界位错（edge dislocation）和螺旋位错（screw dislocation）。
2.位错线的原子位移：刃型位错的特征之一是位错线上的原子位移。
在边界位错型刃型位错中，位错线两侧晶格面之间产生了错位，其中一侧晶格面上的原子位移与晶体的原子排列方式相同，而另一侧晶格面上的原子位移则与晶体的原子排列方式相反。
在螺旋位错型刃型位错中，位错线沿着螺旋形状滑动，造成晶体中原子环绕位错线发生位移。
3.应变场：刃型位错会形成一定的应变场。
在刃型位错附近周围，晶体中的原子位置发生了改变，形成了一个应变场。
应变场的特点是刃型位错两侧的应变方向相反，应变场具有一定的范围。
在位错周围，晶体发生了应变，应变导致晶体的一些物理性质发生变化。
4.位错滑移路径：刃型位错的另一个特点是，它允许晶体中原子的滑移或移位，从而改变了晶体的结构。
刃型位错的滑移路径通常是沿着晶体的条晶体线方向，沿着这个方向，位错线可以移动，从而引起晶体结构的改变。
5.界面的形态：如果刃型位错达到晶体的表面或者晶界，它们会影响材料的机械性能和电子结构。
当位错线达到晶界时，形成了晶界位错。
晶界位错会在晶界处引起应变和失序区域，影响晶界的性质。
当位错线达到晶体表面时，形成了表面位错。
表面位错的存在对晶体表面的性质有着重要的影响。
总之，刃型位错是晶体缺陷的一种形式，其结构特点包括位错线的类型、原子位移、应变场、位错滑移路径以及位错对界面的影响等。
刃型位错的存在会对晶体的物理性质和力学性能产生重要影响，因此对于材料科学来说，深入了解刃型位错的结构特点和行为规律是非常重要的。
螺位错和刃位错的异同点
螺位错和刃位错的异同点好嘞，今天咱们就来聊聊螺位错和刃位错这两个材料科学里的小伙伴儿。
听名字就有点高大上，其实它们就像是金属世界里的“打工仔”，各有各的特点和作用。
先说说螺位错。
它就像是一个调皮捣蛋的小家伙，螺位错的特点就是它的移动非常灵活，就像个跳舞的小精灵，轻轻松松在晶体结构里穿梭。
你想啊，这玩意儿一动就能影响整个金属的强度，简直就是金属中的“变脸大师”。
一旦有了这种位错，金属就能在高温下变得更加韧性，不容易断裂。
听起来是不是很酷？说到螺位错，咱们再来聊聊刃位错。
刃位错就像个乖乖牌，特定的结构让它显得稳重，虽然它的移动不如螺位错那么灵活，但它可不是吃素的。
刃位错在金属的强化中也起着不可或缺的作用，能够提高金属的强度。
就像你去参加运动会，得先拉拉筋热热身，刃位错在金属中扮演的就是这个角色。
它通过影响位点的排列，让金属在外力作用下，抵抗变形。
这就好比金属在风雨中屹立不倒，真是稳得一批！有意思的是，这俩家伙在某些方面又是大相径庭。
比如，移动方式就完全不同。
螺位错喜欢绕圈儿转，就像在跳舞，而刃位错则是直来直去，讲究效率。
你想啊，要是两个人在一起跳舞，一个在舞池旋转，一个在边上直走，场面就有点滑稽。
不过在某些时候，它们又是可以相互影响的，就像是朋友之间的默契，合在一起能够让金属更加坚韧。
再说它们的影响。
螺位错让金属在塑性变形时表现得特别好，适合需要耐用和韧性的应用场景。
像是飞机的机身、汽车的车身，这些都需要强度和韧性并存。
刃位错则更像是家里的老实人，虽然不常出风头，但一到关键时刻，能让整个家稳稳当当。
比如说，建筑材料里，刃位错的存在让混凝土和钢筋结合得更紧密，增加了结构的稳定性。
这两位“位错先生”也有各自的局限性。
螺位错虽然灵活，但有时候容易因为过度变形导致金属疲劳。
而刃位错，虽然稳定，但在某些条件下可能会导致脆性断裂。
这就像两个人打工，过于拼命的会累趴下，过于保守的则可能被淘汰。
适当的平衡是王道，金属的性能往往依赖于这两者的协作。
刃位错和螺位错的异同点
刃位错和螺位错的异同点刃位错和螺位错，这俩名字听起来是不是有点像武侠小说里的角色？别急，咱们先放下这些复杂的术语，轻松聊聊它们的异同点。
想象一下，这两位“角色”在金属的世界里打着太极，纠结在一起，挺有意思的。
刃位错就像个灵活的刀客，动作迅猛，切割得干脆利落；而螺位错嘛，更像个稳重的老派武林高手，绕着圈子，讲究的是内力和巧劲儿。
刃位错，嘿，顾名思义，跟“刃”有关。
它就是在晶体中，原子排布的一种小缺陷。
想象一下，一列整齐的队伍突然少了一名队员，这样的空缺就像个刃子，能让材料在受力时更容易发生变形。
就好比打麻将时少了一张牌，那局面瞬间就乱了套。
刃位错出现在金属中，常常能让材料变得更软，容易加工，但一旦用得过火，嘿嘿，脆脆的脆性就来了，材料可能会嘎吱嘎吱地折断，像竹子一样。
再来看看螺位错，这位老前辈可就复杂多了。
它的名字里带个“螺”，是不是感觉更高大上？螺位错就像是在晶体的结构里旋转着的螺丝，层层叠叠，像旋转的陀螺。
它不光是个简单的缺陷，还是一种位错，可以在金属里引发塑性变形。
这就像你在修理东西的时候，拧了半天的螺丝，最后才发现需要调整角度，才能更好地把它固定住。
螺位错的存在能让材料更有韧性，抗压能力强，不容易轻易断掉。
它就像一个老练的武林高手，内功深厚，能化解许多外来的压力。
说到这里，刃位错和螺位错的区别也就显而易见了。
刃位错更像是个暴力美学，直截了当地破坏结构；而螺位错则是巧妙地影响原子排列，强调内力的转化。
嘿，你说哪个更酷？不同的应用场景需要不同的角色，咱们不能光看表面。
刃位错在某些情况下，可能是制造的福音，能帮助材料加工，但如果管理不好，嘿，后果可就不堪设想。
想象一下，你在厨房里切菜，不小心把刀划到桌子上，结果木头碎了一地；而螺位错呢，它能让金属在高温下继续发挥作用，保持稳定性，简直是材料科学界的“保姆”。
不过，咱们也不能说哪一个更好。
就像是打篮球，控球和投篮各有各的精彩。
刃位错和螺位错在同一块金属中共存，简直就是一场精彩的化学反应，推动着金属材料的发展和应用。
刃型位错、螺型位错上下两层原子的排布特点
原子的相对位置变化
对于螺型位错而言，晶体的某一部分相对于其余部分发生滑 移，原子平面沿着一根轴线盘旋上升，原子平面在位错线附近 已扭曲为螺旋面，在原子面上转一周就推进一个原子间距，进 而位错线周围的原子呈螺旋状分布。 所以，螺型位错的原子相对位置发生了相应的“攀移”，晶 体的局部区域也发生了畸变。
例：实际晶体中的点缺陷
弗伦克尔缺陷
肖特基缺陷
对一维线性位中的 “刃型位错”、“螺型位错” 原子的相对位置的理解。
刃型位错
刃型位错特征： 刃型位错特征：
●位错线与其滑移矢量b垂直，
而且滑移面是位错线和滑移矢 量所构成的唯一平面。
●刃型位错会产生多余半原子
面。
●晶体中产生刃型位错时，
其周围点阵发生弹性畸变， 使晶体处于受力状态，就 正刃型位错而言，滑移面 上方原子拥挤受到压应力， 下方原子稀疏受到拉应力。 负刃型位错则与此相反。
位错的规范理解： 位错的规范理解：
位错其实是晶体中普遍存在的一维线缺陷， 它的特点是在一维方向的尺寸较长，另外二维方 向上尺寸很小，从宏观看缺陷是线状的。
理想晶体模型中的原子排列都是 十分规整、整齐的，即原子的相对位 置都是相同的；但是，实际晶体中缺 陷是难以避免的，像零维的点缺陷， 一维的线缺陷，二维的面缺陷，这些 都使晶体中的原子的原子相对位置情 况不再一致了。
螺型位错
螺型位错的特征：
●螺型位错无额外半原子
面，原子错排呈轴对称 ●螺型位错线与滑移矢量 平行，故一定是直线 ●螺位错周围的点阵也发 生了弹性畸变，但只有平 行于位错线的切应变，无 正应变（在垂直于位错线 的平面投影上，看不出缺 陷） ●位错线的移动方向与晶 块滑移方向互相垂直
在已滑移区与未滑移区的交界处，AB线两侧的上下两层 在已滑移区与未滑移区的交界处，AB线两侧的上下两层 原子发生了错排和不对齐现象，它们围绕着AB AB线连成了 原子发生了错排和不对齐现象，它们围绕着AB线连成了 一个螺旋线，而被AB AB线所贯穿的一组原来是平行的晶面 一个螺旋线，而被AB线所贯穿的一组原来是平行的晶面 则变成了一个以AB线为轴的螺旋面。 AB线为轴的螺旋面 则变成了一个以AB线为轴的螺旋面。
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螺型位错
螺型位错的特征：
●螺型位错无额外半原子
面，原子错排呈轴对称 ●螺型位错线与滑移矢量 平行，故一定是直线 ●螺位错周围的点阵也发 生了弹性畸变，但只有平 行于位错线的切应变，无 正应变（在垂直于位错线 的平面投影上，看不出缺 陷） ●位错线的移动方向与晶 块滑移方向互相垂直
在已滑移区与未滑移区的交界处，AB线两侧的上下两层 在已滑移区与未滑移区的交界处，AB线两侧的上下两层 原子发生了错排和不对齐现象，它们围绕着AB AB线连成了 原子发生了错排和不对齐现象，它们围绕着AB线连成了 一个螺旋线，而被AB AB线所贯穿的一组原来是平行的晶面 一个螺旋线，而被AB线所贯穿的一组原来是平行的晶面 则变成了一个以AB线为轴的螺旋面。 AB线为轴的螺旋面 则变成了一个以AB线为轴的螺旋面。
原子的相对位置变化
对于螺型位错而言，晶体的某一部分相对于其余部分发生滑 移，原子平面沿着一根轴线盘旋上升，原子平面在位错线附近 已扭曲为螺旋面，在原子面上转一周就推进一个原子间距，进 而位错线周围的原子呈螺旋状分布。 所以，螺型位错的原子相对位置发生了相应的“攀移”，晶 体的局部区域也发生了畸变。
例：实际晶体中的点缺陷
弗伦克尔缺陷
肖特基缺陷
置的理解。
刃型位错
刃型位错特征： 刃型位错特征：
●位错线与其滑移矢量b垂直，
而且滑移面是位错线和滑移矢 量所构成的唯一平面。
●刃型位错会产生多余半原子
面。
●晶体中产生刃型位错时，
其周围点阵发生弹性畸变， 使晶体处于受力状态，就 正刃型位错而言，滑移面 上方原子拥挤受到压应力， 下方原子稀疏受到拉应力。 负刃型位错则与此相反。
刃型位错、螺型位错 —原子的相对位置
什么是“位错”？
理想晶体的原子排布模型
理想晶体的滑移模型
●理论抗剪屈服强度为3000MPa； ●单晶体的实际抗剪屈服强度仅为1~10MPa
位错的由来
其实，在研究晶体滑移时，我们发现理论屈服强 度和实际强度间有巨大差异，进而对理想晶体模型的 滑移方式产生了怀疑，认识到晶体中原子排列绝非完 全规则，滑移也不是两个原子面之间的集体的相对移 动，而是假设晶体内部是有一定多缺陷的---薄弱环 节，进而使塑形变形过程在很低的应力下就能进行， 而这内部的缺陷，就是我要论述的“位错”这个概念。
原子的相对位置变化
进而对刃型位错而言，位 错的存在使上下两层原子原 本的平衡性发生了变化，它 们排列的对称性遭到了破坏 （在位错发生位置的原子处 于更高的能量状态），故原 子的错排，使晶体表面多出 半个原子面，因此会有“台 阶”的产生。 位错让原本对应的原子发 生了相对的迁移，即可能使 A~B’,B~C’……
位错的规范理解： 位错的规范理解：
位错其实是晶体中普遍存在的一维线缺陷， 它的特点是在一维方向的尺寸较长，另外二维方 向上尺寸很小，从宏观看缺陷是线状的。
理想晶体模型中的原子排列都是 十分规整、整齐的，即原子的相对位 置都是相同的；但是，实际晶体中缺 陷是难以避免的，像零维的点缺陷， 一维的线缺陷，二维的面缺陷，这些 都使晶体中的原子的原子相对位置情 况不再一致了。