中南大学材料科学基础位错课后答案(课堂PPT)
材料科学基础位错反应和扩展位错 ppt课件
4. 位错反应
位错反应能否进行取决于两个条件：
➢ ①几何条件：反应前的柏氏矢量和等于反应后的柏氏矢量和。
b前b后
b2
注意：b的方向与规定的ξ的正向有关。所
以位错反应中，一般规定反应前位错 线指向节点，反应后离开节点。
b1
b3
➢ ②能量条件：反应后诸位错的总能量小于反应前诸位错的总 能量，这是热力学定律所要求的。
另外另外它还带着两片分别位于它还带着两片分别位于111111和和111111面上的层错以及两个不全位错面上的层错以及两个不全位错在两个在两个111111面的面面的面角上这种由于三个不全位错和两片层错构成的位错组这种由于三个不全位错和两片层错构成的位错组态称为态称为lomerlomercottrellcottrell位错另外另外它还带着两片分别位于它还带着两片分别位于111111和和面上面上的层错以及两个不全位错的层错以及两个不全位错在两个在两个111111面的面角上面的面角上这种由于三个不全位错和两片层错构成的位错组态这种由于三个不全位错和两片层错构成的位错组态称为称为lomerlomercottrellcottrell位错11111111111122111111121122211011122110111211122211111121在外力作用下两个扩展位错向两个滑移面的交线处滑移
a 6112 a 31 1 1 a 211 0
③两个全位错合并成另一全位错。
a 2011 a 21 1 0 a 211 0
④两个位错合并重新组合成另两个位错，如体心立方中：
a 10 a 0 01 a 2 0 11 a 2 1 1 1
8
4. 位错反应
[100 ]
[100 ]
b 2a[100]
《材料科学基础》课后答案(1-7章)
第一章8．计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例(1)NaF (2)CaO (3)ZnS解：1、查表得：X Na =0.93,X F =3.98根据鲍林公式可得NaF 中离子键比例为：21(0.93 3.98)4[1]100%90.2%e ---⨯=共价键比例为：1-90.2%=9.8% 2、同理，CaO 中离子键比例为：21(1.00 3.44)4[1]100%77.4%e---⨯=共价键比例为：1-77.4%=22.6%3、ZnS 中离子键比例为：21/4(2.581.65)[1]100%19.44%ZnS e --=-⨯=中离子键含量共价键比例为：1-19.44%=80.56%10说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义．说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。
答：结构转变的热力学条件决定转变是否可行，是结构转变的推动力，是转变的必要条件；动力学条件决定转变速度的大小，反映转变过程中阻力的大小。
稳态结构与亚稳态结构之间的关系：两种状态都是物质存在的状态，材料得到的结构是稳态或亚稳态，取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件)，阻力小时得到稳态结构，阻力很大时则得到亚稳态结构。
稳态结构能量最低，热力学上最稳定，亚稳态结构能量高，热力学上不稳定，但向稳定结构转变速度慢，能保持相对稳定甚至长期存在。
但在一定条件下，亚稳态结构向稳态结构转变。
第二章1．回答下列问题：(1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向：(001）与[210]，(111）与[112]，(110)与 [111],(132)与[123],(322)与[236］(2)在立方晶系的一个晶胞中画出（111)和 （112)晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。
(3)在立方晶系的一个晶胞中画出同时位于（101). (011)和（112)晶面上的[111]晶向。
解：1、2．有一正交点阵的 a=b, c=a/2。
某晶面在三个晶轴上的截距分别为 6个、2个和4个原子间距，求该晶面的密勒指数。
《材料科学基础》课件 实际晶体中的位错
扩展位错的交滑移
➢ 由于扩展位错只能在其所在的滑移面上运动，若要进行交滑 移，扩展位错就必须首先束集成全螺位错，然后再由该全位 错交滑移到另一滑移面上，并在新的滑移面上重新分解为扩 展位错，继续进行滑移。
扩展位错的性质和特点
➢ 位于{111}面上，由两条平行的Shockley分位错中间夹着一片
方向
|b| 数量 3 6 4 3
( B ) 堆垛及堆垛层错 堆垛顺序：FCC、BCC、HCP
实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序有可能遭到破 坏和错排，称为堆垛层错，简称层错。
（C）部分位错（不全位错） 层错终止在晶体内部所形成的边界就是不全位错。 面心立方晶体中有两种类型的不全位错。
（1）肖克莱（Shockley）不全位错
练习：在铝的单晶体中，若（111）面上有一位错b=a[101]/2 与（111）面上的位错b=a[011]/2发生反应时：
（1）写出上述位错反应方程式，并用能量条件判断位错反应 进行的方向；
（2）说明新位错的性质；
（3）当外加拉应力轴为[101]，＝4x106Pa时，求新位错所受到 的滑动力（已知铝的点阵常数为0.4nm）。
FCC中少见 强化
Frank分位 错
1 [111] 3
刃
不能滑移，只能攀移
压杆位错 1 [1 10] 6
螺、刃、混 和
不能滑移，定位错
强化
1、不能发生滑移运动的位错是 。 A、肖克莱不全位错 B、弗兰克不全位错 C、刃型全位错 2、两根具有反向柏氏矢量的刃位错在被一个原子面相隔的两个平行滑移面上 相向运动以后，在相遇处 。 A、相互抵消 B、形成一排空位 C、形成一排间隙原子 3、位错受力运动方向处处垂直与位错线，在运动过程中是可变的，晶体作相 对滑动的方向 。 A、亦随位错线运动方向而改变 B、始终是柏氏矢量方向 C、始终是外力方向 4、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
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”。
中南材料科学基础位错课后答案PPT学习教案
T2=20℃(293K) 计算C2 取A＝1，代入T2，T1及Q，有
C1/C2=6.84672×1013
C1 C2
Q
e kT1 Q
e kT2
Q( 1 1 )
e k T2 T1
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2
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
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a [010]
8
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。
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9
(111)
[-110]
(-1-11)
（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。
反应前柏氏矢量1102aa6a6a6a2110121211266aaa??14反应后柏氏矢量?能量条件反应前反应后?几何条件和能量条件均能满足121211330110aaaa???222110??42aab???2222141??411??36363aaab?????当两个肖克莱不全位错a1216和a2116之间排斥力f层错能时位错组态处于平衡gbbf?gbbgbbbb????12d2???a2121212cos22d?????立方晶系中任意两个晶向u1v1w1与u2v2w2之间夹角12?12vv21w12coscosuuvww????????故依据位错之间相互作用力15110a1216a2116a夹角601202222211222uuvw???故a1216和a2116之间夹角cos1221212bb666162cos2224g??g??aagadbb???????位错210题p116?在面心立方晶体中111晶面和111晶面上分别形成一个扩展位错
材料科学基础课后习题及答案_第三章
第三章答案3-2略。
3-2试述位错的基本类型及其特点。
解：位错主要有两种：刃型位错和螺型位错。
刃型位错特点：滑移方向与位错线垂直，符号⊥，有多余半片原子面。
螺型位错特点：滑移方向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平面，呈螺施状，称螺型位错。
3-3非化学计量化合物有何特点？为什么非化学计量化合物都是n型或p型半导体材料？解：非化学计量化合物的特点：非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关；可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常数看出；非化学计量化合物都是半导体。
由于负离子缺位和间隙正离子使金属离子过剩产生金属离子过剩（n型）半导体，正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩产生负离子过剩（p型）半导体。
3-4影响置换型固溶体和间隙型固溶体形成的因素有哪些？解：影响形成置换型固溶体影响因素：（1）离子尺寸：15%规律：1.（R1-R2）/R1>15%不连续。
2.<15%连续。
3.>40%不能形成固熔体。
（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。
（3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。
（4）场强因素。
（5）电负性：差值小，形成固熔体。
差值大形成化合物。
影响形成间隙型固溶体影响因素：（1）杂质质点大小：即添加的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。
（2）晶体（基质）结构：离子尺寸是与晶体结构的关系密切相关的，在一定程度上来说，结构中间隙的大小起了决定性的作用。
一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体。
（3）电价因素：外来杂质原子进人间隙时，必然引起晶体结构中电价的不平衡，这时可以通过生成空位，产生部分取代或离子的价态变化来保持电价平衡。
3-5试分析形成固溶体后对晶体性质的影响。
解：影响有：（1）稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生；（2）活化晶格，形成固溶体后，晶格结构有一定畸变，处于高能量的活化状态，有利于进行化学反应；（3）固溶强化，溶质原子的溶入，使固溶体的强度、硬度升高；（4）形成固溶体后对材料物理性质的影响：固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。
材料科学基础课后习题答案
（3） cosφ
=
n3 ⋅ F | n3 || F
|
=
1 3
cosα
=
b⋅F |b || F
|
=
1 2
由 Schmid 定律，作用在新生位错滑移面上滑移方向的分切应力为：
τ 0 = σ cosϕ cos λ = 17.2 ×
1× 3
1 = 7.0 MPa 2
∴作用在单位长度位错线上的力为：
f = τb = aτ 0 = 10 − 3 N/m 2
滑移面上相向运动以后，在相遇处
。
（B
）
A、相互抵消
B、形成一排空位
C、形成一排间隙原子
7、位错受力运动方向处处垂直与位错线，在运动过程中是可变的，
晶体作相对滑动的方向
。
（C
）
A、亦随位错线运动方向而改变 B、始终是柏氏矢量方向 C、始
终是外力方向
8、两平行螺型位错，当柏氏矢量同向时，其相互作用力
。
（B
二、（15 分）有一单晶铝棒，棒轴为[123]，今沿棒轴方向拉伸，请分析：
（1）初始滑移系统； （2）双滑移系统 （3）开始双滑移时的切变量 γ； （4）滑移过程中的转动规律和转轴； （5）试棒的最终取向（假定试棒在达到稳定取向前不断裂）。
三、（10
分）如图所示，某晶体滑移面上有一柏氏矢量为
v b
的圆环形位错环，并受到一均匀
14、固态金属原子的扩散可沿体扩散与晶体缺陷扩散，其中最慢的扩
散通道是：
。
（A）
A、体扩散
B、晶界扩散
C、表面扩散
15、高温回复阶段，金属中亚结构发生变化时，
。
（C）
A、位错密度增大 B、位错发生塞积 C、刃型位错通过攀移和滑移构
中南大学材料科学基础课后习题答案
中南大学材料科学基础课后习题答案(总12页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第一章 原子排列与晶体结构1. [110]， (111)， ABCABC…， ， 12 , 4 ， a r 42=； [111]， (110) , , 8 , 2 ， a r 43= ； ]0211[， (0001) ， ABAB ， ， 12 ， 6 ， 2a r =。
2.， 4 ， 8 。
3.FCC ， BCC ，减少 ，降低 ，膨胀 ，收缩 。
4.解答：见图1－1 5. 解答：设所决定的晶面为（hkl ），晶面指数与面上的直线[uvw]之间有hu+kv+lw=0，故有：h+k-l=0,2h-l=0。
可以求得（hkl ）＝（112）。
6 解答：Pb 为fcc 结构，原子半径R 与点阵常数a 的关系为a r 42=，故可求得a ＝×10-6mm 。
则（100）平面的面积S ＝a 2＝×0-12mm 2，每个（100）面上的原子个数为2。
所以1 mm 2上的原子个数s n 1=＝×1012。
第二章 合金相结构一、 填空1） 提高，降低，变差，变大。
2） （1）晶体结构；（2）元素之间电负性差；（3）电子浓度 ；（4）元素之间尺寸差别3） 存在溶质原子偏聚 和短程有序 。
4） 置换固溶体 和间隙固溶体 。
5） 提高 ，降低 ，降低 。
6） 溶质原子溶入点阵原子溶入溶剂点阵间隙中形成的固溶体，非金属原子与金属原子半径的比值大于时形成的复杂结构的化合物。
二、 问答1、 解答： -Fe 为bcc 结构，致密度虽然较小，但是它的间隙数目多且分散，间隙半径很小，四面体间隙半径为，即R ＝，八面体间隙半径为，即R ＝。
氢，氮，碳，硼由于与-Fe 的尺寸差别较大，在-Fe 中形成间隙固溶体，固溶度很小。
-Fe 的八面体间隙的[110]方向R= Ra ，间隙元素溶入时只引起一个方向上的点阵畸变，故多数处于-Fe 的八面体间隙中心。
中南大学材基课后题答案
第一章原子排列与晶体结构1.fcc结构的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛顺序是，致密度为，配位数是 ,晶胞中原子数为，把原子视为刚性球时，原子的半径r与点阵常数a的关系是；bcc结构的密排方向是，密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为，原子的半径r与点阵常数a的关系是；hcp结构的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛顺序是，致密度为，配位数是 ,，晶胞中原子数为，原子的半径r与点阵常数a的关系是。
2.Al的点阵常数为0.4049nm，其结构原子体积是，每个晶胞中八面体间隙数为，四面体间隙数为。
3.纯铁冷却时在912e发生同素异晶转变是从结构转变为结构，配位数，致密度降低，晶体体积，原子半径发生。
4.在面心立方晶胞中画出晶面和晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的方向。
在hcp晶胞的（0001）面上标出晶面和晶向。
5.求和两晶向所决定的晶面。
6 在铅的（100）平面上，1mm2有多少原子？已知铅为fcc面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm。
第二章合金相结构一、填空1）随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度，塑性，导电性，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数。
2）影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是（1）；（2）；（3）；（4）和环境因素。
3）置换式固溶体的不均匀性主要表现为和。
4）按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为和。
5）无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是强度和硬度，塑性，导电性。
6）间隙固溶体是，间隙化合物是。
二、问答1、分析氢，氮，碳，硼在α-Fe 和γ-Fe 中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。
已知元素的原子半径如下：氢：0.046nm，氮：0.071nm，碳：0.077nm，硼：0.091nm，α-Fe：0.124nm，γ-Fe ：0.126nm。
2、简述形成有序固溶体的必要条件。
第三章纯金属的凝固1.填空1. 在液态纯金属中进行均质形核时，需要起伏和起伏。
《材料科学基础》作业答案 ppt课件
（2）截距倒数为：3，2，1； 晶面指数为（3 2 1）
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9
2\ P89，2－4：
Z
O
Y
X
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10
P89，2－4：
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11
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12
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13
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14
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材料科学基础
Fundamentals of Material Science
作业题答案
任课教师：付华
2020/11/29
1
绪论
• 1、材料科学主要研究的核心问题是 结构 和 性能 的关系。
• 材料的结构是理解和控制性能的中心环节，结构 的最微细水平是 原子结构 ，第二个水平是 原子 排列方式 ，第三个水平是 显微组织 。
• 14、表征晶体中晶向和晶面的方法有 解析法
和 图示 法。（晶体投影图 ）
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二、分析计算
• 1、（2-3）（1）晶面A在x、y、z轴上的截距 分别是2a、3b和6c，求该晶面的米勒指数； （2）晶面B在x、y、z轴上的截距分别是a/3、 b/2和c，求该晶面的米勒指数。
1:1: 13:2:1 236
7
• 11、MgO晶体具有 NaCl型结构，其对称型是
3L4 4L36L29PC ，晶族是 高级晶族 ，晶系是 立 方晶系 ，晶体的键型是 单元是 硅 氧四面体[SiO4]。
• 13、几种硅酸盐晶体的络阴离子分别为[Si2O7]6-、 [Si2O6]4-、[Si4O10]4-、[AlSi3O8]1-，它们的晶体 结构类型分别为 组群状 ， 链状 ， 层状 ，和 架状 。
大学课件,材基习题答案
大学课件,材基习题答案第六章空位与位错一、名词解释空位平衡浓度：金属晶体中，空位是热力学稳定的晶体缺陷，在一定的空位下对应一定的空位浓度，通常用金属晶体中空位总数与结点总数的比值来表示。
位错：晶体中的一种原子排列不规则的缺陷，它在某一个方向上的尺寸很大，另两个方向上尺寸很小。
柏氏回路：确定柏氏族矢量的过程中围绕位错线作的一个闭合回路，回路的每一步均移动一个原子间距，使起点与终点重合。
P-N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扩展位错：两个不全位错之间夹有层错的位错组态堆垛层错：密排晶体结构中整层密排面上原子发生滑移错排而形成的一种晶体缺陷。
弗兰克-瑞德位错源：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。
Orowan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。
科垂尔气团：围绕刃型位错形成的溶质原子聚集物，通常阻碍位错运动，产生固溶强化效果。
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。
面角位错：在fcc晶体中形成于两个{111}面的夹角上，由三个不全位错和两个层错构成的不能运动的位错组态。
多边形化：连续弯曲的单晶体中由于在加热中通过位错的滑移和攀移运动，形成规律的位错壁，成为小角度倾斜晶界，单晶体因而变成多边形的过程。
二、问答 1 解答：层错能高，难于形成层错和扩展位错，形成的扩展位错宽度窄，易于发生束集，容易发生交滑移，冷变形中线性硬化阶段短，甚至被掩盖，而抛物线硬化阶段开始早，热变形中主要发生动态恢复软化；层错能低则反之，易于形成层错和扩展位错，形成的扩展位错宽度较宽，难于发生束集和交滑移，冷变形中线性硬化阶段明显，热变形中主要发生动态再结晶软化。
《材料科学基础》课件3.2.4位错的弹性性质
fy
b2
Gb1b2 y(3x 2 y 2 ) 2π(1 ) (x 2 y 2 )32
b2
Gb1b2 y(3x 2 y 2 ) 2π(1 ) (x 2 y 2 )2
2
1
4
3
2
1
4
平行刃位错和螺位错间的交互作用 因为平行的刃位错和螺位错的应力场没有重叠的分量，所
以，它们间的交互作用为零。
ES
Gb 2
4
ln
R r0
(2) 刃型位错应变能
单位长度刃型位错应变能
Ee
Gb2
4 (1
v)
ln
R r0
（3）混合位错的应变能
设混合位错的柏氏矢量b与位错线交角为θ，则：
be b sin, bs b cos
EM Ee ES
Gb2 sin2 lnR Gb2 cos2 lnR
4(1r) r0
a) 位错的应力场 位错线附近的原子偏离了正常位置，引起点阵畸变，从而产 生应力场。 （1）位错中心部，原子排列特别紊乱，超出弹性变形范围 （2）中心区外，应力场用各向同性连续介质弹性理论来处理。 （3）分析位错应力场时，常设想把中心区挖去，而在中心区以 外的区域采用弹性连续介质模型导出应力场公式。 假设：1.完全服从虎克定律，即不存在塑性变形；
定量计算2个位错间交互作用力的简单方法：把其中一个位错 （A）的应力场看作是另一位错（B）的“外加应力场”，这应力 场对B位错的作用力就是A位错对B位错的作用力。
两个平行螺位错间的交互作用
➢ S1和S2是2个平行z轴的螺位错，它们的柏氏矢量分别为b1和b2， S1位错在z轴， S2位错处在(r,θ)处。
如果作用力平行于作用面，则此力为剪力（切力），单位 面积上的切力被称为切应力。它力图改变物体的形状，而不 改变体积。
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• 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。
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解答
• 利用空位浓度公式计算 C vAexp(k Q T)Aexp(R Q T) • Q=105KJ/mol
• K×Av（阿伏加德罗常数）＝1.38×10-23×6.02×1023 ＝8.314J/mol.K
cos
u 1 u2v1v2w 1w 2
(u 12v12w 12)(u22v22w 22)
a [110] 2
• 故a[-12-1]/6 和 a[-211]/6之间夹角cosφ=1/2
G
G6 a6 a1 G a 2
d2 b 1b 2c o s b 1 b 2 2 6 622 4
a [211] 6
a [12 1] 6
柏氏矢量关系，位错交截后产生“扭折”或“割 阶” • “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
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• 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。
a [100]
a [010]
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• 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。
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(111) [-110]
(-1-11)
（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。
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[11-2]/6 [112]/6
(111)
（111）面上领先位错 a[11-2]/6
(11-1)
（11-1）面上领先位错 a[112]/6
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[11-2]/6 [112]/6
(111)晶面的 a[11-2 ]/6 和 (11-1)晶面的 a[112 ]/6发 生位错反应， 新位错的柏 氏矢量方向 为[110 ]
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ds
Ga2
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解答思路
• 发生位错反应： a[110]a[121]a[211]
• 几何条件： 反应前柏氏矢量
a
2
[1 1 0 ]
6
6
2
反应后柏氏矢量
a[121]a[211 ] a[330]a[110]
66
62
• 能量条件 反应前
b2 a2(110)a2
4
2
反应后
b2a2(141)a2(411)a2
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• 11．总结位错理论在材料科学中的 应用
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解答
1. 可以解释实际强度与理论强度差别巨大原因 2. 可以解释各种强化理论完全消除位错和增加位错强化的各种方式
（细晶强化，第二相沉淀强化，加工硬化，固溶强化） 3. 凝固中晶体长大方式之一 4. 通过位错运动完成塑性变形 5. 变形中的现象如屈服与应变时效，蠕变等； 6. 空位的形成机制之一 7. 小角晶界模型 8. 固态相变中晶界等优先形核机制， 9. 回复再结晶软化机制，多边化和胞状组织结构 10. 短路扩散机制 11. 断裂裂纹形核机制
解答
Cv
Aexp( Q ) RT
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 L 3 1 =? NV
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• 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
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
螺型
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• 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= τ b ＝Gb1b2/2πr，b1＝b2，所以F= Gb2/2πr
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 。
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• 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：（G 切变模量，γ层错能）
• fcc中，b=a[110]/2 • 0.3nm=0.3×109m • 从相距100nm推进到3nm时需要功
100G b2drG b2ln1001.76 10 9N M
3 2r 2 3
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• 7．在简单立方晶体的（100）面上有a [001] 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？
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图解说明位错反应
(111)
平面(111)
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(11-1)
平面(11-1)
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(111)
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 [1-10] hu+kv+lw=0关系， 可得 (11-1) u+v+w＝0
u+v-w＝0
求得uvw比值1:-1:0
夹角60°（120° ）
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位错2－10题，P116
• 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：
(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
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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 (111)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
• 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。
• 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（010），故为割阶
[110]
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[11-2]/6 [112]/6
(111)
[1-10] (11-1)
新位错柏氏矢量方向 [110 ]与两个滑移面 （111）（11-1）的交 线[1-10]垂直，为刃型
位错，新位错滑移面 为[110 ]与 [1-10]决定 的平面，即（001） 面，不能滑移
[110]
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[11-2]/6 [112]/6
(111)
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，
[1-10]
即[1-10]， 即：位错线与柏氏矢
量垂直，故为刃型位
(11-1)
错，其滑移面为[110 ] 与 [1-10]决定的平面，
即（001）面，也不是
fcc中的惯常滑移面， [110] 故不能滑移。
• 在T1=850 ℃ (1123K) 计算C1
• 后激冷至室温可以认为全部空位保留下来，即在
• •
T2=20℃(293K) 计算C2 取A＝1，代入T2，T1及Q，有
C1/C2=6.84672×1013
C1 C2
Q
e kT1
Q
e kT2
Q( 1 1 )
e k T2 T1
3
• 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
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363ຫໍສະໝຸດ • 几何条件和能量条件均能满足
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• 当两个肖克莱不全位错a[-12-1]/6 和 a[-211]/6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 2 d
dG 2b 1b22G b1b2cosb1b2
• 立方晶系中任意两个晶向 [u1v1w1] 与 [u2v2w2]之间夹角
• 分析该位错环各段位错的结 构类型。
• 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？
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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