位错及界面部分第一次习题
晶体缺陷习题及答案解析
晶体缺陷习题与答案1 解释以下基本概念肖脱基空位、弗仑克尔空位、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、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、重合位置点阵、共格界面、失配度、非共格界面、内吸附。
2 指出图中各段位错的性质，并说明刃型位错部分的多余半原子面。
3 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。
(1)分析该位错环各段位错的结构类型。
(2)求各段位错线所受的力的大小及方向。
(3)在τ的作用下，该位错环将如何运动?(4)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?4 面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错]101[2ab =，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πγ242Gb s d ≈(G 切变模量，γ层错能)。
5 已知单位位错]011[2a能与肖克莱不全位错]112[6a 相结合形成弗兰克不全位错，试说明：（1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。
(2)判定此位错反应能否进行？(3)这个位错为什么称固定位错?6 判定下列位错反应能否进行?若能进行，试在晶胞上作出矢量图。
(1)]001[]111[]111[22a a a→+(2)]211[]112[]110[662a a a+→(3)]111[]111[]112[263a a a→+7 试分析在(111)面上运动的柏氏矢量为]101[2a b =的螺位错受阻时，能否通过交滑移转移到(111)，(111)，(111)面中的某个面上继续运动?为什么?8 根据晶粒的位向差及其结构特点，晶界有哪些类型?有何特点属性?9 直接观察铝试样，在晶粒内部位错密度为5×1013/m 2，如果亚晶间的角度为5o ，试估算界面上的位错间距(铝的晶格常数a=2.8×10-10m)。
晶体缺陷习题与答案
晶体缺陷习题与答案1解释以下基本概念肖脱基空位、弗仑克尔空位、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、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、重合位置点阵、共格界面、失配度、非共格界面、内吸附。
2指出图中各段位错的性质，并说明刃型位错部分的多余半原子面。
3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(1)分析该位错环各段位错的结构类型。
(2)求各段位错线所受的力的大小及方向。
(3)在的作用下，该位错环将如何运动(4)在的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大4面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错ba2[110]，在(111)面上分解为两个肖克莱不Gb242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d模量，层错能)。
(G切变[101]能与肖克莱不全位错a[121]相结合形成弗兰克不全位错，试说明：5已知单位位错a26（1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。
(2)判定此位错反应能否进行？(3)这个位错为什么称固定位错6判定下列位错反应能否进行若能进行，试在晶胞上作出矢量图。
[111]a[111]a[001](1)a22[110](2)a2a6[121]a6[211][111]a2[112]a[111](3)a36a27试分析在(111)面上运动的柏氏矢量为b[110]的螺位错受阻时，能否通过交滑移转移到(111)，(111)，(111)面中的某个面上继续运动为什么8根据晶粒的位向差及其结构特点，晶界有哪些类型有何特点属性132o9直接观察铝试样，在晶粒内部位错密度为5某10/m，如果亚晶间的角度为5，试估算界面上的位错间距(铝的晶格常数a=2.8某10-10m)。
1.设铜中空位周围原子的振动频率为1013-1，⊿Em为0.15γTM10-18J，e某p(⊿Sm/k)约为1，试计算在700K和室温(27℃)时空位的迁移频率。
【上交827 材料科学基础】材料科学基础习题及参考答案1
材料科学基础参考答案材料科学基础第一次作业1.举例说明各种结合键的特点。
⑴金属键：电子共有化，无饱和性，无方向性，趋于形成低能量的密堆结构，金属受力变形时不会破坏金属键，良好的延展性，一般具有良好的导电和导热性。
⑵离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合，以离子为结合单元，无方向性，无饱和性，正负离子静电引力强，熔点和硬度均较高。
常温时良好的绝缘性，高温熔融状态时，呈现离子导电性。
⑶共价键：有方向性和饱和性，原子共用电子对，配位数比较小，结合牢固，具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点，导电能力差。
⑷范德瓦耳斯力：无方向性，无饱和性，包括静电力、诱导力和色散力。
结合较弱。
⑸氢键：极性分子键，存在于HF，H2O，NF3有方向性和饱和性，键能介于化学键和范德瓦尔斯力之间。
2.在立方晶体系的晶胞图中画出以下晶面和晶向：（1 0 2）、（1 1 -2）、（-2 1 -3），[1 1 0],[1 1 -1],[1 -2 0]和[-3 2 1]。
12(213)3. 写出六方晶系的{1 1 -20}，{1 0 -1 2}晶面族和<2 -1 -1 0>,<-1 0 1 1>晶向族中各等价晶面及等价晶向的具体指数。
{1120}的等价晶面：(1120)(2110)(1210)(1120)(2110)(1210) {1012}的等价晶面：(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)2110<>的等价晶向：[2110][1210][1120][2110][1210][1120] 1011<>的等价晶向：[1011][1101][0111][0111][1101][1011][1011][1101][0111][0111][1101][1011]4立方点阵的某一晶面（hkl ）的面间距为M /，其中M 为一正整数，为晶格常数。
位错及界面部分第二次习题答案
1、面心立方晶体中，把2个b都为[110]a/2且平行的同号螺位错从100nm推近到8nm作功多少?已知a=0.3nm，G=7×1010Pa。
解：两个同号螺位错（单位长度）间的作用力F 与它们之间的距离d 的关系为位错的柏氏矢量，两螺位错从100nm推近到8nm 作功为2、在同一滑移面上有2个互相平行的位错，其中一个位错的柏氏矢量和位错线方向的夹角为θ。
两位错的b大小相等，夹角为30°，这2个位错在滑移面上的相互作用力是否可能为零？已知常用金属材料的柏松比约为1/33、在3个平行的滑移面上有3根平行的刃型位错线A，B，C，其柏氏矢量大小相等，A，B被钉扎不能动，（1）若无其它外力，仅在A，B应力场作用下，位错C向哪个方向运动？（2）指出位错向上述方向运动时，最终在何处停下？答案见习题册P87：3-314、在Fe晶体中同一滑移面上，有3根同号且b相等的直刃型位错线A，B，C受到分剪应力τx的作用，塞积在一个障碍物前，试计算出该3根位错线的间距及障碍物受到的力（已知G=80GPa，τx=200MPa，b=0.248nm）答案见习题册P88：3-365、写出距位错中心为R1 范围内的位错弹性应变能。
如果弹性应变能为R1 范围的一倍，则所涉及的距位错中心距离R2 为多大?6、单晶体受拉伸形变，拉伸轴是[001]，应力为σ，求对b=a[ -101]/2 及t 平行于[1-21 ]的位错滑移和攀移方向所受的力。
已知a=0.36nm。
解：单位长度位错线在滑移面上所受的力F 是外加应力场在滑移面滑移方向的分切应力τ与柏氏矢量b 的乘积：F g=τb。
在单向拉伸（应力为σ）的情况，τ= σcosλcosϕ。
因b=a[ -101]/2 及t 平行于[1-21 ]，所以滑移面是(111)，因此，λ是[001] −[-101] 的夹角，ϕ是[001] −[111] 的夹角。
根据第1 题的计算知。
而b 的模为，最后得式中σ的单位为Pa。
材料表面与界面复习题
1.液体原子构造的主要特征。
〔1〕液体构造中近邻原子数一般为5~11个〔呈统计分布〕，平均为6个，与固态晶体密排构造的12个最近邻原子数相比差异很大；〔2〕在液体原子的自由密堆构造中存在五种间隙，四面体间隙占了主要地位。
〔3〕液体原子构造在几个原子直径范围内是短程有序的，而长程是无序的。
2.液体外表能的产生原因。
液体外表层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。
因此在液体外表层中，每个分子都受到一个垂直于液面并指向液体内部的不平衡力。
这种吸引力使外表上的分子趋向于挤入液体内部，促成液体的最小外表积。
要使液体的外表积增大就必须要对抗液体内局部子的吸引力而做功，从而增加分子的位能，这种位能就是液体的外表能。
3.液体外表张力的概念与影响因素。
液体外表层的原子或分子受到内部原子或分子的吸引，趋向于挤入液体内部，使液体外表积缩小，因此在液体外表的切线方向始终存在一种使液体外表积缩小的力，其合力指向液体内部的作用力，这种力称为液体外表张力。
液体的外表张力大小受很多因素的影响。
如果不考虑液体内部其它组元向液体外表的偏聚与液体外部组元在液体外表的吸附，液体外表张力大小主要受物质本身构造、所接触的介质与温度的影响。
〔1〕液体的外表张力来源于液体内部原子或分子间的吸引力，因此液体内部原子或分子间的结合能的大小直接影响到液体的外表张力的大小。
一般来说，液体中原子或分子间的结合能越大，外表张力越大。
具有金属键原子结合的物质的外表张力最大；其次由大到小依次为：离子键结合的物质、极性共价键结合的物质、非极性共价键结合的物质。
(2)液体的外表张力的产生是由于处于外表层的原子或分子一方面受到液体内部原子或分子的吸引，另一方面受到液体外部原子或分子的吸引。
当液体处在不同介质环境时，液体外表的原子或分子与不同物质接触所受的作用力不同，因此导致液体外表张力的不同。
一般来说，介质物质的原子或分子与液体外表的原子或分子结合能越高，液体的外表张力越小；反之，介质物质的原子或分子与液体外表的原子或分子结合能越低，液体的外表张力越大。
材料科学基础习题与参考答案
材料科学基础习题与参考答案第一章材料的结构一、说明以下差不多概念空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、第二相强化。
二、填空题1、材料的键合方式有四类，分别是〔〕，〔〕，〔〕，〔〕。
2、金属原子的特点是最外层电子数〔〕，且与原子核引力〔〕，因此这些电子极容易脱离原子核的束缚而变成〔〕。
3、我们把原子在物质内部呈〔〕排列的固体物质称为晶体，晶体物质具有以下三个特点，分别是〔〕，〔〕，〔〕。
4、三种常见的金属晶格分别为〔〕，〔〕和〔〕。
5、体心立方晶格中，晶胞原子数为〔〕，原子半径与晶格常数的关系为〔〕，配位数是〔〕，致密度是〔〕，密排晶向为〔〕，密排晶面为〔〕，晶胞中八面体间隙个数为〔〕，四面体间隙个数为〔〕，具有体心立方晶格的常见金属有〔〕。
6、面心立方晶格中，晶胞原子数为〔〕，原子半径与晶格常数的关系为〔〕，配位数是〔〕，致密度是〔〕，密排晶向为〔〕，密排晶面为〔〕，晶胞中八面体间隙个数为〔〕，四面体间隙个数为〔〕，具有面心立方晶格的常见金属有〔〕。
7、密排六方晶格中，晶胞原子数为〔〕，原子半径与晶格常数的关系为〔〕，配位数是〔〕，致密度是〔〕，密排晶向为〔〕，密排晶面为〔〕，具有密排六方晶格的常见金属有〔〕。
8、合金的相结构分为两大类，分别是〔〕和〔〕。
9、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为〔〕和〔〕，按照固溶度分为〔〕和〔〕，按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为〔〕和〔〕。
10、阻碍固溶体结构形式和溶解度的因素要紧有〔〕、〔〕、〔〕、〔〕。
11、金属化合物〔中间相〕分为以下四类，分别是〔〕，〔〕，〔〕，〔〕。
12、金属化合物〔中间相〕的性能特点是：熔点〔〕、硬度〔〕、脆性〔〕，因此在合金中不作为〔〕相，而是少量存在起到第二相〔〕作用。
13、CuZn、Cu5Zn8、Cu3Sn的电子浓度分别为〔〕，〔〕，〔〕。
晶体缺陷习题及答案解析
晶体缺陷习题与答案1 解释以下基本概念肖脱基空位、弗仑克尔空位、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、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、重合位置点阵、共格界面、失配度、非共格界面、内吸附。
2 指出图中各段位错的性质，并说明刃型位错部分的多余半原子面。
3 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。
(1)分析该位错环各段位错的结构类型。
(2)求各段位错线所受的力的大小及方向。
(3)在τ的作用下，该位错环将如何运动?(4)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?4 面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错]101[2ab =，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πγ242Gb s d ≈(G 切变模量，γ层错能)。
5 已知单位位错]011[2a 能与肖克莱不全位错]112[6a 相结合形成弗兰克不全位错，试说明：（1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。
(2)判定此位错反应能否进行？(3)这个位错为什么称固定位错?6 判定下列位错反应能否进行?若能进行，试在晶胞上作出矢量图。
(1)]001[]111[]111[22a a a→+ (2)]211[]112[]110[662a a a+→ (3)]111[]111[]112[263a a a→+7 试分析在(111)面上运动的柏氏矢量为]101[2a b =的螺位错受阻时，能否通过交滑移转移到(111)，(111)，(111)面中的某个面上继续运动?为什么?8 根据晶粒的位向差及其结构特点，晶界有哪些类型?有何特点属性?9 直接观察铝试样，在晶粒内部位错密度为5×1013/m 2，如果亚晶间的角度为5o ，试估算界面上的位错间距(铝的晶格常数a=2.8×10-10m)。
8第八节课-实际晶体位错和层错
但是，实际上此位错反应是无法进行的，因为合并后能量是增加的，需
要外力提供能量，何况同性相斥，两同号位错间的排斥力将不允许它们无 限靠拢。
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材料科学基础
例：有两个被钉扎住的刃型位错A-B和C-D，它们的长度x相等，且具有相同的b， 而b的大小和方向相同（图3-21）。每个位错都可看做F-R位错源。试分析在其增 殖过程中二者间的交互作用。若能形成一个大的位错源，使其开动的多大？
9 西安石油大学材料科学与工程学院
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F-R源位错增值定义：位错两端被钉扎，在切应力作用下弯曲，位错运动导致位错线卷 曲，异号位错相遇，形成一个位错环和一根位错线，该过程重复，位错增值。
外加切应力与位错弯曲时曲率半径的关系为： Gb
曲率半径越小，切应力越大。
2r
当AB弯曲成半圆时，曲率半径最小，所需的切应力最大，此时，r=L/2，L为A和B 之间的距离。故使弗兰克-里德源发生作用的临界切应力为：
22 西安石油大学材料科学与工程学院
材料科学基础
例题：有两根左螺旋位错线，各自的能量都为E1，当它们无限靠拢时，总能 量为多少？ 解：单位长度位错的能量为 T Gb 2 由于位错的应变能与b2成正比，两根同向螺型位错的能量相同，其柏氏矢 量b必然相同。若它们无限靠拢时，合并为柏氏矢量为2b的新位错，其总 能量应为4E1。
形成位错。
3)晶体内部的某些界面(如第二相质点、孪晶、晶界等)和微裂纹的附近，由 于热应力或者组织应力的作用，往往出现应力集中现象，当此应力高至足 以使该局部区域发生滑移时，该区域产生位错。
材料科学基础
3. 位错的增殖：晶体在变形过程中位错不断增殖的现象。
材料科学基础复习题 (1)
一、单项选择，请在题中空格处填写正确答案。
1.图中______ 段位错线为刃型位错，且额外半排原子面处于垂直于纸面朝上的位置。
A DCB CBC BAD AD2.实际晶体强度远远低于理论强度的原因，是由于实际晶体中存在大量的A. 晶界B.亚晶界C. 空位D. 位错3.方法不能获得过饱和点缺陷。
A 高温淬火B 冷变形C 辐照D 退火4.不属于面缺陷。
A 相界面B 位错C 堆垛层错D 亚晶界5.不属于点缺陷。
A 空位B 孪晶界C 置换原子D 间隙原子6.属于线缺陷。
A 堆垛层错B 孪晶界C 位错D 间隙原子7.利用观察位错有一定的局限性，它只能观察在表面露头的位错，而在晶体内部的位错则无法显示。
A 缀饰法B 透射电镜C 蚀坑D 场离子显微镜观测方法8.图中晶面上有—位错环，其柏氏矢量b垂直于滑移面，该位错环在切应力作用下的运动特征为_____。
A 在位错环平面上攀移B 在位错环平面上滑移C 沿通过位错环的圆柱面滑移D 不能确定9.如图所示垂直于纸面的位错，位错正向朝纸面外，在图示切应力作用下向左运动。
其柏氏矢量方向朝。
A 上B 下C 左D 右10.由派-纳力的公式可知，_____。
A 滑移阻力随柏氏矢量的大小呈直线上升B 滑移阻力随滑移面的面间距呈指数下降C 滑移阻力随柏氏矢量的大小呈指数下降D 滑移阻力随滑移面的面间距呈指数上升一名词解释1、致密度：表示晶胞中原子所占体积与晶胞体积的比值，是衡量原子排列紧密程度的参数，致密度越大，晶体中原子排列越紧密，晶体结构越致密。
2、相：合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构、成分基本相同、并有明确界面与其他部分相分开的均匀组成部分。
3、固溶体：指以合金某一组元为溶剂，在其晶格中溶入其他组元原子（溶质）后所形成的一种合金相，其特征是仍保持溶剂晶格类型，结点上或间隙中含有其他组元原子。
4、离异共晶：成分点靠近共晶转变线两端的亚共晶和过共晶合金，结晶后组织中初晶量多，共晶体数量少，而且共晶体中与初晶相同的一相与初晶结合在一起，将共晶体中另一相推至晶界，造成的共晶体两相分离的非平衡组织。
位错及界面部分第一次习题
1 证明位错线不能终止在晶体内部。
2 一个位错环能否各部分都是螺位错?能否各部分都是刃位错?为什么?3.位错环上各部分位错性质是否相同？4.若面心立方晶体(铜)中开动的滑移系为(111)[101](a)若滑移是由刃位错运动引起的，给出位错线的方向。
(b)若滑移是由螺位错引起的，给出位错线的方向。
5．在fcc单晶体中做如下操作获得的是什么位错？柏氏矢量是什么？（1）抽出一个（111）面的一个圆片，然后圆片两侧再重新粘合。
和，切面两侧相对位移a[011]/2。
（2）沿（111）面切开一部分，割面边缘是[011][101]（3）插入(110)半原子面，此面终止在（111）面上6．已知在某简单立方晶体的（100）面上有一刃型位错L，该位错的柏氏矢量与（33-1）和（-1-11）面的晶带轴平行，(1)写出该位错的柏氏矢量和位错线的方向，并图示之；(2)若该位错部分线段攀移，指出攀移的原子面及结果，并图示之；(3)若在（001）面上有一与其柏氏矢量相同的刃型位错L1，两位错交截后会发生什么变化？图示之。
对各自的运动有何影响？(4)若（001）面上有一螺型位错L，上述3种情况将如何？7.图中位错环的各边分别是什么位错？设想在晶体中怎样得到如图的位错环?8.假定在立方晶系中有一柏氏矢量在[011]晶向的刃型位错L1沿(011)晶面滑移，另有一位错L2的滑移面为（011），柏氏矢量方向和位错线方向均为[011]晶向，请指出：(1)L1位错线的方向；(2)L2位错的性质；(3)L1与L2交截后L2产生的折线是扭折还是割阶？(4)该折线的滑移面指数。
9.简单立方晶体(100)面有1 个b=[ 0-10 ]的刃位错(a)在(001)面有1个b=[010]的刃位错和它相截，相截后2 个位错产生扭折还是割阶？(b)在(001)面有1个b=[100]的螺位错和它相截，相截后2 个位错产生扭折还是割阶？10.简单立方晶体(100)面有一个b=[001]的螺位错，在(001)面有1 个b=[010]的刃位错和它相截，相截后2 个位错产生扭折还是割阶？11.AB 是B2 型有序结构(a)画出垂直于(101)并包含[ 111]方向的面的原子排列，并指出该面的堆垛顺序。
位错理论与应用试题
位错理论与应用试题学院：材料科学与工程学院学生：老师：日期：2011年5月2日位错理论与应用试题：1、解释：层错、扩展位错、位错束集、汤姆森四面体（20分）（1）、层错是一种晶体缺陷。
如已知FCC结构的晶体，密排面{111}堆堆垛顺序为ABCABC……以“Δ”表示AB、BC、CA……次序，用“▽”表示相反次序，即BA、CB、AC……，则FCC的正常堆垛顺序为ΔΔΔ……，HCP 密排面{0001}按照…ABAB…顺序堆垛，则表示为：Δ▽Δ▽……若在FCC 中抽走一层C，则 A B C A B ↓ A B C A B C ΔΔΔΔ▽ΔΔΔΔΔ；插入一层A，则A B C A B ↓A↓C A B C ΔΔΔΔ▽▽△△△，即在“↓”处堆垛顺序发生局部错乱，出现堆垛层错，前者为抽出型层错，后者为插入型层错，可见FCC晶体中的层错可看成是嵌入了薄层密排六方结构。
（2）、一个全位错分解为两个或多个不全位错，其间以层错带相联，这个过程称为位错的扩展，形成的缺陷体系称为扩展位错。
（3）、扩展位错有时在某些地点由于某种原因会发生局部的收缩，合并为原来的非扩展状态，这种过程称为扩展位错的束集。
（4）、1953年汤普森（N. Thompson）引入参考四面体和一套标记来描述FCC 金属中位错反应，如下图。
将四面体以ΔABC为底展开，各个线段的点阵矢量，即为汤普森记号，它把FCC金属中重要滑移面、滑移方向、柏氏矢量简单而清晰地表示出来。
2、位错的起源、增值机制及位错的分类？（15分）（1）、位错的起源主要有两个：第一个是位错本来就存在于籽晶或者其它导致晶体生长的壁面中，这些位错有一部分在晶体赖以生长的表面露头，就扩展到成长着的新晶体中；另一个是新晶体成长时的偶然性所造成的位错生核，其中包括：杂质颗粒等引起的内应力所产生的不均匀生核，成长中的不同部分的表面（如枝晶表面）之间的碰撞产生新的位错，空位片崩塌所造成的位错环。
（2）、位错的增值机制是被广泛引用的弗兰克–里德(Frank-Read，简称为F-R)源机制，如下图：这种理论认为新位错的产生是原有位错增殖的结果。
晶体缺陷习题及答案
晶体缺陷习题及答案晶体缺陷习题及答案晶体缺陷是固体材料中晶格结构的一种缺陷或不完美。
它们可以是原子、离子、分子或电子的缺陷，对材料的性质和行为有着重要的影响。
在材料科学和固体物理学中，研究晶体缺陷是一项重要的课题。
下面将为大家提供一些晶体缺陷的习题及答案，希望能够帮助大家更好地理解和掌握这一领域的知识。
习题一：什么是晶体缺陷？请简要描述一下晶体缺陷的种类。
答案：晶体缺陷是指固体材料中晶格结构的缺陷或不完美。
晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种类型。
点缺陷包括空位、间隙原子、替位原子和杂质原子等；线缺陷包括位错和螺旋位错等；面缺陷包括晶界、堆垛层错和孪晶等。
习题二：请简要描述一下晶体中的空位缺陷和间隙原子缺陷。
答案：空位缺陷是指晶体中某些晶格位置上没有原子的缺陷。
在晶体中，原子有一定的热运动，有些原子可能会从晶格位置上跳出来，形成空位。
空位缺陷会导致晶体的密度减小，热稳定性降低。
间隙原子缺陷是指晶体中某些晶格位置上多出一个原子的缺陷。
在晶体中，有时会有一些原子占据了本不属于它们的晶格位置，形成间隙原子。
间隙原子缺陷会导致晶体的密度增大，热稳定性降低。
习题三：请简要描述一下晶体中的替位原子缺陷和杂质原子缺陷。
答案：替位原子缺陷是指晶体中某些晶格位置上被其他原子替代的缺陷。
在晶体中，有时会有一些原子替代了原本应该占据该位置的原子，形成替位原子。
替位原子缺陷会导致晶体的晶格常数发生变化，对晶体的性质产生重要影响。
杂质原子缺陷是指晶体中掺入了少量杂质原子的缺陷。
杂质原子可以是同位素原子或不同原子种类的原子。
杂质原子缺陷会导致晶体的导电性、光学性质等发生变化。
习题四：请简要描述一下晶体中的位错和螺旋位错。
答案：位错是指晶体中晶格排列发生错位的缺陷。
位错可以是边界位错或螺旋位错。
边界位错是指晶体中两个晶粒的晶格排列发生错位。
边界位错可以是位错线、位错面或位错体。
边界位错会影响晶体的力学性能和导电性能。
螺旋位错是指晶体中晶格排列呈螺旋状的缺陷。
《材料成型金属学》教学资料：第一章位错理论基础
晶界特点
1） 晶界—畸变—晶界能—向低能量状态转化—晶粒长大、 晶界变直—晶界面积减小； 2） 阻碍位错运动— 流变应力↑ 细晶强化； 3） 位错、空位等缺陷多—晶界扩散速度高； 4） 晶界能量高、结构复杂—容易满足固态相变的条件— 固态相变首先发生地； 5） 化学稳定性差—晶界容易受腐蚀； 6） 微量元素、杂质富集。
1 位错理论基础
Fundamentals of dislocation theory
理想晶体 完全按照空间点阵有规则排列
实际晶体 不可能完全规则排列，存在晶格缺陷 lattice defect
1.1 晶体缺陷概述
晶体中的缺陷： 原子排列偏离完整性的区域
点缺陷－在三个方向上尺寸都很小 线缺陷－在二个方向上尺寸很小 面缺陷－在一个方向上尺寸很小
Ae-q / kT
空位迁移速度与绝对温度T和空位迁移能量q的关系 式中：A为常数，k为玻尔兹曼常数。
点缺陷对晶体性质的影响
晶格畸变：点缺陷引起晶格局部弹性变形。
空位缺陷
间隙粒子缺陷 杂质粒子缺陷
点缺陷引起的三种晶格畸变
点缺陷对材料性能的影响
点缺陷的存在会使其附近的原子稍微偏离原结点位置才能平 衡，即造成小区域的晶格畸变。
Low Angle Grain Boundary －小角晶界
(a)倾侧晶界模型；(b)扭转晶界模型
小角晶界可理解为位错墙 位向差θ<10°
亚结构
变形→位错密Leabharlann 增加→位错缠结 高位错密度区将位错密度低的区域隔开 → 晶粒内部出现“小晶粒” ，取向差不大→ 胞状亚结构
.
透射电镜 （TEM）
大角晶界
理想晶体原子 面堆积
含有刃型位错晶 体原子面堆积
6-实际位错界面37张
FCC(111)密排 面的堆垛顺序
抽出型层错 插入型层错 一个插入型层错相当于两个抽出型层错
3
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3.6.2.2 密排六方结构晶体 {0001}密排面的堆垛顺序:ABABAB
3.7.1.2 小角度晶界的结构
(1)对称倾斜晶界
θ/2 θ/2 θ
b
特点 *晶界两侧晶体对称于晶界排列θ/2 *1个自由度θ *一组柏氏矢量平行的同号刃型位 错垂直排列
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位错间距D与b之间的关系为： D= b θ
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7 STOP
3.6.3.2 弗兰克不全位错 ----不滑动位错或固定位错 纯刃型位错 b=a/3＜111＞ ，不可滑移，可攀移 不全位错的柏氏回路的起始点必须从层错上出发
[111]
抽出半层密排面形成 负弗兰克不全位错 ABCACABC b=a/3［-1-1-1］ （01-1）面 抽出型
组成，相邻亚晶粒间的界面
50μm
1µm
TC4合金经800℃/2h渗氢 (1.0wt%H)+600℃/8h 真空除氢后的显微组织
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TC4合金经600℃/1h渗氢 (0.4wt%H)+700℃ 8.3×10-3 变形+ 750℃/8h真空除氢 (0.083wt%H)后的亚晶组织
两同号不全位错位于同一滑移面上，b的夹角为60°，交互 作用力为斥力，相互排斥并分开，其间夹着一片堆垛层错区
第4章晶体缺陷-位错3.15
根据原子的滑移方向和位错线取向的几何 特征，位错可分为：
刃位错 螺位错 混合位错
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4.0 概述
4.1 点缺陷
4.2 位错的 基本概念
4.3 位错的 能量及交互 作用
4.4晶体中 的界面
Foundation of Materials Science
二．位错类型
4.2 位错基本概念
的b矢量之和为零。
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Foundation of Materials Science
柏氏矢量与位错线
1. 刃位错柏氏矢量⊥位错线，可以为任何形状；
2. 螺位错柏氏矢量∥位错线，只能为直线；
3. b∥t则为螺位错，同向为右螺，反向为左螺；b⊥t为刃位错； 任意角度φ为混合位错，刃位错分量：bsin φ，螺位错分量： bcosφ
4. 同一根位错线上各处柏氏矢量一定相同；
5. 位错线只能终止在晶界或表面，不能终止在晶体内部，在内 部只能形成封闭环或空间网络。（位错是滑移区的边界）
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4.0 概述 4.1 点缺陷 4.2 位错的 基本概念 4.3 位错的 能量及交互 作用 4.4晶体中 的界面
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★1934年 Taylor在晶体中引入位错概念，将位错与 晶体结构、晶体的滑移联系起来解释了这种差异 。
★1939年 Burgers提出柏氏矢量b以表征位错的特征， 阐述了位错弹性应力场理论。
★1947年 Cottrell发表了溶质原子与位错间交互作用 的研究报告 。
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位错习题解答
位错习题解答(总11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--练习题Ⅲ（金属所）1.简单立方晶体，一个Volltera过程如下：插入一个(110)半原子面，然后再位移2/]1[，其边缘形成的位错的位错线方向和柏氏矢量是什么102.在简单立方晶体中有两个位错，它们的柏氏矢量b和位错的切向t分别是：位错(1)的b(1)=a[010]，t(1)=[010]；位错(2)的b(2)=a[010]，t(2)=[100]。
指出两个位错的类型以及位错的滑移面。
如果滑移面不是惟一的，说明滑移面所受的限制。
3.以一个圆筒薄壁“半原子面”插入晶体，在圆筒薄壁下侧的圆线是不是位错4.写出距位错中心为R1范围内的位错弹性应变能。
如果弹性应变能为R1范围的一倍，则所涉及的距位错中心距离R2为多大这个结果说明什么5.面心立方晶体两个平行的反号刃型位错的滑移面相距50 nm，求它们之间在滑移方向以及攀移方向最大的作用力值以及相对位置。
已知点阵常数a= nm，切变模量G=71010 Pa， =。
6.当存在过饱和空位浓度时，请说明任意取向的位错环都受一个力偶作用，这力偶使位错转动变成纯刃型位错。
7.面心立方单晶体（点阵常数a= nm）受拉伸形变，拉伸轴是[001]，拉伸应力为1MPa。
求b=a[101]/2及t平行于[121]的位错在滑移和攀移方向所受的力。
8.若空位形成能为73kJ/mol，晶体从1000K淬火至室温（约300K），b约为，问刃位错受的攀移力有多大估计位错能否攀移9.当位错的柏氏矢量平行x1轴，证明不论位错线是什么方向，外应力场的33分量都不会对位错产生作用力。
10.证明在均匀应力场作用下，一个封闭的位错环所受的总力为0。
11.两个平行自由表面的螺位错，柏氏矢量都是b，A位错距表面的距离为l1，B位错距表面的距离为l2，l2> l1，晶体的弹性模量为。
求这两个位错所受的映像力。
晶体结构缺陷4
这种构造变化，并不变化层错处原子近来邻旳关系(涉及配位数、 键长、键角)，只变化次邻近关系，几乎不产生畸变，所引起旳畸变 能很小。因而，层错是一种低能量旳界面。
图2-20 面心立方晶体中旳抽出型层错(a) 和插入型层错(b)
三、反应孪晶界面
面心立方构造旳晶体中旳正常堆垛方式是六方密 排面作……△△△△△△△△……旳完全顺顺序堆 垛（或与此等价，作……▽▽▽▽▽……完全逆顺 序堆垛）。假如从某一层起全部变为逆时针堆垛， 例如……△△△△▽▽▽▽……，则这一原子面成 为一种反应面，两侧晶体以此面成镜面对称（见图 2-21）。这两部分晶体成孪晶关系，因为两者具有 反应关系，称反应孪晶，该晶面称孪晶界面。
构造特点： 晶界是由两组相互垂直旳螺位错构成旳网络
推广：一般旳小角度晶界，其旋转轴和界面能够有任意旳取向关系，所 以构造特点是由刃位错、螺位错或混合位错构成旳二维位错网所构成。
——此为小角度晶界旳位错模型
（二）大角度晶界（large angle grain boundary）
试验研究（如场离子显微镜观察）表白，大角度晶界两 侧晶粒旳取向差较大，但其过渡区却很窄（仅有几种埃）， 其中原子排列在多数情况下很不规则，少数情况下有一定旳 规律性，所以极难用位错模型来描述。一般大角度晶界旳界 面能大致在0.5~0.6J/m2左右，与相邻晶粒旳取向差无关。 但也有些特殊取向旳大角度晶界旳界面能比其他任意取向旳 大角度晶界旳界面能低，为了解释这些特殊晶界旳性质，提 出了大角度晶界旳重叠位置点阵（coincidence site lattice 即CSL）模型，O点阵模型，DSC点阵模型等。
图2-18 倾斜晶界与扭转晶界示意图
倾斜晶界又涉及对称倾斜晶界和不对称倾斜晶界
下面先以简朴立方晶体为例讨论
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单位位错：b 等于单位点阵矢量的称为“单位位错”。
材料物理化学 表面与界面 习题
球状较稳定，还是在境界上呈双球冠形较为稳定？
（b）如果 β 在晶界上呈薄膜状，情况又将如何？
解：（a）若设 γ αβ 为 α-β 界面上的表面张力； γ αα 为 α -α 界面上的表面张力。 当 β 相为球冠状存在于晶界上时，如图 5-12-1 示，表面能为：
（γ
）
A晶
界
＝
2[
2
r
2 α
β
(1
3）真实表面：它是在清洁表面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自表面周围空 间吸附在表面上的质点所构成的表面。根据原子在基底上的吸附位置，一般可分为四种 吸附情况，即顶吸附、桥吸附、填充吸附和中心吸附等。
4、固体表面的驰豫与无机超细粉体性能之间有何关系？ 解：由于固相的三维周期性在固体表面处突然中断，表面上原子产生的相对于正常
位置的上、下位移，称为表面弛豫。
材料物理化学
湖南工学院
粉体：微细的固体微料集合体，原料加工成微细颗粒以利于成型和烧结。粉体制备：反 复粉碎形成一系列新表面。而离子极化变形重排畸变有序性降低，随粒子的微细化从表 面增大，无序性增大并向纵深发展，不断影响内部结构，最后使粉体表面结构趋于无定 形化。
一种认为粉体表面层是无定形结构。一种认为粉体表面层是粒度极小的微晶结构。 所以在无机超细粉体上可以发生表面驰豫现象。
解：每 1g 石英所占体积 1/2.65＝0.3774cm3/g
一粒石英所占体积
4 / 3 r 3＝ 4 / 3 π (10 4 ) 3 ＝ 4 .188 10 － 12 cm 3
每克石英含粒子数
0 .3774
＝ 9 10 10
4 .188 10 12
1 .02 ＝ 0 .3849 cm 3 / g
位错及界面部分习题
1、见习题集P86 题3-282、写出位错反应a[ 01-1 ]/2+a[ 2-11]/2 的反应结果，这个反应能否进行？形成的位错能不能滑动？为什么？3、某面心立方点阵晶体的(1-11)面上有一螺型单位位错，其位错线为直线，柏氏矢量为a/2[110]，(1)在晶胞中标明该位错的柏氏矢量，该位错滑移产生的切变量是多少？(2)该位错能否自动分解成两根肖克莱不全位错，为什么？并在晶胞中标明两根肖克莱不全位错的柏氏矢量；(3)在（1-11）面上由上述两不全位错中间夹一层错带形成扩展位错。
若作用在该滑移面上的切应力方向为[1-1-2]，该扩展位错如何运动？若切应力方向为[110]，该扩展位错又如何运动？(4)该扩展位错可能交滑移到哪个晶面，并图示之，指出产生交滑移的先决条件是什么？4、已知某fcc的堆垛层错γ=0.01J/m2，G=7×1010Pa，a=0.3nm，a[11-2]/6a[2-1-1]/6两个不全位错之间的平衡距离为多少？见习题集P86 题3-29 305、设有两个α相晶粒和一个β相晶粒相交于一公共晶棱，已知β相所张的两面角为100°，界面能为γαα为0.31Jm2，试求两相之间的界面能γαβ见习题集P90 题3-426、在铝晶体中，设晶粒内全部为刃型单位位错，其密度ρ=2×1012／m2。
假设这些位错全部均匀地分布在亚晶界上，相邻亚晶粒间平均位向差为5°，每个亚晶粒形状为正六边形。
试计算每个亚晶界的边长，位错平均间距及每平方米中有多少个亚晶粒?(铝的点阵常数为0.404nm)7、若由于嵌入一个额外的(111)面，使体心立方晶体中产生一个倾斜1°的小角晶界，试求错排间的平均距离见习题集P90 题3-41。
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6.简单立方晶体(100)面有1 个b=[ 0-10 ]的刃位错 (a)在(001)面有1个b=[010]的刃位错和它相截，相截后2 个位错产生 扭折还是割阶？
(b)在(001)面有1个b=[100]的螺位错和它相截，相截后2 个位错产生 扭折还是割阶？
7.AB 是B2 型有序结构 (a)画出垂直于(101)并包含[ 111]方向的面的堆垛顺序和原子排列。 (b)利用上图画出一个纯刃位错，它的滑移面为(101)，b=a [111]/2。 8．如图所示的两根螺型位错线，一个含有扭折，一个含有割阶，图 上所示的箭头方向为位错线的正方向，扭折部1)面， 问这两根位错线段中(指割阶和扭折)， 哪一根比较容易通过他们自身的滑移
而去除?为什么? (2)解释含有割阶的螺型位错在 滑动时是怎么样形成空位的? 9.设面心立方晶体中的(11-1)为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为a[110]/2 (1)在晶胞中画出柏氏矢量b的方向并计算出其大小。 (2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向， 并写出此二位错线的晶向指数。
a[0-11]/2 (3)插入(1-10)半原子面，此面终止在（111）面上
4.已知在某简单立方晶体的（100）面上有一刃型位错L，该位错的柏氏矢量 与（33-1）和（-1-11）面的晶带轴平行，
(1)写出该位错的柏氏矢量和位错线的方向，并图示之； (2)若该位错部分线段攀移，指出攀移的原子面及结果，并图示之； (3)若在（001）面上有一与其柏氏矢量相同的刃型位错L1，两位错交截后会
1.证明位错线不能终止在晶体内部。 2.一个位错环能否各部分都是螺位错?能否各部分都是刃位错?为什么?请问位
错环有几种类型? 3.在fcc单晶体中做如下操作获得的是什么位错？柏氏矢量是什么？ (1)抽出一个（111）面的一个圆片，然后圆片两侧再重新粘合 (2)沿（111）面切开一部分，割面边缘是[0-11]和[10-1]，切面两侧相对位移
发生什么变化？图示之。对各自的运动有何影响？ (4)若（001）面上有一螺型位错L，上述3种情况将如何？
5.假定在立方晶系中有一柏氏矢量在[011]晶向的刃型位错L1沿(0-11)晶面滑 移，另有一位错L2的滑移面为（011），柏氏矢量方向和位错线方向均为 (0-11)晶向，请指出：
(1)L1位错线的方向； (2)L2位错的性质； (3)L1与L2交截后L2产生的折线是扭折还是割阶？(4)该折线的滑移面指数。