晶体缺陷习题与答案

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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[2a b =，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πγ

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Gb 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=×10-10

m)。

{

1. 设铜中空位周围原子的振动频率为1013s -1，⊿Em 为γTM 10-18

J ，exp(⊿Sm/k)约为1，试计算在700K 和室温(27℃)时空位的迁移频率。

2. Nb 的晶体结构为bcc ，其晶格常数为，密度为cm 3，试求每106

Nb 中所含空位数目。

3. Pt 的晶体结构为fcc ，其晶格常数为，密度为cm 3

，试计算空位所占的格子之比例。 4. 若fcc 的Cu 中每500个原子会失去一个原子，其晶格常数为，试求铜的密度。 5. 若H 原子正好能填入a-Fe 的间隙位置，而如果每200个铁原子伴随着一个H 原子，试求理论的和平均的密度与致密度(已知a-Fe a=，r Fe =， r H =。

6. MgO 的密度为cm 3

，其晶格常数为，试求每个MgO 单位晶胞内所含的肖托基缺陷之数目。 7. 在铁中形成1mol 空位的能量为，试计算从20℃升温之850℃时空位数目增加多少倍？ 8. 由600℃降至300℃时，锗晶体中的空位平衡浓度降低了六个数量级，试计算锗晶体中的空位形成能。

9. 钨在20℃时每1023个晶胞中有一个空位，从20℃升至1020℃，点阵常数膨胀了4γTM 10-4

%，而密度下降了%，求钨的空位形成能及形成熵。

10. 铝的空位形成能(EV)和间隙原子形成能(Ei)分别为和,求在室温(20℃)及500℃时铝空位平衡浓度与间隙原子平衡浓度的比值。 11. 若将一位错线的正向定义为原来的反向，此位错的柏氏矢量是否改变位错的类型性质是否改变一个位错环上各点位置类型是否相同？

12. 有两根左螺旋位错线，各自的能量都为E 1，当他们无限靠拢时，总能量为多少？

13. 如下图3-1表示两根纯螺位错，一个含有扭折，而另一个含有割阶。从图上所示的箭头方向为位错线的正方向，扭折部分和割阶部分都为纯刃型位错。a)若图示滑移面为fcc 的(111)面，问这两对位错线段中(指割阶和扭折)，哪一对比较容易通过他们自身的滑移而去除b)解释含有割阶的螺型位错在滑动时是怎样形成空位的。

14. 假定有一个柏氏矢量在[0-10]晶向的刃型位错沿着(100)晶向而滑动，a)如果有另一个柏氏矢量在[010]方向，沿着(001)晶面上运动的刃型位错，通过上述位错时该位错将发生扭折还是割阶b)如果有一个柏氏矢量方向为[100]，并在(001)晶面上滑动的螺型位错通过上述位错，试问它将发生扭折还是割阶？

15. 有一截面积为1mm 2

，长度为10mm 的圆柱状晶体在拉应力作用下，a)若与圆柱体轴线成45°的晶面上有一个位错线运动，它穿过试样从另一面穿出，问试样将发生多大的伸长量(设

b=γTM 10-10m)b)若晶体中位错密度为1014m -2

，当这些位错在应力作用下，全部运动并走出晶体，试计算由此而发生的总变形量(假定没有新的位错产生)。c)求相应的正应变。

16. 有两个被钉扎住的刃型位错A-B 和C-D ，他们的长度x 相等，且有相同的b 大小和方向(图3-2)。每个位错都可看作F-R 位错源。试分析在其增值过程中两者间的交互作用。若能形成一个大的位错源，使其开动的τc 多大若两位错b 相反，情况又如何

图3-1

图3-2

图3-3

>

17. 如图3-3所示，在相距为h的滑移面上有两个相互平行的同号刃型位错A、B。试求出位错B滑移通过位错A上面所需的切应力表达式。

18. 已知金晶体的G=27GPa，且晶体上有一直刃位错b=，试作出此位错所产生的最大分切应力与距离关系图，并计算当距离为2mm时的最大分切应力。

19. 两根刃位错显得b大小相等且相互垂直(如图3-4所示)，计算位错2从其滑移面上x<=0处移至x=a处所需的能量。

20. 在同一滑移面上有两根平行的位错线，其柏氏矢量大小相等且相交成Φ角，假设两柏氏矢量相对位错线呈成对配置(图3-5)，试对能量角度考虑Φ在什么只是两根位错线相吸或相斥。