材料科學基礎2課後答案?一、 解釋以下基本概念肖脫基空位：晶體中某結點上的原子空缺了，則稱為空位脫位原子進入其他空位或者遷移至晶界或表面而形成的空位稱為肖脫基空位，我來為大家科普一下關于材料科學基礎2課後答案?下面希望有你要的答案，我們一起來看看吧!

材料科學基礎2課後答案

一、 解釋以下基本概念

肖脫基空位：晶體中某結點上的原子空缺了，則稱為空位。脫位原子進入其他空位或者遷移至晶界或表面而形成的空位稱為肖脫基空位

弗蘭克耳空位：晶體中的原子擠入結點的空隙形成間隙原子，原來的結點位置空缺産生一個空位，一對點缺陷（空位和間隙原子）稱為弗蘭克耳（Frenkel）缺陷。

刃型位錯：晶體内有一原子平面中斷于晶體内部，這個原子平面中斷處的邊沿及其周圍區域是一個刃型位錯。

螺型位錯：沿某一晶面切一刀縫，貫穿于晶體右側至BC處，在晶體的右側上部施加一切應力τ，使右端上下兩部分晶體相對滑移一個原子間距，BC線左邊晶體未發生滑移，出現已滑移區與未滑移區的邊界BC。從俯視角度看，在滑移區上下兩層原子發生了錯動，晶體點陣畸變最嚴重的區域内的兩層原子平面變成螺旋面，畸變區的尺寸與長度相比小得多，在畸變區範圍内稱為螺型位錯

混合位錯：位錯線與滑移矢量兩者方向夾角呈任意角度，位錯線上任一點的滑移矢量相同。

柏氏矢量：位錯是線性的點陣畸變，表征位錯線的性質、位錯強度、滑移矢量、表示位錯區院子的畸變特征，包括畸變位置和畸變程度的矢量就稱為柏氏矢量。

位錯密度：單位體積内位錯線的總長度ρυ=L/υ ；單位面積位錯露頭數ρs=N/s

位錯的滑移：切應力作用下，位錯線沿着位錯線與柏氏矢量确定的唯一平面滑移, 位錯線移動至晶體表面時位錯消失，形成一個原子間距的滑移台階，大小相當于一個柏氏矢量的值.

位錯的攀移: 刃型位錯垂直于滑移面方向的運動, 攀移的本質是刃型位錯的半原子面向上或向下運動，于是位錯線亦向上或向下運動。

弗蘭克—瑞德源：兩個結點被釘紮的位錯線段在外力的作用下不斷彎曲弓出後，互相鄰近的位錯線抵消後産生新位錯，原被釘紮錯位線段恢複到原狀，不斷重複産生新位錯的，這個不斷産生新位錯、被釘紮的位錯線即為弗蘭克-瑞德位錯源。

派—納力：周期點陣中移動單個位錯時，克服位錯移動阻力所需的臨界切應力

單位位錯：b 等于單位點陣矢量的稱為“單位位錯”。

不全位錯：柏氏矢量不是從一個原子到另一個原子位置，而是從原子位置到結點之間的某一位置，這類位錯稱為不全位錯。

堆垛層錯: 密排晶體結構中整層密排面上原子發生滑移錯排而形成的一種晶體缺陷。

位錯反應：位錯具有很高的能量，因此它是不穩定的，在實際晶體中，組态不穩定的位錯可以轉化成為組态穩定的位錯，這種位錯之間的相互轉化稱為位錯反應。

擴展位錯: 如果層錯兩端都終止在晶體内部，即一個層錯的兩端與兩個不全位錯相連接。像這樣兩個不全位錯之間夾有一個層錯的位錯組态稱為“擴展位錯”

二、純鐵的空位形成能為105kJ/mol. 将純鐵加熱到850℃後激冷至室溫(20℃)，假設高溫下的空位能全部保留，試求過飽和空位濃度與室溫平衡空位濃度的比值。

解答

利用空位濃度公式計算

850 ℃ (1123K) ：Cv1＝？？，後激冷至室溫可以認為全部空位保留下來

20℃(293K) ：Cv2＝？？，

Cv1 /Cv2=???

三、計算銀晶體接近熔點時多少個結點上會出現一個空位（已知：銀的熔點為960℃，銀的空位形成能為1.10eV，1ev＝）?若已知Ag的原子直徑為0.289nm，問空位在晶體中的平均間距。 1eV＝1.602*10-19J

解答：

得到Cv＝e10.35

Ag為fcc，點陣常數為a=0.40857nm，

設單位體積内點陣數目為N，則N＝4/a3，＝？

單位體積内空位數Nv＝N Cv

若空位均勻分布，間距為L，則有 =?

四、

割階或扭折對原位錯線運動有何影響？

解答：取決于位錯線與相互作用的另外的位錯的柏氏矢量關系，位錯交截後産生“扭折”或“割階”

“扭折”可以是刃型、亦可是“螺型”，可随位錯線一道運動，幾乎不産生阻力，且它可因位錯線張力而消失

“割階”都是刃型位錯，有滑移割階和攀移割階，割階不會因位錯線張力而消失，兩個相互垂直螺型位錯的交截造成的割節會阻礙位錯運動

五、如圖，某晶體的滑移面上有一柏氏矢量為b的位錯環，并受到一均勻切應力τ。分析該位錯環各段位錯的結構類型。求各段位錯線所受的力的大小及方向。在τ的作用下，該位錯環将如何運動？在τ的作用下，若使此位錯環在晶體中穩定不動，其最小半徑應為多大？

解答：如圖所示位錯類型，其他部位為混合位錯

各段位錯線所受的力：τ1＝τb，方向垂直位錯線

在τ的作用下，位錯環擴展

在τ的作用下，若使此位錯環在晶體中穩定不動，則τ＝Gb/2R，其最小半徑應為R＝Gb/2τ

六、在面心立方晶體中，把兩個平行且同号的單位螺型位錯從相距100nm推進到3nm時需要用多少功（已知晶體點陣常數a=0.3nm，G=7×1010Pa）？

解答：兩個平行且同号的單位螺型位錯之間相互作用力為：F= τ b＝Gb1b2/2πr，b1＝b2，所以F= Gb2/2πr

從相距100nm推進到3nm時需要功：

七、在簡單立方晶體的（100）面上有一個b= a [001]的螺位錯。如果它(a)被（001）面上的b= a [010]刃位錯交割，(b)被（001）面上b= a [100]的螺位錯交割，試問在這兩種情形下每個位錯上會形成割階還是彎折？

解答：1. 彎折：被b= a [010]刃位錯交割，則交截部分位錯沿[010]方向有一段位移（位錯線段），此位錯線段柏氏矢量仍為b= a [001]，故決定的新的滑移面為（100），故為扭折。

2. 同理，被a [100]的螺位錯交割，則沿[100] 方向形成一段位錯線段，此位錯線段柏氏矢量仍為b= a [001]，由[100]與[001] 決定的滑移面為（0-10），故為割階

八、一個b=a[-110]/2的螺位錯在（111）面上運動。若在運動過程中遇到障礙物而發生交滑移，請指出交滑移系統。

（111）面上b=a[-110]/2的螺位錯運動過程中遇到障礙物而發生交滑移，理論上能在任何面上交滑移，但實際上隻能在與原滑移面相交于位錯線的fcc密排面（滑移面）上交滑移。

故柏氏矢量為a[-110]/2的螺型位錯隻能在與相交于[-110]的{111}面上交滑移，利用晶體學知識可知柏氏矢量為的螺型位錯能在 (-1-11)面上交滑移

在fcc晶體的(-111)面上，全位錯的柏氏矢量有哪些？如果它們是螺型位錯，能在哪些面上滑移和交滑移？

如圖可知。fcc晶體的(-111)[面上全位錯的柏氏矢量有a[101]/2、 a[110]/2和a[0-11]/2 ，它們是螺型位錯能在原滑移面 (-111)面上滑移.

理論上能在任何面上交滑移，但實際上在與原滑移面相交于位錯線的fcc密排面（滑移面）上滑移。故柏氏矢量為a[110]/2的螺型位錯隻能在與相交于[110]的{111}面上交滑移，利用晶體學知識可知柏氏矢量為a[110]/2的螺型位錯能在 (1-11)面上交滑移 。

九、 面心立方晶體中，在(111)面上的單位位錯a[-110]/2，在(111)面上分解為兩個肖克萊不全位錯，請寫出該位錯反應，并證明所形成的擴展位錯的寬度由下式給出：

（G切變模量，γ層錯能）

位錯反應： a[-110]/2 → a[-12-1]/6 a[-211]/6

當兩個肖克萊不全位錯之間排斥力F＝γ（層錯能）時，位錯組态處于平衡，故依據位錯之間相互作用力，F＝Gb1b2/2πd＝ γ可得。

十、在面心立方晶體中，（111）晶面和（11-1）晶面上分别形成一個擴展位錯：

(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

試問：(1) 兩個擴展位錯在各自晶面上滑動時，其領先位錯相遇發生位錯反應，求出新位錯的柏氏矢量；(2) 用圖解說明上述位錯反應過程；(3) 分析新位錯的組态性質

解答： (1) 位錯在各自晶面上滑動時，領先位錯相遇，設領先位錯為 (111)晶面的a[11-2 ]/6 和(11-1)晶面的a[112 ]/6發生位錯反應

位錯反應為：

a[11-2 ]/6 ＋a[112 ]/6 → a[110 ]/3 故新位錯的柏氏矢量為a[110 ]/3

兩個平面(h1 k1 l1)與(h2 k2 l2)相交後交線，即為晶帶軸，設為<uvw>，滿足hu kv lw=0關系，可得：u v w＝0

u v-w＝0

求得uvw比值1:-1:0

（111）面上領先位錯a[11-2]/6

（11-1）面上領先位錯a[112]/6

(111)晶面的a[11-2 ]/6 和(11-1)晶面的a[112 ]/6發生位錯反應，新位錯的柏氏矢量方向為[110 ]

新位錯柏氏矢量方向[110 ]與兩個滑移面（111）（11-1）的交線[1-10]垂直，為刃型位錯，新位錯滑移面為[110 ]與 [1-10]決定的平面，即（001）面，不能滑移

新位錯的組态性質：

新位錯柏氏矢量為a[110 ]/3 ，而兩個位錯反應後位錯線隻能是兩個滑移面（111）與（11-1）的交線，即[1-10]，

即：位錯線與柏氏矢量垂直，故為刃型位錯，其滑移面為[110 ]與 [1-10]決定的平面，即（001）面，也不是fcc中的慣常滑移面，故不能滑移。

十一、總結位錯理論在材料科學中的應用。

1.可以解釋實際強度與理論強度差别巨大原因

2.可以解釋各種強化理論

3.凝固中晶體長大方式之一

4.通過位錯運動完成塑性變形

5.變形中的現象如屈服與應變時效；

6.固态相變形核機制

7.回複再結晶軟化機制

8.短路擴散機制

9.斷裂機制

已知位錯環ABCDA的柏氏矢量為b，外應力為τ和σ，如圖所示

求：

⑵ 錯環的各邊分别是什麼位錯？

⑵如何局部滑移才能得到這個位錯環？

⑶在足夠大的剪應力τ作用下，位錯環将如何運動？晶體将如何變形？

⑷在足夠大的拉應力σ的作用下，位錯環将如何運動？它将變成什麼形狀？晶體将如何變形？

⑴根據前述中的規則，AB是右旋螺位錯，CD是左旋螺位錯，BC是正刃型位錯，DA是負刃型位錯

⑵設想在完整晶體中有一個貫穿晶體的上、下表面的正四棱柱，它和滑移面MNPQ交于ABCDA。現讓ABCDA上部的柱體相對于下部的柱體滑移b，柱體外的各部分晶體均不滑移。這樣，ABCDA就是在滑移面上已滑移區（環内）和未滑移區（環外）的邊界，因而是一個位錯環

⑶

剪應力τ作用下位錯環上部的晶體将不斷沿X軸方向（即b的方向）運動，下部晶體則反向（沿-X軸或-b方向）運動。按照l×v規則，這種運動必然伴随着位錯環的各邊向環的外側（即AB、BC、CD和DA四段位錯分别沿-z軸、 x軸、 z軸、和-x軸方向運動），從未導緻位錯環擴大，如圖（a）所示

⑷在拉應力σ作用下，在滑移面上方的BC位錯的半原子面和在滑移面下方的DA位錯的半原子面都将擴大，因而BC位錯将沿-Y軸方向運動。但AB和CD兩條螺型位錯是不動的，因為螺型位錯隻有在剪切應力的作用下滑移。位錯環就變成圖（b）中的情況

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