材科基考點(diǎn)強(qiáng)化(第4講--缺陷)

1、材科基考點(diǎn)強(qiáng)化（第4講-缺陷）本章特點(diǎn)本章的中心內(nèi)容就是各種缺陷的分類(lèi)， 特性，相 互作用以及對(duì)材料的影響。重點(diǎn)是位錯(cuò)的理解。出題形式本章內(nèi)容試題的題型有選擇題、 簡(jiǎn)答題、此類(lèi)試 題的容量和難度都不會(huì)太大，以記憶知識(shí)為主， 比較簡(jiǎn)單。但還有綜合性質(zhì)的計(jì)算題，這類(lèi)題目 難度較大，需要對(duì)于知識(shí)有更深入的掌握， 理解 和運(yùn)用。主要考點(diǎn)考點(diǎn)1晶體缺陷的分類(lèi)考點(diǎn)2:空位濃度的計(jì)算考點(diǎn)3:點(diǎn)缺陷的分類(lèi)和形成考點(diǎn)4:點(diǎn)缺陷對(duì)于材料性能的影響考點(diǎn)5：位錯(cuò)的一些基礎(chǔ)知識(shí)：位錯(cuò)分類(lèi)，柏氏矢 量，滑移方式考點(diǎn)6:位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)與增殖考點(diǎn)7:位錯(cuò)的相互作用考點(diǎn)8擴(kuò)展層錯(cuò)考點(diǎn)9:位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)考點(diǎn)10:位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷和面缺陷的交

2、互作用 考點(diǎn)11:全位錯(cuò)，不全位錯(cuò)考點(diǎn)12:位錯(cuò)反應(yīng)考點(diǎn)13:面缺陷的分類(lèi)考點(diǎn)14:晶界考點(diǎn)15:相界考點(diǎn)1:晶體缺陷的分類(lèi)例1:什么是晶體缺陷？按照晶體缺陷的幾何 組態(tài)，晶體缺陷可分為哪幾類(lèi)？例2:缺陷的特征是（）。A 不隨外界條件的改變而變動(dòng)，也不會(huì)合 并和消失B.隨著各種條件的改變而不斷變動(dòng)，它們 運(yùn)動(dòng)，發(fā)展以及會(huì)產(chǎn)生交互作用、合并 和消失。C 隨著各種條件的改變而不斷變動(dòng)，但不 產(chǎn)生交互作用，不會(huì)合并和消失考點(diǎn)2:空位濃度的計(jì)算（1）已知溫度T,求形成能。例：由600C降溫到300C時(shí)，鍺晶體中的 空位平衡濃度降低了 6個(gè)數(shù)量級(jí)。試計(jì)算鍺晶體 中的空位形成能（玻爾茲曼常數(shù) k=1.38

3、 X0-23J/K ）（2）已知形成能，求溫度T。例：計(jì)算某金屬的空位濃度比室溫（300K） 空位濃度大1000倍時(shí)的溫度。已知 Cu的空位 形成能力為1.7 M019J/molo（3）求點(diǎn)缺陷數(shù)目例1:已知空位形成能是 1.08eV/atom，鐵 的原子量是55.85,鐵的密度是7.65g/cm3，阿伏 加德羅常數(shù)Na=6.023氷023,玻爾茲曼常數(shù) k=8.62 X0-5eV/atom-K，請(qǐng)計(jì)算1立方米的鐵在 850 C下的平衡數(shù)目。例2:鋁的密度是2.69g/cm3,假設(shè)其中只有 肖脫基空位，求空位濃度。（阿伏加德羅常數(shù)6.02氷023，鋁的原子量是26.96,鋁的點(diǎn)陣常數(shù)0.404

4、9nm）考點(diǎn)3:點(diǎn)缺陷的分類(lèi)和形成例1:下面關(guān)于Schottky和Frenkel缺陷的 表述中，錯(cuò)誤的為（）oA. Schottky缺陷同時(shí)包含空位和間隙原子B. Frenkel缺陷的形成能通常較 Schottky 缺陷大C同溫度下，通常Schottky缺陷的濃度大 于Frenkel缺陷例2:弗倫克缺陷是（ ）oA 原子移到表面外新的位置，原來(lái)位置則 形成空位B.原子離開(kāi)平衡位置后，形成間隙原子， 而原來(lái)位置上形成空位，成對(duì)產(chǎn)生C正、負(fù)離子的二元體系，原子移到表面新的位置，原來(lái)位置空位成對(duì)出現(xiàn)例3:純金屬中主要的點(diǎn)缺陷有哪些，簡(jiǎn)述其 可能的產(chǎn)生原因。例4:過(guò)飽和點(diǎn)缺陷產(chǎn)生的原因有 :例5:什么

5、是空位平衡濃度？為什么說(shuō)空位 是一種熱力學(xué)上平衡的缺陷？考點(diǎn)4:點(diǎn)缺陷對(duì)于材料性能的影響例1:純金屬中溶入另一組元后（假設(shè)不會(huì) 產(chǎn)生新相）會(huì)帶來(lái)哪些微觀(guān)結(jié)構(gòu)上的變化？這些 變化如何引起性能上的變化？例2:為什么固溶體的強(qiáng)度常比純金屬高？例3:冷變形使金屬中產(chǎn)生大量的空位、位錯(cuò) 等晶體缺陷，對(duì)置換固溶體中的擴(kuò)散過(guò)程而言， 這些缺陷的存在將導(dǎo)致（）。A阻礙原子的移動(dòng)，減慢擴(kuò)散過(guò)程B對(duì)擴(kuò)散過(guò)程無(wú)影響C 有時(shí)會(huì)加速擴(kuò)散，有時(shí)會(huì)減弱擴(kuò)散 D加 速原子的擴(kuò)散過(guò)程考點(diǎn)4:位錯(cuò)的一些基礎(chǔ)知識(shí)：位錯(cuò)分類(lèi)，柏氏 矢量，滑移方式例1：簡(jiǎn)述位錯(cuò)、位錯(cuò)線(xiàn)和柏氏矢量（b） 的概念，并論述柏氏矢量和位錯(cuò)線(xiàn)的相對(duì)關(guān)系。例2:

6、名詞解釋?zhuān)喝行臀诲e(cuò)。例3:判斷題：位錯(cuò)屬于線(xiàn)缺陷，因?yàn)樗木Ц窕儏^(qū)為一條幾何線(xiàn)。例4:判斷題：位錯(cuò)屬于線(xiàn)缺陷，但它實(shí)際 上是一個(gè)晶格畸變的管道區(qū)域。例5:名詞解釋?zhuān)壕Ц衲Σ亮?。?： 一根位錯(cuò)環(huán)能否各部分都是螺型位錯(cuò) 或都是刃型位錯(cuò)？請(qǐng)說(shuō)明之。例7:名詞解釋?zhuān)航换?。?在位錯(cuò)發(fā)生滑移時(shí)，請(qǐng)分析刃位錯(cuò)、 螺位錯(cuò)和混合位錯(cuò)的位錯(cuò)線(xiàn)I與柏氏適量b、外 加切應(yīng)力T與柏氏矢量b、外加切應(yīng)力T與位錯(cuò)線(xiàn)| 之間的夾角關(guān)系，及位錯(cuò)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向?？键c(diǎn)5:位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)與增殖例1:位錯(cuò)在晶體中運(yùn)動(dòng)的方式有和，金屬晶體塑性變形方式有 和。例2:名詞解釋?zhuān)憾嗷?。?:名詞解釋?zhuān)号室?。?:能產(chǎn)生交滑移的位錯(cuò)必然是位錯(cuò)

7、。例5 :位錯(cuò)滑移應(yīng)滿(mǎn)足（）。A 有切應(yīng)力作用在位錯(cuò)滑移面上，且垂直 于其B矢量方向，位錯(cuò)才會(huì)運(yùn)動(dòng)或者趨 于運(yùn)動(dòng)B.有壓應(yīng)力作用在位錯(cuò)滑移面上，且垂直 于其B矢量方向，位錯(cuò)才會(huì)運(yùn)動(dòng)或者趨 于運(yùn)動(dòng)C 有切應(yīng)力作用在位錯(cuò)滑移面上，且平行 于其B矢量方向，位錯(cuò)才會(huì)運(yùn)動(dòng)或者趨 于運(yùn)動(dòng)例6:論述位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方式、條件及其對(duì)材料 變形的影響。例7:如圖所示，四方形單晶體中有一矩形 位錯(cuò)環(huán)ABCD，其各段分別平行于x軸和y軸， 其柏氏矢量平行于x軸。（1）寫(xiě)出各位錯(cuò)段的位錯(cuò)類(lèi)型；（2）寫(xiě)出 AD段與BC段單位長(zhǎng)度位錯(cuò)線(xiàn)間的相互作用力 的大小及方向；（3）寫(xiě)出AB段與DC段單位長(zhǎng) 度位錯(cuò)線(xiàn)間的相互作用力的大小及

8、方向；（4） T所造成的一對(duì)切應(yīng)力-取，該切應(yīng)力作用在各位 錯(cuò)段單位長(zhǎng)度上力的大小及方向?yàn)椋?AB上無(wú)作 用力；BC為T(mén)b -z方向；CD上無(wú)作用力；DA 為T(mén)b z方向。分析在切應(yīng)力 甘寺續(xù)作用下該位 錯(cuò)環(huán)在運(yùn)動(dòng)中的形狀變化及晶體形狀的變化。例8某銅單晶體在外加拉伸應(yīng)力作用下，首 先開(kāi)動(dòng)的滑移系為（iii）仙】。（1）寫(xiě)出引起滑移的 單位位錯(cuò)的柏氏矢量，并說(shuō)明原因；（2）如果滑 移是由純螺型單位位錯(cuò)引起的，試指出位錯(cuò)線(xiàn)的 方向以及滑移時(shí)位錯(cuò)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的方向；（3）假定拉 伸軸方向?yàn)?01,外加拉伸應(yīng)力 =106Pa，求在上 述滑移面上該螺型位錯(cuò)所受力的大小和方向。（已知Cu的點(diǎn)陣常數(shù)a=0.36

9、 nm）例9:假定某面心立方晶體（點(diǎn)陣常數(shù)為 a） 中的活動(dòng)滑移系為111 110。（ 1）給出引起滑移的 單位位錯(cuò)的柏氏矢量，加以說(shuō)明；（2）若引起此 滑移的為刃型位錯(cuò)，指明位錯(cuò)線(xiàn)方向及其移動(dòng)方 向；（3）若引起此滑移的為螺型位錯(cuò)，指明位錯(cuò) 線(xiàn)方向及其移動(dòng)方向?？键c(diǎn)6:位錯(cuò)的相互作用例1:解釋名詞：位錯(cuò)割階。例2:兩平行螺型位錯(cuò)，當(dāng)柏氏矢量同向時(shí)， 其相互作用力（）。A為零B相斥C 相吸例3:下面哪一點(diǎn)可以描述兩平行螺型位錯(cuò) 間的相互作用（滑移）的特征？（）A 位錯(cuò)同號(hào)相斥，異號(hào)相吸，作用大小與 位錯(cuò)間距成反比B具有相同符號(hào)的位錯(cuò)按垂直方向排列起 來(lái)是穩(wěn)定的；位錯(cuò)的符號(hào)相反，穩(wěn)定方位隨之改

10、變。C由于相互之間不能提供對(duì)方滑移所需的 應(yīng)力場(chǎng)，所以，兩位錯(cuò)間作用較小例4:如圖所示，在xy坐標(biāo)原點(diǎn)有一正刃形位錯(cuò)，試標(biāo)出圖中分別與 x、y坐標(biāo)軸成45 位置上各位錯(cuò)的受力方向?？键c(diǎn)7:擴(kuò)展層錯(cuò)例1:名詞解釋?zhuān)簲U(kuò)展位錯(cuò)。例2:名詞解釋?zhuān)簩渝e(cuò)能。例3:層錯(cuò)和不完全位錯(cuò)之間的關(guān)系是()。A 層錯(cuò)和不完全位錯(cuò)交替出現(xiàn)B.層錯(cuò)和不完全位錯(cuò)能量相同C 層錯(cuò)能越高，不完全位錯(cuò)柏氏矢量的模越 小D 不完全位錯(cuò)總是出現(xiàn)在層錯(cuò)和完整晶體的 交界處例4:請(qǐng)簡(jiǎn)單說(shuō)明層錯(cuò)能高低對(duì)螺型位錯(cuò)交 滑移的影響，及其對(duì)金屬加工硬化速率的影響。例5:在銅單晶體中的(111和(“I)滑移面上 各存在一個(gè)柏氏矢量為評(píng)0和弊1的全位

11、錯(cuò)。當(dāng) 它們分解為擴(kuò)展位錯(cuò)時(shí)，其領(lǐng)先位錯(cuò)分別為自211 和訝21。( 1)當(dāng)兩領(lǐng)先位錯(cuò)在各自的滑移面上運(yùn) 動(dòng)相遇時(shí)，發(fā)生了新的位錯(cuò)反應(yīng)。試寫(xiě)出其位錯(cuò) 反應(yīng)式，判斷該反應(yīng)是否自發(fā)進(jìn)行？并分析該新 生成的位錯(cuò)其位錯(cuò)特性和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)；（2）已知銅 單晶點(diǎn)陣常數(shù)a=0.36nm,切變模量G=4 104MPa , 層錯(cuò)能=004J/m2，試求上述柏氏矢量為|110的位錯(cuò) 形成擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度。例6:試從柏氏矢量、位錯(cuò)類(lèi)型、位錯(cuò)線(xiàn)形狀和可能的運(yùn)動(dòng)方式比較面心立方晶體全位錯(cuò)、弗蘭克分位錯(cuò)、肖克萊分位錯(cuò)和面角位錯(cuò)的特點(diǎn)?？键c(diǎn)8:位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)例1:下面關(guān)于位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的表述中，正確 的是（）。A 螺型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)中正應(yīng)

12、力分量全為零B.刃型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)中正應(yīng)力分量全為零C刃型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)中切應(yīng)力分量全為零 例2 :螺型位錯(cuò)和刃型位錯(cuò)的不同在于（ ）。A 刃型位錯(cuò)不引起剪切畸變，也不引起體 積的膨脹和收縮，螺型位錯(cuò)反之B.刃型位錯(cuò)引起壓縮變形，螺型位錯(cuò)引起 體積的膨脹C螺型位錯(cuò)只引起剪切畸變，而不引起體 積的膨脹和收縮，刃型位錯(cuò)反考點(diǎn)9:位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷和面缺陷的交互作用例1:點(diǎn)缺陷（如間隙原子或代位原子）和 線(xiàn)缺陷（如位錯(cuò)）為何會(huì)發(fā)生交互作用？這種交互作用如何影響力學(xué)性能？例2: （1）晶體內(nèi)若有較多的線(xiàn)缺陷（位錯(cuò)） 或面缺陷（晶界、孿晶界等），其強(qiáng)度會(huì)明顯升 高，這些現(xiàn)象稱(chēng)為什么？強(qiáng)度提高的原因是什 么？ （

13、2）上述的兩類(lèi)缺陷是怎樣進(jìn)入晶體的？ 舉例說(shuō)明如何提高這些缺陷的數(shù)目？考點(diǎn)10：全位錯(cuò)，不全位錯(cuò)例1:名詞解釋?zhuān)喝诲e(cuò)與不全位錯(cuò)。常見(jiàn) 的不全位錯(cuò)有哪些？例2:闡明堆垛層錯(cuò)與不全位錯(cuò)的關(guān)系，指 出面心立方結(jié)構(gòu)中常產(chǎn)生的不全位錯(cuò)的名稱(chēng)、柏氏矢量和它們各自的特性。例3:下列柏氏矢量可能表示了簡(jiǎn)單立方晶 體中的全位錯(cuò)（）。A . 100B . 1/2110C. 1/3111例4:在面心立方晶體中可能存在哪些類(lèi)型 的不全位錯(cuò)？并給出其柏氏矢量的表達(dá)式。例5:面心立方全位錯(cuò)的柏氏矢量為 ,體心立方, hep為。 考點(diǎn)11:位錯(cuò)反應(yīng)例1:試分析在fee中下述反應(yīng)能否進(jìn)行？aaa尹01 +121T -111例2：請(qǐng)比較fee晶體中b|1H和ba100兩位 錯(cuò)的畸變能哪個(gè)較大。例3:判斷下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行，并說(shuō)明 理由：（1） a110 a111 -112 ； （ 2） -l2ir-211 -110。236，/662考點(diǎn)12：面缺陷的分類(lèi)例：通常把晶體的界面分為、和類(lèi)。考點(diǎn)13：晶