材料科學基礎(chǔ)作業(yè)-2011(1) (1)

1、晶體結(jié)構(gòu)作業(yè)題1、寫出立方晶系001、011、111包含的晶向指數(shù)。2、寫出立方晶系中晶面族010、011、111包含的晶面指數(shù)。3、fcc晶體最近鄰和次次近鄰的原子數(shù)是多少？最近鄰12個，次近鄰6個，次次近鄰24個。4、計算fcc晶體中晶面族001、011、111的面間距。d001= a/2， d011= a, d111 = a/5、求金剛石的致密度？解：根據(jù)金剛石的晶體結(jié)構(gòu)可知：，d=2r 6、已知Mg是hcp結(jié)構(gòu)，且軸比c/a=1.624，體密度v=1.74g/cm2，問a、c、原子半徑r和Mg的致密度各多少？解：7、分別計算CsCl、NaCl、ZnS的理論密度和致密度。8、C在Fe中最

2、大溶解的度是8.9%（原子百分數(shù)），則有多少八面體間隙被占據(jù)（Fe中Fe原子數(shù)與八面體間隙數(shù)比例是11）？解：8.9/(100-8.9)=9.77%9、Cu的密度為8.96g/cm3，試求：、Cu的點陣常數(shù)、原子半徑 、XAu=60%的CuAu固溶體中，a=0.3795nm，=14.213g/cm3，則該合金是什么類型的固溶體？解：（1） (2) 因Cu和Au均為fcc結(jié)構(gòu)，單個晶胞的原子數(shù)都為4個，與計算得到的原子數(shù)接近，故為置換型固溶體。10、寫出HumeRothery固溶體定律的內(nèi)容。11、fcc的Cu，每500個Cu原子失去一個原子形成空位，晶格常數(shù)a=0.3615nm，求Cu的密度、

3、致密度？12、H原子在-Fe的間隙位置，若200個Fe原子伴隨一個H原子，求-Fe的密度與致密度？13、MgO密度是3.58g/cm3，晶格常數(shù)a=0.42nm，試求每個MgO晶胞中所含肖特基缺陷數(shù)？解：設(shè)每個MgO晶胞中所含肖特基缺陷數(shù)為x個。X=0.0369位錯作業(yè)題1、若面心立方晶體（Cu）中開動的滑移系為(111) 101(1)、若滑移是由刃位錯運動引起的，寫出位錯線的方向。(2)、若滑移是由螺位錯引起的，寫出位錯線的方向。解：刃位錯的位錯線在滑移面上且垂直與柏氏矢量，故位錯線矢量uvw·111=0；且uvw·10T=0,故位錯線矢量uvw=1-21螺位錯的位錯線/

4、伯氏矢量，故位錯線矢量uvw=10T2、如圖所示為一個簡單立方晶體，滑移系統(tǒng)是100<001>。今在（011）面上有一空位片ABCDA，又從晶體上部插入半原子片EFGH，它和（010）面平行，請分析：(1)、分析各段位錯的柏氏矢量和位錯的性質(zhì)；(2)、如果沿方向拉伸，分析ABCDA位錯的可動性。解：（1）伯氏矢量應為010，AD和BC段為螺型位錯，AB和CD段為混合位錯；（2）AD和BC段運動3、指出圖中位錯環(huán)的各段位錯線是什么性質(zhì)的位錯？他們在外應力作用下將如何運動？（刃位錯）（沿滑移面向晶體四周擴散）4、在圖中所示的晶體中，ABCD滑移面上有一個位錯環(huán)，其柏氏矢量b平行于AC。

5、(1)、指出位錯環(huán)各部分的位錯類型。（AC交點處是刃位錯，與AC平行處點是螺位錯，其余部分是混合位錯）(2)、在圖中表示出使位錯環(huán)向外運動所需施加的切應力方向。（與AC平行）(3)、改為錯環(huán)運動出晶體后，晶體外形如何變化？（晶體上下半原子面沿AC線相對錯動一個b矢量）5、簡單立方晶體(100)面有1 個b= 010 的刃位錯(1)、在(001)面有1 個b=010的刃位錯和它相截，相截后2 個位錯產(chǎn)生彎結(jié)還是割階？（割階）(2)、在(001)面有1 個b=100的螺位錯和它相截，相截后2 個位錯產(chǎn)生彎結(jié)還是割階？（割階）6、下圖表示在同一直線上有柏氏矢量相同的2 個同號刃位錯AB 和CD(位錯

6、線長L)，距離為x=3L，他們作F-R 源開動。(1)、畫出這2 個F-R 源增殖時的逐步過程，二者發(fā)生交互作用時，會發(fā)生什么情況？(2)、若2 位錯是異號位錯時，情況又會怎樣？7、證明面心立方結(jié)構(gòu)中，如果a100位錯是純螺位錯，下式的反應是可行的：a 110/2+a110 /2a100。如果是純?nèi)形诲e則是不可行的。若a110/2 位錯滑移運動，上式反應在哪些面上進行? 8、已知在（111）面上，a 11 0/2a21 1/6+a121/6，在(111)面上，a 11 0/2a211/6+a12 1/6，即領(lǐng)先位錯a21 1/6、a211/6在滑移面交線處合成為一個新的位錯，計算生成位錯的l、

7、b，并討論新生成位錯的可動性？9、證明交于一點的三條晶界夾角相等，且為120°？10、試分析相界上第二相形貌與兩面角的關(guān)系？晶體擴散作業(yè)題1、如圖所示，在Ni和Ta中間插入一個0.05cm厚的MgO層作為擴散屏障以阻止Ni和Ta兩種金屬之間的相互作用。在1400 時，Ni原子能穿過MgO層擴散到Ta中。計算：、每秒鐘通過MgO層的Ni原子數(shù)；、Ni原子層減少的速度v，減少一微米厚度所需的時間是多少（？已知Ni原子在MgO中的擴散系數(shù)是9×1012cm2/s，且1400時Ni原子的晶格常數(shù)為3.6×108cm。被MgO層隔離開的Ni和Ta擴散偶解： 【擴散第一定律的

8、應用】在Ni和MgO界面上Ni的濃度為：在Ta和MgO界面上Ni的濃度應為0，所以濃度梯度為：Ni通過MgO的擴散通量為： 由于（擴散的連續(xù)性） cm/s由此可得，Ni層減少一微米所需的時間為：2、設(shè)碳原子在鐵中的八面體間隙三維空間中躍遷。(1)、試證明碳原子在在鐵中擴散系數(shù)，其中a為點陣常數(shù)，為間隙原子的跳動頻率。(2)、躍遷的步長為2.53×1010m。鐵在925滲碳4h，碳原子躍遷頻率為1.7×109/s，求碳原子總遷移路程S和碳原子總遷移的均方根位移。解(1)立方晶系的三維擴散系數(shù)可表示為：。FCC晶體中，碳原子擴散距離 , 則。(2) 碳原子跳動次數(shù),已知躍遷步長

9、，則碳原子總遷移路程=6193.44(m)碳原子總遷移的均方根位移(m)3、對含碳0.1的碳鋼工件在900進行滲碳處理。表面保持1.2C的滲碳氣氛。要求距工件表面0.2 cm處含碳0.45，已知碳在奧氏體中擴散系數(shù)。計算：(1)、滲碳時間；(2)、如果要求距工件表面0.3 cm處含碳0.45，滲碳時間延長多少倍；(3)、如果是純鐵，滲碳溫度為800，示意畫出工件相分布與碳濃度分布。解： 【擴散第二定律的應用】（1）已知：Cs1.2C，C00.1C，Cx0.45C，x0.2cm則查表得 對于FCC鐵中碳的擴散有：查表得由此可得，熱處理的溫度和時間應滿足下面的關(guān)系溫度（T）為900（1173 K）時，時間（t）應為116,174秒。（2）（3）（反應擴散）4、設(shè)bccFe加熱到1000k，一側(cè)與CO/CO2混合氣體接觸使在表面C的濃度為0.2%（質(zhì)量分數(shù)），另一側(cè)與氧化氣氛接觸，使C濃度保持0%，計算每秒每平方厘米傳輸?shù)胶蟊砻娴腃的原子數(shù)。已知板厚0.1cm，bccFe的密度約為7.9g/cm2，1000k時擴散系數(shù)為8.7×107cm2/s.純金屬凝固作業(yè)題1、已知液態(tài)純鎳在過冷度為319時發(fā)生均勻形核。設(shè)臨界晶核半徑為1nm，純鎳的熔點為  1726K，熔化熱Hm=18075J