材料科学基础空位与位错习题讲解.ppt

习 题 讲 解 1．解释以下基本概念 肖脱基空位、弗兰克耳空位、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、位错反应、扩展位错。 位错密度：ρv＝L/V(cm/cm3)；) ρa＝1/S (1/cm2） 2．纯铁的空位形成能为105kJ/mol. 将纯铁加热到850℃后激冷至室温(20℃)，假设高温下的空位能全部保留，试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。 解答 利用空位浓度公式计算 850 ℃ (1123K) ：Cv1＝？？，后激冷至室温可以认为全部空位保留下来 20℃(293K) ：Cv2＝？？， Cv1 /Cv2=??? 3．计算银晶体接近熔点时多少个结点上会出现一个空位（已知：银的熔点为960℃，银的空位形成能为1.10eV，1ev＝）?若已知Ag的原子直径为0.289nm，问空位在晶体中的平均间距。 1eV＝1.602*10-19J 4．割阶或扭折对原位错线运动有何影响？ 解答：取决于位错线与相互作用的另外的位错的柏氏矢量关系，位错交截后产生“扭折”或“割阶” “扭折”可以是刃型、亦可是“螺型”，可随位错线一道运动，几乎不产生阻力，且它可因位错线张力而消失 “割阶”都是刃型位错，有滑移割阶和攀移割阶，割阶不会因位错线张力而消失，两个相互垂直螺型位错的交截造成的割节会阻碍位错运动 5．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。 分析该位错环各段位错的结构类型。 求各段位错线所受的力的大小及方向。 在τ的作用下，该位错环将如何运动？ 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？ 6．在面心立方晶体中，把两个平行且同号的单位螺型位错从相距100nm推进到3nm时需要用多少功（已知晶体点阵常数a=0.3nm，G=7×1010Pa）？ 解答：两个平行且同号的单位螺型位错之间相互作用力为：F= τ b ＝Gb1b2/2πr，b1＝b2，所以F= Gb2/2πr 从相距100nm推进到3nm时需要功 7．在简单立方晶体的（100）面上有一个b= a [001]的螺位错。如果它(a)被（001）面上的b= a [010]刃位错交割，(b)被（001）面上b= a [100]的螺位错交割，试问在这两种情形下每个位错上会形成割阶还是弯折？ 解答 1. 弯折：被b= a [010]刃位错交割，则交截部分位错沿[010]方向有一段位移（位错线段），此位错线段柏氏矢量仍为b= a [001]，故决定的新的滑移面为（100），故为扭折。 2. 同理，被a [100]的螺位错交割，则沿[100] 方向形成一段位错线段，此位错线段柏氏矢量仍为b= a [001]，由[100]与[001] 决定的滑移面为（0-10），故为割阶 8．一个b=a[-110]/2的螺位错在（111）面上运动。若在运动过程中遇到障碍物而发生交滑移，请指出交滑移系统。 在fcc晶体的(-111)面上，全位错的柏氏矢量有哪些？如果它们是螺型位错，能在哪些面上滑移和交滑移？ 9．面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错a[-110]/2，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： （G切变模量，γ层错能） 解答思路： 位错反应： a[-110]/2 → a[-12-1]/6 + a[-211]/6 当两个肖克莱不全位错之间排斥力F＝γ（层错能）时，位错组态处于平衡，故依据位错之间相互作用力，F＝Gb1b2/2πd＝ γ可得。 位错2－10题，P116 在面心立方晶体中，（111）晶面和（11-1）晶面上分别形成一个扩展位错： (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 试问： (1) 两个扩展位错在各自晶面上滑动时，其领先位错相遇发生位错反应，求出新位错的柏氏矢量； (2) 用图解说明上述位错反应过程； (3) 分析新位错的组态性质 解 答 图解说明位错反应 11．总结位错理论在材料科学中的应用 解答 1.可以解释实际强度与理论强度差别巨大原因 2.可以解释各种强化理论 3.凝固中晶体长大方式之一 4.通过位错运动完成塑性变形 5.变形中的现象如屈服与应变时效； 6.固态相变形核机制 7.回复再结晶软化机制 8.短路扩散机制 9.断裂机制 习题 1．解释下列