清华大学2007年材料科学基础试卷及答案.doc

《材料科学基础（1）》试卷及参考答案 2007年1月10日 一、（共40分，每小题5分） 1. 指出下面四个图中A、B、C、D所代表的晶向和晶面 2. 写出镍（Ni，FCC）晶体中面间距为0.1246nm的晶面族指数。镍的点阵常数为0.3524nm。 3. 根据位错反应必须满足的条件，判断下列位错反应在FCC中能否进行，并确定无外力作用时的反应方向： （1） （2） （3） 4. 指出下列材料所属的点阵类型。 γ-Fe ；碱金属 ；Mg ；Cu ； NaCl ；贵金属 ；金刚石 ；Cr 。 5. 在FCC、BCC和HCP晶胞中分别画出任一个四面体间隙；并指出其中心的坐标： FCC ；BCC ；HCP ； 每个晶胞中的八面体间隙数量为： FCC 个；BCC 个；HCP 个。 6. 体心单斜是不是一种独立的布拉菲点阵，请说明理由。 7. GaAs和GaN分别为闪锌矿和纤锌矿结构，请分别画出二者的一个晶胞。 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（波尔兹曼常熟κ＝8.617×10－5eV/K） 二、（15分）有一单晶铝棒，棒轴为，今沿棒轴方向拉伸，请分析： （1）初始滑移系统； （2）双滑移系统 （3）开始双滑移时的切变量γ； （4）滑移过程中的转动规律和转轴； （5）试棒的最终取向（假定试棒在达到稳定取向前不断裂）。 三、（10分）如图所示，某晶体滑移面上有一柏氏矢量为的圆环形位错环，并受到一均匀切应力τ的作用。 （1）分析各段位错线受力情况，并在图上标示受力方向； （2）在τ作用下，若要使该位错环在晶体中稳定不动，其最小半径为多大？ （提示：位错线张力T＝αGb2 四、（15分）有一面心立方晶体，在面滑移的柏氏矢量为的右螺型位错，与在面上滑移的柏氏矢量为的另一右螺型位错相遇于此两滑移面交线并形成一个新的全位错。 （1）求生成全位错的柏氏矢量和位错线方向。 （2）说明新生成的全位错属哪类位错？该位错能否滑移？为什么？ （3）若沿晶向施加大小为17.2MPa的拉应力，试计算该新生全位错单位长度的受力大小，并说明方向（设晶格常数为a＝0.2nm）。 五、（10分）一根多晶Zn（）棒和一根多晶镁（）棒受压缩变形，分析二者的变形特征，比较二者的塑性。（提示：从分析滑移和孪生入手） 六、（10分）工业纯铁在927℃下渗碳，设工件表面很快达到渗碳饱和（1.3％的碳），然后保持不变，同时碳原子不断向工件内部扩散。求渗碳10h后渗碳层中碳浓度分布的表达式。 【参考答案】 一、 1. （1）A： B： C： D： （2）A： B： C： （3）A： B： C： （4）A： B： C： 2. 解： 由得 ∴晶面族指数为{220} 3. 解： （1）可以，向右进行 （2）不可以 （3）可以，向左进行 4. γ-Fe FCC ；碱金属 BCC ；Mg 简立方 ；Cu FCC ； NaCl FCC ；贵金属 FCC ；金刚石 FCC ；Cr BCC 。 5. 在FCC、BCC和HCP晶胞中分别画出任一个四面体间隙；并指出其中心的坐标： FCC ； BCC； HCP； 每个晶胞中的八面体间隙数量为： FCC 4 个；BCC 6 个；HCP 6 个。 6. 不是。其与底心单斜是同一类点阵。 7. 8. 解： 由 得 ∴Q＝1.985 eV （1）FCC滑移系统为 根据映象规则，初始滑移系统为 （2）单滑移时试样轴应转向 转轴为 （3）双滑移系统为 （4） 令，，， 得： ∴， 得，， 双滑移时轴一方面转向，轴为；一方面转向，转轴为。故合成转轴为。晶体不再改变取向，而被拉长。 （5）最终取向即为。 三、解： （1）位错线受力方向如图，位于位错线所在平面，且于位错垂直。 (2) ∴ 四、解： （1）由于位错线为两滑移面交线，故： 柏氏矢量 （2）位错线与柏氏矢量既不平行，也不垂直，为混合型位错。 ，该位错滑移面为。 （3） 由Schmid定律，作用在新生位错滑移面上滑移方向的分切应力为： MPa ∴作用在单位长度位错线上的力为： N/m 方向为垂直于位错线方