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习题集部分参考答案

2金属的晶体结构

思考题

1.晶体和非晶体的主要区别是什么？

答：晶体和非晶体的区别在于内部原子的排列方式。晶体内部的原子（或分子）在三维

空间按一定规律作周期性排列，而非晶体内部的原子（或分子）则是杂乱分布的，至多有些

局部的短程规律排列。因为排列方式的不同，性能上也有所差异。晶体有固定的熔点，非晶

体没有，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性。

2.何为各向异性？

答：各向异性是指晶体的某些物理性能和力学性能在不同方向上具有不同的数值。

3.为什么单晶体呈各向异性，而多晶体通常呈各向同性？

答：单晶体是原子排列方位完全一致的一个晶粒，由于在不同晶向上原子密度不同，原

子间的结合力不同，因而导致在单晶体中的各个方向上性能差异。

对于多晶体中的任意一个晶粒来看，基本满足单晶体的特征，呈现各向异性，但是在多

晶体系统中，单一晶粒的各向异性已经被周围其他位向的晶粒所“干扰”或“抵消”，整个

多晶系统呈现其各向同性。

4.什么叫晶体缺陷？晶体中可能有哪些晶体缺陷？他们的存在有何实际意义？

答：晶体缺陷是指金属晶体中原子排列的不完整性。常见的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷

和面缺陷三类，它们都会造成材料的晶格畸变。

点缺陷是指呈点状分布的缺陷，包含有空位、间隙原子和置换原子等，它对材料中的原

子扩散、固态相变，以及材料的物理性能（电阻、体积、密度）等都会产生重大影响。过饱

和的点缺陷还可以提高材料的强度。

线缺陷是各种类型的位错。对材料的变形、扩散以及相变起着非常大的作用。特别它很

好地解释了塑性变形的微观机理，使我们了解到滑移是借助于位错的运动来实现的。当位错

密度不高的情况下，位错支持了滑移，材料的塑性很好，但是当位错密度达到了较高的水平

时，位错间的相互作用会造成位错的彼此“纠缠”，使滑移运动受阻，这时表现出材料的塑

性变形的抗力提高，材料的强度提高。

金属晶体中面缺陷主要有晶界、亚晶界、孪晶界和相界等。比如：晶界处原子的平均能

量比晶内高，在高温时，晶粒容易长大。晶界和亚晶界均可提高金属的强度。单位体积中的

晶粒数目越多，晶界面积越大，晶格畸变越严重，材料的强度越高，同时材料的塑性也较好

（同样的变形量可以分散到更多的晶粒中去进行，说明材料可以承受更大的变形量）。

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5.体心立方晶格中原子排列最密的晶面是哪个？原子排列最密的晶向是哪个？

而在面心立方晶格中原子排列最密的晶面是哪个？原子排列最密的晶向是哪个?

试分别绘出以上原子排列最密晶面和晶向。

答：体心立方晶格中原子排列最密的晶面族是{110}，包含的晶面有(110)，(101)，(011)，

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111111111111

(10)，(01)，(01)，(10)，(10)，(01)，(0)，(0)，(0)共十二个晶面。

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