晶體缺陷理論試卷答案及評分標(biāo)準(zhǔn)

1、晶體缺陷理論試卷（2008級材料科學(xué)與工程研究生）一、基本概念（20分，每小題4分）1.不全位錯(cuò)與擴(kuò)展位錯(cuò)2.柏氏矢量和壓桿位錯(cuò)3.內(nèi)稟層錯(cuò)和外延層錯(cuò)4.柯氏氣團(tuán)和胞狀亞結(jié)構(gòu)5.F-R空間位錯(cuò)源和Bardeen-Herring位錯(cuò)源二、簡要回答下列問題，并說明原因。（共20分）1.一根位錯(cuò)線形狀發(fā)生改變時(shí)，柏氏矢量是否也隨之發(fā)生改變？2.不同類型的位錯(cuò)運(yùn)動時(shí)，滑移矢量與位錯(cuò)線的關(guān)系如何？3.位錯(cuò)的存在都會導(dǎo)致晶體體積發(fā)生變化？4.在密排六方結(jié)構(gòu)中，密排面上的原子僅靠一次滑移能否產(chǎn)生層錯(cuò)。5.小角度晶界都是由位錯(cuò)所構(gòu)成的嗎？6.凡是位錯(cuò)都能發(fā)生交滑移和雙交滑移嗎？7.面心立方結(jié)構(gòu)中的肖克萊不全位

2、錯(cuò)只可能是刃型位錯(cuò)嗎？8.造成刃型位錯(cuò)攀移的是正應(yīng)力嗎？三、Peierls-Nabarro點(diǎn)陣模型（10分）1.在何種條件下，P-N模型與連續(xù)介質(zhì)模型結(jié)果相近？2.何為位錯(cuò)寬度？位錯(cuò)寬度與P-N力的關(guān)系？密排結(jié)構(gòu)金屬的P-N力是大還是小？3.P-N模型成功之處何在？四、螺型位錯(cuò)在z軸上，位錯(cuò)線和柏氏矢量指向z軸正向；正刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)平行，柏氏矢量指向x軸正向，由Peach-Koehler公式求螺型位錯(cuò)與刃型位錯(cuò)之間的相互作用力。（10分）五、令位錯(cuò)的攀移作用力為滲透力Fs，攀移阻力為Fm。（10分）1.當(dāng)位錯(cuò)僅在滲透力Fs作用下發(fā)生攀移時(shí)的空位濃度C應(yīng)為何值？2.如果樣品從T1淬火到T2（

3、T1 T2），F(xiàn)s與Fm和T（T =T1-T2）關(guān)系如何？六、在面心立方上全位錯(cuò)柏氏矢量為，面上全位錯(cuò)柏氏矢量為，兩根位錯(cuò)運(yùn)動到兩個(gè)面交匯處形成了新的位錯(cuò)，該新位錯(cuò)的柏氏矢量和可動性如何？若兩位錯(cuò)相遇前就分解成擴(kuò)展位錯(cuò)，在兩個(gè)面交匯處，不全位錯(cuò)能否反應(yīng)？可動性又如何？寫出反應(yīng)式。（20分）七、在密排六方晶體中，最常觀察到的層錯(cuò)是哪一種？為什么？不全位錯(cuò)切動能否使E型層錯(cuò)轉(zhuǎn)化為I1型層錯(cuò)，若可以，請指出該不全位錯(cuò)的類型和柏氏矢量，畫出切動示意圖。（10分）晶體缺陷理論試卷答案一、基本概念1.不全位錯(cuò)：柏氏矢量小于單位位錯(cuò)矢量的位錯(cuò)。擴(kuò)展位錯(cuò)：兩個(gè)不全位錯(cuò)夾著一層層錯(cuò)的位錯(cuò)組態(tài)。2.柏氏矢量：表征

4、位錯(cuò)特性和本質(zhì)的矢量。壓桿位錯(cuò)：三個(gè)不全位錯(cuò)和兩片層錯(cuò)所構(gòu)成的位錯(cuò)組態(tài)。3.內(nèi)稟層錯(cuò)：從層錯(cuò)中心向兩邊看，都是正常堆垛的層錯(cuò)。外延層錯(cuò)：從層錯(cuò)中心向兩邊看，都不是正常堆垛的層錯(cuò)。4.柯氏氣團(tuán)：固溶體合金中，溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子可以與位錯(cuò)交互作用而形成的溶質(zhì)原子氣團(tuán)。胞狀亞結(jié)構(gòu)：大量塑性變形時(shí)，晶粒內(nèi)部形成位錯(cuò)纏結(jié)、聚集，進(jìn)而構(gòu)成的亞結(jié)構(gòu)，胞壁為高密度的纏結(jié)位錯(cuò)，胞內(nèi)位錯(cuò)密度較低。5.F-R空間位錯(cuò)源：即極軸機(jī)制，在切應(yīng)力作用下，螺位錯(cuò)分量沿螺旋面運(yùn)動一周，掃出一個(gè)臺階，上升一個(gè)螺距，會形成一個(gè)螺旋線。Bardeen-Herring位錯(cuò)源：通過空位或間隙原子的擴(kuò)散，某位錯(cuò)線段繞固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，不斷放出

5、位錯(cuò)環(huán)的位錯(cuò)攀移增殖機(jī)制。 二、簡要回答下列問題，并說明原因。1.一根位錯(cuò)線形狀發(fā)生改變時(shí)，柏氏矢量是否也隨之發(fā)生改變？答：不會。位錯(cuò)線的柏氏矢量與形狀無關(guān)。2.不同類型的位錯(cuò)運(yùn)動時(shí)，滑移矢量與位錯(cuò)線的關(guān)系如何？答：刃位錯(cuò)滑移矢量與位錯(cuò)線平行，螺位錯(cuò)滑移矢量與位錯(cuò)線垂直，混合位錯(cuò)滑移矢量與位錯(cuò)線呈任意角度。3.位錯(cuò)的存在都會導(dǎo)致晶體體積發(fā)生變化？答：否，螺位錯(cuò)不會導(dǎo)致晶體體積發(fā)生變化。4.在密排六方結(jié)構(gòu)中，密排面上的原子僅靠一次滑移能否產(chǎn)生層錯(cuò)。答：可以，I2型。5.小角度晶界都是由位錯(cuò)所構(gòu)成的嗎？答：是。傾斜晶界由刃位錯(cuò)構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)晶界由螺位錯(cuò)構(gòu)成。6.凡是位錯(cuò)都能發(fā)生交滑移和雙交滑移嗎？答：

6、不是，刃位錯(cuò)不行，由其位錯(cuò)線和柏氏矢量相對關(guān)系所決定。7.面心立方結(jié)構(gòu)中的肖克萊不全位錯(cuò)只可能是刃型位錯(cuò)嗎？答：不對。還可以是螺位錯(cuò)或混合位錯(cuò)。8.造成刃型位錯(cuò)攀移的是正應(yīng)力嗎？答：不對。是正應(yīng)力。三、1.在離位錯(cuò)中心較遠(yuǎn)處，P-N模型與連續(xù)介質(zhì)模型結(jié)果相近。2.位錯(cuò)寬度：w=a/(1-)；位錯(cuò)寬度越大，P-N力越??；密排結(jié)構(gòu)金屬的P-N力很小，可忽略。3.P-N模型中P-N力遠(yuǎn)小于理想晶體的屈服應(yīng)力，證實(shí)了位錯(cuò)的可動性及有位錯(cuò)的晶體易發(fā)生變形，這就是該模型的成功之處。四、=；=； =j)+ i)=0五、1.此時(shí)FsFm，C1。2.FsFm·（T1-T2）/ T1六、1.+=，位錯(cuò)線

7、與柏氏矢量垂直，不可動。2. +； + +，符合結(jié)構(gòu)、能量條件，能反應(yīng)。但其滑移面為（100），非面心立方的密排面，不可動。七、1.最常見的是I1型層錯(cuò)，其能量最低。2.可以使E型層錯(cuò)轉(zhuǎn)化為I1型層錯(cuò)，E型： A B A B C A B A BI1型: A B A B A C A C A切動2次，E型第5層CA，第6層A C；然后第7層BA，第8層A C，以后依次切動即可。分別是2個(gè)不全位錯(cuò)，柏氏矢量為。晶體缺陷理論試卷評分標(biāo)準(zhǔn)一、基本概念（20分，每小題4分）每個(gè)小概念2分，基本答出的給1分。二、簡要回答下列問題，并說明原因。（共20分）1-4題每題2分，5-8題每題3分。正確答出與說明原因

8、各給一半分。三、Peierls-Nabarro點(diǎn)陣模型（10分）1、3小題2分；2小題6分，其中每一小問2分。四、螺型位錯(cuò)在z軸上，位錯(cuò)線和柏氏矢量指向z軸正向；正刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)平行，柏氏矢量指向x軸正向，由Peach-Koehler公式求螺型位錯(cuò)與刃型位錯(cuò)之間的相互作用力。（10分）柏氏矢量分量2分；螺位錯(cuò)張量應(yīng)力場表達(dá)式3分；單位長度位錯(cuò)受力計(jì)算5分。五、令位錯(cuò)的攀移作用力為滲透力Fs，攀移阻力為Fm。（10分）1.給出空位濃度C值4分；2.給出Fs與Fm和T關(guān)系的6分。六、在面心立方上全位錯(cuò)柏氏矢量為，面上全位錯(cuò)柏氏矢量為，兩根位錯(cuò)運(yùn)動到兩個(gè)面交匯處形成了新的位錯(cuò)，該新位錯(cuò)的柏氏矢量和可動性如何？若兩位錯(cuò)相遇前就分解成擴(kuò)展位錯(cuò)，在兩個(gè)面交匯處，不全位錯(cuò)能否反應(yīng)？可動性又如何？寫出反應(yīng)式。（20分） 寫出并判斷新位錯(cuò)的柏氏矢量和可動性的6分，分解的不全位錯(cuò)式7分，不全位錯(cuò)反應(yīng)、可動性的