材科基考点强化第4讲缺陷

本章特点 本章的中心内容就是各种缺陷的分类， 特性，相互作用以及对材料的影响。 重点是位错的理 解。 出题形式 本章内容试题的题型有选择题、 简答题、此类试题的容量和难度都不会太大， 以记忆知识为 主，比较简单。 但还有综合性质的计算题，这类题目难度较大，需要对于知识有更深入的掌 握，理解和运用。 主要考点 考点 1晶体缺陷的分类 考点 2空位浓度的计算 考点 3点缺陷的分类和形成 考点 4点缺陷对于材料性能的影响 考点 5位错的一些基础知识位错分类，柏氏矢量，滑移方式 考点 6位错的运动与增殖 考点 7位错的相互作用 考点 8扩展层错 考点 9位错应力场 考点 10位错与点缺陷和面缺陷的交互作用 考点 11全位错，不全位错 考点 12位错反应 考点 13面缺陷的分类 考点 14晶界 考点 15相界 考点 1晶体缺陷的分类 例 1什么是晶体缺陷按照晶体缺陷的几何组态，晶体缺陷可分为哪几类 例 2缺陷的特征是（） 。 A．不随外界条件的改变而变动，也不会合并和消失 B．随着各种条件的改变而不断变动，它们运动，发展以及会产生交互作用、合并和消 失。 C．随着各种条件的改变而不断变动，但不产生交互作用，不会合并和消失 考点 2空位浓度的计算 （1）已知温度 T，求形成能。 例由 600℃降温到 300℃时，锗晶体中的空位平衡浓度降低了6 个数量级。试计算锗 晶体中的空位形成能（玻尔兹曼常数k1.3810-23J/K） 。 （2）已知形成能，求温度T。 例计算某金属的空位浓度比室温（300K）空位浓度大 1000 倍时的温度。已知 Cu 的 空位形成能力为 1.71019J/mol。 （3）求点缺陷数目 例 1已知空位形成能是1.08eV/atom，铁的原子量是 55.85，铁的密度是7.65g/cm3，阿 伏加德罗常数 NA6.0231023，玻尔兹曼常数 k8.6210-5eV/atom-K，请计算 1 立方米的铁 在 850℃下的平衡数目。 例 2铝的密度是 2.69g/cm3，假设其中只有肖脱基空位，求空位浓度。 （阿伏加德罗常 23 数 6.0210 ，铝的原子量是 26.96，铝的点阵常数 0.4049nm） 1 考点 3点缺陷的分类和形成 例 1下面关于 Schottky 和 Frenkel 缺陷的表述中，错误的为（） 。 A．Schottky 缺陷同时包含空位和间隙原子 B．Frenkel 缺陷的形成能通常较 Schottky 缺陷大 C．同温度下，通常 Schottky 缺陷的浓度大于 Frenkel 缺陷 例 2弗伦克缺陷是（） 。 A．原子移到表面外新的位置，原来位置则形成空位 B．原子离开平衡位置后，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，成对产生 C．正、负离子的二元体系，原子移到表面新的位置，原来位置空位成对出现 例 3纯金属中主要的点缺陷有哪些，简述其可能的产生原因。 例 4过饱和点缺陷产生的原因有________、________、________。 例 5什么是空位平衡浓度为什么说空位是一种热力学上平衡的缺陷 考点 4点缺陷对于材料性能的影响 例 1纯金属中溶入另一组元后（假设不会产生新相）会带来哪些微观结构上的变化 这些变化如何引起性能上的变化 例 2为什么固溶体的强度常比纯金属高 例 3冷变形使金属中产生大量的空位、位错等晶体缺陷，对置换固溶体中的扩散过程 而言，这些缺陷的存在将导致（） 。 A．阻碍原子的移动，减慢扩散过程B．对扩散过程无影响 C．有时会加速扩散，有时会减弱扩散D．加速原子的扩散过程 考点 4位错的一些基础知识位错分类，柏氏矢量，滑移方式  例 1简述位错、位错线和柏氏矢量（b）的概念，并论述柏氏矢量和位错线的相对关 系。 例 2名词解释刃型位错。 例 3判断题位错属于线缺陷，因为它的晶格畸变区为一条几何线。 例 4判断题位错属于线缺陷，但它实际上是一个晶格畸变的管道区域。 例 5名词解释晶格摩擦力。 例 6一根位错环能否各部分都是螺型位错或都是刃型位错请说明之。 例 7名词解释交滑移。  例 8在位错发生滑移时， 请分析刃位错、螺位错和混合位错的位错线l 与柏氏适量b、  外加切应力τ与柏氏矢量b、外加切应力τ与位错线 l 之间的夹角关系，及位错线运动方向。 考点 5位错的运动与增殖 例 1位错在晶体中运动的方式有 ________和________，金属晶体塑性变形方式有 ________和________。 例 2名词解释多滑移。 例 3名词解释攀移。 例 4能产生交滑移的位错必然是________位错。 例 5位错滑移应满足（） 。 A．有切应力作用在位错滑移面上，且垂直于其B 矢量方向，位错才会运动或者趋于运 动 B．有压应力作用在位错滑移面上，且垂直于其B 矢量方向，位错才会运动或者趋于运 动 C．有切应力作用在位错滑移面上，且平行于其B 矢量方向，位错才会运动或者趋于运 动 例 6论述位错的运动方式、条件及其对材料变形的影响。 例 7如图所示，四方形单晶体中有一矩形位错环ABCD，其各段分别平行于 x 轴和 y 轴，其柏氏矢量平行于 x 轴。 2 （1）写出各位错段的位错类型； （2）写出 AD 段与 BC 段单位长度位错线间的相互作 用力的大小及方向；（3） 写出 AB 段与 DC 段单位长度位错线间的相互作用力的大小及方向； （4）τ 所造成的一对切应力-σyx，该切应力作用在各位错段单位长度上力的大小及方向为 AB 上无作用力；BC 为 τb，-z 方向；CD 上无作用力；DA 为 τb，z 方向。分析在切应力 τ 持续作用下该位错环在运动中的形状变化及晶体形状的变化。 例 8某铜单晶体在外加拉伸应力作用下，首先开动的滑移系为111[10 1]。 （1）写出 引起滑移的单位位错的柏氏矢量，并说明原因； （2）如果滑移是由纯螺型单位位错引起的， 试指出位错线的方向以及滑移时位错线运动的方向； （3）假定拉伸轴方向为[001]，外加拉 伸应力106Pa，求在上述滑移面上该螺型位错所受力的大小和方向。 （已知 Cu 的点阵常 数 a0.36 nm） 例 9假定某面心立方晶体（点阵常数为 a）中的活动滑移系为111[110]。 （1）给出 引起滑移的单位位错的柏氏矢量，加以说明；（2）若引起此滑移的为刃型位错，指明位错线 方向及其移动方向； （3）若引起此滑移的为螺型位错，指明位错线方向及其移动方向。 考点 6位错的相互作用 例 1解释名词位错割阶。 例 2两平行螺型位错，当柏氏矢量同向时，其相互作用力（） 。 A．为零B．相斥C．相吸 例 3下面哪一点可以描述两平行螺型位错间的相互作用（滑移）的特征（） A．位错同号相斥，异号相吸，作用大小与位错间距成反比 B．具有相同符号的位错按垂直方向排列起来是稳定的；位错的符号相反，稳定方位随 之改变。 C．由于相互之间不能提供对方滑移所需的应力场，所以，两位错间作用较小 例 4如图所示，在 xy 坐标原