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k=1.38×10-23J/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 1.7×1019J/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 NA=6.023×1023，玻尔兹曼常数 k=8.62×10-5eV/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 6.02×10 ，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 a=0.36 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