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材科基考点强化(第4讲 缺陷)

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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。（阿伏加德罗常数6.02×1023，铝的原子量是26.96，铝的点阵常数0.4049nm）

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（）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、外加切应力与柏氏矢量、外加切应力与位错线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。
（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()。（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，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。（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坐标原点有一正刃形位错，试标出图中分别与x、y坐标轴成45°位置上各位错的受力方向。

考点7：扩展层错
例1：名词解释：扩展位错。
例2：名词解释：层错能。
例3：层错和不完全位错之间的关系是（ ）。
A．层错和不完全位错交替出现
B．层错和不完全位错能量相同
C．层错能越高，不完全位错柏氏矢量的模越小
D．不完全位错总是出现在层错和完整晶体的交界处

例4：请简单说明层错能高低对螺型位错交滑移的影响，及其对金属加工硬化速率的影响。
例5：在铜单晶体中的(111)和()滑移面上各存在一个柏氏矢量为和的全位错。当它们分解为扩展位错时，其领先位错分别为和。（1）当两领先位错在各自的滑移面上运动相遇时，发生了新的位错反应。试写出其位错反应式，判断该反应是否自发进行？并分析该新生成的位错其位错特性和运动性质；（2）已知铜单晶点阵常数a=0.36nm，切变模量G=MPa，层错能，试求上述柏氏矢量为的位错形成扩展位错的宽度。
例6：试从柏氏矢量、位错类型、位错线形状和可能的运动方式比较面心立方晶体全位错、弗兰克分位错、肖克莱分位错和面角位错的特点。

考点8：位错应力场
例1：下面关于位错应力场的表述中，正确的是（ ）。
A．螺型位错的应力场中正应力分量全为零
B．刃型位错的应力场中正应力分量全为零
C．刃型位错的应力场中切应力分量全为零
例2：螺型位错和刃型位错的不同在于（ ）。
A．刃型位错不引起剪切畸变，也不引起体积的膨胀和收缩，螺型位错反之
B．刃型位错引起压缩变形，螺型位错引起体积的膨胀
C．螺型位错只引起剪切畸变，而不引起体积的膨胀和收缩，刃型位错反

考点9：位错与点缺陷和面缺陷的交互作用
例1：点缺陷（如间隙原子或代位原子）和线缺陷（如位错）为何会发生交互作用？这种交互作用如何影响力学性能？
例2：（1）晶体内若有较多的线缺陷（位错）或面缺陷（晶界、孪晶界等），其强度会明显升高，这些现象称为什么？强度提高的原因是什么？（2）上述的两类缺陷是怎样进入晶体的？举例说明如何提高这些缺陷的数目？

考点10：全位错，不全位错
例1：名词解释：全位错与不全位错。常见的不全位错有哪些？
例2：阐明堆垛层错与不全位错的关系，指出面心立方结构中常产生的不全位错的名称、柏氏矢量和它们各自的特性。
例3：下列柏氏矢量可能表示了简单立方晶体中的全位错（ ）。
A．[100] B．1/2[110] C．1/3[111]
例4：在面心立方晶体中可能存在哪些类型的不全位错？并给出其柏氏矢量的表达式。
例5：面心立方全位错的柏氏矢量为________，体心立方________，hcp为________。

考点11：位错反应
例1：试分析在fcc中下述反应能否进行？

例2：请比较fcc晶体中和两位错的畸变能哪个较大。
例3：判断下列位错反应能否进行，并说明理由：（1）；（2）。

考点12：面缺陷的分类
例：通常把晶体的界面分为________、________和________三类。

考点13：晶界
例1：晶界从结构上可分为哪几种类型？晶界结构的普遍特点是什么？
例2：举例或画图说明什么是小角晶界的位错模型？描述大角晶界有何模型？其含义是什么？
例3：解释对称倾侧晶界。
例4：比较大角度晶界能与表面能的大小，并分析其原因。
例5：层错能与小角度晶界能的大小比较，及原因分析。
例6：小角度晶界由位错构成，其中对称倾转晶界由________位错构成，扭转晶界由________位错构成。

考点14：相界
例：合金中有哪几类相界面？各具有什么样的结构特征？
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