第一章金属的晶体结构.doc

第一章 金属的晶体结构1-1. 作图表示立方晶系中的晶面和晶向。附图1-1 有关晶面及晶向1-2、立方晶系的111晶面构成一个八面体，试作图画出该八面体，并注明各晶面的晶面指数。111=（111）+（11）+（11）+（11）（111）与（）两个晶面指数的数字与顺序完全相同而符号相反，这两个晶面相互平行，相当于用-1乘某一晶面指数中的各个数字。1-3 （题目见教材）解：x方向截距为5a，y方向截距为2a，z方向截距为3c=32a/3=2a。取截距的倒数，分别为1/5a，1/2a，1/2a化为最小简单整数分别为2，5，5故该晶面的晶面指数为（2 5 5）1-4 （题目见课件）解：（100）面间距为a/2；（110）面间距为a/2；（111）面间距为a/3。 三个晶面中面间距最大的晶面为（110）。1-5 （题目见课件）解：方法同1-4题1-7 证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633。证明：理想密排六方晶格配位数为12，即晶胞上底面中心原子与其下面的3个位于晶胞内的原子相切，构成正四面体，如图所示。 则OD=，AB=BC=CA=AD=BD=CD=a 因DABC是等边三角形，所以有OC=CE 因(BC)2=(CE)2+(BE)2则CE=a，OC=a=a又(CD)2=(OC)2+(c)2，即(CD)2=(a)2+(c)2=(a)2因此，=1.6331-8 解：面心立方八面体间隙半径 r=a/2-a/4=0.146a， 面心立方原子半径R=a/4，则a=4R/，代入上试有 r=0.1464R/=0.414R。（其他的证明类似）1-9 a）设有一刚球模型，球的直径不变，当由面心立方晶格转变为体心立方晶格时，试计算其体积的膨胀？b）经X射线测定，在912时g-Fe的晶格常数为0.3633nm，a-Fe的晶格常数为0.2892nm，当由g-Fe转变为a-Fe时，试求其体积膨胀? c）分析实际体积膨胀小于理论体积膨胀的原因？解：a）令面心立方晶格与体心立方晶格的体积及晶格常数分别为V面、V体与a面、a体，刚球半径为r，由晶体结构可知，对于面心晶胞有 4r=a面，a面=2r，V面= (a面)3=(2r)3 对于体心晶胞有 4r=a体，a体=r，V体= (a体)3=(r)3 则由面心立方晶胞转变为体心立方晶胞的体积膨胀DV为DV=2V体V面=2.01r3b）按晶格常数计算实际转变体积膨胀DV实，有DV实=2V体V面=2(0.2892)3(0.3633)3=0.000425 nm3c）实际体积膨胀小于理论体积膨胀的原因在于由g-Fe转变为a-Fe时，Fe原子半径发生了变化，原子半径减小了。1-10 已知Fe 和Cu 在室温下的晶格常数分别为0.286nm和0.3607nm，求1cm3中Fe和Cu的原子数各为多少？解：室温下Fe为体心立方晶体结构，一个晶胞中含2个Fe原子，Cu为面心立方晶体结构，一个晶胞中含4个Cu原子。 1cm3=1021nm3。令1cm3中含Fe的原子数为NFe，含Cu的原子数为NCu，室温下一个Fe晶胞的体积为VFe，室温下一个Cu晶胞的体积为VCu， 则NFe=1021/VFe=1021/(0.286)33.51018(个)NCu=1021/VCu=1021/(0.3607)32.81018(个)1-11 解：不能，看混合型位错1-12 在一个简单立方二维晶体中, 画出一个正刃型位错和一个负刃型位错. 试求:(1) 用柏氏回路求出正、负刃型位错的柏氏矢量.(2) 若将正、负刃型位错反向时, 说明其柏氏矢量是否也随之反向.(3) 具体写出该柏氏矢量的方向和大小.(4) 求出此两位错的柏氏矢量和.解 正负刃型位错示意图见附图1-3(a)和附图1-4(a).(1) 正负刃型位错的柏氏矢量见附图1-3(b)和附图1-4(b).(2) 显然, 若正、负刃型位错线反向, 则其柏氏矢量也随之反向.(3) 假设二维平面位于YOZ坐标面, 水平方向为Y轴, 则图示正、负刃型位错方向分别为010和, 大小均为一个原子间距(即点阵常数a).(4) 上述两位错的柏氏矢量大小相等, 方向相反, 故其矢量和等于0.1-13 解：以体心立方110晶面为例 110晶面的面积为S=aa110晶面上计算面积S内的原子数N=2则110晶面的原子密度r=N/S=a-2 111晶向的原子密度r=2/a1-14 同1-131-15 解：AD、BC段为刃型位错；DC、AB段为螺型位错。 AD段额外半原子面垂直纸面在纸的后面，BC段额外半原子面垂直纸面在纸的前面。