晶体学基础复习思考题

晶体学基础部分

复习思考题

一、比较下列基本概念的含义晶体与非晶体；空间点阵与晶体结构；扭折与割阶；组元与相；凝固与结晶；固溶体与中间相；间隙固溶体与间隙相；

肖脱基(Schottky)空位与弗兰克(Frenkel)空位晶体中的原子迁移到

晶体表面或内表面的正常结点位置上，而使晶体内部留下空位，称为肖脱基(Schottky)空位；原子挤入点阵的间隙位置，而在晶体中同时形成数目相等的空位和间隙原子，则称为弗兰克(Frenkel)空位。

全位错与分位错——柏氏矢量等于点阵矢量的位错称为全位错；不等于点阵矢量的位错称为不全位错，小于点阵矢量的部分位错或分位错。

相与相变——相是合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质，并以界面相互隔开的均匀组成部分；从一种相到另一种相的转变叫相变。

有序化与有序固溶体——对于某些合金，当其成分接近一定原子比时，较高温度时为短程有序，缓冷到某一温度以下，会转变为完全有序状态称为有序固溶体，这一转变过程称为固溶体的有序化。

二、填空题

TOC\o"1-5"\h\z

常见的三种晶体结构分别是()、()和()。

其中，()不属于14种布拉菲点阵中的一种。

七大晶系分别是()、()、()、()、

()、()、和()。

对于刃型位错线，其柏氏矢量()于位错线，其滑移运动方向()

于柏氏矢量，其攀移运动方向()于柏氏矢量；对于螺旋位错线，其柏氏矢量

()于位错线，其滑移运动方向()于柏氏矢量，其交滑移运动方向()

于柏氏矢量。

面心立方晶体（Al型结构）中的两种典型不全位错分别是（

不全位错和（）不全位错，它们的柏氏矢量分别为（）

和（）。其中，（）不全位错也被称为固定位错，只能攀移，

不能滑移。

5•如果晶体中不同的原子面用A、B、C、D等字母来表示，面心立方晶体中密排面的堆垛方式为（），密排六方晶体中密排面的堆垛方式为

（）。

常见金属晶体结构特性

晶体结构

原子数

原子半径

配位数

4面体间隙

8面体间隙

体密度

密排面

密排方向

A1(fee)

4

a

4

12

8

4

74%

{111}

〈110〉

A2(bee)

2

語——a

4

8(+6)

12

6

68%

{110}

〈111}

A3(hep)

6

a

2

12

12

6

74%

{0001}

〈1120；；

常见金属晶体结构的柏氏矢量

结构类型

柏氏矢量

方向

bi

数量

简单立方

av100>

<100>

a

3

面心立方

%<110>

<110>

—42a

2

6

体心立方

%<111>

<111>

—<'3a

2

4

密排六方

a/-

/3<1120>

<1120>

a

3

肖克莱不全位错

a[121]

6

<121>

用a

6

弗兰克不全位错

a[111]

3

<111>

J3——a

3

三、简答题（本题共17分）

简述柏氏矢量的物理意义

为什么说点缺陷为热力学平衡缺陷，位错是热力学不平衡的缺陷？

点缺陷对材料行为的影响。

刃型位错发生攀移需要两个先决条件。

位错增殖机制。

6：分析小角度晶界、大角度晶界、共格界面以及孪晶界界面能的性质。

解答：（1）小角度晶界：两相邻晶粒的位向差一般小于10°，并由位错排列组成，界面能主要是位错能，且随位向差的增加，界面能增大。

（2）大角度晶界：相邻晶粒的位向差一般大于10°，并按重合位量点阵的密排面组成（不密排面时，则小面化）。界面能主要是化学健能。

（3）共格界面：界面两边的点阵完全匹配，界面上的原子为两侧的点阵所共有。完全共格的界面，界面能较小，但应变能较大。

（4）孪晶界面：界面两侧的原子以孪晶界为镜面对称，是完全共格界面。所以应变能和化学键能都较小，界面能也很小。但是，孪晶界两侧的晶内应变能较大。

7：什么是固溶体？影响固溶度的原因有哪些？固溶体与其纯溶剂组元相比，其结构、力学性能和物理性能发生了哪些变化？（12分）

固溶体——溶质原子以原子态溶入溶剂点阵中组成的单一均匀固体，溶剂的点阵类型被保留。影响固溶度的因素有：

1■原子尺寸因素二当溶剂、溶质原F宜径尺寸相对羞小于±15%时，冇大

的代位溶解度。

N负电性因素。溶剂、溶质的负电性差越小溶解度越大”一般小JP.4〜

0二会有较大溶解度口

3.电子浓度因素。有两方面的含义：-是原子价效应，即同一溶剂金属，溶质的原子价越高，溶解度越小；二是相对价效应，即高价溶质溶人低价溶剂时的溶解度高于相反的情况。

特点是：固溶体中有点阵畸变（强度、硬度会提髙）而造成点阵常数变化;出现原子偏聚或有序化，甚至形成有序固溶体◎

固溶体的结构变化：点阵畸变，点阵常数变化，偏聚及短程有序，甚至形成有序固溶体。力学性能变化：硬度、强度提高，蜩性下降。物理性能变化：电阻加大，导电率下降。

例题：为什么固溶体的强度常比纯金属高？

解答：因合金中两类原于尺寸不同，引起点阵畸变，阻碍位错运动，造成固溶强化。

一、（每小题10分，共孔分）简答题

请说明什么是全位错和不全位错，并请写出FCC.BCC和HCP晶体中的最短单位位错的柏氏矢量。

已知原子半径与晶体结构有关，请问当配位数降低时，原子半径如何变化？为什么？

解答：

全位错：柏氏矢量等于点阵矢量的整数倍。

不全位错：柏氏矢量不等于点阵矢量的整数倍。

FCC：y<110>;BCC：y<lll>;HCP：y<1120>

2・半径收缩。若半径不变，则当配位数降低时，会引起晶体体积增大。为了减小体积变化，原子半径将收缩。

四、综合题（本题共41分）

在立方晶胞内画出Cti）、622）、（110）晶面，以及［lio］、［010］、Lot］晶向。

在立方晶胞内画出G1）、（122）晶面，以及I012］、lio］和Lot］晶向。

1-8在立方晶系的晶胞中，画出（111）.（112）.（011）.（123）晶面和dm.（101）.mn晶向.

已知位错环ABCD的柏氏矢量为b,外应力为T和O，如图所示。

位错环的各边分别是什么类型的位错?

在足够大切应力T作用下，位错环将如何运动？

在足够大的拉应力o作用下，位错环将如何运动？

答：(1)AB——右螺位错；CD——左螺位错；BC——正刃位错；DA为负刃位错。

(2)位错环将向四周扩展。

(3)位错环运动如图所示，正刃位错负攀移，负刃位错正攀移，螺位错不动。

什么是位错反应？位错反应必须满足哪两个基本条件？试证明：在a-Fe中，可以通过位错反应a111La1llLal100］形成al。。］,并在Fe的晶胞中表22

示这一反应。

试判断下面的位错反应能否自发进行？

aFioLaF211+afeii］

266

例题下列位错反应能否进行：

⑴盘[100]如[0]0]yClllJ+^-EllI]

⑵朮100]—yLi

解：(1)口[ioo]+応010]—号口1口+令口〕门

几何条件：反应前乩100]+石卬]0]=4口10]

反应后+1J=号■[220]=门口]|

能量条件:反应前訪=a■/?十o+〃+a丿齐工丄°尸=2屮

反应后%=(守丿厂+严应「+|y/r+P+rj2：

此反应既满足几何条件又满足能量条件，故反应式成立。

⑵讥100]—手[1]□丄今口1口

几何条件;反应后手[illH葺口丁门=守[200]二心0门,与反应前一致能量条件：反应前站=¥

反应后场=[守vV+F+l叮亠]希/iqrp+pj2_

2Xja2=ja2>az

此反应虽满足几何条件，但不满足能量条件，故位错分解反应不能成立乂

五、综合计算题

1.证明面心立方致密度为74%。

Ni的晶体结构为面心立方结构，原子半径为r=0.1243nm，求Ni的晶格

常数和密度。

4r_4x0.1243帀1.414

_0.3516nm

4x58.69

4xA

P=l=-f）-8.967g/cm3

a3xN§.516x10-8丿x6.023x1023

A

2.若将一块铁由室温20