材料科学基础 晶体结构缺陷 课后答案

3-1纯金属晶体中主要点缺陷类型有肖脱基空位和弗兰克空位，还有和弗兰克空位等量的间隙原子。点缺陷附近金属晶格发生畸变，由此会引起金属的电阻增加，体积膨胀，密度减小；同时可以加速扩散，过饱和点缺陷还可以提高金属的屈服强度。

3-2答：在一定的温度下总是存在一定浓度的空位，这是热力学平衡条件所要求的，这种空位浓度为空位平衡浓度。影响空位浓度的主要因素有空位形成能和温度。 3-3解：由CE?Aexp(?EV/kT)

CE850Aexp(?EV/kT2)11105?1000??exp[(?)?]?6.95?1013 CE20Aexp(?EV/kT1)29311238.313-4解：

CE600Aexp(?EV/kT2)11??exp[(?)?EV] CE300Aexp(?EV/kT1)kT1kT2CE6001111/(?)?8.617?10?5?(ln106)/(?)?1.98eV或190kJ/mol CE300kT1kT2573873EV?ln3-5解：Ce?Aexp(?EV/kT)

Ci?A?exp(?Ei/kT)

由题设，A?A?，Ev?0.76eV,Ei?3.0eV， 所以当T=293K时

CeAexp(?EV/kT)??exp(Ei?EV)/kT?exp[(3.0?0.76)/(8.617?10?5?293)]?3.39?1038CiA?exp(Ei?/kT)当T=773K时

CeAexp(?EV/kT)??exp(Ei?EV)/kT?exp[(3.0?0.76)/(8.617?10?5?773)]?4.02?1014CiA?exp(Ei?/kT)3-6答：1为左螺旋位错，2为负刃型位错，3为右螺旋位错，4为正刃型位错。

3-7答：

1 4

?b 2

a) 令逆时针方向为位错环线的正方向，则A点为正刃型位错，B点为负刃型位错，D点为右螺旋位错，C点为左螺旋位错，位错环上其他各点均为混合位错。

3C A ?b B D 3-8答： 不 同 点 位错线方向和柏氏矢量的方向关系 有无交滑移 刃位错 螺位错 垂直。 平行。 刃型位错的滑移线不一定是直线，螺位错的滑移线一定可以是折线或曲线； 是直线。 刃位错的滑移面只有一个。 无（位错线和柏氏矢量垂直所以其构成的平面，不能改变）。 螺位错的滑移面不是唯一的。 有（位错线和柏氏矢量平行，滑移可以从一个滑移面到另一个滑移面，滑移面可以改变）。 应力场 有无攀移 相同点 都是线缺陷。 刃位错周围的应力场既有切应力，螺位错只有切应力而又有正应力； 无正应力。 有（有多余半原子面） 无（无多余半原子面） 位错的运动都将使扫过的区间两边的原子层发生b的相对滑动，晶体两部分的相对移动量只决定于b的大小和方向。 3-9试说明滑移、攀移及交滑移的条件、过程和结果，并阐述如何确定位错滑移运动的方向。 答：发生滑移的条件是在滑移方向有足够大的分切应力，在切应力的作用下，位错线受到和位错线垂直的假想力的作用，使得其沿滑移面移动，在滑移过的区域相对于未滑移区域移动一个柏氏矢量。而攀移发生的条件是受到垂直于半原子面的正应力的作用，当正应力为拉应力时，发生正攀移，压应力时发生负攀移。交滑移只产生在螺位错运动时，由于螺位错的滑移面不是唯一的，当螺位错运动受阻时，滑移面会变到和原滑移面相交的另一个滑移面上，位错继续在新的滑移面上运动，当再次受阻，滑移面会变回到原来的滑移面上发生双交滑移。 位错移动的方向和位错线垂直；

晶体两部分的相对移动量只决定于柏氏矢量b的大小和方向，与位错线的移动方向无关。 3-10答：全位错是指柏氏矢量等于点阵矢量的位错，而单位位错是指柏氏矢量为最短的点阵矢量也即相邻的两个阵点连成的矢量。不全位错指柏氏矢量不等于点阵矢量的位错；部分位错其柏氏矢量大小小于单位位错。

3-11位错反应几何条件：柏氏矢量的各个分量反应前后相等 反应前柏氏矢量各个分量的和为：

111a?1?a?(?1)?a 263111a?0?a?2?a 263111a?1?a?(?1)?a 263对比反应后柏氏矢量各个分量，所以反应前后满足几何条件

能量条件：反应前的位错能量大于等于反应后的位错的能量

所以这种位错反应可以进行。

111a[101]是面心立方结构中的全位错，a[121]为肖克莱不全位错，a[111]为弗兰克不2631全位错。a[111]的b垂直于滑移面，不是fcc晶体的滑移方向，不能滑移，只可攀移。

33-12答：割阶或扭折都会使得原来的位错线变长，所以需要外界作功，所以对原位错的运动起着阻碍作用

3-13答：扩展位错是指两个不全位错夹一片层错的位错。

3-14：两个位错是同号，当位错源开动时，两个位错向同一方向拱弯，如下图(b)所示。 在外力作用下，位错继续拱弯，在相邻的位错段靠近，它们是反号的，互相吸引，如图(c)中的P 处所示。两段反号位错相吸对消后，原来两个位错连接一起，即形成AD 位错，余下一段位错，即BC 位错，这段位错和原来的位错反号，如上图(d)所示。在外力作用下，BC 位错也作位错源开动，但它的拱弯方向与原来的相反，如上图(e)所示。两根位错继续拱弯在如图(f)的O 及O'处再相遇，因为在相遇处它们是反号的，所以相吸对消。最后，放出一个大位错环，并回复原来的AB 和CD 两段位错，如上图(g)所示。这个过程不断重复增值位错。

相距较近时：

相距较远时：

3-15能形成一个大的弗兰克-瑞德位错源，位错增殖过程如下：

两个位错是反号，当位错源开动时，两个位错向相反方向拱弯，如下图(b)所示。在外力作用下，位错继续拱弯，在相邻的位错段靠近，它们是反号的，互相吸引，如下图(c)中的P 处所示。两段反号位错相吸对消后，即形成AC 和BD 位错，如下图(d)所示。AC和BD 位错继续滑动，它们在下图(e)的O 及O'处又相遇，在相遇处的位错也是反号的。反号位错相吸并对消，放出一个大位错环，同时恢复原来的AB 和CD 两段位错，如下图(f)所示。这个过程不断重复增值位错。上述过程是两段位错间的距离 x 不是很大的情况下发生的，如果x 很大，两个位错单独作为位错环开动，他们各自放出一个位错环，然后两个位错再合并成一个大位错环。

相距较近时：

相距较远时：

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