材料科学基础课后习题答案

材料科学基础部分课后习题参考答案中南大学郑子樵第一章、材料的结构2.晶体结构=空间点阵+实际原子（原子团等）3．原子个数致密度配位数r与a的关系密排方向面fcc40.741234ar=｛111｝110bcc20.68824ar={110}111hcp60.7412a=2r{0001}11204．对于简单立方晶体：222adhkl=++，原子密度NpS=对于（111）：33da=在计算面心立方晶体的晶面间距时，须考虑晶面层影响，此时01326dda==，6018033=2360360N=×+×。。。。,232Sa=所以：2433pa=对于（110）：024da=,2322pa=对于（100）：012da=,22pa=6.计算法：(110)(112)由和确定的晶带轴：(110)(112)(222)×=(222)(132)60•=≠所以三个晶面不属于同一晶带轴。9.利用夹角公式122233222222111222cos()()hhkkllhklhklθ++=++++（1）.66cosarccos33θθ==（2）33cosarccos33θθ==10.面间距公式：222214()3dlhhkkc=+++(1120)把换成三坐标的（330）得出d=0.04442nm(2131)把换成三坐标的（541）得出d=0.0295nm第二章、空位与位错2.2由下列公式算的00uutktktvvcrec−+==2.3=Aexp()enuNkt•−2.5(1)位错环上的昀前昀后点为刃型位错，昀左昀右为螺型位错，其它为混合位错。（2）位错受力为Fbτ=，方向为垂直位错线。（3）位错线将扩展（4）min22GbGbRRττ=⇒=2.610121291223ln1.76102100rrGbbFbrGbbWFdrJτ−=−=−=−=−=×Π∫2.7（1）（100）面的螺型位错形成刃型扭折，（001）面的刃型位错形成刃型割阶（2）两个面内的位错都形成刃型割阶第四章4.323***max4432012vvvGrrGGrrGGVGσσ∆=Π−Π∆∂∆=⇒=∂∆∆=∆4.5295mkmTrnmHTσ=∆材料科学基础习题一、（共40分，每小题5分）1.指出下面四个图中A、B、C、D所代表的晶向和晶面2.写出镍（Ni，FCC）晶体中面间距为0.1246nm的晶面族指数。镍的点阵常数为0.3524nm。3.根据位错反应必须满足的条件，判断下列位错反应在FCC中能否进行，并确定无外力作用时的反应方向：（1）]211[61]112[61]110[21+⇔（2）]111[61]111[21]112[31⇔+（3）]111[31]110[61]112[61⇔+xyzABCD1/21/23/4xyz3/41/43/21/21/2ABC1/2a1a2a3ABca1a2a3cACCB2/34.指出下列材料所属的点阵类型。γ-Fe；碱金属；Mg；Cu；NaCl；贵金属；金刚石；Cr。5.在FCC、BCC和HCP晶胞中分别画出任一个四面体间隙；并指出其中心的坐标：FCC；BCC；HCP；每个晶胞中的八面体间隙数量为：FCC个；BCC个；HCP个。6.体心单斜是不是一种独立的布拉菲点阵，请说明理由。7.GaAs和GaN分别为闪锌矿和纤锌矿结构，请分别画出二者的一个晶胞。8.由600℃降至300℃时，锗晶体中的空位平衡浓度降低了六个数量级。试计算锗晶体中的空位形成能（波尔兹曼常熟κ＝8.617×10－5eV/K）二、（15分）有一单晶铝棒，棒轴为]312[，今沿棒轴方向拉伸，请分析：（1）初始滑移系统；（2）双滑移系统（3）开始双滑移时的切变量γ；（4）滑移过程中的转动规律和转轴；（5）试棒的昀终取向（假定试棒在达到稳定取向前不断裂）。三、（10分）如图所示，某晶体滑移面上有一柏氏矢量为bv的圆环形位错环，并受到一均匀切应力τ的作用。（1）分析各段位错线受力情况，并在图上标示受力方向；（2）在τ作用下，若要使该位错环在晶体中稳定不动，其昀小半径为多大？（提示：位错线张力T＝αGb2）ABCDττ【参考答案】一、1.（1）A：]011[B：]221[C：]434[D：]021[（2）A：]1162[B：]1321[C：]3112[（3）A：)643(B：)043(C：)346(（4）A：)0111(B：)0003(C：)0011(2.解：由222lkhad++=得8222=++lkh∴晶面族指数为{220}3.解：（1）可以，向右进行（2）不可以（3）可以，向左进行（1）FCC滑移系统为011}111{100001010101110111101Fv111110100010根据映象规则，初始滑移系统为]110)[111(（2）单滑移时试样轴应转向]110[转轴为]111[]110[]312[=×（3）双滑移系统为]101)[111(]110)[111(+（4）bnllLvvvvv)(⋅+=γ令]312[=lv，][uvwL=v，3]111[=nv，2]110[=bv得：]110[64]312[][γ+=uvw∴2641=+=γu，4643−=−−=γw得2=v，4−=w，46=γ双滑移时轴一方面转向]110[，轴为]111[]110[]211[1=×=n；一方面转向]101[，转轴为]111[]101[]211[2=×=n。故合成转轴为]000[21=+=nnn。晶体不再改变取向，而被拉长。（5）昀终取向即为]211[。三、解：（1）位错线受力方向如图，位于位错线所在平面，且于位错垂直。ABCDττ(2)RsTsbdd=τ∴τατατGbbGbbTR===2四、解：（1）由于位错线为两滑移面交线，故：]110[11111121=−=×=kjinnε柏氏矢量]110[2]011[2]110[2aaab=+=v（2）位错线与柏氏矢量既不平行，也不垂直，为混合型位错。]111[3=×=bnε，该位错滑移面为)111(。（3）31||||cos33=⋅=FnFnφ21||||cos=⋅=FbFbα由Schmid定律，作用在新生位错滑移面上滑移方向的分切应力为：0.721312.17coscos0=××==λϕστMPa∴作用在单位长度位错线上的力为：31020−===ττabfN/m方向为垂直于位错线方向]110[，指向滑移区。五、解：多晶体压缩滑移转动，（0001）转向压缩面，产生织构。继续压缩，滑移越来越难。对于Zn：由于c/a＝1.86，位于锐角区，宏观压力方向与微观孪生变形相适应，故可发生孪生。孪生之后改变位向可继续滑移，反复进行，故表现出较好的塑性。对于Mg：由于c/a＝1.62，压力轴位于钝角区，宏观压力方向与微观孪生变形相反，故不可发生孪生。因此表现出较差的塑性。六、解：由)2(erf0DtxCCsCxCs=−−10h＝3600s，00=C，%3.1=Cs，7105.1−×=Dcm2/s，代入上式得：)147.0(erf%3.1%3.1xCx=−∴1.3%(1erf(6.8))Cxx=−一、填空题（每空1分，共10分）1、Cr（原子序号24）的基态电子组态为1s22s22p63s23p63d54s1。2、高分子链中由于单键的内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为构象。3、体心立方晶体的致密度为68%。4、金刚石结构中，配位数为4。5、小角度晶界由位错构成，其中扭转晶界由螺型位错构成。6、影响扩散昀主要的因素是温度。7、立方晶体中的[001]方向是4对称轴。8、在置换型固溶体中，原子的扩散的方式一般为空位机制。9、二次再结晶的驱动力是界面能。10、在金相试样表面上波纹状滑移线的产生是由于交滑移。二、选择题（每题1分，共20分）1、氯化铯（CsCl）为有序体心立方结构，它属于______。（C）A、体心立方点阵B、面心立方点阵C、简单立方点阵2、在体心立方晶体结构中，密排面是。（B）A、{001}面B、{011}面C、{111}面3、立方晶体中（110）和（211）面同属于__________晶带。（D）A.[110]B.[100]C.[211]D[111]4、体心立方结构八面体的间隙半径是。（B）A、r=0.414RB、r=0.154RC、r=0.225R5、不能发生滑移运动的位错是。（B）A、肖克莱不全位错B、弗兰克不全位错C、刃型全位错6、两根具有反向柏氏矢量的刃位错在被一个原子面相隔的两个平行滑移面上相向运动以后，在相遇处。（B）A、相互抵消B、形成一排空位C、形成一排间隙原子7、位错受力运动方向处处垂直与位错线，在运动过程中是可变的，晶体作相对滑动的方向。（C）A、亦随位错线运动方向而改变B、始终是柏氏矢量方向C、始终是外力方向8、两平行螺型位错，当柏氏矢量同向时，其相互作用力。（B）A、为零B、相斥C、相吸9、离子晶体中阳离子比阴离子扩散速率。（A）A、快B、慢C、不能确定10、在柯肯达尔效应中，标记漂移的主要原因是。（C）A、两组元的原子尺寸不同B、仅一组元扩散C、两组元的扩散速率不同11、金属的自扩散的激活能应等于：。（A）A、空位的形成能与迁移激活能的总和B、空位的形成能C、空位的迁移能12、柏氏矢量的大小。（C）A、与回路大小有关B、与回路位置有关C、与回路大小、位置无关13、高分子材料是否具有柔顺性主要取决于的运动能力。（A）A、主链链节B、侧基C、侧基内的官能团或原子14、固态金属原子的扩散可沿体扩散与晶体缺陷扩散，其中昀慢的扩散通道是：。（A）A、体扩散B、晶界扩散C、表面扩散15、高温回复阶段，金属中亚结构发生变化时，。（C）A、位错密度增大B、位错发生塞积C、刃型位错通过攀移和滑移构成亚晶界16、加工硬化是一种有用的强化手段，其缺点是。（B）A、只适用于双相材料B、材料在高温下不适用C、只适用于单晶体17、在室温下经轧制变形50%的高纯锡的显微组织为。（C）A、沿轧制方向伸长的晶粒B、纤维状晶粒C、等轴晶粒18、体心立方的滑移面有。（C）A、{110}B、{110}、{111}、{100}C、{110}、{112}、{123}19、复合合金当一相为脆性相分布在另一相基体上时，对材料的强韧性较为有利的组织形态是：。（C）A、一相呈网状分布在另一相晶界上B、一相以大块状分布在另一相基体上C、一相以颗粒状弥散分布于另一相基体上20、拉伸单晶时，滑移面转向____时昀易滑移。（A）A、与外力轴交成45°B、与外力轴平行C、与外力轴垂直三、名词解释（每个2分，共20分）1、晶体结构：晶体结构是指晶体的周期性结构。即晶体以其内部原子、离子、分子在空间作三维周期性的规则排列为其昀基本的结构特征。2、配位数：是指晶体结构中任一原子周围昀近邻且等距离的原子数。3、间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体。4、全位错：通常把柏氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错称为全位错。5、多滑移：滑移过程沿两个以上滑移系同时或交替进行，这种滑移过程就称为称多滑移。6、热加工：在再结晶温度以上的加工过程。7、流线：热加工使铸态金属中的非金属夹杂沿变形方向拉长，形成彼此平行的宏观条纹，称作流线。8、反应扩散：伴随有化学反应而形成新相的扩散成为反应扩散。9、菲克第一定律：在稳态扩散的条件下，单位时间内通过垂直于扩散方向的单位面积的扩散物质量（通称扩散通量）与该截面处的浓度梯度成正比。10、滑移系：每个滑移面以及此面上的一个滑移方向称为一个滑移系。四、简答题（每题5分，共10分）1、简述刃型位错、螺型位错位错线、柏氏矢量和位错滑移方向之间的关系。解：刃型位错：位错线与柏氏矢量垂直、位错滑移方向与位错线垂直、位错滑移方向与柏氏矢量平行。（2.5分）螺型位错：位错线与柏氏矢量平行、位错滑移方向与位错线垂直、位错滑移方向与柏氏矢量垂直。（2.5分）2、根据位错反应必须满足的条件，判断下列位错反应在FCC中能否进行：（1）（2）解：(1)（1分）（1分）反应能进行。（0.5分）(2)（1分）（1分）反应能进行。（0.5分）[][][]1016112161