1、第 15 頁一、解釋概念（35=15分）1. 空位：晶格中某格點上的原子空缺了，則稱為空位，這是晶體中最重要的點缺陷。脫位原子有可能擠入格點的間隙位置，形成間隙原子。2. 刃型位錯：有一多余半原子面，好象一把刀插入晶體中，使半原子面上下兩部分晶體之間產生了原子錯排，稱為刃型位錯。其半原子面與滑移面的交線為刃型位錯線。3. 螺型位錯：晶體沿某條線發生上下兩部分或左右兩部分錯排，在位錯線附近兩部分原子是按螺旋形排列的，所以把這種位錯稱為螺型位錯。4. 攀移：刃型位錯在垂直于滑移面方向的運動稱作攀移。通常把多余半原子面向上運動稱為正攀移，向下運動稱為負攀移。攀移可視為半原子面的伸長或縮短，可通過物質

2、遷移即空位或原子擴散來實現。5. 割階：一個運動的位錯線特別是在受到阻礙的情況下，有可能通過其中一部分線段首先進行滑移。若該曲折線段垂直于位錯的滑移面時，稱為割階6. 層錯：實際晶體結構中，密排面的正常堆垛順序遭到破壞和錯排，稱為堆垛層錯，簡稱層錯。7. 晶界：屬于同一固相但位向不同的晶粒之間的界面稱為晶界。8. 扭折：一個運動的位錯線特別是在受到阻礙的情況下，有可能通過其中一部分線段首先進行滑移。若由此形成的曲折在位錯的滑移面上時，稱為扭折。9. 柏氏矢量：用來表征位錯特征，揭示位錯本質的物理量。其大小表示位錯的強度，方向及與位錯線的關系表示位錯的正負及類型。10. 擴展位錯：通常把一個全位

3、錯分解成兩個不全位錯，中間夾著一個堆垛層錯的位錯組態稱為擴展位錯。11. 科垂爾氣團：圍繞刃型位錯形成的溶質原子聚集物，通常阻礙位錯運動，產生固溶強化效果。12. 面角位錯：在FCC晶體中形成于兩個111面的夾角上，由三個不全位錯和兩個層錯構成的不能運動的位錯組態。二、 填空（11515分）1. 螺位錯的滑移矢量與位錯線_，凡是包含位錯線的平面都可以作為它的滑移面。但實際上，滑移通常是在那些原子_面上進行。2. 兩柏氏矢量相互垂直的刃型與螺型位錯相交，會在刃型位錯上形成_，在螺型位錯上形成_。3. 柏氏矢量的大小，即位錯強度。同一晶體中，柏氏矢量愈大，表明該位錯導致的點陣畸變_，它所處的能量也

4、_。由PN力公式可知，使位錯移動的臨界切應力隨a/b增加而_，所以滑移通常發生在_面的_方向上。4. 兩柏氏矢量相互平行的刃型位錯交割，會分別在兩刃型位錯上形成_，而兩柏氏矢量相互垂直的刃型位錯交割，會在其中的一個刃型位錯上形成_。5. 面心立方、體心立方和密排六方晶體的堆垛形式分別為沿(110)密排面的_、沿 滑移面的_、沿(0001)密排面的_。6. 在實際晶體中，從任一原子出發，圍繞位錯以一定的步數作一閉合回路，稱為_；在完整晶體中按同樣的方向和步數作相同的回路，該回路_，由_點到_點引一矢量，使該回路閉合，這個矢量稱為實際晶體中的柏氏矢量。7. 面心立方晶體的密排方向為_，其單位位錯的

5、柏氏矢量為_；體心立方晶體密排方向為_，單位位錯柏氏矢量為_。密排六方晶體的密排方向為_，單位位錯為_。8. 螺位錯的柏氏矢量與位錯線_，凡是包含位錯線的平面都可以作為它的滑移面。9. 能夠進行交滑移的位錯必然是_位錯。10. 螺型位錯的應力場有兩個特點，一是沒有_分量，二是_對稱分布。11. 兩個平行刃型位錯相互作用時，若只允許滑移，柏氏矢量同號的將_于滑移面排列，異號的將束縛于_線上。12. 位錯的應變能與其柏氏矢量的_成正比，故柏氏矢量越_的位錯，其能量越_，在晶體中越穩定。13. 如果兩個平行螺位錯之間的作用力為吸引力，則它們是_螺位錯，如果兩個平行螺位錯之間的作用力為排斥力，則它們是

6、_螺位錯。14. 金屬的層錯能越_，產生的擴展位錯的寬度越_，交滑移越_進行。15. 小角度晶界能隨位向差的增大而_；大角度晶界能與位向差_。16. 位錯塞積會產生_集中，這是晶體受外力作用產生裂縫的重要機制。17. 柯垂耳氣團會阻礙位錯運動，需要外力作更多的功，這就是_效應。三、判斷（2x5=10分）1. 螺位錯只有一個滑移面。2. 一個不含空位的完整晶體在熱力學上是穩定的。（ ）3. 一根位錯線具有唯一的柏氏矢量，但是當位錯線的形狀發生改變時，柏氏矢量也會改變。（ ）4. 再結晶能夠消除加工硬化效果，是一種軟化過程。（ ）5. 為降低表面能，自由晶體的外表面通常是其密排面。（ ）6. 金屬

7、的加工硬化是指金屬在塑性變形后強度、硬度提高，塑性、韌性下降的現象。（ ）7. 晶體缺陷的共同之處是它們都能引起晶格畸變。（ ）8. 在相同的條件下，空位形成能越大，則空位濃度越低；加熱溫度越高，則空位濃度越大。（ ）9. 室溫下，金屬晶粒越細，則強度越高、塑性越好。（ ）10. 小角度晶界都是由刃型位錯排成墻而構成的。（ ）11. 相互平行的刃位錯和螺位錯不會發生相互作用。（ ）12. 位錯線是晶體中已滑移區域和未滑移區域的邊界線，因此不可能中斷于晶體內部。（ ）四、判斷下列位錯反應能否進行，并寫出判斷依據 （2x5=10分）1幾何條件：能量條件：所以不能反應2幾何條件：能量條件：左=，右=

8、，可以反應3.幾何條件:左=a1+0，0+1，0+0=a110，右=(a/2)1+1,1+1,1-1=a110,滿足能量條件：，滿足可以反應。4.幾何條件：，能量條件：，可以反應。5.四、簡答（21020分）1.晶體的實際強度為什么遠低于理論強度?答:這是因為實際晶體的塑性變形是通過局部滑移進行的，故所加外力僅需破壞局部區域滑移面兩邊原子的結合鍵，而此局部區域是有缺陷(即位錯)的區域，此處原子本來就處于亞穩狀態，只需很低的外應力就能使其離開平衡位置，發生局部滑移。2.為什么滑移通常總是沿晶體中原子排列最密的晶面和晶向進行？原子排列最密的晶面原子密度最大，原子間距最小，原子間的結合力最強，但晶面

9、間的矩離a最大，同時晶體沿最密晶向進行滑移時，位錯b最大。根據P-N力公式，此時位錯滑移遇到的點陣阻力最小，在最小的切應力作用下便能引起晶面之間的相對滑動，使晶體產生滑移。3.金屬為什么會退火軟化?答:經塑性變形的金屬其晶粒內部含有大量纏結成網狀的位錯。當把這種金屬加熱到稍高的溫度，網狀位錯將移動并重新排列成多邊形結構，構成亞晶界。此時位錯數量并未減少，金屬的機械性質無太大變化。當金屬被加熱到再結晶溫度（約熔點0.4倍）時，新的晶粒在亞晶界處形核，而消除了大多數位錯。因位錯數量大幅降低，再結晶的金屬具有低強度和高塑性。4.兩位錯發生交割時產生的扭折和割階有何區別？答:位錯的交割屬于位錯與位錯之

10、間的交互作用，其結果是在對方位錯線上產生一個大小和方向等于其柏氏矢量的彎折，此彎折即被稱為扭折或割階。扭折是指交割后產生的彎折在原滑移面上，對位錯的運動不產生影響，容易消失；割階是不在原滑移面上的彎折，對位錯的滑移有影響。5.晶體為什么會加工硬化?答:晶體在塑性變形過程中位錯密度不斷增加，使彈性應力場不斷增大，位錯間的交互作用不斷增強，因而位錯的運動越來越困難。具體地說，引起晶體加工硬化的機制有:位錯的塞積、位錯的交割(形成不易或不能滑移的割階、或形成復雜的位錯纏結)、位錯的反應(形成不能滑移的定位錯)等。五、證明 （10分）1.一個位錯環只有一個柏氏矢量（見右圖）。b2Db1BACb3E答:

11、圖示中：如果一個位錯環有兩個不同柏氏矢量b1，b2，則晶體兩側ABC、ADC的滑移不同，則兩部分的滑移不同，因此在AEC段應有一矢量b3使滑移平衡。根據位錯定義（滑移區與未滑移區交界處），若AEC左側沒滑移，則b3= b2b1；若AEC右側沒滑移，則b3= b1b2；所以，b3=0, 即b1=b2,所以一個位錯環只有一個柏氏矢量。證明:假設有一條位錯線PQRSP組成一位錯環，環內沒有其它位錯線(如圖)，如各處的柏氏矢量不相同，設PQR段的柏氏矢量為b1，其圈內為已滑移區；設RSP段的柏氏矢量為b2，其圈內為已滑移區.則區和區II為不同程度的滑移區，二者的邊界PR必為一位錯線。這便與原假設有矛盾

12、，故b1與b2不應有差別，即:b1=b22.晶體中的位錯，或自由封閉，或終止于晶體表面或晶界處，不能在晶體中中斷（不能中止于晶體內部）。答:已知AB位錯線，I為滑移區，為未滑移區。如果區已滑移，則-區界線BC為位錯線；如果區未滑移，則I-區界線BC為位錯線；所以BC或BC必定有一個是延伸向晶體表面的位錯線，矢量為b。即位錯線不能終止于晶體內部。3.若一個位錯分解為2個位錯，則分解后的2個位錯柏氏矢量之和等于原位錯的柏氏矢量，即：b1=b2+b3證明：如圖,環繞柏氏矢量為b2、b3的兩位錯，做一個大的柏氏回路.以此回路測得的柏氏矢量為b，應是這兩個位錯的畸變的總和，則:b=b2+b3，此即表明，

13、用一柏氏矢量為b的位錯，代替柏氏矢量為b2和b3的兩個位錯.而且，此位錯在結點O處與位錯b1聯接，實際上是柏氏矢量為b1的位錯線移動、延伸而成的，可把它們看成是一條位錯線.所以b=b1，故有:b1=b2十b34.相交于一點的各位錯，同時指向結點或同時離開結點時各位錯的柏氏矢量之和為零，即：bi=0證明：由推論3，可得b1=b2+b3+b4+現將位錯、等的方向倒過來，使各個位錯的方向都指向同一個結點，則位錯、等的柏氏矢量分別變為-b2，-b3，-b4。令b2= -b2，b3= -b3，b4= -b4，那么b1+b2+b3+b4+ = 0即： bi=0，bi 為指向同一結點的一個位錯的柏氏矢量六、

14、計算（12分）1.如圖，三平行刃位錯，試分析Q點位錯受原點位錯作用的運動情況。已知兩平行刃型位錯間的作用力為：，答：對于Q點位錯X0, , y0,與原點位錯平行且同向，所以由公式可知，滑移力x0，沿X負方向運動。y0, 沿Y負方向運動；如果x 絕對值小于y絕對值， 結果位錯可滑至此對角線處，處于亞穩狀態；反之位錯會滑到離原點位錯越來越遠的位置。xyQ(x,y)2.如圖所示，晶體中有一位錯環ABCDA，柏氏矢量為，求在正應力作用下各段位錯線上的受力。 B C A Dxyz解：首先設位錯環的正方向如圖上箭頭所示，然后按力的表達式求各段受力。外加應力場為：，柏氏矢量為：所以，同理：所以，在正應力作用

15、下，刃型位錯作攀移運動，螺位錯不受力，不動。七、分析（16分） 1.計算（12分）:在湯普森四面體中(見左圖），C1、C2分別代表處于111面平行于BC的位錯線， ，CBBCC21）用湯普森四面體符號表示位錯的分解： ，2）分析位錯分解后在各自滑移面上滑移后的結果（見右圖）。答：1），即， ，即， 2）當每個位錯中的一個不全位錯達到交截線BC時，合并，并位于 BC上。即：， 新位錯在BC上，b 為110，滑移面為（001），該位錯線是不可滑動的，牽制了三個不全位錯和兩片層錯，這樣形成于兩個111面之間的面角上，由三個不全位錯和兩片層錯所構成的組態，它對FCC金屬加工硬化起重要作用。2.刃型位錯

16、與溶質原子的尺寸交互作用中有公式其中徑向應力的平均值，1）分析溶質原子的分布情況；2）說明這種尺寸交互作用的后果；3）如果是間隙原子，分析分布情況。答：1）u0，表示位錯排斥溶質原子。0 - 溶質原子半徑小于溶劑原子半徑，且rr0 - 溶質原子處于刃型位錯的壓應力區,即刃型位錯的半原子面區，此時u0 - 溶質原子半徑大于溶劑原子半徑，且rr0 - 溶質原子處于刃型位錯的拉應力區，即正刃型位錯的下半部或負刃型位錯的上半部，u0，位錯吸引溶質原子，即溶質原子半徑大于溶劑原子半徑時，易聚集于刃型位錯的下半區，無半原子面區。2)這種位錯與溶質原子的交互作用會引起溶質原子向位錯線集聚，在位錯線附近形成溶

17、質原子氣團，稱作柯氏氣團，使位錯相對穩定，即起釘扎作用。3)如果是間隙原子，則易聚集于刃型位錯的下部。3. 在鋁單晶體（FCC結構）中，試分析：1.若位錯反應 能夠進行，寫出反應后擴展位錯寬度的表達式和式中各符號的含義；若反應前的 是刃位錯，則反應后的擴展位錯能進行何種運動？能在哪個晶面上進行運動？若反應前的 是螺位錯，則反應后的擴展位錯能進行何種運動？（6分）答:擴展位錯寬度，G為切邊模量，b1、b2為不全位錯柏氏矢量，為層錯能。若反應前的是刃位錯，則反應后的擴展位錯只能在原滑移面上進行滑移；若反應前的是螺型位錯，反應后形成的擴展位錯可以進行束集，與其相交面如面相交處束集，而后過渡到面上進行運動，并有可能再次分解為擴展位錯。（001）AC2C1DCBC3 1-10b1b3（111）（11-1）b22.寫出右圖中(111)面上全位