晶体缺习题陷解答

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1、晶体缺陷作业1、已知银在800℃下的平衡空位数为3.6×1023/m3,该温度下银的密度,银的摩尔质量为MAg=107.9g/mol,计算银的空位形成能。解:3.6×1023/m3相当于摩尔浓度:根据公式:所以:212450.9J/mol。2、指出图1中位错环的各段位错线是什么性质的位错?他们在外应力作用下将如何运动?答:都是刃型位错(位错线与柏氏矢量垂直)。若位错正方向为逆时针方向,则AB、CD不动,BC向上滑移,AD向下滑移。(右手定则)图13、在图2所示的晶体中,ABCD滑移面上有一个位错环,其柏氏

2、矢量b平行于AC。(1)指出位错环各部分的位错类型。1点为正刃位错;2为右旋位错;3点为负刃位错;4点为左旋螺位错;其余为混合位错。(2)在图中表示出使位错环向外运动所需施加的切应力方向。在晶体的上下底面施加一对平行于b的切应力,且下底面内的切应力与b同向平行。(3)该位错环运动出晶体后,晶体外形如何变化?滑移面下部晶体相对于上部晶体产生与b相同的滑移,并在晶体侧表面形成相应台阶。图24、在图3所示的面心立方晶体的(111)滑移面上有两条弯折的位错线OS和O´S´其中O´S´位错的台阶垂直于(111),他

3、们的柏氏矢量如图中箭头所示。(1)判断位错线上割断位错的类型。在两根位错线上,除1~2、3~4为刃型位错,其他为螺位错。(2)有一切应力施加于滑移面,且与柏氏矢量平行时,两条位错线的滑移特征有何差异?OS上各位错段都可在该滑移面内滑移,O′S′上1~2、3~4段位错不能运动,其余各段都可在该滑移面内滑移。图35、在两个相互垂直的滑移面上各有一条刃型位错线,位错线的柏氏矢量如图4所示。设其中一条位错线AB在切应力作用下发生如图所示的运动,试问交割后两条位错线的形状有何变化?各段位错线的位错类型是什么?(1)

4、交割前,两条刃位错的柏氏矢量相互垂直的情况(图a);AB的形状不变,但AB的长度缩短︱b2︱,CD位错位错上形成刃型割阶。(2)交割前,两条刃位错的柏氏矢量相互平行的情况(图b)。2AB位错上形成右螺旋扭折,EF上位错上形成左螺旋扭折。ab图46、证明面心立方结构中,如果a[100]位错是纯螺位错,下式的反应是可行的:a[110]/2+a[110]/2→[100]。如果是纯刃位错则是不可行的。若a[110]/2位错滑移运动,上式反应在哪些面上进行?解:按照Frank判据讨论,因为a[110]/2+a[11

5、0]/2→a[100]反应的两端的柏氏矢量平方和都等于a2,无法确定反应是否能进行。但是,如果[100]位错是纯螺位错,则左端的两个位错不可能都是纯螺位错,考虑到它们有刃型分量,它们的能量比螺型的高,即反应前的能量比反应后的高,所以反应是可行的;同理,如果[100]位错是纯刃位错,则左端的两个位错不可能都是纯刃位错,考虑到它们有螺型分量,它们的能量比刃型的低,即反应前的能量比反应后的低,所以反应是不可行的。上面的讨论是没有考虑晶体学的具体情况得出的,事实上,因为面心立方的滑移面是{111},所以,在a[1

6、10]/2+a[110]/2→[100]反应中,a[110]/2位错应在(111)上,a[110]/2位错应在(111)面上,两位错反应生成的位错的取向只能是(111)面和(111)面的交线方向,即在[011]方向上,而反应后的位错的柏氏矢量是[100],它永远不可能是纯螺或纯刃位错。7、图5表示在同一直线上有柏氏矢量相同的2个同号刃位错AB和CD,距离为x,他们作F-R源开动。(1)这2个F-R源增殖时过程,发生交互作用结果?开动临界切应力。(2)若2位错是异号位错时,情况又会怎样?图5解:(a)两个位

7、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,如上图(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

8、和CD两段位错,如上图(g)所示。这个过程不断重复增值位错。(b)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

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