材料科学基础课后习题答案资料

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1、 材料科学基础部分课后习题参考答案 材料科学基础部分课后习题参考答案 中南中南大学 大学 郑子樵郑子樵 第一章、材料的结构 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 fcc 4 0.74 12 34ar= 111 bcc 2 0.68 8 24ar= 110 hcp 6 0.74 12 a=2r 0001 4对于简单立方晶体： 222 a d hkl = + ，原子密度 N p S = 对于（111） ： 3 3 da= 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 0 13 26 dda=， 601

2、80 33=2 360360 N =+ 。 。 , 2 3 2 Sa= 所以： 2 4 3 3 p a = 对于（110） ： 0 2 4 da= , 2 3 2 2 p a = 对于（100） ： 0 1 2 da= , 2 2 p a = 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 12223 3 222222 111222 cos () () hhk kl l hklhkl + = + （1）. 66 cosarccos 33 = （2） 33 cosarccos

3、 33 = 10.面间距公式： 2 22 2 1 4 () 3 d l hhkk c = + (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 第二章、空位与位错 2.2 由下列公式算的 0 0 uu t ktkt v v c re c + = 2.3 =Aexp() e nu Nkt 2.5 (1) 位错环上的最前最后点为刃型位错，最左最右为螺型位错， 其它为混合位错。 （2）位错受力为Fb=，方向为垂直位错线。 （3）位错线将扩展 （4） min 22 GbGb R R = 2.6 1

4、0 1 2 1 2 9 1 2 2 3 ln1.76 10 2100 r r Gbb Fb r Gbb WFdrJ = = = = = 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 第四章 4.3 23 * * max 4 4 3 2 0 1 2 v v v GrrG G r rG GVG = = = 4.5 2 95 m k m T rnm HT = 材料科学基础习题材料科学基础习题 一、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 （

5、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 6 1 112 6 1 110 2 1 + （2）111 6 1 111 2 1 112 3 1 + （3）111 3 1 110 6 1 112 6 1 + x y z A B C D 1/2 1/2 3/4 x y z 3/4 1/4 3/2 1/2 1/2 A B C 1/2 a1 a2 a3 A B c a1 a2 a3 c A C C B 2/3 4. 指出下列

6、材料所属的点阵类型。 -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 8.61710 5eV/K） 二、二、 （15 分

7、）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 ； （4）滑移过程中的转动规律和转轴； （5）试棒的最终取向（假定试棒在达到稳定取向前不断裂） 。 三、三、 （10 分）如图所示，某晶体滑移面上有一柏氏矢量为b v 的圆环形位错环，并受到一均匀 切应力 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 作用下，若要使该位错环在晶体中稳定不动，其最小半径为多大？ （提示：位错线张力 TGb2） A B C D 【参考答案参考答案】 一、 1. （1）A：011 B：221 C：434 D：021

8、 （2）A：1162 B：1321 C：3112 （3）A：)643( B：)043( C：)346( （4）A：)0111 ( B：)0003( C：)0011 ( 2. 解： 由 222 lkhad+=得 8 222 =+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011111 100 001 010 101110 111 101 F v 111 110100 010 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111110312= （3）双滑移系统为101)111 (1

9、10)111(+ （4）bnllL v v vvv )(+= 令312=l v ，uvwL = v ， 3 111 =n v ， 2 110 =b v 得： 110 6 4 312+=uvw 2 6 4 1=+=u，4 6 4 3=w 得2=v，4=w， 4 6 = 双滑移时轴一方面转向110，轴为111110211 1 =n；一方面转向101，转 轴为111101211 2 =n。故合成转轴为000 21 =+=nnn。晶体不再改变取向， 而被拉长。 （5）最终取向即为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。 A B C D (2) R sT sb d

10、 d = Gb b Gb b T R= 2 四、解： （1）由于位错线为两滑移面交线，故： 110 111 111 21 = = kji nn 柏氏矢量110 2 011 2 110 2 aaa b=+= 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 =bn，该位错滑移面为) 111 (。 （3） 3 1 | | cos 3 3 = = Fn Fn 2 1 | | cos= = Fb Fb 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 . 7 2 1 3 1 2 .17coscos 0 =MPa 作用在单位长度位错线上的力为： 310 2

11、 0 = a bfN/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/a1.86，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/a1.62，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 (erf 0 Dt x CCs CxCs = 10h3600s，0 0 =C，%3 . 1=Cs， 7 105 . 1 =Dcm2/s，

12、代入上式得： ) 147. 0 (erf %3 . 1 %3 . 1xCx = 1.3%(1 erf(6.8 ) )Cxx= 一、 填空题（每空一、 填空题（每空 1 分，共分，共 10 分）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、影响扩散最主要的因素是 温度 。 7、立方晶体中的001方向是 4 对称轴。 8、在置换型固溶

13、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 二、 选择题（每题 1 分，共分，共 20 分）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 11 1 4 、 体 心

14、立 方 结 构 八 面 体 的 间 隙 半 径 是 。 （ B ） A、r=0.414R B、r=0.154R C、r=0.225R 5 、 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 ： 。