材料科學(xué)基礎(chǔ)-作業(yè)參考答案與解析

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1、WORD格式整理版材料科學(xué)基礎(chǔ)練習(xí)題參考答案第一章原子排列1.作圖表示立方晶系中的晶面和晶向.附圖1-1有關(guān)晶面及晶向2.分別計(jì)算面心立方結(jié)構(gòu)與體心立方結(jié)構(gòu)的{100},{110}和{111}晶面族的面間距,并指出面間距最大的晶面(設(shè)兩種結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣常數(shù)均為a).解由面心立方和體心立方結(jié)構(gòu)中晶面間的幾何關(guān)系,可求得不同晶面族中的面間距如附表1-1所示.附表1-1立方晶系中的晶面間距晶面{100}{110}{111}面間距FCCBCC顯然,FCC中{111}晶面的面間距最大,而B(niǎo)CC中{110}晶面的面間距最大.注意:對(duì)于晶面間距的計(jì)算,不能簡(jiǎn)單地使用公式,應(yīng)考慮組成復(fù)合點(diǎn)陣時(shí),學(xué)習(xí)

2、好幫手WORD格式整理版晶面層數(shù)會(huì)增加.3.分別計(jì)算fcc和bcc中的{100},{110}和{111}晶面族的原子面密度和<100>,<110>和<111>晶向族的原子線(xiàn)密度,并指出兩種結(jié)構(gòu)的差別.(設(shè)兩種結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣常數(shù)均為a)解原子的面密度是指單位晶面內(nèi)的原子數(shù);原子的線(xiàn)密度是指晶面上單位長(zhǎng)度所包含的原子數(shù).據(jù)此可求得原子的面密度和線(xiàn)密度如附表1-2所示.附表1-2立方晶系中原子的面密度和線(xiàn)密度晶面/晶向{100}{110}{111}<100><110><111>面/線(xiàn)密度BCCFCC可見(jiàn),在BCC中,原子密度最大的晶面為{110},原子密度最大的晶向?yàn)?111>;在FCC中

3、,原子密度最大的晶面為{111},原子密度最大的晶向?yàn)?110>.4.在晶面上繪出晶向.解詳見(jiàn)附圖1-2.附圖1-2六方晶系中的晶向5.在一個(gè)簡(jiǎn)單立方二維晶體中,畫(huà)出一個(gè)正刃型位錯(cuò)和一個(gè)負(fù)刃型位錯(cuò).試求:(1)用柏氏回路求出正、負(fù)刃型位錯(cuò)的柏氏矢量.(2)若將正、負(fù)刃型位錯(cuò)反向時(shí),說(shuō)明其柏氏矢量是否也隨之反向.(3)具體寫(xiě)出該柏氏矢量的方向和大小.(4)求出此兩位錯(cuò)的柏氏矢量和.解正負(fù)刃型位錯(cuò)示意圖見(jiàn)附圖1-3(a)和附圖1-4(a).學(xué)習(xí)好幫手WORD格式整理版(1)正負(fù)刃型位錯(cuò)的柏氏矢量見(jiàn)附圖1-3(b)和附圖1-4(b).(2)顯然,若正、負(fù)刃型位錯(cuò)線(xiàn)反向,則其柏氏矢量也隨

4、之反向.(3)假設(shè)二維平面位于YOZ坐標(biāo)面,水平方向?yàn)閅軸,則圖示正、負(fù)刃型位錯(cuò)方向分別為[010]和,大小均為一個(gè)原子間距(即點(diǎn)陣常數(shù)a).(4)上述兩位錯(cuò)的柏氏矢量大小相等,方向相反,故其矢量和等于0.6.設(shè)圖1-72所示立方晶體的滑移面ABCD平行于晶體的上下底面,該滑移面上有一正方形位錯(cuò)環(huán).如果位錯(cuò)環(huán)的各段分別與滑移面各邊平行,其柏氏矢量b//AB,試解答:(1)有人認(rèn)為“此位錯(cuò)環(huán)運(yùn)動(dòng)離開(kāi)晶體后,滑移面上產(chǎn)生的滑移臺(tái)階應(yīng)為4個(gè)b”,這種說(shuō)法是否正確?為什么?(2)指出位錯(cuò)環(huán)上各段位錯(cuò)線(xiàn)的類(lèi)型,并畫(huà)出位錯(cuò)移出晶體后,晶體的外形、滑移方向和滑移量.(設(shè)位錯(cuò)環(huán)線(xiàn)的方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)?/p>

5、向)學(xué)習(xí)好幫手WORD格式整理版圖1-72滑移面上的正方形位錯(cuò)環(huán)附圖1-5位錯(cuò)環(huán)移出晶體引起的滑移解(1)這種看法不正確.在位錯(cuò)環(huán)運(yùn)動(dòng)移出晶體后,滑移面上下兩部分晶體相對(duì)移動(dòng)的距離是由其柏氏矢量決定的.位錯(cuò)環(huán)的柏氏矢量為b,故其相對(duì)滑移了一個(gè)b的距離.(2)A′B′為右螺型位錯(cuò),C′D′為左螺型位錯(cuò),B′C′為正刃型位錯(cuò),D′A′為負(fù)刃型位錯(cuò).位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)移出晶體后滑移方向及滑移量見(jiàn)附圖1-5.7.設(shè)面心立方晶體中的晶面為滑移面,位錯(cuò)滑移后的滑移矢量為.(1)在晶胞中畫(huà)出此柏氏矢量b的方向并計(jì)算出其大小.(2)在晶胞中畫(huà)出引起該滑移的刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的位錯(cuò)線(xiàn)方向,并寫(xiě)出此二位錯(cuò)線(xiàn)的

6、晶向指數(shù).解(1)柏氏矢量等于滑移矢量,因此柏氏矢量的方向?yàn)?大小為.(2)刃型位錯(cuò)與柏氏矢量垂直,螺型位錯(cuò)與柏氏矢量平行,晶向指數(shù)分別為[112]和,詳見(jiàn)附圖1-6.附圖1-6位錯(cuò)線(xiàn)與其柏氏矢量、滑移矢量學(xué)習(xí)好幫手WORD格式整理版8.若面心立方晶體中有的單位位錯(cuò)及的不全位錯(cuò),此二位錯(cuò)相遇后產(chǎn)生位錯(cuò)反應(yīng).(1)此反應(yīng)能否進(jìn)行?為什么?(2)寫(xiě)出合成位錯(cuò)的柏氏矢量,并說(shuō)明合成位錯(cuò)的性質(zhì).解(1)能夠進(jìn)行.因?yàn)榧葷M(mǎn)足幾何條件:,又滿(mǎn)足能量條件:..(2),該位錯(cuò)為弗蘭克不全位錯(cuò).9.已知柏氏矢量的大小為b=0.25nm,如果對(duì)稱(chēng)傾側(cè)晶界的取向差θ=1°和10°,求晶界上位錯(cuò)之間的距

7、離.從計(jì)算結(jié)果可得到什么結(jié)論?解根據(jù),得到θ=1°,10°時(shí),D≈14.3nm,1.43nm.由此可知,θ=10°時(shí)位錯(cuò)之間僅隔5~6個(gè)原子間距,位錯(cuò)密度太大,表明位錯(cuò)模型已經(jīng)不適用了.第二章固體中的相結(jié)構(gòu)1.已知Cd,In,Sn,Sb等元素在Ag中的固熔度極限(摩爾分?jǐn)?shù))分別為0.435,0.210,0.130,0.078;它們的原子直徑分別為0.3042nm,0.314nm,0.316nm,0.3228nm;Ag的原子直徑為0.2883nm.試分析其固熔度極限差異的原因,并計(jì)