材科试卷及答案

《材料科学基础（1）》试卷及参考答案2007年1月10日一、（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）试棒的最终取向（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b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，其最小半径为多大？（提示：位错线张力T＝αGb2）ABCD四、（15分）有一面心立方晶体，在)111(面滑移的柏氏矢量为]110[2a的右螺型位错，与在)111(面上滑移的柏氏矢量为]011[2a的另一右螺型位错相遇于此两滑移面交线并形成一个新的全位错。（1）求生成全位错的柏氏矢量和位错线方向。（2）说明新生成的全位错属哪类位错？该位错能否滑移？为什么？（3）若沿]010[晶向施加大小为17.2MPa的拉应力，试计算该新生全位错单位长度的受力大小，并说明方向（设晶格常数为a＝0.2nm）。五、（10分）一根多晶Zn（86.1/ac）棒和一根多晶镁（62.1/ac）棒受压缩变形，分析二者的变形特征，比较二者的塑性。（提示：从分析滑移和孪生入手）六、（10分）工业纯铁在927℃下渗碳，设工件表面很快达到渗碳饱和（1.3％的碳），然后保持不变，同时碳原子不断向工件内部扩散。求渗碳10h后渗碳层中碳浓度分布的表达式。【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4.γ-FeFCC；碱金属BCC；Mg简立方；CuFCC；NaClFCC；贵金属FCC；金刚石FCC；CrBCC。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)41,41,43(；BCC)1,41,21(；HCP)81,31,32(；每个晶胞中的八面体间隙数量为：FCC4个；BCC6个；HCP6个。6.不是。其与底心单斜是同一类点阵。7.8.解：由)/exp(0RTQCCv得)87315731(10ln6RQ∴Q＝1.985eVAs2-Ga2+Ga2+N2-二、解：（1）FCC滑移系统为011}111{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）bnllL)(令]312[l，][uvwL，3]111[n，2]110[b得：]110[64]312[][uvw∴2641u，4643w得2v，4w，46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，100001010101110111101F111110100010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。(2)RsTsbdd∴GbbGbbTR2四、解：（1）由于位错线为两滑移面交线，故：]110[11111121kjinn柏氏矢量]110[2]011[2]110[2aaab（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）31||||cos33FnFn21||||cosFbFb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：ABCD0.721312.17coscos0MPa∴作用在单位长度位错线上的力为：31020abfN/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