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

c 3/4 z B C A D 1/2 y 1/2 B a3 C A a2

x a1 z 1/4 1/2 B C 3/4 1/2 c A x 1/2 y 3/2 2/3 B

a3 C A a2 a1

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）[101]?2116[211]?161316[112]

（2）[112]?311216[111]?[110]?[111] [111]

（3）[112]?61

4. 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

－5

空位形成能（波尔兹曼常熟κ＝8.617×10eV/K）

二、（15分）有一单晶铝棒，棒轴为[123]，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）

? ?D A B C ?

四、（15分）有一面心立方晶体，在(111)面滑移的柏氏矢量为在(111)面上滑移的柏氏矢量为

a2a2[101]的右螺型位错，与

[011]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（c/a?1.86）棒和一根多晶镁（c/a?1.62）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：[101] B：[122] C：[434] D：[021] （2）A：[2116] B：[1213] C：[2113] （3）A：(364) B：(340) C：(346) （4）A：(1101) B：(0003) C：(1100)

2. 解：

由d?ah2?k2?l2得 h?k22?l2?8

∴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-Fe FCC ；碱金属 BCC ；Mg 简立方 ；Cu FCC ； NaCl FCC ；贵金属 FCC ；金刚石 FCC ；Cr BCC 。

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 (,4314,14)； BCC(124,1,1)； HCP(211,,)； 338每个晶胞中的八面体间隙数量为：

FCC 4 个；BCC 6 个；HCP 6 个。

6. 不是。其与底心单斜是同一类点阵。 7.

As2- Ga2+

8. 解：

由Cv?C0exp(?Q/RT) 得6ln10?Q(1?1)R573873

∴Q＝1.985 eV

N2- Ga2+

二、解：

010 100 111 001 101 100

?F 011 111 110 010110

（1）FCC滑移系统为{111}?110? 根据映象规则，初始滑移系统为(111)[101] （2）单滑移时试样轴应转向[101] 转轴为[123]?[101]?[111]

（3）双滑移系统为(111)[101]?(111)[011]

?????（4）L?l??(l?n)b

???[111][101]?令l?[123]，L?[uvw]，n?，b? 得：

32[uvw]?[123]??46[101]

∴u?1??46?2，w??3??46??4

得v?2，w??4，??64

双滑移时轴一方面转向[101]，轴为n1?[112]?[101]?[111]；一方面转向[011]，转轴为n2?[112]?[011]?[111]。故合成转轴为n?n1?n2?[000]。晶体不再改变取向，

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