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材料科学导论习题解答
材料科学导论家庭作业第一章材料科学导论1。

氧化铝坚硬耐磨。

为什么不用它来做锤子呢？[A] Al2O3不适合作为锤片材料，因为其抗冲击性差且脆性高。

2.将下列材料分为金属、陶瓷、聚合物或复合材料:
黄铜、氯化钠、环氧树脂、混凝土、镁合金、玻璃纤维增强塑料、沥青、碳化硅、铅-2。

将下列材料分为金属、陶瓷、聚合物或复合材料:
黄铜、氯化钠、环氧树脂、混凝土、镁合金、玻璃纤维增强塑料、沥青、碳化硅和铅:汽车曲轴、灯泡灯丝、剪刀、汽车挡风玻璃和电视屏幕的疲劳寿命最为重要。

灯泡灯丝的熔点需要高，并且其发光性能强。

剪刀的刀刃硬度更大。

汽车挡风玻璃发出的光线穿透力更强。

电视屏幕的光学颜色和其他穿透性光学特性极其重要。

什么是纳米材料？纳米材料的作用是什么？请举个例子。

[A]一般来说，粒径小于
0.1 μm(10纳米)的粒子称为纳米材料。

纳米材料具有以下效果:
(1)小尺寸效应(2)表面效应(3)量子尺寸效应(4)宏观量子隧道效应一个简单的例子第二章原子结构1。

原子序数为12的镁有三种同位素:
78.70%的镁原子有12个中子，10.13%的镁原子有13个中子，
11.17%的镁原子有14个中子。

计算镁的原子量。

[A]M=0.7870×(12±12)0.1013×(12±13)0.1117×(12±14)=24.3247克/摩尔
2。

尝试计算一个原子N壳层中的最大电子数。

如果K，L，M和N 壳层中的所有能级都被填满，试着确定原子的原子序数。

[:N壳层中的最大电子数是2×42=32。

但是考虑能量级交错:
当N壳层中的电子数刚刚达到最大值时，电子构型为:
1s 22s 22 p 63s 23 p 64s 23d 104 p 65s 24d 105 p 66s 24 f 14，原子序数70。

(本书标题中的原始解决方案:
n壳层中有2 6 10 14=32个电子，k、l、m和n壳层中有2 8 18 32=60个电子，所以原子序数是60。

)3 .当K、L、M、N和Q壳层中的所有能级都被填满时，尝试计算O原子壳层中的最大电子数，并确定原子数。

[:氧壳层中的最大电子数是2×52=50。

但是考虑能量级交错:
当壳层中的电子数刚刚达到最大值时，电子配置为:
1s 22s 22 p 63s 23 p 64s 23d 104 p 65s 24d 105 p 66s 24 f 145d 106 p 67s 25 f 146d 105g 18，原子序数130。

(本书标题中的原始解决方案: O壳层中有2 6 10 14 18=50个电子，K、L、M、N和O壳层中有2 8 18 32 50=110个电子，所以原子序数是110。

)4 .试着解释四种原子的结合力，并举例说明。

[甲]金属债券:
金属中的自由电子和金属正离子相互作用形成的键称为金属键。

它的基本特征是电子共享、无饱和和无方向性。

例如:
汞、铝、铁、钨.
离子键:
金属原子将最外层的电子给予非金属原子，使其成为带正电的正
离子，非金属原子获得价电子，成为带负电的负离子，正负离子通过静电引力结合在一起。

它的基本特征是用离子代替原子作为结合单元。

大多数盐、碱和金属氧化物主要通过离子键结合，例如: 氯化钠、氧化镁.
共价键:
共价键是两个或多个原子之间共享电子对形成的化学键，电负性差别很小。

共价键是方形的——灯泡灯丝的熔点需要很高，并且其发光性能很强。

剪刀的刀刃硬度更大。

汽车挡风玻璃发出的光线穿透力更强。

电视屏幕的光学颜色和其他穿透性光学特性极其重要。

什么是纳米材料？纳米材料的作用是什么？请举个例子。

[A]一般来说，粒径小于0.1 μm(10纳米)的粒子称为纳米材料。

纳米材料具有以下效果:
(1)小尺寸效应(2)表面效应(3)量子尺寸效应(4)宏观量子隧道效应一个简单的例子第二章原子结构1。

原子序数为12的镁有三种同位素:
78.70%的镁原子有12个中子，10.13%的镁原子有13个中子，
11.17%的镁原子有14个中子。

计算镁的原子量。

[A]M=0.7870×(12±12)0.1013×(12±13)0.1117×(12±14)=24.3247克/摩尔2。

尝试计算一个原子N壳层中的最大电子数。

如果K，L，M和N 壳层中的所有能级都被填满，试着确定原子的原子序数。

[:N壳层中的最大电子数是2×42=32。

但是考虑能量级交错:
当N壳层中的电子数刚刚达到最大值时，电子构型为:
1s 22s 22 p 63s 23 p 64s 23d 104 p 65s 24d 105 p 66s 24 f 14，原子
序数70。

(本书标题中的原始解决方案:
n壳层中有2 6 10 14=32个电子，k、l、m和n壳层中有2 8 18 32=60个电子，所以原子序数是60。

)3 .当K、L、M、N和Q壳层中的所有能级都被填满时，尝试计算O原子壳层中的最大电子数，并确定原子数。

[:氧壳层中的最大电子数是2×52=50。

但是考虑能量级交错:
当壳层中的电子数刚刚达到最大值时，电子配置为:
1s 22s 22 p 63s 23 p 64s 23d 104 p 65s 24d 105 p 66s 24 f 145d 106 p 67s 25 f 146d 105g 18，原子序数130。

(本书标题中的原始解决方案: O壳层中有2 6 10 14 18=50个电子，K、L、M、N和O壳层中有2 8 18 32 50=110个电子，所以原子序数是110。

)4 .试着解释四种原子的结合力，并举例说明。

[甲]金属债券:
金属中的自由电子和金属正离子相互作用形成的键称为金属键。

它的基本特征是电子共享、无饱和和无方向性。

例如:
汞、铝、铁、钨.
离子键:
金属原子将最外层的电子给予非金属原子，使其成为带正电的正离子，非金属原子获得价电子，成为带负电的负离子，正负离子通过静电引力结合在一起。

它的基本特征是用离子代替原子作为结合单元。

大多数盐、碱和金属氧化物主要通过离子键结合，例如: 氯化钠、氧化镁.
共价键:
共价键是两个或多个原子之间共享电子对形成的化学键，电负性差别很小。

共价键有一个公式:β (α β)共晶αⅱ。

4.试解释铁-铁状态图中各相区、特征点和特征线的含义。

[A]每个相区的描述见下面的铁-铁3C相图。

点J是包晶点。

当合金在平衡结晶过程中冷却到1495℃时，B点组分的L和H 点组分的δ发生包晶反应生成A:c点是共晶点。

当合金在平衡结晶过程中被冷却到1148℃时，碳点成分的L发生共晶反应，生成了电子点成分的A点和Fe3C。

共晶反应在恒温下进行，反应过程中L、A 和Fe3C共存。

反应式为:
共晶反应的产物是奥氏体和渗碳体的混合物，称为莱特，用勒表示。

点S是共析点。

当合金在平衡结晶过程中冷却至727℃时，S点的组分A发生共析反应，生成P点的组分F和Fe3C。

共析反应在恒温下进行，反应过程中三相A、F和Fe3C共存，反应式如下: HJB是包晶反应线。

碳含量为0.09% ~ 0.53%的铁碳合金在平衡结晶过程中都发生包晶反应。

ECF是共晶反应线。

碳含量在2.11% ~ 6.69%的铁碳合金在平衡结晶过程中发生共晶反应。

PSK是共析反应线。

对于碳含量在0.0218%至6.69%之间的铁碳合金，在平衡结晶过程中会发生共析反应。

PSK被称为A1线。

全球服务热线。

当合金冷却时，F开始从A 中析出的临界温度线，通常称为A3线。

ES线。

碳在A中的固溶体线通常称为Acm线。

在1148℃时，由于大量的碳溶解在A中，其含量可达2.11%，而在727℃时仅为0.77%。

因此，当从1148℃冷却到
727℃时，Fe3C将从A中析出，这被称为二次渗碳体Fe3C2。

PQ线。

碳溶解线在F中，但F中溶解碳的量在727℃时最大，碳质量分数可达0.0218%，而在室温时仅为0.0008%。

因此，当碳质量分数大于0.0008%的铁碳合金从727℃冷却至室温时，Fe3C将从F中析出，析出的渗碳体为三次渗碳体Fe3C3。

PQ线也是Fe 3C3从F中沉淀的临界线.5.简要说明以下金属材料缩写符号的类别及其平均碳含量:
20、16Mng、12Cr1MoV、0Cr18NI9Ti、31
4、316升.[A] 20:
碳含量为0.2% 16Mng的碳钢:
碳含量为0.16% 12Cr1MoV:
碳含量为0.12% 0Cr18NI9Ti:
碳含量小于0.0218% 314:
国际符号:
碳含量为0.1% 316升:
碳含量小于0.0218%。