材料化学习题第二章参考答案

2章材料化学的理论基础

1.用固体能带理论区别导体、半导体、绝缘体。

根据晶体的能带理论，金属晶体中布里渊区一般有重叠，且部分充填。同一区相邻状能级非常接近，只要很下的电场就能把电子提升到相邻的较高能级，导电性好；

半导体物质，第一布里渊区是填满的，和空的第二布里渊区之间只有较小的能量间隙温度升高时，第一布里渊区顶部的电子受到激发，进入到第二布里渊区底部，向自由电子一样，在外加电场的作用下，表现出导电性；温度越高，激发到第二布里渊区的电子越多，其导电性也越强；（

绝缘体物质，电子填满最低的一系列能带，满带与空带之间的能量间隙很大，电子不能被激发到空带中，因此不能导电。

2.晶体的宏观特性有那些。

自限性、晶面角守恒、解理性、晶体的各向异性、晶体的均匀性、晶体的对称性、固定的熔点这是由构成晶体的原子和晶体内部结构的周期性决定的。说明晶体宏观特性是微观特性的反映

3.说明晶体点阵缺陷的分类情况。

按形成晶体缺陷的原子种类，可将晶体缺陷分成化学缺陷和点阵(几何)缺陷两类。按点阵缺陷在三维空间的尺度，又可将点阵缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷三类。

4.用实验事实简述非晶体材料的几何特征。

5.写出TiO2在还原气氛中失去部分氧，生成的缺陷反应，说明代表的意义。

6.晶体一般的特点有哪些；点阵和晶体的结构有何关系。

（1）晶体的一般特点是：

a 、均匀性：指在宏观观察中，晶体表现为各部分性状相同的物体

b 、各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质

c 、自范性：晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出晶面、晶棱等几何元素所组成凸多面体外形

d 、固定熔点：晶体具有固定的熔点

e、对称性：晶体的理想外形、宏观性质以及微观结构都具有一定的对称性

（2）晶体结构中的每个结构基元可抽象成一个点，将这些点按照周期性重复的方式排列就构成了点阵。点阵是反映点阵结构周期性的科学抽象，点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象，它们之间存在这样一个关系：

点阵结构＝点阵＋结构基元点阵＝点阵结构－结构基元

7.晶体衍射的两个要素是什么？它们与晶体结构有何对应关系？在衍射图上有何反映。

晶体衍射的两个要素：衍射方向和衍射强度

关系：晶胞大小、形状⇆衍射方向 ⇆ 衍射（点、峰）的位置

晶胞内原子种类和位置⇆衍射强度 ⇆ 衍射点（线）的黑度、宽度峰的高度、高度

8.总结位错在金属材料中的作用。

参考答案要点

位错在金属材料中可以起到强化作用，通过位错运动完成塑性变形，合金中位错与溶质原子发生作用形成气团造成屈服现象和应变时效，位错是第二相形核的择优场所，位错影响扩散速度。

9.说明晶界对材料性能及变形的影响。

晶界影响到材料的各个方面，具有晶界能，影响到多晶材料中的第二相的形状，晶界可以运动，有晶界偏聚，晶界电荷变化，承担载荷传递作用，晶界熔点低，易过烧，晶界是易扩散通道，晶界处易形核，晶界易受腐蚀；晶界对金属材料在常温下强化，高温下弱化

10.画出fcc晶胞中（111）晶面上的所有[110]晶向。

fcc晶胞如图1，ACE所在晶面为（111）晶面，[110]晶向为OD方向

11.假设把MgO固溶到ZrO2中（10%），,（1）写出两种可能的固溶反应式；

（举例）

（2）设Mg2+进入Zr2+位置的摩尔分数为x，试写出相应两种固溶体分子式。

12.一个立方晶系晶胞中，一晶面在晶轴X、Y、Z上的截距分别为2a、1/2a 、

2/3a，确定此晶面的晶面指数，并图示。

在X、Y、Z轴上的截距系数：2、1/2、2/3。截距系数的倒数比为1/2︰2︰3/2=1︰4︰3 晶面指数为：（143）

13.简述P型半导体和N型半导体导电机理。

14.Mg（熔点924K）和Zn（熔点692K）的相图具有两个低共熔点，一个为641K

（3.2%Mg，质量分数），另一个为620K（49%Mg，质量分数），体系的熔点曲线上有一个最高点863K（15.7%Mg）。（1）绘出Mg和Zn的T—x（温度—组成）图。（2）标明各区中的相。

另一种参考

15.四面体型分子CH3Cl具有哪些那些对称元素。

四面体型分子CH3Cl具有_1度旋转轴、_3度旋转轴_、_对称面_等对称元素16. 在立方晶系中写出面OBC’、ODD’O’的晶面

指数和OB、OD晶向指数（AD=1/2AB）。

[1] OBC’的晶面指数为：(111)或(111)； ODD’O’的晶面指数为：(210)或(210) [2] OB晶向指数为：[110]； OD晶向指数：[210]。（

17.图例是A-B-C三元系成分三角形的一部分，其中X合金的成分是_____

20%A-40%B-40%C __________。

17题图18题图

18.如图是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：

（1）写出点P，R，S的成分；

（2）设有2kgP，问需要多少何种成分的合金Z才可混熔成6kg成分为R的合金。

19.相变的含义是什么？从热力学角度来划分，相变可以分为哪几类？

1)相变的含义：指再外界条件发生变化的过程中，物相于某一种特定的条件下（或临界值时）发生突变。

2）从热力学角度：按照转变方向可分为可逆与不可逆相变，按化学位偏导数的连续性可分为一级相变、二级相变和高级相变。