无机材料科学基础复习指导
无机材料科学基础学习试题及解答完整版
第一章晶体几何根底1-1 解释概念:等同点:晶体结构中,在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点。
空间点阵:概括地表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形。
结点:空间点阵中的点称为结点。
晶体:内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。
对称:物体相同局部作有规律的重复。
对称型:晶体结构中所有点对称要素〔对称面、对称中心、对称轴和旋转反伸轴〕的集合为对称型,也称点群。
晶类:将对称型相同的晶体归为一类,称为晶类。
晶体定向:为了用数字表示晶体中点、线、面的相对位置,在晶体中引入一个坐标系统的过程。
空间群:是指一个晶体结构中所有对称要素的集合。
布拉菲格子:是指法国学者 A. 布拉菲根据晶体结构的最高点群和平移群对称及空间格子的平行六面体原那么,将所有晶体结构的空间点阵划分成 14 种类型的空间格子。
晶胞:能够反响晶体结构特征的最小单位。
晶胞参数:表示晶胞的形状和大小的 6 个参数〔 a、b、 c、α 、β、γ〕.1-2 晶体结构的两个根本特征是什么?哪种几何图形可表示晶体的根本特征?解答:⑴晶体结构的根本特征:① 晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。
② 晶体的内部质点呈对称分布,即晶体具有对称性。
⑵ 14 种布拉菲格子的平行六面体单位格子可以表示晶体的根本特征。
1-3 晶体中有哪些对称要素,用国际符号表示。
解答:对称面— m,对称中心— 1,n 次对称轴— n,n 次旋转反伸轴— n螺旋轴— ns ,滑移面— a、b、c、d1-5 一个四方晶系的晶面,其上的截距分别为3a、4a、6c,求该晶面的晶面指数。
解答:在 X、Y、 Z 轴上的截距系数: 3、4、6。
截距系数的倒数比为: 1/3:1/4:1/6=4:3:2晶面指数为:〔432〕补充:晶体的根本性质是什么?与其内部结构有什么关系?解答:① 自限性:晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的反映。
②均一性和异向性:均一性是由于内部质点周期性重复排列,晶体中的任何一局部在结构上是相同的。
无机材料科学基础考点总结
无机材料科学基础解释下列名词:凝聚系统:不含气相或气相可以忽略的系统。
介稳平衡:即热力学非平衡态,能量处于较高状态,经常出现于硅酸盐系统中。
低共熔点:是一种无变量点,系统冷却时几种晶相同时从熔液中析出,或加热时同时融化。
双升点:处于交叉位的单转熔点。
双降点:处于共轭位的双转熔点。
马鞍点:三元相图界线上温度最高点,同时又是二元系统温度的最低点。
连线规则:将一界线(或其延长线)与相应的连线(或其延长线)相交,其交点是该界线上的温度最高点。
切线规则:将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交,如交点在连线上,则表示界线上该处具有共熔性质;如交点在连线的延长线上,则表示界线上该处具有转熔性质,远离交点的晶相被回吸。
三角形规则:原始熔体组成点所在副三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物;与这三个物质相应的初初晶区所包围的三元无变量点是其结晶结束点。
重心规则:如无变点处于其相应副三角形的重心位,则该无变点为低共熔点:如无变点处于其相应副三角形的交叉位,则该无变点为单转熔点;如无变点处于其相应副三角形的共轭位,则该无变点为双转熔点。
4. 具有不一致熔融二元化合物的二元相图〔图10-12(c)〕在低共熔点E发生如下析晶过程:L A+C,已知E点的B含量为20%,化合物C的B含量为64%。
今有C1,C2两种配料,已知C1中B含量是C2中B含量的1.5倍,且在高温熔融冷却析晶时,从该二配料中析出的初相(即达到低共熔温度前析出的第一种晶体)含量相等。
请计算C1,C2的组成。
解:设C2中B含量为x, 则C1中B含量为1.5x,由题意得:所以C1组成B含量为26%,C2组成B含量为17.3%。
5. 已知A,B两组分构成具有低共熔点的有限固溶体二元相图〔图10-12(i)〕。
试根据下列实验数据绘制相图的大致形状:A的熔点为1000℃,B的熔点为700℃。
含B为0.25mol的试样在500℃完全凝固,其中含0.733 mol初相α和0.267mol (α+β)共生体。
无机材料科学基础辅导4
第七章固体中的扩散【例7-1】什么叫扩散?在离子晶体中有几种可能的扩散机构?氧化物晶体中哪种扩散是主要的,为什么?【解】固体中的粒子(原子、离子或分子)由浓度高处迁移至浓度低处的现象称为扩散。
离子晶体中有五种可能的扩散机构:易位扩散、环形扩散、间隙扩散、准间隙扩散、空位扩散。
氧化物晶体中空位扩散是最主要的扩散,原因:空位扩散所需活化能最小。
【例7-2】试说明扩散系数的定义、物理意义及量纲。
【解】扩散系数:表征物质扩散本领大小的一个重要参量,是物质的一个多性指标。
物理意义:单位浓度梯度、单位时间内通过单位面积所扩散的物质的量。
量纲:L2T-1(cm2/秒)【例7-3】试分析具有肖特基缺陷的晶体中阴离子的扩散系数小于阳离子的扩散系数的原因。
【解】在晶体中,阴离子半径较大,还常作密堆积,形成结构骨架。
阳离子的半径较小,填充于空隙中。
则阳离子的肖氏缺陷(空位)的(形成能及)迁移能小于阴离子空位的(形成能及)迁移能。
由式中::缺陷形成能:缺陷迁移能因为Q增大所以D减小()Q阳<Q阴则D阳离子>D阴离子【例7-4】扩散系数与哪些因素有关?为什么?为什么可以认为浓度梯度大小基本上不影响D值,但浓度梯度大则扩散得快又如何解释?【解】影响扩散系数D的因素:(1)T增大,D增大;Q增大,D减小;(2)扩散物质的性质:扩散粒子性质与扩散介质性质间差异越大,D值越大。
扩散粒子半径越小,D值越大。
(3)扩散介质的结构:结构越致密,D越小。
(4)位错、晶界、表面:处于位错、晶界、表面处的质点,D较大。
D表面(10-7cm2/s)>D晶界(10-10 cm2/s)>D内部(10-14 cm2/s)(5)杂质(第三组元):第三组元与扩散介质形成化合物——对扩散离子产生附加键力,则D减小。
第三组元不与扩散介质形成化合物——使扩散介质晶格产生畸变,则D增大。
(6)粘度:r减小D增大式中:T—温度r—扩散粒子半径η—扩散介质系数η增大D减小即;扩散介质粘度越大,D越小。
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第一章晶体几何基础1-1 解释概念:等同点:晶体结构中,在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点。
空间点阵:概括地表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形。
结点:空间点阵中的点称为结点。
晶体:内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。
对称:物体相同部分作有规律的重复。
对称型:晶体结构中所有点对称要素(对称面、对称中心、对称轴和旋转反伸轴)的集合为对称型,也称点群。
晶类:将对称型相同的晶体归为一类,称为晶类。
晶体定向:为了用数字表示晶体中点、线、面的相对位置,在晶体中引入一个坐标系统的过程。
空间群:是指一个晶体结构中所有对称要素的集合。
布拉菲格子:是指法国学者 A.布拉菲根据晶体结构的最高点群和平移群对称及空间格子的平行六面体原则,将所有晶体结构的空间点阵划分成14种类型的空间格子。
晶胞:能够反应晶体结构特征的最小单位。
晶胞参数:表示晶胞的形状和大小的6个参数(a、b、c、α 、β、γ ).1-2 晶体结构的两个基本特征是什么?哪种几何图形可表示晶体的基本特征?解答:⑴晶体结构的基本特征:①晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。
②晶体的内部质点呈对称分布,即晶体具有对称性。
⑵14种布拉菲格子的平行六面体单位格子可以表示晶体的基本特征。
1-3 晶体中有哪些对称要素,用国际符号表示。
解答:对称面—m,对称中心—1,n次对称轴—n,n次旋转反伸轴—n螺旋轴—ns ,滑移面—a、b、c、d1-5 一个四方晶系的晶面,其上的截距分别为3a、4a、6c,求该晶面的晶面指数。
解答:在X、Y、Z轴上的截距系数:3、4、6。
截距系数的倒数比为:1/3:1/4:1/6=4:3:2晶面指数为:(432)补充:晶体的基本性质是什么?与其内部结构有什么关系?解答:①自限性:晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的反映。
②均一性和异向性:均一性是由于内部质点周期性重复排列,晶体中的任何一部分在结构上是相同的。
异向性是由于同一晶体中的不同方向上,质点排列一般是不同的,因而表现出不同的性质。
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(完整版)⽆机材料科学基础习题与解答完整版第⼀章晶体⼏何基础1-1 解释概念:等同点:晶体结构中,在同⼀取向上⼏何环境和物质环境皆相同的点。
空间点阵:概括地表⽰晶体结构中等同点排列规律的⼏何图形。
结点:空间点阵中的点称为结点。
晶体:内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。
对称:物体相同部分作有规律的重复。
对称型:晶体结构中所有点对称要素(对称⾯、对称中⼼、对称轴和旋转反伸轴)的集合为对称型,也称点群。
晶类:将对称型相同的晶体归为⼀类,称为晶类。
晶体定向:为了⽤数字表⽰晶体中点、线、⾯的相对位置,在晶体中引⼊⼀个坐标系统的过程。
空间群:是指⼀个晶体结构中所有对称要素的集合。
布拉菲格⼦:是指法国学者 A.布拉菲根据晶体结构的最⾼点群和平移群对称及空间格⼦的平⾏六⾯体原则,将所有晶体结构的空间点阵划分成14种类型的空间格⼦。
晶胞:能够反应晶体结构特征的最⼩单位。
晶胞参数:表⽰晶胞的形状和⼤⼩的6个参数(a、b、c、α、β、γ).1-2 晶体结构的两个基本特征是什么?哪种⼏何图形可表⽰晶体的基本特征?解答:⑴晶体结构的基本特征:①晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。
②晶体的内部质点呈对称分布,即晶体具有对称性。
⑵14种布拉菲格⼦的平⾏六⾯体单位格⼦可以表⽰晶体的基本特征。
1-3 晶体中有哪些对称要素,⽤国际符号表⽰。
解答:对称⾯—m,对称中⼼—1,n次对称轴—n,n次旋转反伸轴—n螺旋轴—ns ,滑移⾯—a、b、c、d1-5 ⼀个四⽅晶系的晶⾯,其上的截距分别为3a、4a、6c,求该晶⾯的晶⾯指数。
解答:在X、Y、Z轴上的截距系数:3、4、6。
截距系数的倒数⽐为:1/3:1/4:1/6=4:3:2晶⾯指数为:(432)补充:晶体的基本性质是什么?与其内部结构有什么关系?解答:①⾃限性:晶体的多⾯体形态是其格⼦构造在外形上的反映。
②均⼀性和异向性:均⼀性是由于内部质点周期性重复排列,晶体中的任何⼀部分在结构上是相同的。
无机材料科学基础整理重点
非晶态结构与性质1.聚合物理论P119聚合物形成的三个阶段:初期:主要是石英颗粒的分化;中期:缩聚反应并伴随聚合物的变形;后期:在一定温度(高温)和一定时间(足够长)下达到解聚平衡最终熔体组成:不同聚合程的各种聚合体的混合物。
即低聚物、高聚物、三维碎片、游离碱、吸附物。
聚合体的种类、大小和数量随熔体组成和温度而变化。
2.粘度公式P120-1263.玻璃的通性P130-1324.玻璃的形成条件看下面的玻璃形成的热力学条件同组成的晶体和玻璃体的内能差别愈大,玻璃愈容易结晶,即愈难以形成玻璃;内能差别愈小,玻璃愈难结晶,也就愈容易形成玻璃。
玻璃形成的动力学条件从动力学观点看,生成玻璃的关键是熔体的冷却速度。
晶核生成速率与晶体生长速度间温度差值愈大(重叠越小),愈容易形成玻璃;反之,愈容易析晶。
玻璃形成的结晶化学条件1)复合阴离子团大小与排列方式1.熔体中阴离子集团的大小和聚合程度影响玻璃的形成能力。
2.熔点附近的粘度是玻璃形成能力的重要标志。
3.构成玻璃的多面体间只能以共顶连接,这是形成玻璃的重要条件。
2)键强单键强度越高,熔点越低的氧化物越易于形成玻璃。
3)键型形成玻璃必须具有离子键或金属键向共价键过渡的混合键型。
5.X/Y/Z/R P1456.硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃P144-148(次重点)7.退火玻璃、淬火玻璃的区别与形成过程8.软化→无应力→均匀应力→表层应力固体表面与界面1.黏土的电荷性及带电原因P192-193看书就好产生负电荷的原因:(次)1)由于粘土晶格内离子的同晶置换所产生的。
产生了过剩的负电荷,这种电荷的数量取决于晶格内同晶置换的多少。
2) 由吸附在粘土表面的腐殖质离解而产生。
2.粘土与水的结合有几种情况?P193看下面的1.粘土晶粒表面上氧与羟基可与靠近表面的水分子通过氢键而键合;2.粘土表面负电荷在粘土附近存在静电场,使极性水分子定向排列;3.粘土表面吸附着水化阳离子3.泥浆的稳定性、流动性、滤水性、触变性、可塑性P197-206 具体看书,概括在下1)泥浆的流动性定义:流动性是指泥浆含水量低,粘度小而流动度大的性质流体粘性的大小用粘度η来表征;描述流动难易程度用流动度表示:流动度=l/η,即粘度越大,流动度越小。
无机材料科学基础考研复习综述
第一章、晶体结构基础1、晶体的基本概念晶体的本质:质点在三维空间成周期性重复排列的固体,或者是具有格子构造的固体。
晶体的基本性质:结晶均一性、各向异性、自限性、对称性、最小内能性。
对称性:同一晶体中,晶体形态相同的几个部分(或物理性质相同的几个部分)有规律地重复出现。
空间格子的要素:结点—空间格子中的等同点。
行列—结点沿直线方向排列成为行列。
结点间距—相邻两结点之间的距离;同一行列或平行行列的结点间距相等。
面网—由结点在平面上分布构成,任意两个相交行列便可以构成一个面网。
平行六面体:结点在三维空间的分布构成空间格子,是空间格子的最小体积单位。
2、晶体结构的对称性决定宏观晶体外形的对称性。
3、对称型(点群):一个晶体中全部宏观对称要素的集合。
宏观晶体中只存在32种对称型4、对应七大晶系可能存在的空间格子形式:14种布拉维格子三斜:简单;单斜:简单、底心;正交:简单、底心、体心、面心;三方:简单R四方:简单、体心;六方:简单;立方:简单、体心、面心;P(简单点阵) I(体心点阵) C(底心点阵) F(面心点阵)底心点阵:A(100) B (010) C(001) 面心立方晶系中对应的密排面分别为(111);体心立方(110);六方晶系(0001)低指数晶面间距较大,间距越大则该晶面原子排列越紧密。
高指数则相反5、整数定律:晶面在各晶轴上的截距系数之比为简单整数比。
6、宏观晶体中独立的宏观对称要素有八种:1 2 3 4 6 i m 4空间点阵:表示晶体结构中各类等同点排列规律的几何图形。
或是表示晶体内部结构中质点重复规律的几何图形。
空间点阵有,结点、行列、面网、平行六面体空间点阵中的阵点,称为结点。
7、晶胞:能充分反映整个晶体结构特征最小结构单位。
晶胞参数:表征晶胞形状和大小的一组参数(a0、b0、c0,α、β、γ)与单位平行六面体相对应的部分晶体结构就称为晶胞。
因此,单位平行六面体的大小与形状与晶胞完全一样,点阵常数值也就是晶胞常数值。
无机材料科学基础复习
相律以及相图中的一些基本概念 水型物质相图的特点(固液界线的斜率为负) 单元系统相图中可逆与不可逆多晶转变的特点 SiO2相图中的多晶转变(重建型转变、位移型转变) 一致熔化合物和不一致熔化合物的特点 形成连续固溶体的二元相图的特点(没有二元无变量点) 相图的坐标系统由什么来决定(相平衡系统中的最大自由度) 界线、连线的概念,以及他们的关系
01
等含量规则、线规则、切线规则、重心规则。
03
独立析晶(非平衡析晶)
04
三元相图析晶路径的分析
05
判断化合物的性质
06
划分副三角形
07
标出界线上的温度走向和界线的性质
08
确定无变量点的性质
09
分析具体的析晶路程
第六章、扩散与固相反应
1、固体中扩散的特点 2、菲克定律(宏观现象) 菲克第一定律:稳态扩散 菲克第二定律:不稳态扩散 3、扩散系数是一个什么样的参数 4、扩散推动力(化学位梯度) 5、扩散系数的一般热力学关系式 6、质点的扩散方式(五种、其中空位最常见,所需能量最小) 7、本征扩散、非本征扩散,及其相应的扩散系数D 产生本征扩散与非本征扩散的原因,分析、计算 8、萤石结构的ZrO2中Zr4+和O2-哪个扩散的活化能大? Zr4+
第七章、相变
1、相变的概念(相的概念等) 2、相变的分类 3、一级相变、二级相变 4、固态相变 马氏体相变、有序-无序相变 5、相变过程中的亚稳态 6、晶核的形成条件、临界晶核rk。(要有△T) 7、影响成核速率的因素:核坯的数目、质点加到核坯上的速率 Iv=P·D 8、均匀成核、非均匀成核,选择成核剂的要求。 9、晶体生长速率 10、成核与晶体生长相比,需要更大的△T
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第三章练习题1一、填空题1.玻璃具有下列通性:各向同性、介稳性、熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性、熔融态向玻璃态转化时物理、化学性能随温度变化的连续性。
2.在硅酸盐熔体中,当以低聚物为主时,体系的粘度低、析晶能力大。
3.物质在熔点时的粘度越高越容易形成玻璃,Tg/Tm 大于2/3(大于,等于,小于)时容易形成玻璃。
4.熔体是物质在液相温度以上存在的一种高能量状态,在冷却的过程中可以出现结晶化、玻璃化和分相三种不同的相变过程。
5.当SiO2含量比较高时,碱金属氧化物降低熔体粘度的能力是Li2O < Na2O < K2O。
6. 2Na2O·CaO·Al2O3·2SiO2的玻璃中,结构参数Y为 3 。
7.从三T曲线可以求出为避免析出10-6分数的晶体所需的临界冷却速率,该速率越小,越容易形成玻璃。
8.NaCl和SiO2两种物质中SiO2容易形成玻璃,因其具有极性共价键结构。
9.在Na2O-SiO2熔体中,当Na2O/Al2O3<1时,加入Al2O3使熔体粘度降低。
10. 硅酸盐熔体中聚合物种类,数量与熔体组成(O/Si)有关,O/Si比值增大,则熔体中的高聚体[SiO4]数量减少。
11.硅酸盐熔体中同时存在许多聚合程度不等的负离子团,其种类、大小和复杂程度随熔体的组成和温度而变。
当温度不变时,熔体中碱性氧化物含量增加,O/Si比值增大,这时熔体中高聚体数量减少。
二、问答题1.试述熔体粘度对玻璃形成的影响?在硅酸盐熔体中,分析加入—价碱金属氧化物、二价金属氧化物或B2O3后熔体粘度的变化?为什么?答:1) 熔体粘度对玻璃形成具有决定性作用。
熔体在熔点时具有很大粘度,并且粘度随温度降低而剧烈地升高时,容易形成玻璃。
2) 在硅酸盐熔体中,加入R2O,随着O/Si比增加,提供游离氧,桥氧数减小,硅氧网络断裂,使熔体粘度显著减小。
加入RO,提供游离氧,使硅氧网络断裂,熔体粘度降低,但是由于R2+的场强较大,有一定的集聚作用,降低的幅度较小。
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第四章非晶态结构与性质【例4-1】一种用于制造灯泡的苏打-石灰-石英玻璃的退火点是514℃,软化点是696℃,计算这种玻璃的熔融范围和工作范围。
【解】按公式退火点:514+273=787K时粘度η=1012Pa·s软化点:696+273=969K时粘度η=4.5×106Pa·s,则:解之:△E=429 kJ/mol,得:Pa·s工作温度范围粘度一般为103~107 Pa·s,由于当η=103Pa·s时,℃当η=107Pa·s时,℃所以工作温度范围是682~877℃熔融范围粘度一般是10~100Pa·s当η=10Pa·s时,℃当η=50Pa·s时,4℃所以熔融温度范围是940~1009℃【例4-2】已知石英玻璃的密度为2.3g/cm’,假定玻璃中原子尺寸与晶体SiO2相同。
试计算玻璃原子堆积系数(APC)是多少?【解】设在体积为1nm3内SiO2原子数为n,则密度按题意ρ=2. 3g/cm3= 2.3×10-21g/nm3,SiO2相对分子质量M=60.02g代入上式求得n:个/nm3在1nm中SiO2所占体积则:【例4-3】正硅酸铅玻璃密度为7.36g/cm3,求这个玻璃中氧的密度为若干?试把它与熔融石英(密度为2.2g/cm3)中的氧密度比较,试指出铅离子所在位置。
【解】正硅酸铅PbSiO3的相对分子质量为GM=207.2+28+16×3=283.2在1cm3中PbSiO3的个数为:个/cm3在PbSiO3玻璃中氧的密度为:g/cm3同样求得石英玻璃中SiO2的个数n2和氧的密度为ρ2:个/cm3,g/cm3显然ρ1>ρ2,即PbSiO3玻璃中氧的密度高于石英玻璃SiO2中氧的密度。
因而PbSiO3玻璃中Pb2+作为网络改变离子而统计均匀分布在Si-O形成的网络骨架空隙中。
【例4-4】一种玻璃的组成为80wt%SiO2和20wt%Na2O,试计算其非桥氧百分数?【解】将玻璃组成由质量百分比换算成摩尔百分比,如下表所示:wt%mol数mol%SiO280 1.33 80.6Na2O 20 0.32 19.4,,非桥氧%=【例4-5】有两种不同配比的玻璃,其组成如下,请用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小?序号Na2Owt%Al2O3wt%SiO2wt%1 10 20 702 20 10 70【解】将玻璃组成由质量百分比换算成摩尔百分比,如下表所示:NoNa2O Al2O3SiO2Y wt%mol%wt%mol%wt%mol%1 10 10.6 20 12.9 70 76.5 2.722 20 20.4 10 6.2 70 73.4 3.66 对1#玻璃:, Al3+被视为网络改变离子,,,对2#玻璃:, Al3+作为网络形成离子,,,即:1#玻璃Y1<玻璃Y2,在高温下1#粘度<2#粘度。
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第一章、晶体结构基础1、晶体的基本概念晶体的本质:质点在三维空间成周期性重复排列的固体,或者是具有格子构造的固体。
晶体的基本性质:结晶均一性、各向异性、自限性、对称性、最小内能性。
对称性:同一晶体中,晶体形态相同的几个部分(或物理性质相同的几个部分)有规律地重复出现。
空间格子的要素:结点—空间格子中的等同点。
行列—结点沿直线方向排列成为行列。
结点间距—相邻两结点之间的距离;同一行列或平行行列的结点间距相等。
面网—由结点在平面上分布构成,任意两个相交行列便可以构成一个面网。
平行六面体:结点在三维空间的分布构成空间格子,是空间格子的最小体积单位。
2、晶体结构的对称性决定宏观晶体外形的对称性。
3、对称型(点群):一个晶体中全部宏观对称要素的集合。
宏观晶体中只存在32 种对称型4、对应七大晶系可能存在的空间格子形式:14 种布拉维格子三斜:简单;单斜:简单、底心;正交:简单、底心、体心、面心;三方:简单R 四方:简单、体心;六方:简单;立方:简单、体心、面心;P(简单点阵) I(体心点阵) C(底心点阵) F(面心点阵)底心点阵:(A 100)B (010) C(001) 面心立方晶系中对应的密排面分别为(111) ;体心立方( 110) ;六方晶系( 0001)低指数晶面间距较大,间距越大则该晶面原子排列越紧密。
高指数则相反5、整数定律:晶面在各晶轴上的截距系数之比为简单整数比。
6、宏观晶体中独立的宏观对称要素有八种: 1 2 3 4 6 i m 4空间点阵:表示晶体结构中各类等同点排列规律的几何图形。
或是表示晶体内部结构中质点重复规律的几何图形。
空间点阵有,结点、行列、面网、平行六面体空间点阵中的阵点,称为结点。
7、晶胞:能充分反映整个晶体结构特征最小结构单位。
晶胞参数:表征晶胞形状和大小的一组参数(a0、 b0、c0,α、β、γ)与单位平行六面体相对应的部分晶体结构就称为晶胞。
因此,单位平行六面体的大小与形状与晶胞完全一样,点阵常数值也就是晶胞常数值。
无机材科基复习提纲
复习提纲-表面界面与动力学1、矿物浮选的原理2、图示说明电动电位的产生机理及Na基粘土和Ca基粘土的电动电位差别。
3、形象说明粘土为什么粘,粘土为何具有可塑性(动而变形,静而定形的原因)4、Fick第一定律在求解球形氧气罐氧气泄露问题时的模型建立方法及求解过程。
5、硅酸盐体系扩散系数的一般表达式(涉及空位浓度和运动频率)6、硅酸盐体系的扩散为何通常是空位扩散。
图示CaCl2掺杂NaCl的空位扩散系数随扩散系数随温度变化的趋势。
7、图示非化学计量氧化物空位扩散系数随温度变化而变化的趋势及原因。
8、如何根据扩散系数随温度变化求扩散活化能。
从整个课程体系而言,如让你充分挖掘,书中关于表面扩散、晶界扩散和晶粒内扩散的扩散系数和温度的关系图中包含了哪些信息?9、从普遍联系的角度,谈谈你对泰曼温度和海德华定律在课程中的地位和意义。
10、为何陶瓷要用细粉成形。
11、为何硅酸盐工业是高温行业?12、为何“泥菩萨过河,自身难保”,而几百年前沉入海底的瓷菩萨安然无恙。
13、固相反应中扩散控制的反应动力学方程-抛物线方程、杨德方程和金斯特林格方程推导过程中的假设以及近似处理技巧。
14、二氧化硅的晶型转变,难易程度和温度的关系。
15、熔体(液体)析晶的障碍和克服障碍的机制-临界成核半径的求法及其和温度(过冷度)的关系。
16、图示说明均匀成核机制下成核速度-温度(过冷度)曲线和晶体长大速度-温度(过冷度)关系曲线。
均匀成核机制下的成核速度-温度(过冷度)曲线和晶体长大速度-温度(过冷度)关系曲线。
17、二液分相产生的原因。
稳定分相,亚稳分相的意义。
18、图示说明二液分相区的自由焓组成曲线上某一组成涨落对体系变化趋势的影响。
19、碱金属(碱土金属)氧化物-二氧化硅体系熔体随温度下降的分相趋势的变化规律。
亚稳分相区域的存在对上部液相线形状的影响规律。
20、玻璃是一种过冷液体,可通过成核-晶体长大的过程制造微晶玻璃。
也可以通过亚稳分相制造多孔玻璃,请分别说明他们的制造原理。
无机材料科学基础辅导2
第二章晶体结构【例2-1】计算MgO和GaAs晶体中离子键成分的多少。
【解】查元素电负性数据得,,,,则MgO离子键%=GaAs离子键%=由此可见,MgO晶体的化学键以离子键为主,而GaAs则是典型的共价键晶体。
【提示】除了以离子键、共价键结合为主的混合键晶体外,还有以共价键、分子间键结合为主的混合键晶体。
且两种类型的键独立地存在。
如,大多数气体分子以共价键结合,在低温下形成的晶体则依靠分子间键结合在一起。
石墨的层状单元内共价结合,层间则类似于分子间键。
正是由于结合键的性质不同,才形成了材料结构和性质等方面的差异。
从而也满足了工程方面的不同需要。
【例2-2】 NaCl和MgO晶体同属于NaCl型结构,但MgO的熔点为2800℃, NaC1仅为80l℃,请通过晶格能计算说明这种差别的原因。
【解】根据:晶格能(1)NaCl晶体:N0=6.023×1023 个/mol,A=1.7476,z1=z2=1,e=1.6×10-19 库仑,,r0==0.110+0.172=0.282nm=2.82×10-10 m,m/F,计算,得:E L=752.48 kJ/mol(2)MgO晶体:N0=6.023×1023个/mol,A=1.7476,z1=z2=2,e=1.6×10-19库仑,r0==0.080+0.132=0.212 nm=2.12×10-10 m,m/F,计算,得:E L=3922.06 kJ/mol则:MgO晶体的晶格能远大于NaC1晶体的晶格能,即相应MgO的熔点也远高于 NaC1的熔点。
【例2-3】根据最紧密堆积原理,空间利用率越高,结构越稳定,但是金刚石的空间利用率很低,只有34.01%,为什么它也很稳定?【解】最紧密堆积的原理只适用于离子晶体,而金刚石为原子晶体,由于C-C共价键很强,且晶体是在高温和极大的静压力下结晶形成,因而熔点高,硬度达,很稳定。
天津大学无机材料科学基础考研复习指导资料
天津大学864无机材料科学基础考研指导(研究生高分学长)天津考研网多年辅导经验分析显示,作为首战的研友在专业课复习开始,迫切需要目标院校报考专业的学长指导。
《考研专业课导学》视频是由与天津考研网签约的资深在读研究生学长为广大学弟学妹倾力打造的独家权威专业课复习启动阶段指导视频,通过深度解析目标专业、制定合理复习计划、剖析考试科目重点等方面的指导使得研友对考试科目有总体的认识,对复习有清晰的思路,对考试有宏观的把握。
一、 专业介绍天津大学是教育部直属国家重点大学,其前身为北洋大学,始建于1895年10月2日,是中国第一所现代大学,素以“实事求是”的校训和“严谨治学,严格教学要求”的治学方针享誉海内外。
1951年经国家院系调整定名为天津大学,是1959年中共中央首批确定的16所国家重点大学之一,是“211工程”、“985工程”首批重点建设的大学。
而无机非金属材料系始建于1952年,是国内最早建立的无机非金属材料类专业之一。
现已发展成为天津大学“先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室”和“材料加工工程国家重点学科”的主体学科;天津市重点学科;国家硕士、博士学位授予权和博士后流动站单位。
本系在50余年的建设发展中,在教学与科研等方面取得了显著的业绩,已培养出本科毕业生近1800人,硕士、博士200余人。
形成了以先进结构陶瓷的材料设计及其制备科学、高性能功能陶瓷材料的研究与开发、新型无机半导体材料及薄膜的制备科学与功能开发、无机超微粉体制备科学与技术、功能复合材料的制备与结构性能控制等为主要研究特色的综合性学科,在学术水平、研究成果和科研条件等方面在国内保持了一定的优势地位。
本系现有教师17人,其中教授9人,博士生导师7人(享受政府特殊津贴1人),副教授8人。
实验室教学人员5人,其中工程师2名,技师1名。
教师中有12人具有博士学位,5人曾在国外进修或合作科研。
主要研究方向有蔡舒老师等在研究生物陶瓷,郭瑞松老师的课题组在研究太阳能电池和李晓雷老师课题组的锂电池新能源等方向。
无机材料科学基础复习
⽆机材料科学基础复习结晶学基础晶体与⾮晶体晶体(crystal)是内部质点(原⼦、离⼦或分⼦)在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质。
内部质点不作规则排列,不具有格⼦构造的固体,称为⾮晶体对称要素和对称型及其表⽰在进⾏对称操作时所借助的⼏何要素——点、线、⾯等,称为对称要素。
微观对称要素主要有以下三种平移轴:是⼀直线⽅向,相应的对称变换为沿此直线⽅向平移⼀定的距离。
螺旋轴:也是⼀种复合的对称要素,其辅助⼏何要素为⼀根假想的直线及与之平⾏的直线⽅向。
相应的对称变换是绕此直线旋转⼀定⾓度和沿此直线⽅向平移的结合(左旋和右旋)。
滑移⾯(象移⾯):是⼀种复合的对称要素,其辅助⼏何要素有两个,⼀个假想的平⾯和平⾏此平⾯的某⼀直线⽅向。
相应的对称变换是对此平⾯的反映和沿此直线⽅向平移的联合。
对称型:对称要素的组合(集合),包含了晶体中全部对称要素的总和及其相互间的组合,⼜称为点群。
晶体的对称分类(原则和分类体系)分类原则晶族的划分:根据有⽆⾼次轴及其数⽬分为⾼级、中级和低级晶族。
晶系的划分:根据对称型的具体特点(Ln、Lin的轴次和数⽬)分为七个晶系。
具体分类(见表)晶体定向原则及结晶符号晶体的定向就是选择结晶轴、建⽴坐标轴,通常有三轴定向(⽶⽒定向)和四轴定向(布拉维定向)结晶符号结晶符号:表⽰晶⾯、晶棱等在晶体上⽅位的简单的数字符号。
晶⾯符号(⽶⽒符号):由晶⾯在三个坐标轴的截距系数p、q、r的倒数⽐,经简化后按a、b、c轴次序连写在⼀起,再加⼩括号⽽得。
其通式(hkl),其中h、k、l称为晶⾯的⽶⽒指数。
结晶轴与对称轴结晶轴⼜称之为晶轴,按⼀定法则在晶体中⼈为地选择的三根(或四根)坐标轴。
通常,具有最⾼对称次数之轴,选作结晶轴之⼀。
对称轴(symmetry axis) (Ln):是⼀假想的直线,相应的对称操作为围绕此直线的旋转后,可使相同部分重复。
旋转⼀周重复的次数称为轴次n。
重复时所旋转的最⼩⾓度称基转⾓α。
无机材料科学基础宋晓岚期末总结
无机材料科学基础宋晓岚期末总结
无机材料科学基础是一门研究无机材料组成、结构、性质及其应用的学科。
下面是我为你总结的期末复习要点:
1. 无机材料的基本概念和分类:无机材料是指不含碳及其衍生物的材料,主要分为金属、陶瓷和玻璃材料。
2. 无机晶体结构与晶体缺陷:无机晶体具有确定的结构和周期性的排列,常见的结构类型包括离子晶体、共价晶体和金属晶体。
晶体缺陷可以影响材料的性质和功能。
3. 无机材料的物理性质:包括热学性质(热膨胀、导热性等)、电学性质(导电性、介电性等)、光学性质(吸收、散射、透明度等)和磁学性质(顺磁性、铁磁性等)。
4. 无机材料的化学性质:包括材料与化学物质的反应性、溶解度、酸碱性等。
5. 无机材料的制备方法:包括固相法、溶液法、气相法等,具体方法根据材料的性质和需求而定。
6. 无机材料的应用领域:无机材料广泛应用于光电子、能源、环境、材料工程、生物医药等领域。
希望以上总结对你的期末复习有所帮助!。
《无机材料》复习资料
《无机材料》复习资料1.晶体结构和空间点阵的区别:空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象,用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性,由于各阵点的周围环境相同,它只能有14种类型。
晶体结构则是晶体中实际质点(原子、离子或分子)的具体排列情况,它们能组成各种类型的排列,因此,实际存在的晶体结构是无限的。
2.材料科学与工程四要素是什么?其相互关系如何?答:材料科学与工程的四要素:组成、制备、结构、性能或结构与组成、合成与制备、性能、使用效能组成不同,材料的结构不同,性能也不同:如铁为金属能导电,氧化铁为半导体,在高温才能导电制备方法不同得到的材料结构不同:如高温固相反应一般得到大颗粒材料;而化学沉淀法得到的是纳米材料。
组成相同,结构不同,材料的性能不同:如金刚石为网络结构,硬度极大,石墨为层状结构,具有润滑。
材料效能的发挥与服役的环境有关。
如金属腐蚀速度与环境湿度等有关。
3.晶向指数与晶面指数:国际上统一采用密勒指数(Miller indices)来进行标定。
晶向指数(crystallographic direction indices )的确定:将坐标原点选在OP的任一结点O点,把OP的另一结点P的坐标经等比例化简后按X、Y、Z坐标轴的顺序写在方括号[ ]内,则[uvw]即为OP的晶向指数。
晶向指数的标定:(1)建立以晶轴a,b,c为坐标轴的坐标系,各轴上的坐标长度单位分别是晶胞边长a,b,c,坐标原点在待标晶向上;(2)确定该晶向上距原点最近的一个阵点P的三个坐标值(xa,yb,zc);(3)将x,y,z化成最小的简单整数比u,v,w,且u∶v∶w = x∶y∶z;(4)将u,v,w三数置于方括号内就得到晶向指数[uvw]。
晶面指数(crystallographic plane indices )的确定:用(hkl)来表示一组平行晶面,称为晶面指数。
数字hkl是晶面在三个坐标轴(晶轴)上截距(r, s, t)的倒数的互质整数比。
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3、对称型(点群):宏观晶体中只存在32种对称型 、对称型(点群):宏观晶体中只存在 种对称型 ):宏观晶体中只存在 对称型的概念 4、晶体的分类 、晶族分类的依据、各晶系的晶胞参数关系 晶族分类的依据、 、 5、晶面的取向关系 、晶面指数的含义和计算(举例) 晶面指数的含义和计算(举例) 、 6、空间点阵的概念、 14种布拉维格子( P、I、F、C格子) 种布拉维格子( 、 、 、 格子 格子) 、空间点阵的概念、 种布拉维格子 7、晶胞的概念 、晶胞参数(计算) 晶胞参数(计算) 、 8、微观对称要素的特征、空间群的概念(只存在 种空间群) 种空间群) 、微观对称要素的特征、空间群的概念(只存在230种空间群 在微观对称操作中都包含有平移动作 六方密堆、立方密堆) 9、球体紧密堆积原理 (六方密堆、立方密堆) 10、鲍林规则(离子晶体) 、鲍林规则(离子晶体) 11、决定晶体结构的因素:化学组成、质点相对大小、 11、决定晶体结构的因素:化学组成、质点相对大小、极化性质 12、同质多晶、 12、同质多晶、类质同晶
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第二章、 第二章、晶体结构缺陷
1、缺陷的概念 弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷) 2、热缺陷 (弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷) 热缺陷是一种本征缺陷、高于0K就存在, 0K就存在 热缺陷是一种本征缺陷、高于0K就存在,热缺陷浓度的计算 影响热缺陷浓度的因数:温度和热缺陷形成能(晶体结构) 影响热缺陷浓度的因数:温度和热缺陷形成能(晶体结构) 3、杂质缺陷、固溶体 杂质缺陷、 非化学计量化合物结构缺陷(半导体) 4、非化学计量化合物结构缺陷(半导体) 种类、形成条件、 种类、形成条件、缺陷的计算等 5、连续置换型固溶体的形成条件 6、影响形成间隙型固溶体的因素 7、组分缺陷(补偿缺陷):不等价离子取代 组分缺陷(补偿缺陷):不等价离子取代 ): 形成条件、特点(浓度取决于掺杂量和固溶度) 形成条件、特点(浓度取决于掺杂量和固溶度) 缺陷浓度的计算、 缺陷浓度的计算、与热缺陷的比较
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第五章、 第五章、相平衡
1、相律以及相图中的一些基本概念 独立组分、 相、独立组分、自由度等 水型物质相图的特点(固液界线的斜率为负) 2、水型物质相图的特点(固液界线的斜率为负) 3、单元系统相图中可逆与不可逆多晶转变的特点 SiO2相图中的多晶转变 重建型转变、位移型转变) 相图中的多晶转变( 4、SiO2相图中的多晶转变(重建型转变、位移型转变) 5、一致熔化合物和不一致熔化合物的特点 形成连续固溶体的二元相图的特点(没有二元无变量点) 6、形成连续固溶体的二元相图的特点(没有二元无变量点) 相图的坐标系统由什么来决定(相平衡系统中的最大自由度) 7、相图的坐标系统由什么来决定(相平衡系统中的最大自由度) 界线、连线的概念, 8、界线、连线的概念,以及他们的关系
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第三章、 第三章、非晶体固体
1、熔体的概念:不同聚合程度的各种聚合物的混合物 熔体的概念: 硅酸盐熔体的粘度与组成的关系 2、非晶态物质的特点 3、玻璃的通性 4、 Tg 、Tf ,相对应的粘度和特点 网络形成体、网络变性体、 5、网络形成体、网络变性体、网络中间体 计算( Pb玻璃中 玻璃中Pb 的作用) 计算(如Pb玻璃中Pb2+的作用) 正硅酸铅PbSiO 玻璃的密度为7.36g/cm 正硅酸铅PbSiO4玻璃的密度为7.36g/cm3,求这种铅玻璃中氧的密度 为多少?如果将它与熔融石英玻璃(密度为2.2g/cm3)中的氧密度相比 为多少?如果将它与熔融石英玻璃(密度为2.2g/cm 试指出在这种铅玻璃中铅离子所在的位置。( 。(其中原子量分别为 较,试指出在这种铅玻璃中铅离子所在的位置。(其中原子量分别为 O:16,Si:28,Pb:207)。 O:16,Si:28,Pb:207)。
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9、等含量规则、等比例规则、背向规则、杠杆规则、 等含量规则、等比例规则、背向规则、杠杆规则、 连线规则、切线规则、重心规则。 连线规则、切线规则、重心规则。 10、独立析晶(非平衡析晶) 10、独立析晶(非平衡析晶) 11、 11、三元相图析晶路径的分析 判断化合物的性质 划分副三角形 标出界线上的温度走向和界线的性质 确定无变量点的性质 分析具体的析晶路程
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9、固相反应的定义、泰曼温度 固相反应的定义、 10、 10、固相反应的转化率 11、固相反应的一般动力学关系(反应的总阻力=各个分阻力之和) 11、固相反应的一般动力学关系(反应的总阻力=各个分阻力之和) 12、 化学反应动力学范围、扩散动力学范围) 12、固相反应的特点 (化学反应动力学范围、扩散动力学范围) 13、杨德尔方程 G<0.3 13、 14、 14、金斯特林格方程 G<0.8 15、如果要合成MgAl2O4,可提供选择的原料为 15、如果要合成 ,可提供选择的原料为MgCO3、Mg(OH)2、 、 、 MgO、Al2O3·3H2O、γ-Al2O3、α- Al2O3,从提高反应速率的角度 、 、 、 从提高反应速率的角度 出发,选择什么原料较好? 出发,选择什么原料较好? 16、浓度差会引起扩散,扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行? 16、浓度差会引起扩散,扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行 为什么? 为什么
第一章、 第一章、晶体结构基础
1、晶体的基本概念 晶体的本质: 晶体的本质:质点在三维空间成周期性重复排列 晶体的基本性质:结晶均一性、各向异性、自限性、对称性、 晶体的基本性质:结晶均一性、各向异性、自限性、对称性、 最小内能性 2、对称的概念 物体中的相同部分作有规律的重复 对称要素:对称面、对称中心、对称轴(对称轴的类型和特点) 对称要素:对称面、对称中心、对称轴(对称轴的类型和特点) (L1、L2、L3、L4、L6、C、P) 4次倒转轴不能被其他的对称要素及其组合取代 对称操作: 对称操作: 对称要素的组合必须满足晶体的整体对称要求, 对称要素的组合必须满足晶体的整体对称要求,不是无限的
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6、玻璃形成的热力学观点 玻璃的结构学说(二种玻璃结构学说的共同之处和不同之处) 7、玻璃的结构学说(二种玻璃结构学说的共同之处和不同之处) 8、玻璃的结构参数 可根据玻璃类型定,先计算R 再计算X Z可根据玻璃类型定,先计算R,再计算X、Y 注意网络中间体在其中的作用。 注意网络中间体在其中的作用。 9、硼的反常现象 10、 10、硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别 11、容易形成玻璃的物质,在熔点附近有较高的粘度、Tg/Tm> 11、容易形成玻璃的物质,在熔点附近有较高的粘度、Tg/Tm>2/3 12、玻璃的组成为13wt%Na2O、13wt%CaO和74wt%SiO2,试计算其 12、玻璃的组成为 、 和 , 非桥氧的百分数。 非桥氧的百分数。
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11、 晶体中, 11、(a)MgO晶体中,肖脱基缺陷的生成能为 晶体中 肖脱基缺陷的生成能为6eV(9.612×10- ( × - 19J), 计算在 ℃和1600℃时热缺陷的浓度。(b)如果 如果MgO晶体中, 晶体中, ), 计算在25℃ ℃时热缺陷的浓度。 如果 晶体中 含有百万分之一摩尔的A12O3杂质,则在 杂质, 含有百万分之一摩尔的 杂质 则在1600℃时,MgO晶体中是热 ℃ 晶体中是热 缺陷占优势还是杂质缺陷占优势,说明原因。 缺陷占优势还是杂质缺陷占优势,说明原因。 12、非化学计量化合物FexO中,Fe3+/Fe2+=0.1,求FexO中的空 12、非化学计量化合物 中 / , 中的空 位浓度及x值 位浓度及 值。
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13、典型的晶体结构(晶体结构的描述方法) 、典型的晶体结构(晶体结构的描述方法) 结构、金刚石结构、金红石结构、刚玉结构、 CaF2结构、金刚石结构、金红石结构、刚玉结构、 CaTiO3、尖晶石结构 14、硅酸盐晶体结构、硅酸盐晶体结构分类的依据 、硅酸盐晶体结构、 15、层状硅酸盐晶体的结构特点,(晶胞参数a和b值相近) ,(晶胞参数 值相近) 、层状硅酸盐晶体的结构特点,(晶胞参数a 16、在面心立方和体心立方中,最密排的平面的晶面符号是什么? 16、在面心立方和体心立方中,最密排的平面的晶面符号是什么? 111)、(110) )、(110 (111)、(110) 17、一晶面在 、y、z轴上的截距分别为 、3b、6c,求出该晶面的 轴上的截距分别为2a、 、 , 、一晶面在x、 、 轴上的截距分别为 晶面指数。( 。(321) 晶面指数。( ) 18、为什么等轴晶系晶体有原始、面心、体心而无底心格子? 、为什么等轴晶系晶体有原始、面心、体心而无底心格子? 19、O2-作而心立方堆积时,根据电价规则,在下面情况下,空隙内 作而心立方堆积时, 、 作而心立方堆积时 根据电价规则,在下面情况下, 各需填入何种价数的阳离子,并对每一种结构举出—个例子 个例子。 各需填入何种价数的阳离子,并对每一种结构举出 个例子。 (a)所有四面体空隙位置均填满;(b) 所有八而体空隙位置均填满; )所有四面体空隙位置均填满; 所有八而体空隙位置均填满; (c) 填满 半四面体空隙位置;(d) 填满 半八面休空隙位置。 填满—半四面体空隙位置 半四面体空隙位置; 填满—半八面休空隙位置 半八面休空隙位置。
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8、缺陷反应方程和固溶式
CaCl 2 KCl Ca .K + Cl Cl + Cl i ' →
CaCl 2 KCl Ca .K + VK '+2Cl Cl →
9、固溶体的研究与计算 固溶式、 写出缺陷反应方程 固溶式、算出晶胞的体积和重量 理论密度(间隙型、置换型) 理论密度(间隙型、置换型) 和实测密度比较 10、 10、位错概念 刃位错:滑移方向与位错线垂直 伯格斯矢量b与位错线垂直 垂直, 刃位错:滑移方向与位错线垂直,伯格斯矢量b与位错线垂直 螺位错:滑移方向与位错线平行,伯格斯矢量b 螺位错:滑移方向与位错线平行,伯格斯矢量b与位错线平行