固体材料结构基础作业参考5
第7章 固体的结构与性质 习题参考答案
第7章 固体的结构与性质 习题参考答案1.解:熔点高低、硬度大小的次序为:TiC> ScN> MgO> NaF。
2.解:(1)熔点由低到高的次序:KBr<KCl<NaCl<MgO。
(2)熔点由低到高的次序:N2<NH3<Si。
3.解: 离子 电子分布式 离子电子构型 Fe3+ 1s22s22p63s23p63d59~17Ag+1s22s22p63s23p63d104s24p64d1018Ca2+ 1s22s22p63s23p68Li+ 1s2 2S2−1s22s22p63s23p68Pb2+[Xe]4f145d106s2 18+2Pb4+[Xe]4f145d1018Bi3+[Xe]4f145d106s218+24.解:B为原子晶体,LiCl为离子晶体,BCl3为分子晶体。
5.解:(1)O2、H2S为分子晶体,KCl为离子晶体,Si为原子晶体,Pt为金属晶体。
(2)AlN为共价键,Al为金属键,HF(s)为氢键和分子间力,K2S为离子键。
6.解:物质晶格结点上的粒子晶格结点上离子间的作用力晶体类型预测熔点(高或低)N2N2分子分子间力分子晶体很低SiC Si原子、C原子共价键原子晶体很高Cu Cu原子、离子金属键金属晶体高冰H2O分子氢键、分子间力氢键型分子晶体低BaCl2Ba2+、Cl−离子键离子晶体较高7.解: 3θmf Al(s)+ F (g)AlF (s)H Δ⎯⎯⎯→\D (F -F) −UA 13+3e 3F(g)3F (g)E−−⎯⎯⎯→ +\m sub H ΔAl(g) Al 3+(g)U =+(F -F)+3+ I − \m sub H Δ\D 1AE \m f H Δ= [326.4+32×156.9+3×(−322)+5139.1−(−1510)]kJ · mol −1= 6245 kJ · mol −18.解:f mH ΔK(s) +12I 2(s)KI(s)sub m H Δ(K) sub m H Δ(I 2)12I 2(g) −U12θ(I-I)D I(g) +e − I −(g)+ 1A E −e −K(g) I 1 K +(g)Δ=(K)+ \m f H \m sub H Δ12\m sub H Δ(I 2)+ 12θ(I-I)D ++ I 1A E 1 −U=[90+ 12×62.4+12×152.549+(−295)+418.9−649] kJ · mol −1=−328 kJ · mol −19.解:(1)极化力:Na +,,Al 3+,Si 4+;变形性:Si 4+,Al 3+,Na +。
材料科学基础_第2章_固体材料的结构
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共价键
原子间不产生电子的转移,借共用电子对产生的力结合, 如金刚石,单质硅,SiC 特点: 1.饱和性:电子必须由(8-N)个邻近原子共有;
2.具有方向性:氧化硅四面体中硅氧键为109°
3. 脆性:外力作用,原子间发生相对位移,键将被 破坏
配位数与致密度 配位数 CN=12 致密度 k=0.74
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体心立方结构(特征)
体心立方晶格密排面
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
体心立方晶格(间隙及堆垛方式)
间隙: 也是两种,为八面体和四面体间隙, 八面体间隙位于晶胞六面体每个面的中心和每个棱的 中心由一个面上四个角和相邻两个晶胞体心共6个原围成, 即数量为6。大小为rB=0.154R(在<100>) 或rB=0.633R (在<110>) 。
配位数: CN=8 致密度: k=0.68
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密排六方晶格原子位置
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密排六方晶格晶胞原子数
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密排六方晶格密排面
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密排六方晶格原子配位数
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密排六方晶格(间隙及堆垛方式)
• 间隙: 较为复杂,如图2.34 八面体间隙rB=0.414R 有 6 个 四面体间隙rB=0.225R 有 12 个
图1 Cl和Na离子保持r0的距离
图2 NaCl 晶体
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分子键(范德华力)
以若静电吸引的方式使分子或原子团连接在一起的。
特点:除高分子外,键的结合不如化学键牢固,无饱和性, 无方向性。
氢键: 分子间特殊作用力
表达为:X—H—Y 特点:具有饱和性和方 向性,可存在于分子内 或分子间。氢键主要存 在于高分子材料内。
材料科学基础-作业参考答案与解析
材料科学基础练习题参考答案第一章原子排列1. 作图表示立方晶系中的(123),(012),(421)晶面和[102],[211],[346]晶向.附图1-1 有关晶面及晶向2. 分别计算面心立方结构与体心立方结构的{100},{110}和{111}晶面族的面间距, 并指出面间距最大的晶面(设两种结构的点阵常数均为a).解由面心立方和体心立方结构中晶面间的几何关系, 可求得不同晶面族中的面间距如附表1-1所示.附表1-1 立方晶系中的晶面间距晶面{100} {110} {111}面间距FCC2a24a33aBCC2a22a36a显然, FCC中{111}晶面的面间距最大, 而BCC中{110}晶面的面间距最大.注意:对于晶面间距的计算, 不能简单地使用公式, 应考虑组成复合点阵时, 晶面层数会增加.3. 分别计算fcc和bcc中的{100},{110}和{111}晶面族的原子面密度和<100>,<110>和<111>晶向族的原子线密度, 并指出两种结构的差别. (设两种结构的点阵常数均为a) 解原子的面密度是指单位晶面内的原子数; 原子的线密度是指晶面上单位长度所包含的原子数. 据此可求得原子的面密度和线密度如附表1-2所示.附表1-2 立方晶系中原子的面密度和线密度晶面/晶向{100} {110} {111} <100> <110> <111>面/线密度BCC21a22a233a1a22a233aFCC22a22a2433a1a2a33a可见, 在BCC中, 原子密度最大的晶面为{110}, 原子密度最大的晶向为<111>; 在FCC 中, 原子密度最大的晶面为{111}, 原子密度最大的晶向为<110>.4. 在(0110)晶面上绘出[2113]晶向.解详见附图1-2.附图1-2 六方晶系中的晶向5. 在一个简单立方二维晶体中, 画出一个正刃型位错和一个负刃型位错. 试求:(1) 用柏氏回路求出正、负刃型位错的柏氏矢量.(2) 若将正、负刃型位错反向时, 说明其柏氏矢量是否也随之反向.(3) 具体写出该柏氏矢量的方向和大小.(4) 求出此两位错的柏氏矢量和.解正负刃型位错示意图见附图1-3(a)和附图1-4(a).(1) 正负刃型位错的柏氏矢量见附图1-3(b)和附图1-4(b).(2) 显然, 若正、负刃型位错线反向, 则其柏氏矢量也随之反向.(3) 假设二维平面位于YOZ坐标面, 水平方向为Y轴, 则图示正、负刃型位错方向分别为[010]和[010], 大小均为一个原子间距(即点阵常数a).(4) 上述两位错的柏氏矢量大小相等, 方向相反, 故其矢量和等于0.6. 设图1-72所示立方晶体的滑移面ABCD平行于晶体的上下底面, 该滑移面上有一正方形位错环. 如果位错环的各段分别与滑移面各边平行, 其柏氏矢量b // AB, 试解答:(1) 有人认为“此位错环运动离开晶体后, 滑移面上产生的滑移台阶应为4个b”, 这种说法是否正确? 为什么?(2) 指出位错环上各段位错线的类型, 并画出位错移出晶体后, 晶体的外形、滑移方向和滑移量. (设位错环线的方向为顺时针方向)图1-72 滑移面上的正方形位错环 附图1-5 位错环移出晶体引起的滑移解 (1) 这种看法不正确. 在位错环运动移出晶体后, 滑移面上下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的. 位错环的柏氏矢量为b , 故其相对滑移了一个b 的距离.(2) A ′B ′为右螺型位错, C ′D ′为左螺型位错, B ′C ′为正刃型位错, D ′A ′为负刃型位错. 位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量见附图1-5.7. 设面心立方晶体中的(111)晶面为滑移面, 位错滑移后的滑移矢量为[110]2a .(1) 在晶胞中画出此柏氏矢量b 的方向并计算出其大小.(2) 在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向, 并写出此二位错线的晶向指数.解 (1) 柏氏矢量等于滑移矢量, 因此柏氏矢量的方向为[110], 大小为2/2a .(2) 刃型位错与柏氏矢量垂直, 螺型位错与柏氏矢量平行, 晶向指数分别为[112]和[110], 详见附图1-6.附图1-6 位错线与其柏氏矢量、滑移矢量8. 若面心立方晶体中有[101]2a b =的单位位错及[121]6a b =的不全位错, 此二位错相遇后产生位错反应.(1) 此反应能否进行? 为什么?(2) 写出合成位错的柏氏矢量, 并说明合成位错的性质.解 (1) 能够进行.因为既满足几何条件:[111]3a b b ==∑∑后前,又满足能量条件: . 22222133b a b a =>=∑∑后前. (2) [111]3a b =合, 该位错为弗兰克不全位错. 9. 已知柏氏矢量的大小为b = 0.25nm, 如果对称倾侧晶界的取向差θ = 1° 和10°, 求晶界上位错之间的距离. 从计算结果可得到什么结论?解 根据bD θ≈, 得到θ = 1°,10° 时, D ≈14.3nm, 1.43nm. 由此可知, θ = 10°时位错之间仅隔5~6个原子间距, 位错密度太大, 表明位错模型已经不适用了.第二章 固体中的相结构1. 已知Cd, In, Sn, Sb 等元素在Ag 中的固熔度极限(摩尔分数)分别为0.435, 0.210, 0.130, 0.078; 它们的原子直径分别为0.3042 nm, 0.314 nm, 0.316 nm, 0.3228 nm; Ag 的原子直径为0.2883 nm. 试分析其固熔度极限差异的原因, 并计算它们在固熔度极限时的电子浓度.答: 在原子尺寸因素相近的情况下, 熔质元素在一价贵金属中的固熔度(摩尔分数)受原子价因素的影响较大, 即电子浓度e /a 是决定固熔度(摩尔分数)的一个重要因素, 而且电子浓度存在一个极限值(约为1.4). 电子浓度可用公式A B B B (1)c Z x Z x =-+计算. 式中, Z A , Z B 分别为A, B 组元的价电子数; x B 为B 组元的摩尔分数. 因此, 随着熔质元素价电子数的增加, 极限固熔度会越来越小.Cd, In, Sn, Sb 等元素与Ag 的原子直径相差不超过15%(最小的Cd 为5.5%, 最大的Sb 为11.96%), 满足尺寸相近原则, 这些元素的原子价分别为2, 3, 4, 5价, Ag 为1价, 据此推断它们的固熔度极限越来越小, 实际情况正好反映了这一规律; 根据上面的公式可以计算出它们在固熔度(摩尔分数)极限时的电子浓度分别为1.435, 1.420, 1.390, 1.312.2. 碳可以熔入铁中而形成间隙固熔体, 试分析是α-Fe 还是γ-Fe 能熔入较多的碳. 答: α-Fe 为体心立方结构, 致密度为0.68; γ-Fe 为面心立方结构, 致密度为0.74. 显然, α-Fe 中的间隙总体积高于γ-Fe, 但由于α-Fe 的间隙数量多, 单个间隙半径却较小, 熔入碳原子将会产生较大的畸变, 因此, 碳在γ-Fe 中的固熔度较α-Fe 的大.3. 为什么只有置换固熔体的两个组元之间才能无限互熔, 而间隙固熔体则不能?答: 这是因为形成固熔体时, 熔质原子的熔入会使熔剂结构产生点阵畸变, 从而使体系能量升高. 熔质原子与熔剂原子尺寸相差越大, 点阵畸变的程度也越大, 则畸变能越高, 结构的稳定性越低, 熔解度越小. 一般来说, 间隙固熔体中熔质原子引起的点阵畸变较大,故不能无限互熔, 只能有限熔解.第三章 凝固1. 分析纯金属生长形态与温度梯度的关系.答: 纯金属生长形态是指晶体宏观长大时固-液界面的形貌. 界面形貌取决于界面前沿液相中的温度梯度.(1) 平面状长大: 当液相具有正温度梯度时, 晶体以平直界面方式推移长大. 此时, 界面上任何偶然的、小的凸起深入液相时, 都会使其过冷度减小, 长大速率降低或停止长大, 而被周围部分赶上, 因而能保持平直界面的推移. 长大过程中晶体沿平行温度梯度的方向生长, 或沿散热的反方向生长, 而其它方向的生长则受到限制.(2) 树枝状长大: 当液相具有负温度梯度时, 晶体将以树枝状方式生长. 此时, 界面上偶然的凸起深入液相时, 由于过冷度的增大, 长大速率越来越大; 而它本身生长时又要释放结晶潜热, 不利于近旁的晶体生长, 只能在较远处形成另一凸起. 这就形成了枝晶的一次轴, 在一次轴成长变粗的同时, 由于释放潜热使晶枝侧旁液体中也呈现负温度梯度, 于是在一次轴上又会长出小枝来, 称为二次轴, 在二次轴上又长出三次轴……由此而形成树枝状骨架, 故称为树枝晶(简称枝晶).2. 简述纯金属晶体长大机制及其与固-液界面微观结构的关系.答: 晶体长大机制是指晶体微观长大方式, 即液相原子添加到固相的方式, 它与固-液界面的微观结构有关.(1) 垂直长大方式: 具有粗糙界面的物质, 因界面上约有50% 的原子位置空着, 这些空位都可以接受原子, 故液相原子可以进入空位, 与晶体连接, 界面沿其法线方向垂直推移, 呈连续式长大.(2) 横向(台阶)长大方式: 包括二维晶核台阶长大机制和晶体缺陷台阶长大机制, 具有光滑界面的晶体长大往往采取该方式. 二维晶核模式, 认为其生长主要是利用系统的能量起伏, 使液相原子在界面上通过均匀形核形成一个原子厚度的二维薄层状稳定的原子集团, 然后依靠其周围台阶填充原子, 使二维晶核横向长大, 在该层填满后, 则在新的界面上形成新的二维晶核, 继续填满, 如此反复进行.晶体缺陷方式, 认为晶体生长是利用晶体缺陷存在的永不消失的台阶(如螺型位错的台阶或挛晶的沟槽)长大的.第四章 相图1. 在Al-Mg 合金中, x Mg 为0.15, 计算该合金中镁的w Mg 为多少.解 设Al 的相对原子量为M Al , 镁的相对原子量为M Mg , 按1mol Al-Mg 合金计算, 则镁的质量分数可表示为Mg MgMg Al Al Mg Mg 100%x M w x M x M =⨯+.将x Mg = 0.15, x Al = 0.85, M Mg = 24, M Al = 27代入上式中, 得到w Mg = 13.56%.2. 根据图4-117所示二元共晶相图, 试完成:(1) 分析合金I, II的结晶过程, 并画出冷却曲线.(2) 说明室温下合金I, II的相和组织是什么, 并计算出相和组织组成物的相对量.(3) 如果希望得到共晶组织加上相对量为5%的β初的合金, 求该合金的成分.图4-117 二元共晶相图附图4-1 合金I的冷却曲线附图4-2 合金II的冷却曲线解 (1) 合金I的冷却曲线参见附图4-1, 其结晶过程如下:1以上, 合金处于液相;1~2时, 发生匀晶转变L→α, 即从液相L中析出固熔体α, L和α的成分沿液相线和固相线变化, 达到2时, 凝固过程结束;2时, 为α相;2~3时, 发生脱熔转变, α→βII.合金II的冷却曲线参见附图4-2, 其结晶过程如下:1以上, 处于均匀液相;1~2时, 进行匀晶转变L →β;2时, 两相平衡共存, 0.50.9L β;2~2′ 时, 剩余液相发生共晶转变0.50.20.9L βα+;2~3时, 发生脱熔转变α→βII .(2) 室温下, 合金I 的相组成物为α + β, 组织组成物为α + βII .相组成物相对量计算如下:αβ0.900.20100%82%0.900.050.200.05100%18%0.900.05w w -=⨯=--=⨯=- 组织组成物的相对量与相的一致.室温下, 合金II 的相组成物为α + β, 组织组成物为β初 + (α+β).相组成物相对量计算如下:αβ0.900.80100%12%0.900.050.800.05100%88%0.900.05w w -=⨯=--=⨯=- 组织组成物相对量计算如下:β(α+β)0.800.50100%75%0.900.500.900.80100%25%0.900.50w w -=⨯=--=⨯=-初 (3) 设合金的成分为w B = x , 由题意知该合金为过共晶成分, 于是有β0.50100%5%0.900.50x w -=⨯=-初 所以, x = 0.52, 即该合金的成分为w B = 0.52.3. 计算w C 为0.04的铁碳合金按亚稳态冷却到室温后组织中的珠光体、二次渗碳体和莱氏体的相对量, 并计算组成物珠光体中渗碳体和铁素体及莱氏体中二次渗碳体、共晶渗碳体与共析渗碳体的相对量.解 根据Fe-Fe 3C 相图, w C = 4%的铁碳合金为亚共晶铸铁, 室温下平衡组织为 P + Fe 3C II + L d ′, 其中P 和Fe 3C II 系由初生奥氏体转变而来, 莱氏体则由共晶成分的液相转变而成, 因此莱氏体可由杠杆定律直接计算, 而珠光体和二次渗碳体则可通过两次使用杠杆定律间接计算出来.L d ′ 相对量: d L 4 2.11100%86.3%4.3 2.11w '-=⨯=-. Fe 3C II 相对量: 3II Fe C 4.34 2.110.77100% 3.1%4.3 2.11 6.690.77w --=⨯⨯=--.P 相对量: P 4.34 6.69 2.11100%10.6%4.3 2.11 6.690.77w --=⨯⨯=--. 珠光体中渗碳体和铁素体的相对量的计算则以共析成分点作为支点, 以w C = 0.001%和w C = 6.69%为端点使用杠杆定律计算并与上面计算得到的珠光体相对量级联得到.P 中F 相对量: F P 6.690.77100%9.38%6.690.001w w -=⨯⨯=-. P 中Fe 3C 相对量: 3Fe C 10.6%9.38% 1.22%w =-=.至于莱氏体中共晶渗碳体、二次渗碳体及共析渗碳体的相对量的计算, 也需采取杠杆定律的级联方式, 但必须注意一点, 共晶渗碳体在共晶转变线处计算, 而二次渗碳体及共析渗碳体则在共析转变线处计算.L d ′ 中共晶渗碳体相对量: d Cm L 4.3 2.11100%41.27%6.69 2.11w w '-=⨯⨯=-共晶L d ′ 中二次渗碳体相对量: d Cm L 6.69 4.3 2.110.77100%10.2%6.69 2.11 6.690.77w w '--=⨯⨯⨯=--II L d ′ 中共析渗碳体相对量:d Cm L 6.69 4.3 6.69 2.110.770.0218100% 3.9%6.69 2.11 6.690.77 6.690.0218w w '---=⨯⨯⨯⨯=---共析 4. 根据下列数据绘制Au-V 二元相图. 已知金和钒的熔点分别为1064℃和1920℃. 金与钒可形成中间相β(AuV 3); 钒在金中的固熔体为α, 其室温下的熔解度为w V = 0.19; 金在钒中的固熔体为γ, 其室温下的熔解度为w Au = 0.25. 合金系中有两个包晶转变, 即1400V V V 1522V V V (1) β(0.4)L(0.25)α(0.27)(2) γ(0.52)L(0.345)β(0.45)w w w w w w =+===+==℃℃解 根据已知数据绘制的Au-V 二元相图参见附图4-3.附图4-3 Au-V 二元相图第五章 材料中的扩散1. 设有一条直径为3cm 的厚壁管道, 被厚度为0.001cm 的铁膜隔开, 通过输入氮气以保持在膜片一边氮气浓度为1000 mol/m 3; 膜片另一边氮气浓度为100 mol/m 3. 若氮在铁中700℃时的扩散系数为4×10-7 cm 2 /s, 试计算通过铁膜片的氮原子总数.解 设铁膜片左右两边的氮气浓度分别为c 1, c 2, 则铁膜片处浓度梯度为7421510010009.010 mol /m 110c c c c x x x --∂∆-≈===-⨯∂∆∆⨯ 根据扩散第一定律计算出氮气扩散通量为 722732410(10)(9.010) 3.610 mol/(m s)c J D x---∂=-=-⨯⨯⨯-⨯=⨯∂ 于是, 单位时间通过铁膜片的氮气量为 3-22-63.610(310) 2.5410 mol/s 4J A π-=⨯⨯⨯⨯=⨯最终得到单位时间通过铁膜片的氮原子总数为-62318-1A () 2.5410 6.02102 3.0610 s N J A N =⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯第六章 塑性变形1. 铜单晶体拉伸时, 若力轴为 [001] 方向, 临界分切应力为0.64 MPa, 问需要多大的拉伸应力才能使晶体开始塑性变形?解 铜为面心立方金属, 其滑移系为 {111}<110>, 4个 {111} 面构成一个八面体, 详见教材P219中的图6-12.当拉力轴为 [001] 方向时, 所有滑移面与力轴间的夹角相同, 且每个滑移面上的三个滑移方向中有两个与力轴的夹角相同, 另一个为硬取向(λ = 90°). 于是, 取滑移系(111)[101]进行计算.222222222222k s cos 3001111cos 2001(1)01cos cos 60.646 1.57 MPa.m mϕλϕλτσ==++⨯++==++⨯-++=====即至少需要1.57 MPa 的拉伸应力才能使晶体产生塑性变形.2. 什么是滑移、滑移线、滑移带和滑移系? 作图表示α-Fe, Al, Mg 中的最重要滑移系. 那种晶体的塑性最好, 为什么?答: 滑移是晶体在切应力作用下一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向所作的平行移动; 晶体的滑移是不均匀的, 滑移部分与未滑移部分晶体结构相同. 滑移后在晶体表面留下台阶, 这就是滑移线的本质. 相互平行的一系列滑移线构成所谓滑移带. 晶体发生滑移时, 某一滑移面及其上的一个滑移方向就构成了一个滑移系.附图6-1 三种晶体点阵的主要滑移系α-Fe具有体心立方结构, 主要滑移系可表示为 {110}<111>, 共有6×2 = 12个; Al 具有面心立方结构, 其滑移系可表示为 {111}<110>, 共有4×3 = 12个; Mg具有密排六方结构, 主要滑移系可表示为{0001}1120<>, 共有1×3 = 3个. 晶体的塑性与其滑移系的数量有直接关系, 滑移系越多, 塑性越好; 滑移系数量相同时, 又受滑移方向影响, 滑移方向多者塑性较好, 因此, 对于α-Fe, Al, Mg三种金属, Al的塑性最好, Mg的最差, α-Fe 居中. 三种典型结构晶体的重要滑移系如附图6-1所示.3. 什么是临界分切应力? 影响临界分切应力的主要因素是什么? 单晶体的屈服强度与外力轴方向有关吗? 为什么?答:滑移系开动所需的作用于滑移面上、沿滑移方向的最小分切应力称为临界分切应力.临界分切应力τk的大小主要取决于金属的本性, 与外力无关. 当条件一定时, 各种晶体的临界分切应力各有其定值. 但它是一个组织敏感参数, 金属的纯度、变形速度和温度、金属的加工和热处理状态都对它有很大影响.如前所述, 在一定条件下, 单晶体的临界分切应力保持为定值, 则根据分切应力与外加轴向应力的关系: σs= τk/ m, m为取向因子, 反映了外力轴与滑移系之间的位向关系, 因此, 单晶体的屈服强度与外力轴方向关系密切. m越大, 则屈服强度越小, 越有利于滑移.4. 孪生与滑移主要异同点是什么? 为什么在一般条件下进行塑性变形时锌中容易出现挛晶, 而纯铁中容易出现滑移带?答: 孪生与滑移的异同点如附表6-1所示.附表6-1 晶体滑移与孪生的比较锌为密排六方结构金属, 主要滑移系仅3个, 因此塑性较差, 滑移困难, 往往发生孪生变形, 容易出现挛晶; 纯铁为体心立方结构金属, 滑移系较多, 共有48个, 其中主要滑移系有12个, 因此塑性较好, 往往发生滑移变形, 容易出现滑移带.第七章 回复与再结晶1. 已知锌单晶体的回复激活能为8.37×104J/mol, 将冷变形的锌单晶体在-50 ℃进行回复处理, 如去除加工硬化效应的25% 需要17 d, 问若在5 min 内达到同样效果, 需将温度提高多少摄氏度?解 根据回复动力学, 采用两个不同温度将同一冷变形金属的加工硬化效应回复到同样程度, 回复时间、温度满足下述关系:122111exp t Q t R T T ⎛⎫⎛⎫=-- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭整理后得到221111ln T t R T Q t =+.将41211223 K,/5/(172460),8.3710 J/mol, 8.314 J/(mol K)4896T t t Q R ==⨯⨯==⨯=⋅代入上式得到2274.7 K T =.因此, 需将温度提高21274.722351.7 T T T ∆=-=-=℃.2. 纯铝在553 ℃ 和627 ℃ 等温退火至完成再结晶分别需要40 h 和1 h, 试求此材料的再结晶激活能.解 再结晶速率v 再与温度T 的关系符合阿累尼乌斯(Arrhenius)公式, 即exp()Q v A RT=-再 其中, Q 为再结晶激活能, R 为气体常数.如果在两个不同温度T 1, T 2进行等温退火, 欲产生同样程度的再结晶所需时间分别为t 1, t 2, 则122112122111exp[()]ln(/)t Q t R T T RTT t t Q T T =--⇒=-依题意, 有T 1 = 553 + 273 = 826 K, T 2 = 627 + 273 = 900 K, t 1 = 40 h, t 2 = 1 h, 则58.314826900ln(40/1)3.0810J/mol 900826Q ⨯⨯⨯=⨯-3. 说明金属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长大各阶段的显微组织、机械性能特点与主要区别.答: 金属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长大各阶段的显微组织、机械性能特点与主要区别详见附表7-1.附表7-1 金属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长大各阶段的显微组织、机械性能第八章固态相变。
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【解析】置换型固溶体分为连续置换和有限置换。只有离子价相同或者离子价总和相
等时才能生成连续置换型固溶体。
三、判断题 1.形成连续固溶体的最主要条件是溶质和溶剂的晶体结构要一致,例如,银和铝都 具有面心立方结构。( ) 【答案】× 【解析】溶质和溶剂晶体结构相同,能形成连续固溶体,这是形成连续固溶体的必要 条件,而不是充分必要条件。
3.以金属为基的固溶体与中间相的主要差异(如结构、键性、性能)是什么? 答:(1)结构上,固溶体晶体结构最大的特点是保持着原溶剂的晶体结构,根据溶 质原子在溶剂点阵所处的位置,可以分为置换固溶体和间隙固溶体。中间相的结构一般与 两组元的结构都不同,它们处于二元相图的位置总是位于中间,中间相可以是化合物也可 以是以化合物为基的固溶体,中间相可以用化学分子式表示。 (2)键性上,固溶体原子间多以金属键结合;而大多数中间相中,原子间的结合方 式属于金属键与其他典型键(如离子键、共价键、分子键)相混合的一种结合方式,因此 它们具有金属性,也正是由于中间相各组元间的结合含有金属的结合方式,所以表示它们 组成的化学分子式并不一定符合化合价规律。 (3)性能上,固溶体由于溶质与溶剂的原子半径大小不同,总会引起点阵畸变并导 致点阵常数发生变化,点阵畸变增大,一般固溶体的电阻率升高,同时降低电阻温度系数, 且由于溶质原子的溶入,使固溶体的强度和硬度升高;而对于中间相来说,它们的熔点较 高,硬度和强度也比较高,韧性和塑性较差。
【答案】配位多面体;正负离子半径和;半径比
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3.斜长石 Na(A1Si3O8)与钙长石 Ca(Al2Si2O8)可以形成______型固溶体,其中
斜长石中的______和钙长石中的______可以相互替代。
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第2章 固体材料的结构一、选择题1.空间电子的意义为()。
[浙江大学2006研]A.晶体中杂质原子的分布规律B.晶体中原子或分子的空间规则排列C.晶体中与原子或分子的电荷空间分布规律【答案】B2.间隙相和间隙固溶体的区别在于()。
[东南大学2005研]A.间隙相的结构比间隙固溶体简单B.间隙相中原子结合符合化合价规律,间隙固溶体不符合化合价规律C.间隙固溶体中间隙原子在溶剂晶格的间隙中,间隙相中原子在正常原子位上D.间隙相中有点阵畸变,间隙固溶体中没有点阵畸变【答案】C3.离子晶体通常借助表面离子的极化变形和重排来降低其表面能,对于下列离子晶体的表面能,最小的是()。
[南京工业大学2008研]A.CaF2B.PbF2C.Pbl2D.BaSO4E.SrSO4【答案】C二、填空题1.材料的结合键决定其弹性模量的高低。
氧化物陶瓷材料以______键为主,结合键______故其弹性模量______;金属材料以______键为主,结合键______故其弹性模量______;高分子材料的分子链上是______键,分子链之间是______键,故其弹性模量______。
【答案】离子;较强;较高;金属;较弱;较低;共价;分子;最低2.固溶体中,当溶质原子和溶剂原子分别占据固定位置,且每个晶胞中溶质原子和溶剂原子数之比一定时,这种有序结构被称为______。
[北京工业大学2009研]【答案】超点阵3.形成有序固溶体的必要条件是:______、______、______。
[中南大学2003研]【答案】异类原子之间相互吸引力大于同类原子之间吸引力;一定的化学成分;较慢的冷却速度4.无序固溶体转变为有序固溶体时,合金性能变化的一般规律是:强度和硬度______,塑性______,导电性______。
[中南大学2003研]【答案】升高;降低;降低三、判断题1.固溶体是一种溶解了杂质组分的非晶态固体。
[中南大学2004研]【答案】×2.形成连续固溶体的最主要条件是溶质和溶剂的晶体结构要一致,例如,银和铝都具有面心立方结构。
《材料科学基础》作业-答案全
绪论一、填空题1、材料科学主要研究的核心问题是结构和性能的关系。
材料的结构是理解和控制性能的中心环节,结构的最微细水平是原子结构,第二个水平是原子排列方式,第三个水平是显微组织。
2. 根据材料的性能特点和用途,材料分为结构材料和功能材料两大类。
根据原子之间的键合特点,材料分为金属、陶瓷、高分子和复合材料四大类。
第一章材料的原子结构一、填空题1. 金属材料中原子结合以金属键为主,陶瓷材料(无机非金属材料)以共价键和离子键结合键为主,聚合物材料以共价键和氢键以及范德华键为主。
第二章材料的结构一、填空题1、晶体是基元(原子团)以周期性重复方式在三维空间作有规则的排列的固体。
2、晶体与非晶体的最根本区别是晶体原子排布长程有序,而非晶体是长程无序短程有序。
3、晶胞是晶体结构中的最小单位。
4、根据晶体的对称性,晶系有三大晶族,七大晶系,十四种布拉菲Bravais点阵,三十二种点群,230种空间群。
5、金属常见的晶格类型有体心立方、面心立方、密排六方。
6、fcc晶体的最密排方向为<110>,最密排面为{111},最密排面的堆垛顺序为ABCABCABCABC……。
7、fcc晶体的致密度为0.74,配位数为12,原子在(111)面上的原子配位数为6。
8、bcc晶体的最密排方向为<111>,最密排面为{110},致密度为0.68,配位数为8。
9、晶体的宏观对称要素有对称点、对称轴、对称面。
10、CsCl型结构属于简单立方格子,NaCl型结构属于面心立方格子,CaF2型结构属于面心立方格子。
11、MgO晶体具有NaCl型结构,其对称型是3 L44L36L29PC,晶族是高级晶族,晶系是立方晶系,晶体的键型是离子键。
12、硅酸盐晶体结构中的基本结构单元是硅氧四面体[SiO4]。
?13、几种硅酸盐晶体的络阴离子分别为[Si2O7]6-、[Si2O6]4-、[Si4O10]4-、[AlSi3O8]1-,它们的晶体结构类型分别为组群状,链状,层状,和架状。
材基1-5习题(印)DOC
第一章原子排列与晶体结构1.fcc结构的密排方向是,密排面是,密排面的堆垛顺序是,致密度为,配位数是,晶胞中原子数为,把原子视为刚性球时,原子的半径r与点阵常数a的关系是;bcc结构的密排方向是,密排面是,致密度为,配位数是,晶胞中原子数为,原子的半径r与点阵常数a的关系是;hcp结构的密排方向是,密排面是,密排面的堆垛顺序是,致密度为,配位数是,,晶胞中原子数为,原子的半径r与点阵常数a 的关系是。
2.Al的点阵常数为0.4049nm,其结构原子体积是,每个晶胞中八面体间隙数为,四面体间隙数为。
3.纯铁冷却时在912e发生同素异晶转变是从结构转变为结构,配位数,致密度降低,晶体体积,原子半径发生。
4.在面心立方晶胞中画出晶面和晶向,指出﹤110﹥中位于(111)平面上的方向。
在hcp晶胞的(0001)面上标出晶面和晶向。
5.求和两晶向所决定的晶面。
6 在铅的(100)平面上,1mm2有多少原子?已知铅为fcc面心立方结构,其原子半径R=0.175×10-6mm。
第二章合金相结构一、填空1)随着溶质浓度的增大,单相固溶体合金的强度,塑性,导电性,形成间隙固溶体时,固溶体的点阵常数。
2)影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是(1);(2);(3);(4)和环境因素。
3)置换式固溶体的不均匀性主要表现为和。
4)按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分,固溶体可分为和。
5)无序固溶体转变为有序固溶体时,合金性能变化的一般规律是强度和硬度,塑性,导电性。
6)间隙固溶体是,间隙化合物是。
二、问答1、分析氢,氮,碳,硼在-Fe 和-Fe 中形成固溶体的类型,进入点阵中的位置和固溶度大小。
已知元素的原子半径如下:氢:0.046nm,氮:0.071nm,碳:0.077nm,硼:0.091nm,-Fe:0.124nm,-Fe :0.126nm。
2、简述形成有序固溶体的必要条件。
第三章纯金属的凝固1.填空1. 在液态纯金属中进行均质形核时,需要起伏和起伏。
材料物理基础第二章固体结构-(3)晶面与晶向-201209
{123} = (123) + (123) + (123) + (123) + (132) + (132) + (132) + (132) + (231) + (231) + (231) + (23 1) + (213) + (213) + (2 13) + (213) + (312) + (312) + (3 12) + (312) + (321) + (321) + (321) + (32 1)
⎛ k1l1 ⎞ ⎛ l1h1 ⎞ ⎛ h1k1 ⎞ u :v:w = ⎜ ⎟:⎜ ⎟:⎜ ⎟ ⎝ k 2 l2 ⎠ ⎝ l 2 h2 ⎠ ⎝ h 2 k2 ⎠
27
u = k1l2 − k2l1 , v = l1h2 − l2 h1 ,
w = h1k2 − h2 k1
固体结构 — 晶面与晶向
课堂练习: (1)求(112)和(123)晶面的晶带轴。 (2)判断空间两个晶向或两个晶面是否相互垂直。
材料物理基础
Fundamentals of Materials Sciences
第二章 固体结构 (3)晶面与晶向
2012年9月
1
固体结构 — 晶面与晶向
晶面指数和晶向指数标定
y三轴坐标系 y四轴坐标系
术语,符号 概念,定义
重要概念
y晶面,晶向,晶面族,晶向族, y晶带,晶带轴,晶带面 y球面投影,极射投影
(110), (112), (111), (021)
(3)判断某一晶向是否在某一晶面上(或平行于该晶面)。 (4)已知晶带轴,判断哪些晶面属于该晶带。 [hkl] [uvw] (hkl)
固体材料结构基础作业参考答案1
固体材料结构基础第一次作业参考答案(仅供参考)
2013.09.10
4.何谓等同点系?何谓空间点阵?他们之间有什么联系?又有什么不同?
答(1)与出发点化学内容相同,具有相同的几何环境和物质环境的点的集合称为等同点系. (2)空间点阵是由晶体结构中的等同点系脱离物质具体内容抽象而得到的. (3)联系:均表现了周期性;
(4)不同点:等同点系没有脱离物质内容,而空间点阵脱离物质内容.
5.体心立方点阵的一个单位晶胞,它含有几个结点,并写出他们的结点指数. 答:含有两个结点,[[0,0,0]],[[1/2,1/2,1/2]].
6.略
7.各结点直线的等同周期分别为(
设简单立方点阵周期为a):
[001][011][011],[111]
,[123]
,[311]
.
J a J J J J J =====,
(1),[110](110),a b c =≠⊥
13.(hkl)面与直角坐标系的X Y Z 、、轴的交点为A 则1111(,,0),(,0,)AB AC h k h l
=−=−
方向[,,]op h k l =
11
(,,)(,,0)0;
11(,,)(,0,)0;
OP AB h k l h k OP AC h k l h l
•=−=•=−=
故[]()hkl hkl ⊥.
注:取决于于对a ,b ,c AD 垂直于。
固体材料结构基础作业参考答案2
第二次习题解答(仅作参考)
结晶学P23
3、解:在圆上,NOA α∠=,NOB β∠=
又因为AB 为小圆的直径
故小圆心C 为AOB ∠的叫平分线上一点
所以22
NOC βααβα−+∠=+= 故tan 4
OC r αβ+′= 5、解:
1、在极射赤面投影图上的任意两个点,总可以找到一个大圆使其两点在该圆上;
2、该两点也和圆心确定一个平面;
3、在此大圆上作极射赤面投影(吴氏网);
4、读出这两点的纬度差,即为它们之间的角度。
6、解:
假设两晶面111()h k l 和222()h k l 同属晶带[]uvw
1、画出两晶面的极点1P ,2P ,转动极射赤面投影图,使1P ,2P 落在吴氏
网的某个大圆弧上;
2、画出大圆弧,沿吴氏网赤道向晶带大圆弧内侧,转动大圆弧90度与赤
道的交点为T ;
3、则T 点为晶带的带轴赤面投影。
7、解:
1、若晶体为4n 重对称,则投影不会改变,只是(,,)x y z 中的,x y 互换;
2、若晶体非4n 重对称,则将原投影旋转90°,面指数改变。
有同学此题先复原到球形再用立体几何计算角度,也可以,不过公式较为复杂注意实心点与圆圈代表在不同半球,情况稍复杂,故角度并不是简单的纬度作差,可能需要加上90度,取补角等等。
固体物理基础(邵起越)所有作业答案汇总
金刚石结构:OAO (0 0 0)A (a/4 a/4 a/4)2ra 43OA ==34.016334833==⋅=πa πrη3. 金刚石结构中,每个原子的四个最近邻正好对应一个正四面体的顶角位置。
求四面体角,即中心原子与四个最近邻原子连线的夹角。
OA B解:()()()()()o225.10931a43a 4316a AB AO AB AO cos 16aAB AO 4a- 4a 4a AB 4a- 4a - 4a -AO0 2a 2a B ,4a 4a 4a A ,0 0 0 O =-=⋅-=⋅⋅=-=⋅==θθ33. 证明:在NaCl 型离子晶体中晶面组(n 1 n 2 n 3)的衍射强度为:解: 晶胞内包括四个Na +离子和四个Cl -离子,原子位置:Na ✹f A ; Cl ✹f B其中f A ,f B 分别为正负离子的散射因子。
如何用此结果说明KCl 晶体中n 1、n 2、n 3均为奇数的衍射消失。
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-+∝其他情况为奇数当为偶数当 0n ,n ,n n ,n ,n 32123212321B A B A n n n f f f f I )21 0 0( ),0 21(0 0), 0 21( ),21 21 21( )210 21( ),21 21(0 0), 21 21( ),0 0 0( ::Cl Na -+∑++-=ii i i r z n y n x n i i G ef S )(2321π4. 讨论金刚石结构晶体的消光法则。
金刚石结构晶胞包含8个原子,分别处于:)43 43 41( ),43 4143( ),41 43 43( ),41 41 41( )210 21( ),21 21(0 0), 21 21( ),0 0 0( ∑++-=ii i i r z n y n x n i i G ef S )(2321π)33(2)33(2)33(2)n (2)()()(321321321321313221 n n n πi n n n πi n n n πi n n πi n n iπn n iπn n iπfefefefefefefef ++-++-++-++-+-+-+-+++++++=]1[]1[)()()()n (2)()()(313221321313221n n iπn n iπn n iπn n πi n n iπn n iπn n iπeeefee ee f +-+-+-++-+-+-+-+++++++=第三讲 固体的结合1. 石墨层中的C原子排布如图所示的六角网状结构。
材料科学基础-固体结构
材料科学基础-固体结构(总分:430.00,做题时间:90分钟)一、论述题(总题数:43,分数:430.00)1.试证明四方晶系中只有简单四方点阵和体心四方点阵两种类型。
(分数:10.00)__________________________________________________________________________________________ 正确答案:(可作图加以证明。
四方晶系表面上也可含简单四方、底心四方、面心四方和体心四方结构,然而根据选取晶胞的原则,晶胞应具有最小的体积,尽管可以从4个体心四方晶胞中勾出面心四方晶胞(图2(a)),从4个简单四方晶胞中勾出1个底心四方晶胞(图2(b)),但它们均不具有最小的体积。
因此,四方晶系实际上只有简单四方和体心四方两种独立的点阵。
[*])解析:2.为什么密排六方结构不能称为一种空间点阵?(分数:10.00)__________________________________________________________________________________________ 正确答案:(空间点阵中每个阵点应具有完全相同的周围环境,而密排六方晶胞内的原子与晶胞角上的原子具有不同的周围环境。
在A和B原子连线的延长线上取BC=AB,然而C点却无原子。
若将密排六方晶胞角上的一个原子与相应的晶胞内的一个原子共同组成一个阵点(0,0,0阵点可视作由0,0,0和[*]这一对原子所组成),如图3所示,这样得出的密排六方结构应属简单六方点阵。
[*])解析:3.标出面心立方晶胞中(111)面上各点的坐标,并判断是否位于(111)的线密度。
(分数:10.00)__________________________________________________________________________________________ 正确答案:(为了确定[*]是否位于(111)面上,可运用品带定律:hu+kv+lw=0加以判断,这里1×(-1)+l×1+1×0=0因此[*]位于(111)面上。
材料科学与基础作业(2)
第2章固体结构1. 标出面心立方晶胞中(111)面上各点的坐标,并判断是否位于(111)面上,然后计算方向上的线密度。
2. 标出具有下列密勒指数的晶面和晶向:a) 立方晶系,,,,;b) 六方晶系,,,,3. 在立方晶系中画出晶面族的所有晶面,并写出{123}晶面族和﹤221﹥晶向族中的全部等价晶面和晶向的密勒指数。
4. 在立方晶系中画出以为晶带轴的所有晶面。
5. 试证明在立方晶系中,具有相同指数的晶向和晶面必定相互垂直。
6. 已知纯钛有两种同素异构体,低温稳定的密排六方结构和高温稳定的体心立方结构,其同素异构转变温度为882.5℃,计算纯钛在室温(20℃)和900℃时晶体中(112)和(001)的晶面间距(已知a a20℃=0.2951nm, c a20℃=0.4679nm, aβ900℃=0.3307nm)。
7. 试计算面心立方晶体的(100),(110),(111)等晶面的面间距和面致密度,并指出面间距最大的面。
8. 图2-2为α-Fe的x射线衍射谱,所用x光波长λ=0.1542nm,试计算每个峰线所对应晶面间距,并确定其晶格常数。
图2-29. 采用Cu kα (λ=0.1542nm)测得Cr的x射线衍射谱为首的三条2 =44.4°,64.6°和81.8°,若(bcc)Cr的晶格常数a=0.2885nm,试求对应这些谱线的密勒指数。
10. 归纳总结三种典型的晶体结构的晶体学特征。
11. 试证明理想密排六方结构的轴比c/a=1.633。
12. Ni的晶体结构为面心立方结构,其原子半径为r=0.1243nm,试求Ni的晶格常数和密度。
13. Mo的晶体结构为体心立方结构,其晶格常数a=0.3147nm,试求Mo的原子半径r。
14. Cr的晶格常数a=0.2884nm,密度为ρ=7.19g/cm3,试确定此时Cr 的晶体结构。
15. In具有四方结构,其相对原子质量Ar=114.82,原子半径r=0.1625nm,晶格常数a=0.3252nm,c=0.4946nm,密度ρ=7.286g/cm3,试问In的单位晶胞内有多少个原子? In致密度为多少?16. Mn的同素异构体有一为立方结构,其晶格常数为0.632nm,ρ为7.26g/cm3,r为0.112nm,问Mn晶胞中有几个原子,其致密度为多少?17. a)按晶体的钢球模型,若球的直径不变,当Fe从fcc转变为bcc 时,计算其体积膨胀多少?b)经x射线衍射测定在912℃时,α-Fe的a=0.2892nm,γ-Fe的a=0.3633nm, 计算从γ-Fe转变为α-Fe时,其体积膨胀为多少?与a)相比,说明其差别原因。
固体物理作业
i
2 b
j
b
3
2 c
k
倒格子基矢与正格子基矢有相同的形式, 只是系数不同,
它们构成的倒格子也是底心正交的
27
固体物理
固体物理学
2. 非晶材料的结构
非晶不具有长程有序的特点。非晶态材料是一类新型的固体材料, 包括我们日常所见的种玻璃塑料高分子聚合物以及新近发展起来 的金属玻璃非晶态合金非晶态半导体非晶态超导体等等。晶态物 质内部原子呈周期性颁,而非晶态物质内部则没有这种周期性。 由于结构不同,非晶态物质具有许多晶态物质所不具备的优良性 质。玻璃就是非晶态物质的典型,对其结构的研究已有几十年的 历史并奠定了相当的基础。玻璃和高分子聚合物等传统非晶态材 料的广泛应用也早已为人们所熟悉,而近二、三十年、发展
金刚石结构的空间群属于简单空间群。 闪锌矿Zn晶格的空间群属于简单空间群
×
24
固体物理
固体物理学
规则的几何外形 宏观物理性质
对 称 性 平 移 对 称 对 晶 格 定 义 Bravais格 子 以 揭 示 宏 观 对 称
原胞 基矢
||
||
单胞 正交变换
晶列 晶向
32种 点 群
对称操作 对称素
晶格按对称性分类
晶体中不可能存在有五重对称轴
固体材料除了晶态和非晶态以外,还有一种介于晶态 和非晶态之间的新的状态,称之为准晶态
15
固体物理
固体物理学
合 金 的 电 子 衍 射 图
16
AlMn
固体物理
固体物理学
原胞的概念
原胞是指一个晶格的最小周期单 元。基矢是指原胞的边矢a1,a2,
a3
原胞示意图
a
1
《材料科学基础》习题及参考答案
形核功,还是可以成核的。
答案
(7)测定某纯金属铸件结晶时的最大过冷度,其实测
值与用公式ΔT=0.2Tm计算值基本一致。
答案
(8) 某些铸件结晶时,由于冷却较快,均匀形核率N1
提高,非均匀形核率N2也提高,故总的形核率为N=
N1 +N2。
答案
返回
53
(9) 若在过冷液体中,外加10 000颗形核剂,则结晶
❖ ②比较Cu-10% Sn合金铸件和Cu-30%合金铸件的铸造性能 及铸造组织,说明Cu-10% Sn合金铸件中有许多分散砂眼的 原因。
③ω(Sn}分别为2%,11%和15%的青铜合金,哪一种可进行 压力加工?哪种可利用铸造法来制造机件?
答案
返7回8
❖ 9.如下图所示,已知A,B,C三组元固态完全不互溶,质量 分数分别84%A,,10%B,10%C的O合金在冷却过程中将进 行二元共晶反应和三元共晶反应,在二元共晶反应开始时, 该合金液相成分(a点)为60%A,20%B,20%C,而三元共 晶反应开始时的液相成分(E点)为50%A,10%B,40%C。
答案
返回
6
❖ 6.位错受力后运动方向处处垂直于位错线,在运动
过程中是可变的,晶体作相对滑动的方向应是什么
方向?
答案
❖ 7.位错线上的割阶一般如何形成?
答案
❖ 8.界面能最低的界面是什么界面?
答案
❖ 9. “小角度晶界都是由刃型位错排成墙而构成的”这
种说法对吗?
答案
返回
7
三、综合题
❖ 1. 作图表示立方晶体的(123)(0 -1 -2) (421)晶面及[-102][-211][346]晶向。 答案
❖ 9. 在Fe中形成1mol 空位的能量为104. 67kJ,
工程材料作业答案_
工程材料作业答案作业1 材料结构基础1.实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷?它们对性能有什么影响?实际金属晶体存在点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。
(1)点缺陷使周围晶格发生畸变,提高晶体内能量,降低电导率,提高强度;(2)线缺陷越多,其运动越艰难,材料的强度、硬度越高,脆性越大,塑性越差;(3)面缺陷越多,晶粒越细,强度越高,塑性也越好;(4)体缺陷:孔洞影响材料的力学、光学、热学性能;裂纹影响材料的力学性能;夹杂影响材料的力学、光学、电学性能。
2.金属常见的3种晶体结构是什么?画出结构暗示图。
(1)体心立方(bcc)(2)面心立方(fcc)(3)密排六方(hcp)3.按价键结构对材料举行分类,简述各类材料的性能特点。
第1 页/共13 页4.简述构成材料的5种化学键及其对普通性能的影响。
离子键,共价键,金属键,范德华力,氢键。
(1)离子键组成的离子晶体硬度高,强度高,脆性大,绝缘,塑性差;(2)由共价键组成的晶体熔点高,强度高,脆性大;(3)由金属键组成的金属有:a.良好的导电、导热性;b.良好的塑性变形能力;c.不透明、展示金属光泽;d.电阻随温度升高而增大;(4)由分子键组成的材料熔点低、硬度低、绝缘;(5)有氢键的材料熔点沸点比分子晶体高。
5.简述钢的3种热力学平衡相。
(1)铁素体:碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体。
铁素体因为溶碳量小,力学性能与纯铁相似。
塑性、冲击韧性较好,强度、硬度较低;(2)奥氏体:碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体。
奥氏体的强度、硬度较低,但有良好的塑性;(3)渗碳体:铁碳组成的具有复杂斜方结构的间隙化合物。
渗碳体硬度高,塑性和韧性很低。
6.什么是钢的珠光体、屈氏体、索氏体、贝氏体、马氏体、残余奥氏体?珠光体:铁素体和渗碳体组成的机械混合物。
性能介于铁素体和渗碳体之间,综合性能好;屈氏体:铁素体与渗碳体组成的片层更薄的珠光体;索氏体:片层铁素体与渗碳体的双相混合组织,其片层间距较小,碳在铁素体中无过度饱和;贝氏体:渗碳体与铁素体的机械混合物,高温改变及低温改变相异的组织,具有较高的强韧性配合;马氏体:将钢加热到一定温度(形成奥氏体)后经疾驰冷却(淬火),得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织;残余奥氏体:淬火未能改变成马氏体而保留到室温的奥氏体。
814材料科学基础-第二章 固体结构例题讲解
北京科技大学材料科学与工程专业814 材料科学基础主讲人:薛老师第二章固体结构例题讲解1.什么是晶面族?立方晶系{111}晶面族包含哪些晶面?答:在晶体内凡是晶面间距和晶面上的原子分布完全相同,只是空间位向不同的晶面我们可以把它们归并为同一个晶面族中,即晶面族,用{hkl}表示。
立方晶系{111}包括:(111)(111)(111)(111)(111)(111)(111)(111),这八个晶面构成一个八面体,因此晶面族{111}也成为八面体的面。
2.面心立方结构(100)和(111)晶面的夹角是多少?{100}的面间距是多少?答:(1) 所以:222222321321332211,cos b b b a a a b a b a b a ba b a b a ++⨯++++=⨯⨯>=<31111001101011cos 222222=++++⨯+⨯+⨯=ϕ︒==7.5431cos arc ϕ晶面的位向表示方法!!(2)面心立方,晶面间距:晶面为{100},则带入公式,得到d=a,(a 最好自己设一下)因为是立方晶系需要对晶面进行判断是否需要修复!!面心立方h 、k 、l 不全为奇数或者偶数时,需要修正,可知,该晶面需要修正所以:d=a/2.222)()()h (d l k a hkl ++=3.晶带定律的应用例:已知晶体中两个不平行的晶面(h1k1l1)(h2k2l2),证明(h3k3l3)与这两个晶面属于同一晶带,其中h3=h2+h1,k3=k2+k1,l3=l2+l1.答:设两个不平行的晶面所属晶带的晶带轴为[uvw]。
根据晶带定律,带入已知条件得到:h1u+k1v+l1w=0,h2u+k2v+l2w=0移项相加,得:(h1+h2)u+(k1+k2)v+(l1+l2)w=0,带入题目中的已知条件,可以得到h3u+k3v+l3w=0所以,第三个晶面与前面两个晶面属于同一个晶带。
例:在体心立方晶胞中画出一个最密排方向,并标明晶向指数,再画出过该方向的两个不同的低指数晶面,写出对应的晶面指数,这两个晶面与晶向构成什么关系?xzy G FE DOCBA注意点:1.画图一定要清洗,最好分开类画2.选取晶向的时候一定要选择对后期选择晶面有利的晶向3.回答晶带时,最好加上什么是晶带定律?4.六方晶系晶面、晶向指数例:写出图中六方晶胞EFGHIJE的晶面指数,以及EF,FG,GH,HI,IJ,JE 各晶向的晶向指数。
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第五次作业参考答案(仅供参考)结晶学P46:2,8;空间群P83:2,4.
1.指出七个晶系的全对称点群及每一点群的全部对称要素. 答:
2.注意给出一点,经点群全部对称操作之后能得到的点的数目,称为该点群的重复次数.试指出以下点群的重复次数,并在其极射赤面投影图上表示之: (1)222; (2)4mm; (3)6/mmm; (4)43m; (5)m3m .
答:
222
重复次数:4次
y
6/mmm m3m
24次24次 48次
3.222;3/2m; 432是三种结晶学点群对称性的一般表示法.按照惯
例这些点群的符号是什么?他们有什么共同点?
答:
222
222222
2
3/m /2
m
3
6/mmm3/m2
2
43432
423
m3m
它们都是全对称点群
y
4.对于点群2642()622()d m D D 、,写出其中一般点系的坐标. 答:
42m
622。