材料科学基础作业题

第一章 原子结构与键合

1、说明量子力学中有关原子结构的玻尔模型和几率波模型。

2、给出下列离子的电子组态：Fe 2+, Fe 3+, Cu +, Ba 2+, Br -, S 2-。

3、对于K +—Cl -离子对，吸引能E A 和排斥能E R 分别表示为：

计算平衡距离r 0和结合能E 0。（提示：净能对原子间距r 的微分为0时，r= r 0。r 的单位为nm ）

4、净能有时可表示为

其中，r 为离子间距，C ，D 和r 为常数。试推出结合能E 0对于平衡距离r 0的表达式。

5、计算下列化合物中，离子键的百分含量：

TiO ，ZnTe ，CsCl ，InSb ，MgCl 。

6、下列物质含有何种键：黄铜（brass ）、橡胶（rubber ）、金刚石（diamond ）、SiO 2、单晶Si 、NaCl 。

7、 HF （hydrogen fluoride ）的分子量小于 HCl （hydrogen chloride ），为什么HF 具有比HCl 更高的沸点。

8、画出下列物质单体单元的结构图：

（1）聚乙烯（polyethylene PV ）；

（2）聚四氟乙烯（polytetrafluorethylene PTFE ）；

（3）聚苯乙烯（polystyrene PS ）；

（4）聚甲基丙烯酸甲酯 [俗]有机玻璃

（polymethyl methacrylate PMMA ）。

9、（1）计算聚乙烯结构单元的分子量；

（2）聚乙烯的数均分子重量为1,000,000 g/mol ，计算其数均聚合度。

10、两种聚四氟乙烯样品的密度及其晶化率如下：

i) 2.144 g/cm 3, 51.3%; ii) 2.215 g/cm 3, 74.2%.

计算晶态聚四氟乙烯和非晶态聚四氟乙烯的密度。

简述高分子链结构的形态特征以及与性能的定性关系。

第二章 固体结构

r E A 436.1-=961086.5r E R -⨯=)exp(ρ

r D r C E N -+-=

1、锆（Zr ，Zirconium ）具有HCP 结构，密度为6.51 g/cm 3，

（a ）计算晶胞体积；

（b ）如果c /a 为1.593，计算c 和a 。

2、铑（Rh ，Rhodium ）的原子半径为0.1345 nm ，密度为12.41 g/cm 3。判定其晶体结构属于FCC ，还是BCC ？

3、在立方晶胞中画出下列晶向：

4、在立方晶胞中画出下列晶面：

5、确定下图中晶向和晶面的指数。

6、计算比较FCC 中[100]、[110]、[111]晶向的线密度。

7、计算比较BCC 中（100）、（110）晶面的面密度。

8、确定FCC 铂（Platinum ，Pt ）的（113）晶面的一级衍射角（即n=1），X 射线波长为0.1542 nm 。

9、说明原子结构和晶体结构的差别。

10、解释为什么多晶材料的性质通常是各项同性。

11、解释以下基本概念

合金、相、固溶体、极限电子浓度、电子化合物、超结构。

12、试比较间隙固溶体、间隙相和间隙化合物的结构和性能特点。7、FeAl 为电子化合物，计算其电子浓度，画出晶胞及（112）面的原子排列图。

13、下列合金相为何种类型

FeCo 、 Cr7C3 、Mg2Pb 、 WC 、FeAl 、Cu3Al 、Fe4N 、Fe3C 。

第三章 缺陷

1、解释以下基本概念

肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移及攀移、弗兰克-瑞德源、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、重整位置点阵、失配度、对称倾侧晶界、非共格晶界。

2、计算Fe 在 850o 时，每立方米体积中的空位数。已知Fe 在850o 时的空位形成能、密度及原子重量分别为1.08 eV/atom 、7.65 g/cm

3、55.85 g/mol 。

3、如图，在晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到一均匀切应力t 。 ].031[];321[];331[];210[];121[];101[).

321();221();131();210();211();110

(

（1）分析该位错环各段位错的结构类型；

（2）分析各段位错线的受力情况；

（3）在t 的作用下，该位错环将如何运动？4、面心立方晶体中，在（111）面上的单位位错

在（111）面上分解为两个肖克莱不全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出：

（G 切变模量，g 层错能）

5、判断下列位错反应能否进行？若能进行，试在晶胞上作出矢量图。

6、试分析在（111）面上运动的柏氏矢量为 的螺型位错受阻时，能否通过交滑移转移到 面中的某个面上继续运动？为什么？

7、根据晶粒的位相差及结构特点，晶界有哪些类型？有何特点属性？

8、直接观察铝试样，在晶粒内部位错密度为 5 x 1013/m 2，如果亚晶间的角度为5o ，试估算界面上的位错间距（铝的晶格常数为a = 2.8 x 10-10 m ）。

第五章 二元相图

1. 合金系统的自由度F 的含义是：（单选）

A 、可以使合金状态改变的因素数；

B 、保持合金平衡状态不变的前提下，可以独立改变的因素数；

C 、够使系统发生变化的最大因素数。 2. 自由度F = 0的含义是：（单选）

A 、任何因素的变化都会造成系统平衡状态的变化；

B 、没有任何因素可以引起系统状态变化；

C 、这样的系统状态不存在。

3. 纯金属凝固时，(多选)

A 、冷却曲线(温度-时间)是水平的；

B 、系统自由度F = 0；

C 、纯金属凝固是在恒温下进行的。

4. 在平衡条件下，100˚C 的纯水处于（单选）

A 、液态；

B 、气态；

C 、气、液二相共存状态。

5、下列说法哪些是正确的？(多选)

πγ242Gb d s ≈]111[2

]111[6]112[3)3(]211[6

]112[6]110[2)2(]001[]111[2]111[2)1(a a a a a a a a a →++→→+]101[2a b = )111(),111(),111(