材料科学基础习题

〈金属学〉部分复习题

1、金属的晶体结构：

①名词解释：

金属键：原子失去电子后则变成正离子，共有化的自由电子和正离子以静电引力而结合起来，这种结合方式叫做金属键，它没有饱和性和方向性。

晶体结构：指晶体中实际质点（原子、离子、分子）的具体排列情况。常见的晶体结构有三种，体心立方结构、面心立方结构、密排六方结构。

晶体：原子在三维空间中有规则的周期性重复排列的物质

非晶体：原子不按照一定的空间排列顺序的固体

晶格：人为地将阵点用直线连接起来形成的空间格子

晶胞：从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元来分析阵点排列的规律性，这个最小几何单元称为晶胞

晶格常数：晶胞的棱边长度

原子半径：指原子的尺寸。体心立方晶胞中的原子半径，面心立方晶格，密排六方晶格

配位数：晶体结构中与任一个原子最近邻且等距离的原子数目

致密度：指晶胞中原子本身所占的体积百分数，即晶胞中所包含的原子体积与晶胞体积的比值

晶向指数：确定步骤

（1） 以晶格中某结点为原点，以晶胞的三个棱边为坐标轴x、y、z，以棱边长度为坐标轴的长度单位；定出欲求晶向上任意两点坐标。（2） 将末点的坐标值减去始点的坐标值，得到沿该坐标系各轴方向移动的点阵参数的数目。

（3） 将这三个值化为最小简单整数，依次写入方括号中，即得所求的晶向指数[uvw]。若晶向指向坐标的负方向时，则坐标值中出现负值，这时在晶向指数的这一数字上冠以负号。

晶面指数：确定步骤

（1） 建立如前所述的坐标系，坐标原点应位于待定晶面外，以免出现零截距；

（2） 以棱边长度为度量单位，求出待定晶面在各轴上的截距；如果该晶面与某轴平行，则截距为无穷大。

（3） 取截距的倒数，并化为最小简单整数，放在圆括号内，即为所求的晶面指数（hkl）。如果所求晶面在坐标轴上的截距为负值，则在该指数上加一负号。

各向异性：沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相

同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同

同素异晶转变：当外部条件改变时，金属内部由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变

晶界：晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面

晶体缺陷：在实际的晶体中，由于晶体形成条件、原子的热运动及其它条件的影响，原子的排列不可能那样完整和规则，往往存在偏离了理想晶体结构的区域，可分为点缺陷（空位、间隙原子和置换原子）、线缺陷（位错）和面缺陷三类。

晶格畸变：空位、间隙原子、置换原子的存在使其周围原子间的相互作用失去平衡，偏离其平衡位置，就在这些缺陷的周围出现一个涉及几个原子间距范围的弹性畸变区，因而引起周围晶格产生畸变

能量起伏：对一个原子来说，这一瞬间能量可能高些，另一瞬间可能低些，这种现象

单晶体：单个晶粒的晶体

多晶体：由两颗以上晶粒所组成的晶体

亚晶：实际晶粒中原子并非完全按照同一位向规则排列，它是由许多具有一定位向差（几十分到1°2°）的小晶块组成，这些小晶块称亚晶

②金属有哪些特性?如何解释这些特性?常见金属的晶体结构有哪几种？

高的导电性和导热性，一般不透明，有金属光泽，一定的强度和韧度，正的电阻温度系数。取决于组成金属的原子结构特点及由此而决定的结合方式

常见的金属晶体结构有三种：体心立方结构、面心立方结构、密排六方结构。

③晶体与非晶体的的概念、区别。晶体物质有何特性？

概念：晶体是原子在三维空间中有规则的周期性重复排列的物质

非晶体是原子不按照一定的空间排列顺序的固体

区别：晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体，具有长程有序，并成周期性重复排列，有固定的熔点，有各向异性。

非晶体是内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体，具有近程有序，但不具有长程有序。如玻璃。外形为无规则形状的固体，无固定的熔点，各同向性。

晶体特性：（1)晶体往往具有整齐规则的几何外形；

(2)晶体有固定的熔点，在熔化过程中，温度始终保持不变；

(3)晶体有各向异性的特点。

④晶体具有各向异性的原因？工业上使用的金属材料为什么不显示各

向异性？

原因：由于在晶体内部原子的周期性排列结构中，不同方向上原子或分子的排列情况不同

工业上使用的金属材料为多晶体，多晶体中的晶粒位向是任意的，晶粒的各项异性被相互抵消。因此，一般整个金属不显示各向异性

⑤面心立方晶格(fcc),体心立方晶格(bcc),密排六方晶格（hcp）结构中哪一个晶面和晶向的原子排列密度最大?

面心：（111）、[110] 体心：（110）、[111]

⑥掌握原子半径、原子密度的计算方法与配位数的确定。

⑧作图表示[111]、[110]、[010]、[001]；（111）、（110）、（010）、（011）晶向和晶面。若晶面指数与晶向指数相同，它们之间存在什么关系？

立方晶系中属于垂直关系

⑨金属材料的性能取决于什么？

热处理以及化学成分，性能主要考虑屈服，抗拉，延伸，冲击，有时也考虑冲击功

⑩常见α—Fe、γ—Fe、Cr、Au、Ag、Al、Cu、Zn、Ni、W等金属是属于哪种晶体结构？

体、面、体、面、面、面、面、密、面、体

⑾金属存在的实际晶体缺陷有哪些？

点缺陷、线缺陷、面缺陷三种缺陷。

其中点缺陷包括空位、间隙原子、置换原子。

线缺陷包括刃型位错、螺型位错。

面缺陷包括晶体的表面、晶界、亚晶界、相界。

⑿在立方晶系中，晶向「uvw」与晶面（hkl）互相平行的条件是什么？

⒀晶格常数为a的面心立方，其原子数为多少？原子半径是多少？配位数是多少？致密度是多少？

4 、 、12、0.74

⒁a-Fe和Mg金属晶格的致密度、配位数、滑移系数分别为多少？

a-Fe：0.68 8 12

Mg： 0.74 12 3

2、.纯金属的结晶

①名词解释：

结晶：物质由原子排列不规则的液体转变为原子排列规则的固体晶体的过程