(完整版)复旦大学材料科学导论课后习题答案(搭配:石德珂《材料科学基础》教材)

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材料科学导论课后习题答案第一章材料科学概论1.氧化铝既牢固又坚硬且耐磨,但为什么不能用来制造榔头?答:氧化铝脆性较高,且抗震性不佳。

2.将下列材料按金属、陶瓷、聚合物和复合材料进行分类:黄铜、环氧树脂、混泥土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅锡焊料、橡胶、纸杯答:金属:黄铜、镁合金、铅锡焊料;陶瓷:碳化硅;聚合物:环氧树脂、沥青、橡胶、纸杯;复合材料:混泥土、玻璃钢3.下列用品选材时,哪些性能特别重要?答:汽车曲柄:强度,耐冲击韧度,耐磨性,抗疲劳强度;电灯泡灯丝:熔点高,耐高温,电阻大;剪刀:硬度和高耐磨性,足够的强度和冲击韧性;汽车挡风玻璃:透光性,硬度;电视机荧光屏:光学特性,足够的发光亮度。

第二章材料结构的基础知识1.下列电子排列方式中,哪一个是惰性元素、卤族元素、碱族、碱土族元素及过渡金属?(1) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2(2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6(3) 1s2 2s2 2p5(4) 1s2 2s2 2p6 3s2(5) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2(6) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1答:惰性元素:(2);卤族元素:(3);碱族:(6);碱土族:(4);过渡金属:(1),(5)2.稀土族元素电子排列的特点是什么?为什么它们处于周期表的同一空格内?答:稀土族元素的电子在填满6s态后,先依次填入远离外壳层的4f、5d层,在此过程中,由于电子层最外层和次外层的电子分布没有变化,这些元素具有几乎相同的化学性质,故处于周期表的同一空格内。

3.描述氢键的本质,什么情况下容易形成氢键?答:氢键本质上与范德华键一样,是靠分子间的偶极吸引力结合在一起。

它是氢原子同时与两个电负性很强、原子半径较小的原子(或原子团)之间的结合所形成的物理键。

当氢原子与一个电负性很强的原子(或原子团)X结合成分子时,氢原子的一个电子转移至该原子壳层上;分子的氢变成一个裸露的质子,对另外一个电负性较大的原子Y表现出较强的吸引力,与Y之间形成氢键。

材料科学基础答案(1-3章).doc

材料科学基础答案(1-3章).doc

习题及参考答案(1因为是参考答案,故可能有错;2由于时间不够,目前还有些题没有参考答案,近日将补上。

) 1描述晶体与非晶体的区别,从结构、性能等方面。

晶体中的原子或原子集团都是有规律地排列的。

晶体有一定的凝固点和熔点;晶体具有各向异性。

2何谓空间点阵,简述晶体结构与空间点阵的区别。

晶体中原子或原子集团被抽象为规则排列的几何点,且其沿任一方向上相邻点之间的距离就等于晶体沿该方向的周期。

这样的几何点的集合就构成空间点阵(简称点阵),每个几何点称为点阵的结点或阵点。

3在简单立方晶系中,(1)作图表示下述的晶面和晶向;(2)判断其中哪些晶面与晶向是垂直的,哪些是平行的,并指出垂直或平行的条件。

(111), (Oil),(201), [111], [110], [112](111)与[111]垂直,(111)与[11-2]平行,(201)与[11-2]平行。

4请写出简单立方晶系中{111}的等价晶面,<110>的等价晶向。

{111}= (111) + (11-1) + (1-11) + (-111) <110>=[110]+[1-10]+[101]+[10-1]+[011]+[01-1]5试在六方晶系的晶胞上画出(1°了2)晶面、[11&]和『101]晶向。

1简述波尔理论和波动力学理论分别是如何描述原子核外电子的运动轨道。

波尔理论认为核外电子是在确定的轨道上运动的,符合牛顿定律。

波动力学认为电子具有波粒二象性,电子有可能出现在核外的各个位置,只是出现在不同位置的几率不同。

2粒子具有波粒二象性,请计算下列粒子的波长。

A,质量为20g,速度为1000m/s的子弹;B,质量为10T*g,速度为0.01m/s的尘埃;C,质量为9.1Xl(y3ikg,速度为l()6m/s的电子。

X =h/mu, X 1 =6.62 X 10'34/[0.02 X 1000]=3.2 X 10~35m;X 2=6.5 X10-17m; *3 = 7.1X10-%。

《材料科学导论》习题及答案

《材料科学导论》习题及答案

13. 准晶的结构特征是………………………………………( ) (A) 短程有序,长程{严 严取平向移序序. (B) 短程有序,长程{严准取平向移序序. (C) 短程有序,长程{严准取平移向序序. (D) 短程有序,长程{准准取平向移序序.
14. 向列相液晶态的结构特征是……………………………( )
(A) 短程有序,长程{取平向移有有序序. (B) 短程有序,长程{取平向移有无序序. (C) 短程有序,长程{取平向移无有序序. (D) 短程有序,长程{取平向移无无序序.
(F) 晶体点群>空间群>色群
28. 晶体按微观对称性划分出来的空间群的数目是……(
)
(A) 7
(B) 14
(C) 32
(D) 230
29. 金属Cu晶体具有立方面心晶胞,则Cu的配位数为…( )
(A) 4
(B) 6
(C) 8
(D) 12
30. 某金属原子采用A1堆积型式,其晶胞型式为………(
)
(A) 简单立方
∈ (C) T>Tc时, ∃ (铁磁相) {磁有序结构}; ∈ T<Tc时, ∃ (顺磁相) {磁无序结构}.
∈ (D) T>Tc时, ∃ (铁磁相) {磁无序结构}; ∈ T<Tc时, ∃ (顺磁相) {磁有序结构}.
35. 反铁磁性的有序-无序转变的临界温度TN称为奈尔点,(数学符
号 ∃ 表示“存在”)。那么,下列表述正确的是…………( )
5
∈ (B) T>Tc时, ∃ (顺磁相) {磁无序结构}; ∈ T<Tc时, ∃ (亚铁磁相) {磁有序结构}.
∈ (C) T>Tc时, ∃ (亚铁磁相) {磁有序结构}; ∈ T<Tc时, ∃ (顺磁相) {磁无序结构}.
∈ (D) T>Tc时, ∃ (亚铁磁相) {磁无序结构}; ∈ T<Tc时, ∃ (顺磁相) {磁有序结构}.

《材料科学基础》课后习题及参考答案

《材料科学基础》课后习题及参考答案

绪论1、仔细观察一下白炽灯泡,会发现有多少种不同的材料?每种材料需要何种热学、电学性质?2、为什么金属具有良好的导电性和导热性?3、为什么陶瓷、聚合物通常是绝缘体?4、铝原子的质量是多少?若铝的密度为2.7g/cm3,计算1mm3中有多少原子?5、为了防止碰撞造成纽折,汽车的挡板可有装甲制造,但实际应用中为何不如此设计?说出至少三种理由。

6、描述不同材料常用的加工方法。

7、叙述金属材料的类型及其分类依据。

8、试将下列材料按金属、陶瓷、聚合物或复合材料进行分类:黄铜钢筋混凝土橡胶氯化钠铅-锡焊料沥青环氧树脂镁合金碳化硅混凝土石墨玻璃钢9、 Al2O3陶瓷既牢固又坚硬且耐磨,为什么不用Al2O3制造铁锤?晶体结构1、解释下列概念晶系、晶胞、晶胞参数、空间点阵、米勒指数(晶面指数)、离子晶体的晶格能、原子半径与离子半径、配位数、离子极化、同质多晶与类质同晶、正尖晶石与反正尖晶石、反萤石结构、铁电效应、压电效应.2、(1)一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c,求出该晶面的米勒指数;(2)一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c,求出该晶面的米勒指数。

3、在立方晶系的晶胞中画出下列米勒指数的晶面和晶向:(001)与[210],(111)与[112],(110)与[111],(322)与[236],(257)与[111],(123)与[121],(102),(112),(213),[110],[111],[120],[321]4、写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。

5、已知Mg2+半径为0.072nm,O2-半径为0.140nm,计算MgO晶体结构的堆积系数与密度。

6、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、堆积系数。

7、从理论计算公式计算NaC1与MgO的晶格能。

MgO的熔点为2800℃,NaC1为80l℃, 请说明这种差别的原因。

8、根据最密堆积原理,空间利用率越高,结构越稳定,金钢石结构的空间利用率很低(只有34.01%),为什么它也很稳定?9、证明等径圆球面心立方最密堆积的空隙率为25.9%;10、金属镁原子作六方密堆积,测得它的密度为1.74克/厘米3,求它的晶胞体积。

材料科学基础课后习题答案

材料科学基础课后习题答案

材料科学基础课后习题答案第一篇:材料科学基础课后习题答案第1章习题1-10 纯铁点阵常数0.286nm,体心立方结构,求1cm3中有多少铁原子。

解:体心立方结构单胞拥有两个原子,单胞的体积为V=(0.286×10-8)3 cm3,所以1cm3中铁原子的数目为nFe= 122⨯2=8.55⨯10(2.86⨯10-8)31-11 一个位错环能否各部分都是螺型位错,能否各部分都是刃型位错?为什么?解:螺型位错的柏氏矢量与位错线平行,一根位错只有一个柏氏矢量,而一个位错环不可能与一个方向处处平行,所以一个位错环不能各部分都是螺型位错。

刃位错的柏氏矢量与位错线垂直,如果柏氏矢量垂直位错环所在的平面,则位错环处处都是刃型位错。

这种位错的滑移面是位错环与柏氏矢量方向组成的棱柱面,这种位错又称棱柱位错。

1-15 有一正方形位错线,其柏氏矢量及位错线的方向如图1-51所示。

试指出图中各段位错线的性质,并指出刃型位错额外串原子面所处的位置。

D CA B解:由柏氏矢量与位错线的关系可以知道,DC是右螺型位错,BA是左螺型位错。

由右手法则,CB为正刃型位错,多余半原子面在纸面上方。

AD为负刃型位错,多余半原子面在纸面下方。

第二篇:会计学基础课后习题答案《会计学基础》(第五版)课后练习题答案第四章习题一1、借:银行存款400 000贷:实收资本——A企业400 0002、借:固定资产400 000贷:实收资本——B企业304 000资本公积——资本溢价0003、借:银行存款000贷:短期借款0004、借:短期借款000应付利息(不是财务费用,财务费用之前已经记过)000贷:银行存款0005、借:银行存款400 000贷:长期借款400 0006、借:长期借款000应付利息000贷:银行存款000习题二1、4月5日购入A材料的实际单位成本=(53 000+900)/980=55(元/公斤)4月10日购入A材料的实际单位成本=(89 000+1 000)/1 500=60(元)2、本月发出A材料的实际成本=(600×50+600×55)+(380×55+1 020×60)=63 000+82 100=145 100(元)3、月末结存A材料的实际成本=(600×50)+[(53 000+900)+(89 000+1 000)]-145 100=28 800(元)习题三1、借:生产成本——A产品000——B产品000贷:原材料——甲材料000——乙材料0002、借:生产成本——A产品000 ——B产品000制造费用000贷:应付职工薪酬0003、借:制造费用500贷:原材料——丙材料5004、借:制造费用000贷:银行存款0005、借:制造费用000贷:累计折旧0006、本月发生的制造费用总额=5 000+500+2 000+1 000=8 500(元)制造费用分配率=8 500/(20 000+10 000)×100%=28.33%A产品应负担的制造费用=20 000×28.33%=5 666(元)B产品应负担的制造费用=8 500-5 666=2 834(元)借:生产成本——A产品——B产品贷:制造费用7、借:库存商品——A产品贷:生产成本——A产品习题四1、借:银行存款贷:主营业务收入2、借:应收账款——Z公司贷:主营业务收入银行存款3、借:主营业务成本贷:库存商品——A产品——B产品4、借:营业税金及附加贷:应交税费——应交消费税5、借:营业税金及附加贷:应交税费6、借:销售费用贷:银行存款7、借:销售费用贷:银行存款8、借:银行存款贷:其他业务收入借:其他业务成本贷:原材料——乙材料9、借:管理费用贷:应付职工薪酬10、借:管理费用贷:累计折旧11、借:管理费用贷:库存现金12、借:财务费用贷:银行存款13、借:银行存款贷:营业外收入14、借:主营业务收入其他业务收入营业外收入666 2 834 500 47 666 47 666 80 000 80 000 201 000200 000 000 142 680 42 680000 14 000 14 000 1 400 400 3 000 000 1 000 000 4 000 000 3 000 000 4 560 560 2 000 000300300400400 3 000 000 280 000 4 000 3 000贷:本年利润287 000借:本年利润172 340贷:主营业务成本680其他业务成本000营业税金及附加400销售费用000管理费用860财务费用400 本月实现的利润总额=287 000-172 340=114 660(元)本月应交所得税=114 660×25%=28 665(元)本月实现净利润=114 660-28 665=85 995(元)习题五1、借:所得税费用贷:应交税费——应交所得税借:本年利润贷:所得税费用2、2007的净利润=6 000 000-1 500 000=4 500 000(元)借:本年利润贷:利润分配——未分配利润3、借:利润分配——提取法定盈余公积贷:盈余公积——法定盈余公积4、借:利润分配——应付现金股利贷:应付股利第五章习题一1、借:银行存款固定资产贷:实收资本——M公司——N公司2、借:原材料——A材料——B材料贷:银行存款3、借:应付账款——丙公司贷:银行存款4、借:银行存款贷:短期借款5、借:固定资产贷:银行存款6、借:生产成本——甲产品——乙产品贷:原材料——A材料——B材料 500 000500 000 1 500 000500 000 4 500 000 4 500 000450 000450 000 1 000 000 1 000 000 1 000 000 1 000 000 1 000 000 1 000 000 50 000 50 000000 50 000 50 000500 000500 000200 000200 000000 80 000000 80 0007、借:其他应收款——王军000贷:库存现金0008、借:制造费用000管理费用贷:原材料——A材料0009、借:管理费用500贷:库存现金50010、借:原材料——A材料000贷:应付账款00011、借:应付职工薪酬200 000贷:银行存款200 00012、借:银行存款320 000贷:主营业务收入——甲产品320 00013、借:应收账款250 000贷:主营业务收入——乙产品250 00014、借:短期借款200 000应付利息000财务费用000贷:银行存款209 00015、借:销售费用贷:银行存款00016、借:管理费用300贷:其他应收款——王军000库存现金30017、借:生产成本——甲产品000——乙产品000制造费用000管理费用000贷:应付职工薪酬200 00018、借:制造费用000管理费用000贷:累计折旧00019、借:生产成本——甲产品000——乙产品000制造费用000管理费用000贷:应付职工薪酬000 20、借:主营业务成本381 000贷:库存商品——甲产品196 000——乙产品185 00021、制造费用总额=5 000+10 000+35 000+1 000=51 000(元)制造费用分配率=51 000/(90 000+70 000)×100%=31.875% 甲产品应分配的制造费用=90 000×31.875%=28 687.5(元)乙产品应分配的制造费用=70 000×31.875%=22 312.5(元)借:生产成本——甲产品687.5——乙产品312.5贷:制造费用00022、甲产品的实际成本=120 000+150 000+90 000+9 000+28 687.5=397 687.5(元)借:库存商品——甲产品397 687.5贷:生产成本——甲产品397 687.523、借:主营业务收入——甲产品320 000——乙产品250 000贷:本年利润借:本年利润贷:主营业务成本管理费用销售费用财务费用24、本月利润总额=570 000-487 800=82 200(元)本月应交所得税=82 200×25%=20 550(元)借:所得税费用贷:应交税费——应交所得税借:本年利润贷:所得税费用25、本月净利润=82 200-20 550=61 650(元)提取法定盈余公积=61 650×10%=6 165(元)借:利润分配——提取法定盈余公积贷:盈余公积——法定盈余公积26、借:利润分配——应付现金股利贷:应付股利570 000 487 800381 000 53 800 50 000 000 20 550 20 550 20 550 20 550 6 165 165 30 825 30 825第三篇:《机械设计基础》课后习题答案模块八一、填空1、带传动的失效形式有打滑和疲劳破坏。

材料科学基础课后习题答案-西安交通大学-石德珂主编

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2.26g
/ cm3
14-17不用看 18自己看
第四章
1.850 0C : C1 Aexp(EV kT1) 20 0C :C2 Aexp(EV kT2 )
C1 C2
exp EV k
1 ( T2
1 T1
)
exp
1.5 1018 1.38 1023
( 1 1 ) 293 1123
exp 274
ne N
Aexp EV kT
ln
3.6 1023 106 / cm3 5.351022 / cm3
8.31J
EV / mol 1073K
EV 106192J / mol
(110),(111),(121),(2 21),(210),[100],[111],[231],[120],[211]
2.11 0.77 6.69 0.77
100%
22.6%
Fe3CⅡ%(由 初中析出) 初 % 22.6%
59.36% 22.6% 13.41%
P% 初 % Fe3CⅡ% 59.36% 13.41% 45.95%
相组成物: Fe3C % 6.69 3.0 100% 55.17%
1.(1) (001) (111) [210]
(-3-22)
(-132)
[123] [111]
[236]
(1-10)
(2)
(3)
(-110)
2.
(2 6 3)
3.{111}
111
111
111
111
3.
N hk l
4 3! 2m n!
24 2m n!
{110}
110
101
011
110

材料科学基础课后习题及答案

材料科学基础课后习题及答案

第二章答案2-1略。

2-2〔1〕一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c,求该晶面的晶面指数;〔2〕一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c,求出该晶面的晶面指数。

答:〔1〕h:k:l==3:2:1,∴该晶面的晶面指数为〔321〕;〔2〕h:k:l=3:2:1,∴该晶面的晶面指数为〔321〕。

2-3在立方晶系晶胞中画出以下晶面指数和晶向指数:〔001〕与[],〔111〕与[],〔〕与[111],〔〕与[236],〔257〕与[],〔123〕与[],〔102〕,〔〕,〔〕,[110],[],[]答:2-4定性描述晶体构造的参量有哪些.定量描述晶体构造的参量又有哪些.答:定性:对称轴、对称中心、晶系、点阵。

定量:晶胞参数。

2-5依据结合力的本质不同,晶体中的键合作用分为哪几类.其特点是什么.答:晶体中的键合作用可分为离子键、共价键、金属键、范德华键和氢键。

离子键的特点是没有方向性和饱和性,结合力很大。

共价键的特点是具有方向性和饱和性,结合力也很大。

金属键是没有方向性和饱和性的的共价键,结合力是离子间的静电库仑力。

范德华键是通过分子力而产生的键合,分子力很弱。

氢键是两个电负性较大的原子相结合形成的键,具有饱和性。

2-6等径球最严密堆积的空隙有哪两种.一个球的周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙.答:等径球最严密堆积有六方和面心立方严密堆积两种,一个球的周围有8个四面体空隙、6个八面体空隙。

2-7n个等径球作最严密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙.不等径球是如何进展堆积的.答:n个等径球作最严密堆积时可形成n个八面体空隙、2n个四面体空隙。

不等径球体进展严密堆积时,可以看成由大球按等径球体严密堆积后,小球按其大小分别填充到其空隙中,稍大的小球填充八面体空隙,稍小的小球填充四面体空隙,形成不等径球体严密堆积。

2-8写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。

答:面心立方格子的单位平行六面体上所有结点为:〔000〕、〔001〕〔100〕〔101〕〔110〕〔010〕〔011〕〔111〕〔0〕〔0〕〔0〕〔1〕〔1〕〔1〕。

材科基课后习题答案

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第二章答案之相礼和热创作2-1略.2-2(1)一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c,求该晶面的晶面指数;(2)一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c,求出该晶面的晶面指数.答:(1)h:k:l==3:2:1,∴该晶面的晶面指数为(321);(2)h:k:l=3:2:1,∴该晶面的晶面指数为(321).2-3在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数:(001)与[],(111)与[],()与[111],()与[236],(257)与[],(123)与[],(102),(),(),[110],[],[]答:2-4定性描绘晶体结构的参量有哪些?定量描绘晶体结构的参量又有哪些?答:定性:对称轴、对称中心、晶系、点阵.定量:晶胞参数.2-5根据结合力的本质分歧,晶体中的键合作用分为哪几类?其特点是什么?答:晶体中的键合作用可分为离子键、共价键、金属键、范德华键和氢键.离子键的特点是没有方向性和饱和性,结合力很大.共价键的特点是具有方向性和饱和性,结合力也很大.金属键是没有方向性和饱和性的的共价键,结合力是离子间的静电库仑力.范德华键是经过分子力而发生的键合,分子力很弱.氢键是两个电负性较大的原子相结合构成的键,具有饱和性.2-6等径球最紧密堆积的空隙有哪两种?一个球的四周有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙?答:等径球最紧密堆积有六方和面心立方紧密堆积两种,一个球的四周有8个四面体空隙、6个八面体空隙.2-7n个等径球作最紧密堆积时可构成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙?不等径球是怎样进行堆积的?答:n个等径球作最紧密堆积时可构成n个八面体空隙、2n个四面体空隙.不等径球体进行紧密堆积时,可以看成由大球按等径球体紧密堆积后,小球按其大小分别添补到其空隙中,稍大的小球添补八面体空隙,稍小的小球添补四面体空隙,构成不等径球体紧密堆积.2-8写出面心立方格子的单位平行六面体上全部结点的坐标.答:面心立方格子的单位平行六面体上全部结点为:(000)、(001)(100)(101)(110)(010)(011)(111)(0)(0)(0)(1)(1)(1).2-9计算面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、堆积系数.答::面心:原子数4,配位数6,堆积密度六方:原子数6,配位数6,堆积密度2-10根据最紧密堆积原理,空间利用率越高,结构越波动,金刚石结构的空间利用率很低(只要34.01%),为什么它也很波动?答:最紧密堆积原理是建立在质点的电子云分布呈球形对称以及有方向性的根底上的,故只适用于典型的离子晶体和金属晶体,而不克不及用最密堆积原理来衡量原子晶体的波动性.另外,金刚石的单键个数为4,即每个原子四周有4个单键(或原子),由四面体以共顶方式共价结合构成三维空间结构,以是,虽然金刚石结构的空间利用率很低(只要34.01%),但是它也很波动.2-11证明等径圆球六方最密堆积的空隙率为25.9%.答:设球半径为a,则球的体积为,球的z=4,则球的总体积(晶胞),立方体晶胞体积:(2a)3=16a3,空间利用率=球所占体积/空间体积=74.1%,空隙率=1-74.1%=25.9%.3,求它的晶胞体积.答:设晶胞的体积为V,绝对原子质量为M,则晶胞体积nm32-13根据半径比关系,阐明下列离子与O2—配位时的配位数各是多少?已知r O2-=0.132nm,r Si4+=0.039nm,r K+=0.131nm,r Al3+=0.057nm,r Mg2+=0.078nm.答:对于Si4+、K+、Al3+、Mg2+来说,其顺次是0.295、0.99、0.43、0.59;根据正离子配位数与正负离子半径比的关系知配位数为:Si4+4;K+8;Al3+6;Mg2+6.2-14为什么石英分歧系列变体之间的转化温度比同系列变体之间的转化温度高得多?答:石英同一系列之间的变化是位移性变化,不触及晶体结构中键的决裂和重建,仅是键长、键角的调整、必要能量较低,且变化迅速可逆;而分歧系列之间的变化属于重建性变化,都触及到旧键的决裂和新键的重建,因此必要较的能量,且变化速率缓慢;以是石英分歧系列之间的转化温度比同系列变体之间转化的温度要高的多.2-15无效离子半径可经过晶体结构测定算出.在上面NaCl型结构晶体中,测得MgS和MnS的晶胞参数均为a=0.520nm(在这两种结构中,阴离子是互相接触的).若CaS(a=0.567nm)、CaO(a=0.480nm)和MgO(a=0.420nm)为一样平常阳离子-阴离子接触,试求这些晶体中各离子的半径.答:MgS中a=0.502nm,阴离子互相接触,a=2r-,∴rS2-=0.177nm;CaS中a=0.567nm,阴-阳离子互相接触,a=2(r++r-),∴r Ca2+=0.107nm;CaO中a=0.408nm,a=2(r++r-),∴r O2-=0.097nm;MgO中a=0.420nm,a=2(r++r-),∴r Mg2+=0.113nm.3,根据此数据计算晶胞参数,并将此值与你从离子半径计算得到数值进行比较.答:设晶胞的体积为V,绝对原子质量为M,对于NaCl型结构来说,其n=4,则晶胞体积nm3则晶胞参数:,根据离子半径计算:a=2(r++r-)=4.14nm∴<a2-17Li2O的结构是O2-作面心立方堆积,Li+占据全部四面体空隙地位,氧离子半径为0.132nm.求:(1)计算负离子彼此接触时,四面体空隙所能包容的最大阳离子半径,并与书末附表Li+半径比较,阐明此时O2-能否互相接触;(2)根据离子半径数据求晶胞参数;(3)求Li2O的密度.解:根据上图GO=FO=r max,AB=BC=AC=AD=BD=CD=2由几何关系知:比Li+的离子半径r Li+=0.078nm小,以是此时O2-不克不及互相接触.晶胞参数Li2O的密度g/cm32-18MgO和CaO同属NaCl型结构,而它们与水作用时则CaO要比MgO活泼,试解释之.解:由于r Mg2+与r Ca2+分歧,r Ca2+>r Mg2+,使CaO结构较MgO疏松,H2O易于进入,以是活泼.2-19CaF2的晶胞参数为0.547nm.(1)根据CaF2晶胞立体图画出CaF2晶胞在(001)面上的投影图;(2)画出CaF2(110)面上的离子陈列简图;(3)正负离子半径之和为多少?解(1)CaF2晶胞在(001)面上的投影图(2)CaF2(110)面上的离子陈列简图(3)正负离子半径之和2-20计算CdI2晶体中的I-及CaTiO3晶体中O2-的电价能否饱和?解:CdI2晶体中Cd2+的配位数CN=6,I-与三个在同一边的Cd2+相连,且I-的配位数CN=3以是,即I-电价饱和CaTiO3晶体中,Ca2+的配位数CN=12,Ti4+的配位数CN=6,O2-的配位数CN=6以是,即O2-电价饱和.2-21(1)画出O2-作面心立方堆积时,各四面体空隙和八面体空隙的所在地位(以一个晶胞为结构基元暗示出来);(2)计算四面体空隙数、八而休空隙数与O2-数之比解(1)略(2)四面体空隙数与O2-数之比为2:1,八面体空隙数与O2-数之比为1:12-22根据电价规则,在上面状况下,空隙内各需填入何种价数的阳离子,并对每一种结构举出—个例子.(1)全部四面体空隙地位均填满;(2)全部八面体空隙地位均填满;(3)填满—半四面体空隙地位;(4)填满—半八面体空隙地位.答:分别为(1)阴阳离子价态比应为1:2如CaF2(2)阴阳离子价态比应为1:1如NaCl(3)阴阳离子价态比应为1:1如ZnS(4)阴阳离子价态比应为1:2如TiO22-23化学手册中给出NH4Cl的密度为1.5g/cm3,X射线数听阐明NH4Cl有两种晶体结构,一种为NaCl型结构,a=0.726nm;另一种为CsCl结构,a=0.387nm.上述密度值是哪一种晶型的?(NH4+离子作为一个单元占据晶体点阵).解:若NH4Cl为NaCl结构则可由公式可得:3若NH4Cl为NaCl结构,则可由公式可得:由计算可知NaCl型结构的NH4Cl与化学手册中给出NH4Cl的密度接近,以是该密度NaCl晶型2-24MnS有三种多晶体,其中两种为NaCl型结构,一种为立方ZnS 型结构,当有立方型ZnS结构变化成NaCl型结构时,体积变更的百分数是多少?已知CN=6时,r Mn2+=0.08nm,r S2-=0.184nm;CN=4时,r Mn2+=0.073nm,r S2-=0.167nm.解:当为立方ZnS型结构时:=当为NaCl型结构时:=2(r Mn2++r S2-以是体积变更:=46.15%2-25钛酸钡是一种紧张的铁电陶瓷,其晶型是钙钛矿结构,试问:(1)属于什么点阵?(2)这个结构中离子的配位数为多少?(3)这个结构服从鲍林规则吗?请作充分讨论.答:(1)属于立方晶系(2)Ba2+、Ti4+和O2-的配位数分别为12、6和6(3)这个结构服从鲍林规则鲍林第一规则——配位多面体规则对于Ti4+配位数为6对于Ba2+配位数为12符合鲍林第一规则鲍林第二规则——电价规则即负离子电荷Z-=则O2-离子电荷=与O2-离子电荷相称,故符合鲍林第二规则,又根据钙钛矿型结构知其配位多面体不存在共棱或共面的状况,结构状况也符合鲍林第四规则——分歧配位体连接方式规则和鲍林第五规则——节约规则以是钙钛矿结构服从鲍林规则.2-26硅酸盐晶体结构有何特点?怎样表征其学式?答:硅酸盐晶体结构非常复杂,但分歧的结构之间具有上面的共同特点:(1)结构中的Si4+离子位于O2-离子构成的四面体中心,构成硅酸盐晶体的基本结构单元[SiO4]四面体.Si-O-Si是一条夹角不等的折线,一样平常在145°左右.(2)[SiO4]四面体的每个顶点,即O2-离子最多只能为两个[SiO4]四面体所共用.(3)两个相邻的[SiO4]四面体之间只能共顶而不克不及共棱或共面连接.(4)[SiO4]四面体中心的Si4+离子可以部分地被Al3+离子所取代,取代后结构本人不发生太大变更,即所谓的同晶取代,但晶体的性子发生了很大的变更.这为材料的改性提供了可能.硅酸盐的化学式表征方法次要有以下两种:(1)氧化物暗示法将构成硅酸盐晶体的全部氧化物按肯定的比例和顺序全部写出来,先是1价的碱金属氧化物,其次是2价、3价的金属氧化物,末了是SiO2(2)无机络合盐暗示法构成硅酸盐晶体的全部离子按肯定的比例和顺序全部写出来,再把相关的络阴离子用中括号括起来即可.先是1价、2价的金属离子,其次是Al3+离子和Si4+离子,末了是O2-离子和OH-离子.氧化物暗示法的优点在于一览无余的反应出晶体的化学组成,可以按此配料来进行晶体的实验室合成.用无机络合盐法则可以比较直观的反应出晶体所属的结构类型,进而可以对晶体结构及性子作出肯定程度的预测.两种暗示方法之间可以互相转换.2-27硅酸盐晶体的分类根据是什么?可分为那几类,每类的结构特点是什么?答:硅酸盐晶体次要是根据[SiO4]在结构中的陈列结合方式来分类,具体可以分为五类:岛状、组群状、链状、层状和架状.结构和组成上的特征见下表:结构类型[SiO4]共用O2-数外形络阴离子团Si:OI岛状0 四面体[SiO4]4-1:4组群状 1222 双四面体三节环四节环六节环[Si2O7]6-[Si3O9]6-[Si4O12]8-[Si6O18]12-2:71:31:31:3链状 22、3 单链双链[Si2O6]4-[Si4O11]6-1:34:11层状 3 立体层[Si4O10]4-4:10架状 4 骨架[SiO4]4-[(Al x Si4-x)O8]x-1:4 1:42-28下列硅酸盐矿物各属何种结构类型:Mg2[SiO4],K[AlSi3O8],CaMg[Si2O6],Mg3[Si4O10](OH)2,Ca2Al[AlSiO7].答:分别为岛状;架状;单链;层状(复网);组群(双四面体).2-29根据Mg2[SiO4]在(100)面的投影图回答:(1)结构中有几种配位多面体,各配位多面体间的连接方式怎样?(2)O2-的电价能否饱和?(3)晶胞的分子数是多少?(4)Si4+和Mg2+所占的四面体空隙和八面体空隙的分数是多少?解:(1)有两种配位多面体,[SiO4],[MgO6],同层的[MgO6]八面体共棱,如59[MgO6]和49[MgO6]共棱75O2-和27O2-,分歧层的[MgO6]八面体共顶,如1[MgO6]和51[MgO6]共顶是22O2-,同层的[MgO6]与[SiO4]共顶,如T[MgO6]和7[SiO4]共顶22O2-,分歧层的[MgO6]与[SiO4]共棱,T[MgO4]共28O2-和28O2-;(2)O2-与3个[MgO6]和1个[SiO4],,以是O2-饱和(3)z=4;(4)Si4+占四面体空隙=1/8,Mg2+占八面体空隙=1/2.2-30石棉矿如透闪石Ca2Mg5[Si4O11](OH)2具有纤维状结晶习性,而滑石Mg3[Si4O10](OH)2却具有片状结晶习性,试解释之.解:透闪石双链结构,链内的Si-O键要比链5的Ca-O、Mg-O键强很多,以是很容易沿链间结合力较弱处劈裂成为纤维状;滑石复网层结构,复网层由两个[SiO4]层和两头的水镁石层结构构成,复网层与复网层之间靠教弱的分之间作用力联系,因分子间力弱,以是易沿分子间力联系处解理成片状.2-31石墨、滑石和高岭石具有层状结构,阐明它们结构的区别及由此惹起的性子上的差别.解:石墨与滑石和高岭石比较,石墨中同层C原子进行SP2杂化,构成大Π键,每一层都是六边形网状结构.由于间隙较大,电子可在同层中运动,可以导电,层间分子间力作用,以是石墨比较软.滑石和高岭石区别次要是滑石是Mg2+取代Al3+的2:1型结构八面体层为三八面体型结构而高岭石为1:1型二八面体结构2-32(1)在硅酸盐晶体中,Al3+为什么能部分置换硅氧骨架中的Si4+;(2)Al3+置换Si4+后,对硅酸盐组成有何影响?(3)用电价规则阐明Al3+置换骨架中的Si4+时,通常不超出一半,否则将使结构不波动.解:(1)Al3+可与O2-构成[AlO4]5-;Al3+与Si4+处于第二周期,性子类似,易于进入硅酸盐晶体结构中与Si4+发生同晶取代,由于遵照鲍林规则,以是只能部分取代;(2)Al3+置换Si4+是部分取代,Al3+取代Si4+时,结构单元[AlSiO4][ASiO5],失往了电中性,有过剩的负电荷,为了坚持电中性,将有一些半径较大而电荷较低的阳离子如K+、Ca2+、Ba2+进入结构中;(3)设Al3+置换了一半的Si4+,则O2-与一个Si4+一个Al3+相连,阳离子静电键强度=3/4×1+4/4×1=7/4,O2-电荷数为-2,二者相差为1/4,若取代超出一半,二者相差必定>1/4,形成结构不波动.第三章答案3-2略.3-2试述位错的基本类型及其特点.解:位错次要有两种:刃型位错和螺型位错.刃型位错特点:滑移方向与位错线垂直,符号⊥,有多余半片原子面.螺型位错特点:滑移方向与位错线平行,与位错线垂直的面不是立体,呈螺施状,称螺型位错.3-3非化学计量化合物有何特点?为什么非化学计量化合物都是n型或p型半导体材料?解:非化学计量化合物的特点:非化学计量化合物发生及缺陷浓度与氛围性子、压力有关;可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体;缺陷浓度与温度有关,这点可以从均衡常数看出;非化学计量化合物都是半导体.由于负离子缺位和间隙正离子使金属离子过剩发生金属离子过剩(n型)半导体,正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩发生负离子过剩(p型)半导体.3-4影响置换型固溶体和间隙型固溶体构成的要素有哪些?解:影响构成置换型固溶体影响要素:(1)离子尺寸:15%规律:1.(R1-R2)/R1>15%不连续.2.<15%连续.3.>40%不克不及构成固熔体.(2)离子价:电价相反,构成连续固熔体.(3)晶体结构要素:基质,杂质结构相反,构成连续固熔体.(4)场强要素.(5)电负性:差值小,构成固熔体.差值大构成化合物.影响构成间隙型固溶体影响要素:(1)杂质质点大小:即添加的原子愈小,易构成固溶体,反之亦然.(2)晶体(基质)结构:离子尺寸是与晶体结构的关系紧密相关的,在肯定程度下去说,结构两头隙的大小起了决定性的作用.一样平常晶体中空隙愈大,结构愈疏松,易构成固溶体.(3)电价要素:外来杂质原子进人世隙时,必定惹起晶体结构中电价的不服衡,这时可以经过生成空位,发生部分取代或离子的价态变更来坚持电价均衡.3-5试分析构成固溶体后对晶体性子的影响.解:影响有:(1)波动晶格,制止某些晶型变化的发生;(2)活化晶格,构成固溶体后,晶格结构有肯定畸变,处于高能量的活化形态,有利于进行化学反应;(3)固溶强化,溶质原子的溶入,使固溶体的强度、硬度降低;(4)构成固溶体后对材料物理性子的影响:固溶体的电学、热学、磁学等物理性子也随成分而连续变更,但一样平常都不是线性关系.固溶体的强度与硬度每每高于各组元,而塑性则较低3-6阐明下列符号的含义:V Na,V Na',V Cl˙,(V Na'V Cl˙),Ca K˙,Ca Ca,Ca i˙˙解:钠原子空位;钠离子空位,带一个单位负电荷;氯离子空位,带一个单位正电荷;最邻近的Na+空位、Cl-空位构成的缔合中心;Ca2+占据K.地位,带一个单位正电荷;Ca原子位于Ca原子地位上;Ca2+处于晶格间隙地位.3-7写出下列缺陷反应式:(l)NaCl溶入CaCl2中构成空位型固溶体;(2)CaCl2溶入NaCl中构成空位型固溶体;(3)NaCl构成肖特基缺陷;(4)Agl构成弗伦克尔缺陷(Ag+进入间隙).解:(1)NaCl Na Ca’+Cl Cl+V Cl·(2)CaCl2CaNa·+2Cl Cl+V Na’(3)O V Na’+V Cl·(4)AgAg V Ag’+Ag i·3,其晶格参数是0.42nm,计算单位晶胞MgO的肖特基缺陷数.解:设有缺陷的MgO晶胞的晶胞分子数为x,晶胞体积V=(4.20)3,x=ρVN0/M=3.96,单位晶胞的肖脱基缺陷数=4-x=0.04.3-9MgO(NaCl型结构)和Li2O(反萤石型结构)均以氧的立方密堆为根底,而且阳离子都在这种陈列的间隙中,但在MgO中次要的点缺陷是肖特基缺陷,而在Li2O中是弗伦克尔型,请解释缘故原由.解:Mg占据四面体空隙,Li占据八面体空隙.3-10MgO晶体的肖特基缺陷生成能为84kJ/mol,计算该晶体1000K和1500K的缺陷浓度.(答:6.4×10-3,3.5×10-2)解:n/N=exp(-E/2RT),R=8.314,T=1000k:n/N=6.4×10-3;T=1500k:n/N=3.5×10-2.3-11非化学计量化合物Fe x O中,Fe3+/Fe2+=0.1,求Fe x O中的空位浓度及x值.(答:2.25×10-5;0.956)解:Fe2O32Fe Fe·+3O O+V Fe’’y2yyFe3+2y Fe2+1-3y O,X=1-y=1-0.0435=0.9565,FeO[V Fe’’]===2.22×10-23-12非化学计量缺陷的浓度与四周氛围的性子、压力大小相关,假如增大四周氧气的分压.非化学计量化合物Fe1-x O及Zn1+x O的密度将发生怎样样的变更?增大还是减小?为什么?解:Zn(g)Zn i·+e’Zn(g)+1/2O2=ZnOZn i·+e’+1/2O2ZnO[ZnO]=[e’]∴PO2[Zni·]ρO2(g)O O+V Fe’’+2h·k=[O O][V Fe’’][h·]/PO21/2=4[OO][V Fe’’]3/PO21/2[V Fe’’]∝PO2-1/6,∴PO2[V Fe’’]ρ3-13对于刃位错和螺位错,区别其位错线方向、伯氏矢量和位错运动方向的特点.解:刃位错:位错线垂直于位错线垂直于位错运动方向;螺位错:位错线平行于位错线平行于位错运动方向.3-14图3-1是晶体二维图形,内含有一个正刃位错和一个负刃位错.(1)围绕两个位错伯格斯回路,末了得伯格斯矢量多少?(2)围绕每个位错分别作伯氏回路,其结果又怎样?解:略.3-15有两个相反符号的刃位错,在同一滑移面上相遇,它们将是排挤还是吸收?解:排挤,张应力堆叠,压应力堆叠.3-16晶界对位错的运动将发生怎样样的影响?能估计吗?解:晶界对位错运动起拦阻作用.3-17晶界有小角度晶界与大角度晶界之分,大角度晶界能用位错的阵列来描绘吗?解:不克不及,在大角度晶界中,原子陈列接近于无序的形态,而位错之间的距离可能只要1、2个原子的大小,不适用于大角度晶界.3-18从化学组成、相组成考虑,试比较固溶体与化合物、机械混合物的不同.固溶体机械混合物化合物构成缘故原由以原子尺寸“溶解”生成粉末混合原子间互相反映生成相数均匀单相多相单相均匀化学计量不服从定比定律服从定比定律化学组成不确定有几种混合物就有多少化学组成确定以AO溶质溶解在B2O3溶剂中为例:比较项固溶体化合物机械混合物化学组成(x=0~2)AB2O4AO+B2O3相组成均匀单相单相两相有界面3-19试阐明固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物三者之间的异同点,列出简明表格比较.解:固溶体、晶格缺陷、非化学计量化合物都是点缺陷,是晶体结构缺陷,都是单相均匀的固体,结构同主晶相.热缺陷——本征缺陷;固溶体——非本征缺陷;分类构成缘故原由构成条件缺陷反应化学式溶解度、缺陷浓度热缺陷肖特基弗伦克尔热崎岖T>0kO+M MM i··+MXMX 只受温度操纵固溶体有限,有限,置换,间隙掺杂溶解大小,电负性,电价,结构无:受温度操纵有:掺杂量<固溶度受温度操纵掺杂量>固溶度受固溶度操纵非化学计量化合物阳缺阴间阴间阴缺环境中氛围性子和压力变更Fe1-x OUO2+x Zn1+x OTiO2-X[h·]∝[]∝[]∝[]∝3-20在面心立方空间点阵中,面心地位的原子数比立方体项角地位的原子数多三倍.原子B溶入A晶格的面心地位中,构成置换型固溶体,其成分应该是A3B呢还是A2B?为什么?解:略.3-21Al2O3在MgO中构成有限固溶体,在低共熔温度1995℃时.约有18wt%Al2O3溶入MgO中,假设MgO单位晶胞尺寸变更可忽略不计.试估计下列状况的密度变更.1)Al3+为填隙离子;2)Al3+为置换离子.解:(a)Al3+为填隙离子:缺陷反应为:(1)固溶式分子式:(b)Al3+为置换离子:缺陷反应为:(2)固溶式分子式:(3)取100g试样为基准:(为摩尔数)(m为摩尔数)∴MgO中固溶18%wt的Al2O3后的分子式为:O3或MgAlO(4)2AlO(5)由(5)式得x=0.137代入(2)(3)式,对(a)有即(b)有设:固溶前后晶胞体积不变,则密度变更为:(,分别代表固溶前后密度)以是,固溶后的密度小于固溶前的密度.3-22对硫铁矿进行化学分析:按分析数据的Fe/S计算,得出两种可能的成分:Fe1-x S和FeS1-x,前者意味着是Fe空位的缺陷结构,后者是Fe被置换.想象用一种实验方法以确定该矿物究竟属哪一类成分?解:Fe1-x S中存在Fe空位,非化学计量,存在h·P型半导体;FeS1-x 中金属离子过剩,存在S2-空位,存在N型半导体;因Fe1-x S、FeS1-x 分属分歧类型半导体,经过实验确定其半导体性子即可.3-23阐明为什么只要置换型固溶体的两个组分之间才能互相完全溶解,而填隙型固溶体则不克不及.解:(1)晶体两头隙地位是有限的,包容杂质质点才能<10%;(2)间隙式固溶体的生成,一样平常都使晶格常数增大,添加到肯定的程度,使晶格变得不波动而离解;置换固溶体构成是同号离子交换地位,不会对接发生影响,以是可构成连续固溶体.3-24对于MgO、Al2O3和Cr2O3,其正、负离子半径比分别为0.47、0.36和0.40,则Al2O3和Al2O3构成连续固溶体.(1)这个结果可能吗?为什么?(2)试估计,在MgO-Cr2O3零碎中的固溶度是有限的还是有限的?为什么?解:(1)Al2O3与Cr2O3能构成连续固溶体,缘故原由:1)结构内型相反,同属于刚玉结构.2)(2)MgO与Cr2O3的固溶度为有限缘故原由:结构类型分歧MgO属于NaCl型结构,Cr2O3属刚玉结构.虽然也不成能构成连续固溶体.3-25某种NiO黑白化学计量的,假如NiO中Ni3+/Ni2+=10-4,问每1m3中有多少载流子?解:设非化学计量化合物为Ni x O,Ni2O32+3+y2yyNi3+2y Ni2+1-3y O Ni3+/Ni2+=2y/(1-3y)=10-x则y=5×10-5,x=1-y=0.99995,Ni每m3中有多少载流子即为空位浓度:[]=y/(1+x)=2.5×10-5.3-26在MgO-Al2O3和PbTiO3-PbZrO3中哪一对构成有限固溶体,哪一对构成有限固溶体,为什么?解:MgO-AL2O3:,即r Mg、r Al半径相差大,MgO(NaCl 型)、AL2O3(刚玉)结构类型不同大,构成有限固溶体;PbTiO3-PbZrO3构成有限固溶体,由于虽然Ti4+、Zr4+半径相差较大(15.28),但都是(ABO3)钙钛矿型结构,Ti4+、Zr4+都添补八面体空隙,该空隙体积较大,可填入的阳离子的半径r值可在肯定范围内变更,而不至于使结构变更.3-27CeO2为萤石结构,其中加入15mol%CaO构成固溶体,测得固溶体密度d3,晶胞参数a=0.5417nm,试经过计算判别生成的是哪一品种型固溶体.已知原子量Ce140.12,Ca40.08,O16.00.解:对于CaO-CeO2固溶体来说,从满足电中性来看,可以构成氧离子空位的固溶体也可构成Ca2+嵌入阴离子间隙中的固溶体,其固溶方程为:对于置换式固溶体有x=0.15,1-x=0.85,2-x=1.85,以是置换式固溶体化学式CaCeO.有由于CeO2属于萤石结构,晶胞分子数Z=4,晶胞中有Ca2+、Ce4+、O2-三种质点.晶胞质量对于间隙固溶体,其化学式Ca2y Ce1-y O2,与已知组成CaCeO相比,O2-分歧,CaCeO CaCeO2∴间隙式固溶体化学式CaCeO2同理可得,接近于d2∴构成间隙固溶体,存在间隙Ca离子第四章答案4-1略.4-2试简述硅酸盐熔体聚合物结构构成的过程和结构特点.解:聚合物的构成是以硅氧四面体为根底单位,组成大小分歧的聚合体.可分为三个阶段:初期:石英的分化,架状[SiO4]断裂,在熔体中构成了各种聚合程度的聚合物.中期:缩聚并伴随变形一样平常链状聚合物易发生围绕Si-O轴转动同时弯曲,层状聚合物使层本人发生褶皱、翘曲、架状聚合物热缺陷增多,同时Si-O-Si键角发生变更.[SiO4]Na4+[Si2O7]Na6——[Si3O10]Na8+Na2O(短键)3[Si3O10]Na8——[Si6O18]Na12+2Na2O(六节环)后期:在肯定工夫和温度范围内,聚合和解聚达到均衡.缩聚释放的Na2O又能进一步腐蚀石英骨架而使其分化出低聚物,云云循环,直到体系达到分化-缩聚均衡为止.4-3试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体.它们的结构有什么分歧?解:利用X射线检测.晶体SiO2——质点在三维空间做有规律的陈列,各向异性.SiO2熔体——外部结构为架状,近程有序,近程无序.SiO2玻璃——各向异性.硅胶——疏松多孔.4-4影响熔体粘度的要素有哪些?试分析一价碱金属氧化物降低硅酸盐熔体粘度的缘故原由.解:(1)影响熔体粘度的次要要素:温度和熔体的组成.碱性氧化物含量添加,剧烈降低粘度.随温度降低,熔体粘度按指数关系递增.(2)通常碱金属氧化物(Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O)能降低熔体粘度.这些正离子由于电荷少、半径大、和O2-的作用力较小,提供了零碎中的“自在氧”而使O/Si比值添加,导致原来硅氧负离子团解聚成较简单的结构单位,因此使活化能减低、粘度变小.4-5熔体粘度在727℃时是107Pa·s,在1156℃时是103Pa·s,在什么温度下它是106Pa·s?解:根据727℃时,η=107Pa·s ,由公式得:(1)1156℃时,η=103Pa·s,由公式得:(2)联立(1),(2)式解得∴A=-6.32,B=13324当η=106Pa·s时,解得t=808.5℃.4-6试述石英晶体、石英熔体、Na2O·2SiO2熔体结构和性子上的区别.石英晶体石英熔体Na2O•2SiO2结构[SiO4]按共顶方式对称有规律有序陈列,近程有序基本结构单元[SiO4]呈架状结构,近程无序基本结构单元[Si6O18]12-呈六节环或八节环,近程无序性子固体无流动性,熔点高,硬度大,导电性差,结构波动,化学波动性好有流动性,η大,电导率大,概况张力大有流动性,η较石英熔体小,电导率大,概况张力大4-7SiO2熔体的粘度在1000℃时为1014Pa·s,在1400℃时为107Pa·s.SiO2玻璃粘滞流动的活化能是多少?上述数据为恒压下获得,若在恒容下获得,你以为活化能会改变吗?为什么?解:(1)根据公式:1000℃时,η=1014Pa·s,T=1000+273=1273K,①1000℃时,η=107Pa·s,T=1400+273=1673K,②联立(1),(2)式解得: 5.27×10-16Pa·s,(2)若在在恒容下获得,活化能不会改变.由于活化能是液体质点作直线运动所必须的能量.它与熔体组成和熔体[SiO4]聚合程度有关.4-8一种熔体在1300℃的粘度是310Pa·s,在800℃是107Pa·s,在1050℃时其粘度为多少?在此温度下急冷能否构成玻璃?解:(1)根据1300℃时,η=310Pa·s,由公式得:①。

材料科学基础 课后习题

材料科学基础 课后习题

课后习题练习题1第一章绪论1.什么叫材料?2.材料科学与工程研究内容是什么?第二章物质结构基础原子结构1.材料结构的含义(层次)是什么?2.原子中一个电子的空间位置和能量可用哪4个量子数决定?3.在多电子的原子中,核外电子排布应遵循哪些原则(3个)?4.何谓同位素?为什么元素的相对原子质量不总为正整数?5.教材p102 题2-246.铬的原子序数为24,共有4种同位素:4.31%的Cr原子含有26个中子,83.76%含有28个中子,9.55%含有29个中子,2.38%含有30个中子,试求铬的相对原子质量。

7.铜原子序数29,相对原子质量63.54,共有两种同位素Cu63和Cu65,试求两同位素之含量百分数。

8.原子间的结合键共有几种?各自特点(饱和性和方向性)如何?练习题2原子有序:晶体结构1.纯铝的晶体为面心立方点阵。

已知铝的相对原子质量Ar(Al)=26.97,原子半径r=0.143nm,求铝晶体的密度。

2.按晶体刚性模型,若球直径不变,当Fe从fcc转变为bcc时,计算其体积膨胀率。

3.教材p102 题2-32 (共8题,每个晶胞中画2个晶向)4.教材p102 题2-335.教材p102 题2-34 (写出密勒指数推算过程)6.教材p102 题2-35 (题中的中括号应当改成小括号;共8题,每个晶胞中画2个晶面)练习题3原子无序:固溶体1.什么叫固溶体?2.根据溶质在点阵中的位置,固溶体有哪些类型?3.影响置换型固溶体形成的因素有哪些?4.Al和Ag都是面心立方结构,Al原子半径0.143 nm, Ag原子半径0.144 nm,试问:Al在Ag中能否形成无限固溶体?为什么?原子无序:晶体缺陷1.晶体缺陷有哪些类型?2.为何说点缺陷是热力学平衡缺陷?3.什么叫位错?位错的基本类型?4.位错能否终止于晶体内部?原子无序:材料中的扩散指出下列概念中的错误(判断和回答为什么)1.如果固溶体中不存在宏观扩散流,则说明原子没有发生迁移。

材料科学概论课后习题及答案

材料科学概论课后习题及答案

一、填空题:1.原子间的键合可分为化学键和物理键两大类。

其中化学键包括离子键、金属键和共价键。

2.铁碳合金可按含碳量来分类,含碳量低于2.11%的为碳钢(含碳量低于0.0218&的为工业纯铁),含碳量大于2.11%的为铸铁。

3.以锌为唯一的或主要的合金元素的铜合金称为黄铜。

4.传统上,陶瓷的概念是指所有以黏土为主要原料与其他天然矿物质原料经过粉碎加工、成型、煅烧等过程而制成的各种制品。

5.按照陶瓷坯体结构不同和坯体致密度不同,把陶瓷制品分为两大类陶器和瓷器。

6.陶瓷的微观结构是指晶体结构类型、对称性、晶格常数、原子排列情况及晶格缺陷等,分析京都可达数挨。

7.陶瓷的显微结构是指在光学显微镜(如金相显微镜、体式显微镜等)或是电子显微镜(SEM/TEM)下观察到的陶瓷内部的组织结构,也就是陶瓷的各种组成(晶相、玻璃相、气相)的形状、大小、种类、数量、分布及晶界状态、宽度等,观察范围为微米数量级。

8.高聚物的静态粘弹性行为表现有蠕变、应力松弛。

9.聚合物在溶液中通常呈无规线团构象,在晶体中呈锯齿形或螺旋形。

10.制作碳纤维的五个阶段分别是拉丝、牵伸、稳定、碳化和石墨化。

11.复合材料通常有三种分类法,分别是增强材料、基体材料、纤维材料。

12.所谓纳米材料,从狭义上说,是有关原子团簇、纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜、纳米碳管和纳米固体材料的总称。

从广义上说,纳米材料是指晶粒或晶界等显微构造等达到纳米尺寸(<100nm)的材料。

13.信息材料是指与信息技术相关,用于信息收集、储存、处理、传输和显示的各类功能材料。

二、名称解释:1.加工硬化:金属随变形程度的增大,强度和硬度上升而塑性和韧性下降的现象。

2.热处理:p673.白口铸铁:p814.玻璃相:p1275.晶体相:p1266.气相:p1287.结构陶瓷:p117 8.功能陶瓷:p118 9.球晶:p164 10.取向:高分子链在特定的情况下,沿特定方向的择优平行排列,聚合物呈各向异性特征。

复旦大学材料科学导论课后习题答案(搭配:石德珂《材料科学基础》教材)(可编辑修改word版)

复旦大学材料科学导论课后习题答案(搭配:石德珂《材料科学基础》教材)(可编辑修改word版)

材料科学导论课后习题答案第一章材料科学概论1.氧化铝既牢固又坚硬且耐磨,但为什么不能用来制造榔头?答:氧化铝脆性较高,且抗震性不佳。

2.将下列材料按金属、陶瓷、聚合物和复合材料进行分类:黄铜、环氧树脂、混泥土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅锡焊料、橡胶、纸杯答:金属:黄铜、镁合金、铅锡焊料;陶瓷:碳化硅;聚合物:环氧树脂、沥青、橡胶、纸杯;复合材料:混泥土、玻璃钢3.下列用品选材时,哪些性能特别重要?答:汽车曲柄:强度,耐冲击韧度,耐磨性,抗疲劳强度;电灯泡灯丝:熔点高,耐高温,电阻大;剪刀:硬度和高耐磨性,足够的强度和冲击韧性;汽车挡风玻璃:透光性,硬度;电视机荧光屏:光学特性,足够的发光亮度。

第二章材料结构的基础知识1.下列电子排列方式中,哪一个是惰性元素、卤族元素、碱族、碱土族元素及过渡金属?(1) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2(2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6(3) 1s2 2s2 2p5(4) 1s2 2s2 2p6 3s2(5) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2(6) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1答:惰性元素:(2);卤族元素:(3);碱族:(6);碱土族:(4);过渡金属:(1),(5)2.稀土族元素电子排列的特点是什么?为什么它们处于周期表的同一空格内?答:稀土族元素的电子在填满6s 态后,先依次填入远离外壳层的4f、5d 层,在此过程中,由于电子层最外层和次外层的电子分布没有变化,这些元素具有几乎相同的化学性质,故处于周期表的同一空格内。

3.描述氢键的本质,什么情况下容易形成氢键?答:氢键本质上与范德华键一样,是靠分子间的偶极吸引力结合在一起。

它是氢原子同时与两个电负性很强、原子半径较小的原子(或原子团)之间的结合所形成的物理键。

当氢原子与一个电负性很强的原子(或原子团)X 结合成分子时,氢原子的一个电子转移至该原子壳层上;分子的氢变成一个裸露的质子,对另外一个电负性较大的原子Y 表现出较强的吸引力,与Y 之间形成氢键。

材科基课后习题答案

材科基课后习题答案

第二章答案2-1略。

2-2(1)一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c,求该晶面的晶面指数;(2)一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c,求出该晶面的晶面指数。

答:(1)h:k:l==3:2:1,∴该晶面的晶面指数为(321);(2)h:k:l=3:2:1,∴该晶面的晶面指数为(321)。

2-3在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数:(001)与[],(111)与[],()与[111],()与[236],(257)与[],(123)与[],(102),(),(),[110],[],[]答:2-4定性描述晶体结构的参量有哪些?定量描述晶体结构的参量又有哪些?答:定性:对称轴、对称中心、晶系、点阵。

定量:晶胞参数。

2-5依据结合力的本质不同,晶体中的键合作用分为哪几类?其特点是什么?答:晶体中的键合作用可分为离子键、共价键、金属键、范德华键和氢键。

离子键的特点是没有方向性和饱和性,结合力很大。

共价键的特点是具有方向性和饱和性,结合力也很大。

金属键是没有方向性和饱和性的的共价键,结合力是离子间的静电库仑力。

范德华键是通过分子力而产生的键合,分子力很弱。

氢键是两个电负性较大的原子相结合形成的键,具有饱和性。

2-6等径球最紧密堆积的空隙有哪两种?一个球的周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙?答:等径球最紧密堆积有六方和面心立方紧密堆积两种,一个球的周围有8个四面体空隙、6个八面体空隙。

2-7n个等径球作最紧密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙?不等径球是如何进行堆积的?答:n个等径球作最紧密堆积时可形成n个八面体空隙、2n个四面体空隙。

不等径球体进行紧密堆积时,可以看成由大球按等径球体紧密堆积后,小球按其大小分别填充到其空隙中,稍大的小球填充八面体空隙,稍小的小球填充四面体空隙,形成不等径球体紧密堆积。

2-8写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。

答:面心立方格子的单位平行六面体上所有结点为:(000)、(001)(100)(101)(110)(010)(011)(111)(0)(0)(0)(1)(1)(1)。

复旦大学材料科学导论课后习题答案搭配石德珂材料科学基础教材

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材料科学导论课后习题答案第一章材料科学概论1.氧化铝既牢固又坚硬且耐磨,但为什么不能用来制造榔头?答:氧化铝脆性较高,且抗震性不佳。

2.将下列材料按金属、陶瓷、聚合物和复合材料进行分类:黄铜、环氧树脂、混泥土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅锡焊料、橡胶、纸杯答:金属:黄铜、镁合金、铅锡焊料;陶瓷:碳化硅;聚合物:环氧树脂、沥青、橡胶、纸杯;复合材料:混泥土、玻璃钢3.下列用品选材时,哪些性能特别重要?答:汽车曲柄:强度,耐冲击韧度,耐磨性,抗疲劳强度;电灯泡灯丝:熔点高,耐高温,电阻大;剪刀:硬度和高耐磨性,足够的强度和冲击韧性;汽车挡风玻璃:透光性,硬度;电视机荧光屏:光学特性,足够的发光亮度。

第二章材料结构的基础知识1.下列电子排列方式中,哪一个是惰性元素、卤族元素、碱族、碱土族元素及过渡金属?(1) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2(2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6(3) 1s2 2s2 2p5(4) 1s2 2s2 2p6 3s2(5) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2(6) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1答:惰性元素:(2);卤族元素:(3);碱族:(6);碱土族:(4);过渡金属:(1),(5)2.稀土族元素电子排列的特点是什么?为什么它们处于周期表的同一空格内?答:稀土族元素的电子在填满6s态后,先依次填入远离外壳层的4f、5d层,在此过程中,由于电子层最外层和次外层的电子分布没有变化,这些元素具有几乎相同的化学性质,故处于周期表的同一空格内。

3.描述氢键的本质,什么情况下容易形成氢键?答:氢键本质上与范德华键一样,是靠分子间的偶极吸引力结合在一起。

它是氢原子同时与两个电负性很强、原子半径较小的原子(或原子团)之间的结合所形成的物理键。

当氢原子与一个电负性很强的原子(或原子团)X结合成分子时,氢原子的一个电子转移至该原子壳层上;分子的氢变成一个裸露的质子,对另外一个电负性较大的原子Y表现出较强的吸引力,与Y之间形成氢键。

石德珂材料科学填空题

石德珂材料科学填空题

《材料科学基础》填空题第一章 材料结构的基本知识1. 原子核外电子的分布与四个量子数有关,且服从下述两个基本原理:泡利不相容原理和最低能量原理2. 原子结合键中一次键(强健)有离子键、共价键、金属键;二次键(弱健)有范德瓦尔斯键、氢键、离子晶体和原子晶体硬度高,脆性大,熔点高、导电性差。

3. 金属晶体导电性、导热性、延展性好,熔点较高。

4. 能量最低的结构称为稳态结构或平衡态结构,能量相对较高的结构则称为亚稳态结构;5. 材料的稳态结构与亚稳态结构由热力学条件和动力学条件共同决定;第二章 材料的晶体结构1、晶体结构中基元就是化学组成相同、空间结构相同、排列取向相同、周围环境相同的基本单元;2、简单立方晶胞中(100)、(110)、(111)晶面中,面间距最小的是(111)面,最大的是(100)面;3、晶面族{100}包含(100)(010)(001)及平行(001)(010)(100)等晶面;4、(100),(210),(110),(2ī0)等构成以[001]为晶带轴的晶带;(01ī),(0ī1),(10ī),(1ī0)等构成以[111] 为晶带轴的晶带; 5、晶体宏观对称元素只有 1,2,3,4,6,1,m ,4等8种是基本的6、金属中常见的晶体结构有面心立方、体心立方、密排六方三种;7、金属密堆积结构中的间隙有四面体间隙和八面体间隙两种类型8、面心立方晶体中1个晶胞内有4个八面体间隙,8个四面体间隙。

9、陶瓷材料是以离子键、共价键以及离子键和共价键的混合键结合在一起;10、硅酸盐的基本结构单元是硅酸根四面体;11、SiO 2中主要化学键为共价键与离子键;12、硅酸盐几种主要结构单元是岛状结构单元、双四面体结构单元、环状结构单元以及链状结构单元、层状结构单元;13、离子晶体中决定正负离子堆积方式的两因数是:电荷大小,满足电中性;正负离子的相对大小;14、陶瓷材料的组成相有玻璃相、气相和结晶相15、上图为离子晶体中稳定和不稳定的配位图形,图为不稳定配位图形第三章高分子材料的结构1. 1. 按照聚合物热行为可将聚合物分为_热固性塑料_和______热塑性塑料____两类。

《材料科学基础》习题及参考答案115页PPT

《材料科学基础》习题及参考答案115页PPT
《材料科学基础》习题及参考答案
36、“不可能”这个字(法语是一个字 ),只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气,不要看破要突 破,不 要嫉妒 要欣赏 ,不要 托延要 积极, 不要心 动要行 动。 38、勤奋,机会,乐观是成功的三要 素。(注 意:传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素,但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出,乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言,没有不变的承 诺,踏 上旅途 ,义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认,才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭,生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍,就是一下子不要学很多。——洛克

材料科学基础课后练习题含答案

材料科学基础课后练习题含答案

材料科学基础课后练习题含答案1. 什么是晶格?晶格是指晶体结构中原子、离子、分子在空间排列有一定的规律,按照特定的对称性排列而形成的空间点阵。

2. 什么是晶体?晶体是指结晶体系中具有高度有序的排列而洛美斯密度一致、呈现清晰晶体面,和具有代表性的晶体内部结构的无穷大固体。

3. 简述晶体结构分类原则晶体结构可以根据原子位置的对称性分为14种布拉维格子,每个布拉维格子又可以对应多种晶体结构类型,例如简单晶体、体心立方、面心立方、钻石晶体等。

4. 什么是晶体缺陷?晶体缺陷是指晶体结构中原子、离子或分子位置不完全精确、规则的现象。

根据缺陷在晶体中的分布情况,可以将晶体缺陷分为线缺陷、点缺陷和面缺陷。

5. 简述热力学条件下晶体生长的三个步骤热力学条件下的晶体生长过程可以分为三个步骤:•核心形成:当过饱和度达到一定值时,就可形成微小的晶核,晶核数量随着过饱和度的增加而增大;•晶体生长:当核心生成后,溶液中的各种离子、分子会沉积在晶核上,促使气 / 液 / 溶液中的原子、离子、分子在晶面上排列组成更完整的晶体结构;•晶体成长:当溶液中的原子、离子、分子全部沉积在晶核上时,晶体成长过程就会停止。

6. 简述表面能的概念和意义表面能是指单位面积内表面上两种不同的物质相互接触时所表现出的相互吸引和相互排斥的能量。

表面能在化学键合、材料表面能、液体表面张力等方面都具有重要的意义。

7. 什么是结晶方向?结晶方向是指晶体的晶体学位置和方向散布,其决定了晶体内部原子、离子、分子排列的方向和空间位置。

8. 简述晶体缺陷的种类晶体缺陷根据出现的位置、性质不同可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。

其中点缺陷包括空位缺陷和杂质原子缺陷,线缺陷包括位错和螺旋差排,面缺陷包括晶界和附加缺陷。

9. 什么是位错?位错是晶体中原子排列从理论完美晶体位置发生的某种不规则畸变,是由于晶体内部发生畸变所产生的一类线缺陷,可分为Edge位错、Screw位错和Mixed位错。

材科基课后习题答案

材科基课后习题答案

第二章答案2-1略。

2-2(1)一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c,求该晶面的晶面指数;(2)一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c,求出该晶面的晶面指数。

答:(1)h:k:l==3:2:1,∴该晶面的晶面指数为(321);(2)h:k:l=3:2:1,∴该晶面的晶面指数为(321)。

2-3在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数:(001)与[],(111)与[],()与[111],()与[236],(257)与[],(123)与[],(102),(),(),[110],[],[]答:2-4定性描述晶体结构的参量有哪些?定量描述晶体结构的参量又有哪些?答:定性:对称轴、对称中心、晶系、点阵。

定量:晶胞参数。

2-5依据结合力的本质不同,晶体中的键合作用分为哪几类?其特点是什么?答:晶体中的键合作用可分为离子键、共价键、金属键、范德华键和氢键。

离子键的特点是没有方向性和饱和性,结合力很大。

共价键的特点是具有方向性和饱和性,结合力也很大。

金属键是没有方向性和饱和性的的共价键,结合力是离子间的静电库仑力。

范德华键是通过分子力而产生的键合,分子力很弱。

氢键是两个电负性较大的原子相结合形成的键,具有饱和性。

2-6等径球最紧密堆积的空隙有哪两种?一个球的周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙?答:等径球最紧密堆积有六方和面心立方紧密堆积两种,一个球的周围有8个四面体空隙、6个八面体空隙。

2-7n个等径球作最紧密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙?不等径球是如何进行堆积的?答:n个等径球作最紧密堆积时可形成n个八面体空隙、2n个四面体空隙。

不等径球体进行紧密堆积时,可以看成由大球按等径球体紧密堆积后,小球按其大小分别填充到其空隙中,稍大的小球填充八面体空隙,稍小的小球填充四面体空隙,形成不等径球体紧密堆积。

2-8写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。

答:面心立方格子的单位平行六面体上所有结点为:(000)、(001)(100)(101)(110)(010)(011)(111)(0)(0)(0)(1)(1)(1)。

材料科学基础习题答案西安交通大学石德珂主编

材料科学基础习题答案西安交通大学石德珂主编

2
2
41
4
221
11
2
0
1
2
1
0
6.
晶面及 {100} {110} {111} 〈100〉 〈110〉 〈111〉 晶向
bcc
1
2
31
2 23
a2
a2
3a 2
a
2a 3a
fcc
2
2 43 1
2
3
a2
a 2 3a2
a
a
3a
密排面指数 密排面原子密度 密排方向指数 密排方向原 子密度
bcc (110)
13.
m V
(35.453 22.99) 4 6.021023 (0.278 2)3 1021
2.26g
/ cm3
14-17不用看 18自己看
第四章
1.850 0C : C1 Aexp(EV kT1) 20 0C :C2 Aexp(EV kT2 )
C1 C2
exp EV k
1 ( T2
8.(1)AB和CD位错线的形状都不变, 但AB的长度缩短b2,CD的长度加b1
(2)AB位错上形成右螺型扭折,EF上 形成左螺型扭折。
9.半径为r1的位错环。10.自己看
11.(1)能,因为能量降低
(2)
b
a 3
111 ,
Frank不全位错
15.

111
面内:a 2
110
a 6
211
(2)在上述切应力作用下,位错线de将 向左(或向右)移动,即沿着与位错线 de垂直的方向(且在滑移面上)移动。 当位错线沿滑移面旋转360度后。在晶体 表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个b的 台阶
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材料科学导论课后习题答案第一章材料科学概论1.氧化铝既牢固又坚硬且耐磨,但为什么不能用来制造榔头?答:氧化铝脆性较高,且抗震性不佳。

2.将下列材料按金属、陶瓷、聚合物和复合材料进行分类:黄铜、环氧树脂、混泥土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅锡焊料、橡胶、纸杯答:金属:黄铜、镁合金、铅锡焊料;陶瓷:碳化硅;聚合物:环氧树脂、沥青、橡胶、纸杯;复合材料:混泥土、玻璃钢3.下列用品选材时,哪些性能特别重要?答:汽车曲柄:强度,耐冲击韧度,耐磨性,抗疲劳强度;电灯泡灯丝:熔点高,耐高温,电阻大;剪刀:硬度和高耐磨性,足够的强度和冲击韧性;汽车挡风玻璃:透光性,硬度;电视机荧光屏:光学特性,足够的发光亮度。

第二章材料结构的基础知识1.下列电子排列方式中,哪一个是惰性元素、卤族元素、碱族、碱土族元素及过渡金属?(1) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2(2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6(3) 1s2 2s2 2p5(4) 1s2 2s2 2p6 3s2(5) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2(6) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1答:惰性元素:(2);卤族元素:(3);碱族:(6);碱土族:(4);过渡金属:(1),(5)2.稀土族元素电子排列的特点是什么?为什么它们处于周期表的同一空格内?答:稀土族元素的电子在填满6s态后,先依次填入远离外壳层的4f、5d层,在此过程中,由于电子层最外层和次外层的电子分布没有变化,这些元素具有几乎相同的化学性质,故处于周期表的同一空格内。

3.描述氢键的本质,什么情况下容易形成氢键?答:氢键本质上与范德华键一样,是靠分子间的偶极吸引力结合在一起。

它是氢原子同时与两个电负性很强、原子半径较小的原子(或原子团)之间的结合所形成的物理键。

当氢原子与一个电负性很强的原子(或原子团)X结合成分子时,氢原子的一个电子转移至该原子壳层上;分子的氢变成一个裸露的质子,对另外一个电负性较大的原子Y表现出较强的吸引力,与Y之间形成氢键。

4.为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高?答:一是金属原子质量大;二是金属键的结合方式没有方向性,原子趋于紧密排列,得到简单的原子排列形态。

离子键和共价键结合的原子,相邻原子的个数受到共价键数目的限制,离子键结合还要满足正、负离子间电荷的平衡,原子不可能紧密堆积,而且存在孔洞缺陷,故金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高。

5.应用公式计算Mg2+O2-离子对的结合键能,以及每摩尔MgO晶体的结合键能。

假设离子半径为r Mg2+=0.065nm;r O2-=0.140nm;n=7。

答:F吸引=−z1z2e24πε0a2=e2πε0(r Mg2++r O2−)2F排斥=−nba n+1=−7b(r Mg2++r O2−)8在平衡时,F吸引=F排斥故e2πε0(r Mg2++r O2−)2=7b(r Mg2++r O2−)8,解得b=9.763×10−87N∙m10晶体的结合键能:E合=−e2πε0a+ba7=−3.85×10−18J转换为每摩尔MgO晶体的结合键能:E0=E合×N A=−2318.5kJ∙mol−16.原子序数为12的Mg有三种同位素:78.70%的Mg原子由12个中子,10.13%的Mg原子由13个中子,11.17%的Mg原子由14个中子,试计算Mg的原子量。

答:78.70%×24+10.13%×25+11.17%×26=24.327.试计算原子N壳层内的最大电子数。

若K,L,M和N壳层中所有能级都被填满,试确定该原子的原子数。

答:N壳层内最大电子数:2×42=321s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p66s2该原子的原子数是708.试写出Al原子13个电子的每个电子的全部量子数。

答:9.材料的三级和四级结构可以通过加工工艺来改变,那么材料的二级结构可以改变吗?为什么?答:原子的结合键是材料的二级结构。

对于单一的材料来说,其价键结构是不可以通过加工工艺来改变的。

但是实际工程应用中,通过一定的加工工艺来改变材料的二级结构,比如金刚石具有共价键,石墨具有共价键和物理键,而石墨等碳质原料和某些金属在高温高压下可以反应生成金刚石,即一定程度上改变了材料的二级结构。

第三章固体材料的晶体学基础1.回答下列问题:(1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向:(001)与[210],(111)与[112̅],(11̅0)与[111],(1̅32)与[123],(3̅2̅2)与[236]。

(2)在立方晶系的一个晶胞中画出(111)和(112)晶面,并写出两晶面交线的晶向指数。

(3)在立方晶系的一个晶胞中画出同时位于(101),(011),(112)晶面上的[111̅]晶向。

答:作图略。

(2)两晶面交线的晶向指数为[11̅0]或[1̅10]。

2.有一正交点阵的a=b,c=a/2。

某晶面在三个晶轴上的截距分别为6个,2个,4个原子间距,求该晶面的密勒指数。

答:(263)3.写出六方晶系的{101̅2}晶面族中所有晶面的密勒指数,在六方晶胞中画出[112̅0]、[11̅01]晶向和(101̅2)晶面,并确定(101̅2)晶面与六方晶胞交线的晶向指数。

答:{101̅2}晶面族中所有晶面的密勒指数为:(101̅2),(1̅012),(11̅02),(1̅102),(011̅2),(01̅12)(101̅2̅),(1̅012̅),(11̅02̅),(1̅102̅),(011̅2̅),(01̅12̅)作图略,(101̅2)晶面与六方晶胞交线的晶向指数为:[1̅21̅0],[12̅10],[4̅223],[42̅2̅3̅],[2̅2̅43],[224̅3̅]4.根据刚性球模型回答下列问题:(1)以点阵常数为单位,计算体心立方、面心立方和密排六方晶体中的原子半径及四面体和八面体的间隙半径。

(2)计算体心立方、面心立方和密排六方晶胞中的原子数、致密度和配位数。

答:5.用密勒指数表示出体心立方、面心立方和密排六方结构中的原子密排面和原子密排方向,并分别计算这些晶面和晶向上的原子密度。

6.求下列晶面的晶面间距,并指出晶面间距最大的晶面。

(1)已知室温下α-Fe的点阵常数为0.286nm,分别求出(100)、(110)、(123)的晶面间距。

(2)已知916℃时γ-Fe的点阵常数为0.365nm,分别求出(100)、(111)、(112)的晶面间距。

(3)已知室温下Mg的点阵常数为a=0.321nm,c=0.521nm,分别求出(112̅0)、(101̅0)、(101̅2)的晶面间距。

答:(1)d100=√12+0+0=0.286nmd110=√12+12+0=0.202nmd123=√12+22+32=0.076nm其中,晶面间距最大的晶面为(100)(2)d110=√12+0+0=0.365nmd111=√12+12+12=0.211nmd112=√12+12+22=0.149nm其中,晶面间距最大的晶面为(110)(3)d112̅0=√3×222a2=0.161nmd101̅0=√43×(1+0+0)/a=0.278nmd101̅2=√3×2a2+(c)2=0.190nm其中,晶面间距最大的晶面为(101̅0)7.已知Na+和Cl-的半径分别为0.097nm和0.181nm,请计算NaCl中钠离子中心到:(1)最近邻离子中心间的距离;(2)最近邻正离子中心间的距离;(3)第二个最近的氯离子中心间的距离;(4)第三个最近的氯离子中心间的距离;(5)它最近的等同位置间的距离。

答:(1) r=r++r-=0.278nm (2) r=√2(r++r−)=0.393nm(3) r=√3(r++r−)=0.482nm(4) r=√5(r++r−)=0.622nm(5) r=√2(r++r−)=0.393nm8.根据NaCl的晶体结构及Na+和Cl-的原子量,计算氯化钠的密度。

答:ρ=mV =(12×14+1)m++(8×18+6×12)m−[2(r++r−)]3=2.26g/cm39.示意画出金刚石型结构的晶胞,说明其中包含有几个原子,并写出各个原子的坐标。

答:作图略,其中包含原子数:18×8+12×6+4=8顶点坐标:(000),(100),(010),(001),(110),(101),(011),(111)(选填一个即可)面心坐标:(12012),(12112),(01212),(11212),(12120),(12121)(选填三个即可)晶胞内坐标:(341414),(141434),(143414),(343434)10.何谓单体、聚合物和链节?它们相互之间有什么关系?请写出以下高分子链节的结构式:聚乙烯;聚氯乙烯;聚丙烯;聚苯乙烯;聚四氟乙烯。

答:单体是合成聚合物的起始原料,是化合物独立存在的基本单元,是单个分子存在的稳定状态。

聚合物是由一种或多种简单低分子化合物聚合而成的相对分子质量很大的化合物。

链节是组成大分子链的特定结构单元。

聚乙烯:[-CH2-CH2-]n; 聚氯乙烯:[-CHCl-CH2-]n; 聚丙烯:[-CHCH3-CH2-]n;聚苯乙烯:[-CHAr-CH2-]n; 聚四氟乙烯:[-CF2-CF2-]n第四章固体材料的晶体缺陷1.纯Cu的空位形成能为1.5aJ/atom,(1aJ=10-18J),将纯Cu加热至850℃后激冷至室温(20℃),若高温下的空位全部保留,试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。

答:C e=Aexp−ukTC e1 C e2=exp(−uk(1T1−1T2))=e2742.空位对材料行为的主要影响是什么?答:首先,材料中原子(或分子)的扩散机制与空位的运动有关。

其次,空位可以造成材料物理性能与力学性能的改变,如密度降低,体积膨胀,电阻增加,强度提高,脆性也更明显,晶体高温下发生蠕变等。

3.某晶体中有一条柏氏矢量为a[001]的位错线,位错线的一端露头于晶体表面,另一端与两条位错线相连接,其中一条柏氏矢量为a2[1̅11],求另一条位错线的柏氏矢量。

答:a[001]− a2[1̅11]=a2[11̅1]4.如附图a所示,试求某一晶格参数为2.5A0的立方金属刃型位错的burgers矢量的Miller指数及其长度。

答:柏氏矢量b⃑垂直于(220),故其Miller指数为[110]|b⃑|=d220=√22+22+02=0.88A05.如附图b所示,写出在FCC金属的(1̅11̅)滑移方向的晶向指数。

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