材料科学基础答案刘智恩第五版

第五章 表面结构与性质习题

5.2 什么叫表面张力和表面能? 在固态下和液态下这两者有何差别? 解：表面张力：扩展物体单位长度的表面所需要的力，或将物体表面增大一个单位面积所需作的功。单位为N/m。

表面能：恒温、恒压、恒组成情况下，每增加单位表面积时，体系自由焓的增量，单位为J/m2。

在液态下，不能承受剪应力，外力所做的功表现为表面积的扩展，因为表面张力与表面能在数值上是一致的；

在固态下，能承受剪切应力，外力的作用表现为表面积的增加和部分的塑性形变，表面张力与表面能在数值上不相等。

5.5 MgO—Al2O3—SiO2系统的低共熔物，放在Si3N4陶瓷片上，在低共溶温度下，液相的表面张力为0.9J/m2，液体与固体的界面能为0.6 J/m2，测得接触角为70.52°，求Si3N4的表面张力。

解：根据Young方程：平衡时，Si3N4固体的表面张力γSV=γSL+γLVcos70.52°，则γSV=0.6+0.9cos70.52 °=0.9J/m2

5.6 什么叫吸附、粘附? 当用焊锡来焊接铜丝时，用锉刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象。

解：吸附是固体表面力场与被吸附分子发生的力场相互作用的结果，发生在固体表面

第五章 表面结构与性质习题

5.2 什么叫表面张力和表面能? 在固态下和液态下这两者有何差别? 解：表面张力：扩展物体单位长度的表面所需要的力，或将物体表面增大一个单位面积所需作的功。单位为N/m。

表面能：恒温、恒压、恒组成情况下，每增加单位表面积时，体系自由焓的增量，单位为J/m2。

在液态下，不能承受剪应力，外力所做的功表现为表面积的扩展，因为表面张力与表面能在数值上是一致的；

在固态下，能承受剪切应力，外力的作用表现为表面积的增加和部分的塑性形变，表面张力与表面能在数值上不相等。

5.5 MgO—Al2O3—SiO2系统的低共熔物，放在Si3N4陶瓷片上，在低共溶温度下，液相的表面张力为0.9J/m2，液体与固体的界面能为0.6 J/m2，测得接触角为70.52°，求Si3N4的表面张力。

解：根据Young方程：平衡时，Si3N4固体的表面张力γSV=γSL+γLVcos70.52°，则γSV=0.6+0.9cos70.52 °=0.9J/m2

5.6 什么叫吸附、粘附? 当用焊锡来焊接铜丝时，用锉刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象。

解：吸附是固体表面力场与被吸附分子发生的力场相互作用的结果，发生在固体表面

第1章 晶体结构

1．在立方晶系中，一晶面在x轴的截距为1，在y轴的截距为1/2，且平行于z 轴，一晶向上某点坐标为x=1/2，y=0，z=1，求出其晶面指数和晶向指数， 并绘图示之。

2．画出立方晶系中下列晶面和晶向：（010），（011），（111），（231），(321)，[010]， [011]，[111]，[231]，[321]。

3．纯铝晶体为面心立方点阵，已知铝的相对原子质量Ar（Al）=27，原子半径r=0.143nm，求铝晶体的密度。

4．何谓晶体？晶体与非晶体有何区别？

5．试举例说明：晶体结构与空间点阵？单位空间格子与空间点阵的关系？ 6．什么叫离子极化？极化对晶体结构有什么影响？ 7．何谓配位数（离子晶体/单质）？ 8．何谓对称操作，对称要素？

9．计算面心立方结构（111）与（100）晶面的面间距及原子密度（原子个数/单位面积）。

10．已知室温下α-Fe（体心）的点阵常数为0.286nm，分别求（100）、（110）、

（123）的晶面间距。

11. 已知室温下γ-Fe（面心）的点阵常数为0.365nm，分别求（100）、（110）、（112）的晶面间距。

12. 已知Cs+半径为0.170nm，

第1章 晶体结构

1．在立方晶系中，一晶面在x轴的截距为1，在y轴的截距为1/2，且平行于z 轴，一晶向上某点坐标为x=1/2，y=0，z=1，求出其晶面指数和晶向指数， 并绘图示之。

2．画出立方晶系中下列晶面和晶向：（010），（011），（111），（231），(321)，[010]， [011]，[111]，[231]，[321]。

3．纯铝晶体为面心立方点阵，已知铝的相对原子质量Ar（Al）=27，原子半径r=0.143nm，求铝晶体的密度。

4．何谓晶体？晶体与非晶体有何区别？

5．试举例说明：晶体结构与空间点阵？单位空间格子与空间点阵的关系？ 6．什么叫离子极化？极化对晶体结构有什么影响？ 7．何谓配位数（离子晶体/单质）？ 8．何谓对称操作，对称要素？

9．计算面心立方结构（111）与（100）晶面的面间距及原子密度（原子个数/单位面积）。

10．已知室温下α-Fe（体心）的点阵常数为0.286nm，分别求（100）、（110）、

（123）的晶面间距。

11. 已知室温下γ-Fe（面心）的点阵常数为0.365nm，分别求（100）、（110）、（112）的晶面间距。

12. 已知Cs+半径为0.170nm，

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 FCC 面间距 BCC {100} a2{110} 2a4{111} 3a3 a22a23a3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.

1

附表1-2 立方

《材料科学基础》

课程设计报告

设计题目 ： 水泥制品的设计 学生姓名 ： 何祥涛 学 号 ： 1020560126

指导老师姓名： 朱国平 所 属 院(系)： 化学生物与材料科学学院 专 业 班 级 ： 材料化学（1）班 课程设计时间 ： 2013 年 1 月 8日

课程设计的总结报告

一．课程设计的基本任务

结合钙铝硅三元相图，通过查阅资料了解水泥生产工艺，设计并确定原料配

方和烧成冷却温度制度。

二．课程设计的基本要求

1．读懂并分析钙铝硅三元相图，尤其是高钙部分。

2．硅酸盐水泥熟料由C2S、C3S、C3A、C4AF四种矿物组成，根据三角形规则，确定配料点。根据你的配料，写出相关析晶过程。 3．常用的水泥生料的主要成分是CaO、Al2O3、SiO2、Fe2O3，因为Fe2O3含量低，并入Al2O3一起考虑，设计水泥材料生料化学组成。 4．查阅相关资料，画出水泥生产工艺流程图。

5．硅酸盐水泥生产所采用的原料是：石灰石、粘土以及校正原料，在报告中提出配料计算大致过程。

6．根据你设计的配料确定烧成和冷却温度制度，并探讨你的烧成和冷却温度制度对你的产品性能可能产生的

第四章

4. 画图并叙述形变过程中位错增殖的机制。 答：课本P341-342 F-R增殖机制

5. 位错具有较高的能量，因此它是不稳定的，除了位错之间能发生交互作用外，还常发生位错反应。请判断下列位错反应能否进行：

?aaa（1）[101]?[121]?[111]

263aaa（2）[112]?[111]?[111]

362答：从几何条件和能量条件两方面来分析。

（1）

?aaa几何条件：反应后[101]?[121]?[111]，与反应前一致，满足几何条件

263

a2a2a22222222能量条件：反应前 ?b?( 1?0?(?1))?((?1)?2?1)?2632a22a22a222反应后 ?b?( 1?1?(?1))??3332此反应既满足能量条件有满足几何条件，故可以进行。

aaa（2）几何条件：反应后[112]?[111]?[111]，与反应前一致，满足几何条件

362 a22a223a22222能量条件：反应前 ?b?( 1?1?2)?(1?1?(?1))?3642a22223a2反应后 ?b?(1?1?1)??反应前

242此反应不满足能量条件，只满足几何条件，故不能进行。

第五章

1. 下图所示为经简化了的铁碳合金相图：

（1）

单项选择题：（每一道题1分） 第1章 原子结构与键合 1. 2. 3.

高分子材料中的C-H化学键属于 c 。

（B）离子键

（C）共价键

属于物理键的是 b 。

（B）范德华力 （B）离子键

（C）氢键 （C）金属键

化学键中通过共用电子对形成的是 a 。 （A）氢键 （A）共价键 （A）共价键 4. 5. 6. 7. 8. 9.

第2章 固体结构

面心立方晶体的致密度为 C 。

（B）68% （B）68% （B）68%

（C）74% （C）74% （C）74%

体心立方晶体的致密度为 B 。 密排六方晶体的致密度为 C 。 以下不具有多晶型性的金属是 a 。

（B）锰

（C）铁

（C）{111} （C）hcp （C）细晶强化

面心立方晶体的孪晶面是 c 。

（B）{110} （B）bcc

fcc、bcc、hcp三种单晶材料中，形变时各向异性行为最显著的是 c 。 （A）100% （A）100% （

学

东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校

课程名称： 材料科学基础（上） 试卷： (A) 考试形式： 闭 卷

A、原子 B、离子 C、几何点 D、分子

3、在SiO2七种晶型转变中，存在两种转变方式：一种为位移转变，另一种为重构转变，位移转变需要的激活能____ 重构转变的激活能。 （ B ） A、大于 B、小于 C、等于

班 授课专业： 材料科学与工程 考试日期：2008年06月25日 试卷：共 4 页

姓 装 订 装 订 线 线 内 不 要 题号 一 二 三 四 五 六 总分 得分 阅卷人 一、 填空题（每空1分，共10分）

1、Cu（原子序号29）的基态电子组态为 1s22s22p63s23p63d104s1 。 2、聚乙烯高分子材料中C—H化学键属于 共价键 。

3、金属的三种常见晶体结构中，密排六方 结构不能称作为一种空间点阵。 4、面心立方晶体的孪晶面是__（111） 。

5、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷是弗伦

材料科学基础思考题

1. 解释下列名词的含义：

晶体:固态下原子或分子在空间呈有序排列，则称之为晶体 非晶体:固态下原子或分子在空间呈无序排列，则称之为非晶体 晶格:用于描述原子在晶体当中排列形式的空间格架（点阵） 晶胞:反映该晶体结构(点阵)的特点的最小组成单元称为晶胞 晶格常数:晶胞的几何特征可以用晶胞的三条棱边长a、b、c和三条棱边之间的夹角α、β、γ等六个参数来描述。称为点阵常数（晶格常数）

致密度:晶胞中包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比称为致密度(也称密排系数)。

晶面指数:实际表示一组原子排列相同的平行晶面。 晶向指数:实际表示一组原子排列相同的平行晶向。

晶体的各向异性:在晶体中, 不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同, 它们之间的结合力的大小也不相同, 因而金属晶体不同方向上的性能不同。这种性质叫做晶体的各向异性。

点缺陷:是指在三维尺度上都很小的, 不超过几个原子直径的缺陷。 线缺陷:指两维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷。 面缺陷:是指二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷

亚晶粒: 在多晶体的每一个小晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小，位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌形成晶粒，称为亚晶粒

亚晶界