《材料科学基础》作业题原子结构与键和

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：Fe2+, Fe3+, Cu+, Ba2+, Br-, S2-。 3、对于K+—Cl-离子对，吸引能EA和排斥能ER分别表示为：

1.436EA??r5.86?10?6ER?r9（提示：净能对原子间距r的微分为0时，r= r0。r的单位为nm） 计算平衡距离r0和结合能E0。4、净能有时可表示为

EN??Cr?Dexp(?)r?其中，r为离子间距，C，D和r为常数。试推出结合能E0对于平衡距离r0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）、SiO2、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（polytetrafluorethy

Ch1 习题及思考题

1． 名词解释

晶体 液晶 非晶体 长程有序 短

程有序 等同点 空间点阵 结构基元 晶体结构 晶体点阵空间格子 布拉菲点阵 单胞(晶胞) 点阵常数 晶系

2． 体心单斜和底心正方是否皆为新点阵？ 3． 绘图说明面心正方点阵可表示为体心正方点阵。

4． 试证明金刚石晶体不是布拉菲点阵，而是复式面心立方点阵。金刚石晶体属于立方晶系，其中碳原子坐标是（000）、（0 1/2 1/2）、（1/2 1/2 0）、（1/2 0 1/2）、（1/4 1/4 1/4）、（3/4 1/4 3/4）、（1/4 3/4 3/4）、（3/4 3/4 1/4）。 5． 求金刚石结构中通过（0，0，0）和（3/4，3/4，1/4）两碳原子的晶向，及与该晶向垂直的晶面。

6． 画出立方晶系中所有的｛110｝和｛111｝。

7． 写出立方晶系中属于｛123｝晶面族的所有晶面和属于〈110〉晶向族的所有晶向。

8． 画出立方晶系中具有下列

《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

2010级材料科学与工程专业金属材料学复习思考题

第1章 钢铁中的合金元素

1-1 人们为什么要开发合金钢？

1-2 合金元素在钢铁材料中的赋存状态有哪几种？ 1-3 什么是奥氏体形成元素？什么是铁素体形成元素？

1-4 铁与合金元素的相图有哪几种基本类型？每一类型各说出3个元素。

1-5 钢铁材料中的合金元素，如硅、锰、铬、钼、钨、钴、镍、钛、铌、钒、铝、氮、铜、磷等，哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe中形成无限固溶体？

1-6 合金元素与晶体缺陷相互作用的形式有哪几种？ 1-7 什么叫做平衡偏析？

1-8 叙述合金元素产生偏聚的机理？

1-9 叙述第二种溶质元素对第一种溶质元素晶界偏聚的影响。

1-10 叙述钢铁中的碳化物、氮化物和硼化物的性质特点，并与其中的结合键相联系。 1-11 钢铁中碳化物结构的复杂性是由什么因素决定的？据此可以将其分为哪两大类？各有什么特点？

1-12 根据合金元素与碳的相互作用，可将其分为哪几类？

1-13 钢铁中常见的碳化物类型主要有六种，例如M2C就是其中的一种，另外还有其它哪5种？哪一种碳化物最不稳定？哪一种最稳定？

1-14 钢中比较重要的金

注意：习题按以下内容结构给出，

加深理解本课程的内容和结构。

绪论

第一篇 材料的原子结构

第一章 材料的原子结构 第二篇 材料的晶体结构与缺陷

第二章 材料的结构 第三章 晶体结构缺陷

第七章 晶态固体材料中的界面 第三篇 材料的组织结构

第五章 相平衡与相图 第四章 晶态固体中的扩散 第六章 材料的凝固 【综合习题】 绪论 一、填空题

1、材料科学主要研究的核心问题是 和 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 ，第二个水平是 ，第三个水平是 。 2. 根据材料的性能特点和用途，材料分为 和 两大类。 根据原子之间的键合特点，材料分为 、 、 和复合材料四大类。 第一篇 材料的原子结构 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 键为主，陶瓷材料（无机非金属材料）以 和 结合键为主，聚合物材料以 和

第一章 晶 体 结 构 基 础

1-1 定义下述术语，并注意它们之间的联系和区别： 晶系；点群；空间群；平移群；空间点阵

1-2 简述晶体的均一性、各向异性、对称性三者的相互关系。 1-3 列表说明七个晶系的对称特点及晶体定向规则。

1-4 四方晶系晶体a＝b，c＝1/2a。一晶面在X、Y．Z轴上的截距分别为2a, 3b和6c。给出该晶面的密勒指数。

1-5 在立方晶系中画出下列晶面：a）（001）b）（110）c）（111） 1-6 在上题所画的晶面上分别标明下列晶向：a(210) b(111) c(101) 1-7 立方晶系组成{111}单形的各晶面构成一个八面体，请给出所有这些晶面的密勒指数。

1-8 试在完整的六方晶系晶胞上画出（1012）晶面的交线及〔1120〕〔2113〕晶向，并列出{1012}晶面族中所有晶面的密勒指数。 1-9 a≠b≠c α=β=γ=90℃的晶体属什么晶系？

a≠b≠c α≠β≠γ≠90℃的晶体属什么晶系？ 你能否据此确定这二种晶体的布拉维点阵？

1-10 下图示正交面心格子中去掉上下底心后的结点排列情况。以图中的形状在三维空间无限重复，能否形成一空间点阵？为什么？

1、极化会对晶体结构产生显著影响，可使键性由（ B ）过渡，最终使晶体结构类型发生变化。

A: 共价键向离子键 B: 离子键向共价键 C: 金属键向共价键 D: 键金属向离子键 2、离子晶体中，由于离子的极化作用，通常使正负离子间的距离（ B ），离子配位数（ ）。

A: 增大，降低 B: 减小，降低 C: 减小，增大 D: 增大，增大 3、氯化钠具有面心立方结构，其晶胞分子数是（ C ）。

A: 5 B: 6 C: 4 D: 3 4、NaCl单位晶胞中的“分子数”为4，Na+填充在Cl-所构成的（ B ）空隙中。

A: 全部四面体 B: 全部八面体 C: 1/2四面体 D: 1/2八面体

5、CsCl单位晶胞中的“分子数”为1，Cs+填充在Cl-所构成的（ C ）空隙中。

A: 全部四面体

第2章 例 题（A）

1. 在面心立方晶胞中画出[012]和[123]晶向。 2. 在面心立方晶胞中画出（012）和（123）晶面。

3. 右图中所画晶面的晶面指数是多少？

4. 设晶面（152）和（034）属六方晶系的正交坐标表述，试给出其四轴坐标的表示。反之，求（1213）及（2112）的正交坐标的表示。

5. （练习），上题中均改为相应晶向指数，求相互转换后结果。

答案：2. (2110) 4. （1562）， （0334）

5. [1322] [1214] （123） （212） [033] [302]

第2章 例题答案(A)

4. （152） t??(u?v)??(1?5)??6?(1562) （034） t??(u?v)??(0?3)??3?(0334) （1213） ? （123） （2112） ? （212） 5. [152]

?(2?1?5)??1?33?11v?(2V?U)?(2?5?1)?3? ??[1322] 33?11t??(U?V)??(1?5)??2?33?w?W?2?u?(2U?V)?11 [034]

?(2?0?3)??1?33?11

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

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，