材料科学基础第四章课后答案

第4章 非晶态结构与性质

一、名词解释 1．熔体与玻璃体：

熔体即具有高熔点的物质的液体。 熔体快速冷却形成玻璃体。 2．聚合与解聚：

聚合：各种低聚物相互作用形成高聚物 解聚：高聚物分化成各种低聚物 3．晶子学说与无规则网络学说：

晶子学说（有序、对称、具有周期性的网络结构）： 1硅酸盐玻璃中含有无数的晶子 2晶子的互相组成取决于玻璃的化学组成

3晶子不同于一般微晶，而是带有晶体变形的有序区域，在晶子中心质点排列较有规律，远离中心则变形程度增大 4晶子分散于无定形物质中，两者没有明显界面

无规则网络学说（无序不对称不具有周期性的网络结构） 1形成玻璃态的物质与晶体结构相类似，形成三维的空间网格结构 2这种网络是离子多面体通过氧桥相连进而向三维空间规则 4．网络形成体与网络变性体：

网络形成体：能够单独形成玻璃的氧化物 网络变性体：不能单独形成玻璃的氧化物 5．桥氧与非桥氧：

桥氧：玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧 非桥氧：玻璃网络中只与一个成网多面体相连的氧

二、填空与选择

1.玻璃的通性为：各向同性、介稳性、由熔融态向玻璃态转化是可逆与渐变的，无固定熔点、

由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度的变化

第4章 非晶态结构与性质

一、名词解释 1．熔体与玻璃体：

熔体即具有高熔点的物质的液体。 熔体快速冷却形成玻璃体。 2．聚合与解聚：

聚合：各种低聚物相互作用形成高聚物 解聚：高聚物分化成各种低聚物 3．晶子学说与无规则网络学说：

晶子学说（有序、对称、具有周期性的网络结构）： 1硅酸盐玻璃中含有无数的晶子 2晶子的互相组成取决于玻璃的化学组成

3晶子不同于一般微晶，而是带有晶体变形的有序区域，在晶子中心质点排列较有规律，远离中心则变形程度增大 4晶子分散于无定形物质中，两者没有明显界面

无规则网络学说（无序不对称不具有周期性的网络结构） 1形成玻璃态的物质与晶体结构相类似，形成三维的空间网格结构 2这种网络是离子多面体通过氧桥相连进而向三维空间规则 4．网络形成体与网络变性体：

网络形成体：能够单独形成玻璃的氧化物 网络变性体：不能单独形成玻璃的氧化物 5．桥氧与非桥氧：

桥氧：玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧 非桥氧：玻璃网络中只与一个成网多面体相连的氧

二、填空与选择

1.玻璃的通性为：各向同性、介稳性、由熔融态向玻璃态转化是可逆与渐变的，无固定熔点、

由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度的变化

第四章 材料的性能 materials property性能决定用途。 本章对材料的力学性能、热性能、 电学、磁学、光学性能以及耐腐蚀 性，复合材料及纳米材料的性能进 行阐述。

4-1 固体材料的力学性能 Mechanical Properties of Solid Materials结构件：力学性能为主 非结构件：力学性能为 辅，但必不可少

mechanical property of materials stress and strain Elastic deformation Modulus Viscoelasticity permanent deformation Strength Fracture

4-1-1 材料的力学状态mechanical states of matrials 1.金属的力学状态A 晶态结构， B 较高的弹性模量 和强度， C 受力开始为弹性 形变，接着一段 塑性形变，然后 断裂， 总变形能很大， D 具有较高的熔点。

某些金属合金 A 呈非晶态合金， B 具有很高的硬度和强度， C 延伸率很低而并不脆。 D 温度升高到玻璃化转变温度以上，粘度明显降低， 发生晶化而失去非晶态结构。

2. 无机非金属的力学状态A 玻璃相熔

第一章

8．计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例

(1)NaF (2)CaO (3)ZnS

解：1、查表得：XNa=0.93,XF=3.98

根据鲍林公式可得NaF中离子键比例为：[1?e共价键比例为：1-90.2%=9.8% 2、同理，CaO中离子键比例为：[1?e共价键比例为：1-77.4%=22.6%

1?(1.00?3.44)241?(0.93?3.98)24]?100%?90.2%

]?100%?77.4%

?1/4(2.58?1.65)23、ZnS中离子键比例为：ZnS中离子键含量?[1?e]?100%?19.44%

共价键比例为：1-19.44%=80.56%

10说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义．说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。

答：结构转变的热力学条件决定转变是否可行，是结构转变的推动力，是转变的必要条件；动力学条件决定转变速度的大小，反映转变过程中阻力的大小。

稳态结构与亚稳态结构之间的关系：两种状态都是物质存在的状态，材料得到的结构是稳态或亚稳态，取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件)，阻力小时得到稳态结构，阻力很大时则得到亚稳态结构。稳态结构能量最低，热力学上最稳定，亚稳态结构能量高，

第六章答案

6-1略。

6-2什么是吉布斯相律？它有什么实际意义？

解：相律是吉布斯根据热力学原理得出的相平衡基本定律，又称吉布斯相律，用于描述达到相平衡时系统中自由度数与组分数和相数之间的关系。一般形式的数学表达式为F＝C－P＋2。其中F为自由度数，C为组分数，P为相数，2代表温度和压力两个变量。应用相率可以很方便地确定平衡体系的自由度数。

6-3固体硫有两种晶型，即单斜硫、斜方硫，因此，硫系统可能有四个相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题？

解：有问题，根据相律，F=C-P+2=1-P+2=3-P，系统平衡时，F=0，则P=3，硫系统只能是三相平衡系统。

图6-1 图6-2

6-4如图6-1是钙长石（CaAl2Si2O）的单元系统相图，请根据相图回解：（1）六方、正交和三斜钙长石的熔点各是多少？（2）三斜和六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的？你是如何判断出来的？（3）正交晶型是热力学稳定态？还是介稳态？

解：（1）六方钙长石熔点约1300℃（B点），正钙长石熔点约1180℃（C点），三斜钙长石的熔点约为1750℃（A点）。

（2）三斜与六方晶型的转变是可逆的。因为六方晶型加热到转变温度会转变

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8．计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例

(1)NaF (2)CaO (3)ZnS

解：1、查表得：XNa=0.93,XF=3.98

根据鲍林公式可得NaF中离子键比例为：[1?e共价键比例为：1-90.2%=9.8% 2、同理，CaO中离子键比例为：[1?e共价键比例为：1-77.4%=22.6%

1?(1.00?3.44)241?(0.93?3.98)24]?100%?90.2%

]?100%?77.4%

23、ZnS中离子键比例为：ZnS中离子键含量?[1?e?1/4(2.58?1.65)]?100%?19.44%

共价键比例为：1-19.44%=80.56%

10说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义．说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。

答：结构转变的热力学条件决定转变是否可行，是结构转变的推动力，是转变的必要条件；动力学条件决定转变速度的大小，反映转变过程中阻力的大小。

稳态结构与亚稳态结构之间的关系：两种状态都是物质存在的状态，材料得到的结构是稳态或亚稳态，取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件)，阻力小时得到稳态结构，阻力很大时则得到亚稳态结构。稳态结构能量最低，热力学上最稳定，亚稳态结构能量高，热

1. 作图表示立方晶体的

晶面及

晶向。

2. 在六方晶体中，绘出以下常见晶向

等。

3. 写出立方晶体中晶面族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等价晶面。 4. 镁的原子堆积密度和所有hcp金属一样，为0.74。试求镁单位晶胞的体积。

已知Mg的密度r=0.161nm。 5. 当CN=6时

离子半径为0.097nm，试问：

，相对原子质量为24.31，原子半径

1) 当CN=4时，其半径为多少？ 2) 当CN=8时，其半径为多少？

6. 试问：在铜（fcc,a=0.361nm）的<100>方向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>

方向,原子的线密度为多少？ 7. 镍为面心立方结构，其原子半径为

（110）及（111）平面上1

。试确定在镍的（100），

中各有多少个原子。

8. 石英的密度为2.65

。试问：

1) 1

中有多少个硅原子（与氧原子）？

2) 当硅与氧的半径分别为0.038nm与0.114nm时，其堆积密度为多少

（假设原子是球形的）？

9. 在800℃时

900

第一章

8．计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例

(1)NaF (2)CaO (3)ZnS

解：1、查表得：XNa=0.93,XF=3.98

根据鲍林公式可得NaF中离子键比例为：[1?e共价键比例为：1-90.2%=9.8% 2、同理，CaO中离子键比例为：[1?e共价键比例为：1-77.4%=22.6%

1?(1.00?3.44)241?(0.93?3.98)24]?100%?90.2%

]?100%?77.4%

?1/4(2.58?1.65)23、ZnS中离子键比例为：ZnS中离子键含量?[1?e]?100%?19.44%

共价键比例为：1-19.44%=80.56%

10说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义．说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。

答：结构转变的热力学条件决定转变是否可行，是结构转变的推动力，是转变的必要条件；动力学条件决定转变速度的大小，反映转变过程中阻力的大小。

稳态结构与亚稳态结构之间的关系：两种状态都是物质存在的状态，材料得到的结构是稳态或亚稳态，取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件)，阻力小时得到稳态结构，阻力很大时则得到亚稳态结构。稳态结构能量最低，热力学上最稳定，亚稳态结构能量高，