材料科学基础答案张晓燕

第1章 习题解答

1-1 解释下列基本概念

金属键，离子键，共价键，范德华力，氢键，晶体，非晶体，理想晶体，单晶体，多晶体，晶体结构，空间点阵，阵点，晶胞，7个晶系，14种布拉菲点阵，晶向指数，晶面指数，晶向族，晶面族，晶带，晶带轴，晶带定理，晶面间距，面心立方，体心立方，密排立方，多晶型性，同素异构体，点阵常数，晶胞原子数，配位数，致密度，四面体间隙，八面体间隙，点缺陷，线缺陷，面缺陷，空位，间隙原子，肖脱基缺陷，弗兰克尔缺陷，点缺陷的平衡浓度，热缺陷，过饱和点缺陷，刃型位错，螺型位错，混合位错，柏氏回路，柏氏矢量，位错的应力场，位错的应变能，位错密度，晶界，亚晶界，小角度晶界，大角度晶界，对称倾斜晶界，不对称倾斜晶界，扭转晶界，晶界能，孪晶界，相界，共格相界，半共格相界，错配度，非共格相界（略）

1-2 原子间的结合键共有几种？各自特点如何？ 答：原子间的键合方式及其特点见下表。

类 型 离子键 共价键 金属键 分子键 氢 键

特 点

以离子为结合单位，无方向性和饱和性 共用电子对，有方向性键和饱和性 电子的共有化，无方向性键和饱和性

借助瞬时电偶极矩的感应作用，无方向性和饱和性 依靠氢桥有方向性和饱和性

1-3 问什么四方

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1章 习题解答

1-1 解释下列基本概念

金属键，离子键，共价键，范德华力，氢键，晶体，非晶体，理想晶体，单晶体，多晶体，晶体结构，空间点阵，阵点，晶胞，7个晶系，14种布拉菲点阵，晶向指数，晶面指数，晶向族，晶面族，晶带，晶带轴，晶带定理，晶面间距，面心立方，体心立方，密排立方，多晶型性，同素异构体，点阵常数，晶胞原子数，配位数，致密度，四面体间隙，八面体间隙，点缺陷，线缺陷，面缺陷，空位，间隙原子，肖脱基缺陷，弗兰克尔缺陷，点缺陷的平衡浓度，热缺陷，过饱和点缺陷，刃型位错，螺型位错，混合位错，柏氏回路，柏氏矢量，位错的应力场，位错的应变能，位错密度，晶界，亚晶界，小角度晶界，大角度晶界，对称倾斜晶界，不对称倾斜晶界，扭转晶界，晶界能，孪晶界，相界，共格相界，半共格相界，错配度，非共格相界（略）

1-2 原子间的结合键共有几种？各自特点如何？ 答：原子间的键合方式及其特点见下表。

类 型 离子键 共价键 金属键 分子键 氢 键

特 点

以离子为结合单位，无方向性和饱和性 共用电子对，有方向性键和饱和性 电子的共有化，无方向性键和饱和性

借助瞬时电偶极矩的感应作用，无方向性和饱和性 依靠氢桥有方向性和饱和性

1-3 问什么四方

《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

材料科学基础试卷(一)

一、概念辨析题（说明下列各组概念的异同。任选六题，每小题3分，共18分）

1 晶体结构与空间点阵 2 热加工与冷加工 3 上坡扩散与下坡扩散

4 间隙固溶体与间隙化合物 5 相与组织 6 交滑移与多滑移

7 金属键与共价键 8 全位错与不全位错 9 共晶转变与共析转变

二、画图题（任选两题。每题6分，共12分）

1 在一个简单立方晶胞内画出［010］、［120］、［210］晶向和（110）、（112）晶面。

2 画出成分过冷形成原理示意图（至少画出三个图）。

3 综合画出冷变形金属在加热时的组织变化示意图和晶粒大小、内应力、强度和塑性变化趋势图。

4 以“固溶体中溶质原子的作用”为主线，用框图法建立与其相关的各章内容之间的联系。

三、简答题（任选6题，回答要点。每题5分，共 30 分） 1 在点阵中选取晶胞的原则有哪些？

2 简述柏氏矢量的物理意义与应用。 3 二元相图中有哪些几何规律？

4 如何根据三元相图中的垂直截面图和液相单变量线判断四相反应类型？ 5 材料结晶的必要条件有哪些？ 6 细化材料铸态晶粒的措施有哪些？

7 简述共晶系合金的不平