材料科学与工程基础第三版答案

3.8 铁具有BCC晶体结构，原子半径为0.124 nm，原子量为55.85

g/mol。计算其密度并与实验值进行比较。 答：BCC结构，其原子半径与晶胞边长之间的关系为：

a = 4R/3 = 4?0.124/1.732 nm = 0.286 nm

V = a3 = (0.286 nm)3 = 0.02334 nm3 = 2.334?10?23 cm3 BCC结构的晶胞含有2个原子，

?其质量为：m = 2?55.85g/(6.023?1023) = 1.855?10?22 g

密度为 ? = 1.855?10?22 g/(2.334?10?23 m3) =7.95g/cm3

3.9 计算铱原子的半径，已知Ir具有FCC晶体结构，密度为22.4

g/cm3，原子量为192.2 g/mol。

答：先求出晶胞边长a，再根据FCC晶体结构中a与原子半径R的

关系求R。FCC晶体结构中一个晶胞中的原子数为4，

? = 4?192.2g/(6.023?1023?a3 cm3) = 22.4g/cm3，求得a = 0.3848 nm

由a = 22R 求得R = 2a/4 = 1.414?0.3848 nm/4 = 0.136 nm 3.10

第三章答案

3-2略。

3-2试述位错的基本类型及其特点。

解：位错主要有两种：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平面，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：非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、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，这点可以从平衡常数看出；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产生金属离子过剩（n型）半导体，正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩产生负离子过剩（p型）半导体。

3-4影响置换型固溶体和间隙型固溶体形成的因素有哪些？

解：影响形成置换型固溶体影响因素：（1）离子尺寸：15%规律：1.（R1-R2）/R1>15%不连续。2.<15%连续。3.>40%不能形成固熔体。（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。（3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。（4）场强因素。（5）电负性：差值小，形成固熔体。差值大形成化合物。

影响形成间隙型固溶体影响因素：（1）杂质质点大

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

中国科学院研究生院材料工程领域全日制

工程硕士研究生培养方案

(2009年7月)

一、培养目标与要求

面向社会需求和科技前沿，培养适应社会主义建设和工程技术发展与创新需要的，掌握材料工程领域相关学科专业基础知识与基本技能，具有创新意识和独立承担并解决工程实际问题能力的开拓型、复合型高层次工程技术和工程管理人才。具体培养要求如下：

1.工程硕士专业学位获得者应较好地掌握马克思主义、毛泽东思想和邓小平理论；拥护党的基本路线和方针、政策；热爱祖国，遵纪守法，具有良好的职业道德和创业精神，积极为我国经济建设和社会发展服务。

2.应具有坚实的必要的材料科学与工程理论基础和系统宽广的专业知识；掌握解决材料科学与工程问题的先进技术方法和现代技术手段；了解本领域的发展动向，具有解决工程问题或从事新材料、新产品、新工艺、新设备的研制和开发的能力；具有独立担负专门技术工作和较强的自我提高的能力，经过实际工作的锻炼，具备高级专业技术职务人员应有素质水平。

3.基本掌握一门外语，能够熟练地阅读专业领域的外文资料。 4.具有必要的管理和市场经济知识。 二、学习年限

实行弹性学制和学分制。学习年限一般为3年，最长不超过4年。 三、课程设置

课程设置原则：课程设置遵循先进

《材料科学基础》 试卷Ⅴ

一、填空题(20分，每空格1分)

1. 相律是在完全平衡状态下，系统的相数、组元数和温度压力之间的关系，是系统的平衡条件的数学表达式： f=C-P+2

2.二元系相图是表示合金系中合金的相 与 温度、成分间关系的图解。

3.晶体的空间点阵分属于 7 大晶系，其中正方晶系点阵常数的特点为a=b≠c,α=β=γ=90°，请列举除立方和正方晶系外其他任意三种晶系的名称三斜、单斜、六方、菱方、正交（任选三种）。

4.合金铸锭的宏观组织包括表层细晶区、柱状晶区 和 中心等轴晶区三部分。 5．在常温和低温下，金属的塑性变形主要是通过 滑移 的方式进行的。此外还有 孪生 和 扭折等方式。

6.成分过冷区从小到大，其固溶体的生长形态分别为 平面状，胞状 和 树枝状。 1．原子扩散的驱动力是：组元的化学势梯度 2．凝固的热力学条件为：过冷度

3. 某金属凝固时的形核功为△G*，其临界晶核界面能为△G，则△G*和△G的关系为△G* =1/3 △G

5．金属液体在凝固时产生临界晶核半径的大小主要取决于过冷度。 6．菲克第一定律表述了稳态扩散的特征，即浓度不随变化。

7. 冷变形金属加热过程中发生回复的驱动力是：冷变形过程中的存储能

《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）

430511班材料科学与工程基础复习资料 仅供参考

材料科学与工程基础

Fundamentals of Materials Science and Engineering

Chapter one 引言 Learning Objectives

1.列出决定材料应用的六种不同性能

Mechanical properties力学性能 Electrical properties电性能 Thermal behavior热性能 Magnetic properties磁性能 Optical properties光性能 Deteriorative characteristics老化特性

2.说明涉及材料设计，生产和利用的四个因素，并简要说明它们之间的相互关系 Processing加工过程—〉Structure组织结构—〉Properties性能（性质）—〉Performance使用性能

结构依赖于加工。 性质决定使用性能。因此它们之间关系是线性的。 3.举出在材料的甄选过程三个标准

A考虑材料的使用条件 B考虑材料使用过程的老化 C优先考虑材料的经济性 4. (a)列出三类主要的固体材料，并说明它们化学特点

metal金属 具特有光泽而不透明（对可见光强烈