材料科学基础习题(2)

第五节 合金，合金系，合金相结构分类 第六节 影响相结构因素，

第七节 固溶体，置换固溶体，间隙固溶体，有限固溶体，无限固溶体，有序固溶体，无

序固溶体，端部固溶体，中间固溶体

第八节 离子化合物的结构类型和特点 第九节 硅酸盐结构的一般特点 （返回目录）

第二章第一次内容及习题

提示

我们可以从不同的学科侧面来观察材料的结构问题。在第一章中，从晶体学的侧面分析了材料的结构，也就是分析了原子的排列（或堆垛）方式、及其规律性。在分析的过程中，不涉及到单个原子的种类和性质。实际上，原子的排列（或堆垛）是依赖于原子之间的键合而实现的，而不同的键合方式是由原子的核外电子分布及其性质所决定的。这是从化学的侧面来分析材料的结构，也是第二章的内容。

本节课的要求

1 掌握波尔理论和波动力学理论对原子核外电子的运动轨道的描述。掌握波粒两相性的基本方程。掌握离子键、共价键、金属键、分子键和氢键的概念，理解结合键与电子分布的关系，理解形成离子键、共价键、金属键、分子键和氢键时键合作用力的来源 2学习完第二章的第一、二、三节，完成习题1～3。

习题

1 简述波尔理论和波动力学理论分别是如何描述原子核外电子的运动轨道。

2 粒子具有波粒二象性，请计算下列粒子的波长。 A， 质量为20g，速度为1000m/s的子弹； B， 质量为10-15kg，速度为0.01m/s的尘埃； C， 质量为9.1×10-31kg，速度为106m/s的电子。

3 何谓结合键；简述离子键、共价键、金属键、分子键和氢键与电子分布的关系；指出形成离子键、共价键、金属键、分子键和氢键时键合作用力的来源。 （返回目录）

第二章第二次内容及习题

提示

原子的排列（或堆垛）是依赖于原子之间的键合而实现的，不同的键合方式是由原子的核外电子分布及其性质所决定的。

一个自由、孤立的原子，其电子的实际分布区域是从靠近原子核起一直分布到无限远。由于电子的能级是确定的，根据测不准，其位置是在空间中散布的。通常以电子出现大几率的区域范围作为原子的半径。

电子的具体分布遵循如下原则：泡利不相容原理、能量最低原理、洪德定则。

对于多电子的原子，它的化学键中真正起作用的是外壳层电子。但是，过渡、稀土与锕系元素的内壳电子也可能起作用。

6 / 38

本节课的要求

1 掌握结合键与晶体结构的关系，掌握合金、合金系、合金相结构的概念，掌握固溶体、化合物的概念和结构特点。

2学习完第二章的第三、四、五节，完成习题4～6。

习题

4 举例说明元素的结构特性是依赖于结合键的，并由此而影响了其性质。（如：石墨的层片状结构是由于碳以共价键结合形成层，层与层以分子键结合，其性质表现为层与层之间易滑移。）指出下述元素的结合键类型和结构类型：铝、硅、砷、碘、α-Fe、镁。

5 何谓合金，简述合金与纯金属的区别。何谓相、单相合金、多相合金。

6 合金相可以分成哪两类。何谓固溶体，何谓化合物。从晶体结构上讲，纯金属、固溶体、化合物之间有何区别。 （返回目录）

第二章第三次内容及习题

提示

金属从结构的角度可以分为纯金属、固溶体和化合物。其中，纯金属由一个组元组成，固溶体和化合物由二个或二个以上的组元组成。固溶体的结构与一个组元（溶剂）的结构相同，化合物的结构与组元的结构都不相同。若固溶体的溶剂为化合物，则这类固溶体称为第二类固溶体，也称为中间固溶体，它的本质是化合物。

本节课的要求

1掌握影响相结构因素，掌握原子半径、负电性、价电子浓度的概念，掌握置换固溶体、间隙固溶体、有限固溶体、无限固溶体、有序固溶体、无序固溶体、端部固溶体、中间固溶体的概念，理解不同固溶体的结构差异。

2学习完第二章的第六、七节，完成习题7～10，课后完成习题11。

习题

7请问影响合金相结构的因素主要有哪几个。 8何谓原子半径、负电性和价电子浓度。

9固溶体可以分成哪几类，说明各类固溶体之间在结构上的差异。 10 （1）钢是由铁和碳元素组成的，请问钢是纯金属还是合金。（2）铁在室温是体心立方，碳（石墨）是六方结构，钢在室温由铁素体和渗碳体组成，其中铁素体是体心立方，铁原子位于阵点，碳原子位于间隙；渗碳体（Fe3C）是正交结构，请问铁素体与渗碳体是固溶体还是化合物，若是固溶体则是哪种固溶体。（3）钢在室温是单相还是多相。

11（课后）说明原子半径、负电性和价电子浓度分别是如何影响合金相结构的。 （返回目录）

第二章第四次内容及习题

提示

陶瓷材料是以各种粘土为主要原料，成形后经高温烧制而成的制品。它是人类制得的第一类经化学变化而成的产品，它的出现比金属材料早得多。

陶瓷材料的特点是熔点高、硬度高、化学稳定性高，因此具有耐高温、耐磨损、耐氧化

7 / 38

和腐蚀，以及质量轻、弹性模量大、强度高等优良性能。

组成陶瓷材料的基本相为：晶相、玻璃相（非晶相）和气相（气孔）。其中，晶相是最主要的组成相。

陶瓷材料是以离子键、共价键以及离子键和共价键的混合键结合在一起的。 离子化合物和硅酸盐是两种重要的陶瓷材料。

本节课的要求

1理解离子化合物的结构类型和特点，理解硅酸盐结构的一般特点 2学习完第二章的第八、九节，完成习题12、13。

习题

12何谓离子化合物，离子化合物有哪些结构类型，其具体的结构是怎样的。 13简述硅酸盐结构的基本特点。 （返回目录）

第三章内容和习题(一)

第一节 理想晶体与晶体缺陷，缺陷种类

第二节 点缺陷种类，空位形成本质，点缺陷平衡浓度，空位种类，点缺陷对性能的影响 第三节 位错与滑移，螺位错，刃位错，混合位错，柏矢量 第四节 螺位错和刃位错的特征，应变能，线张力，位错线受力 第五节 滑移，攀移，割界，应力集中

第六节 位错反应，全位错，不全位错，扩展位错 第七节 晶界，亚晶界，相界，共格界，孪晶界

提示：

晶格的周期性，也称为平移对称性。所谓平移对称性，就是晶格中的点阵经过平移后，可以获得完全的重复。

本节课的要求

1 理解理想晶体与缺陷的概念，掌握缺陷的种类。掌握点缺陷的概念及其结构特点，理解空位形成的本质，理解点缺陷对晶体性能的影响。 2学习第三章的第一、二节，完成习题1～3。

习题

1 何谓理想晶体，何谓晶体缺陷

2 缺陷可以分为几类？对每一类缺陷说出一种具体的缺陷名称。 3 点缺陷的存在，对晶体结构将造成怎样的影响？对晶体的性能将造成怎样的影响？形成点缺陷的驱动力是什么？ （返回目录）

第三章内容和习题(二)

提示：

点缺陷是一种热力学平衡缺陷，也就是说，在一定的温度下，点缺陷的数目是一定的。可以定性地进行分析：从热力学上来说，在一定的温度下，随点缺陷数目增加，晶体结构的畸变增加，导致系统自由能增加。另一方面，随点缺陷数目增加，系统的熵值增加，导致系统的自由能下降。当增加的自由能与下降的自由能相等时，系统达到平衡。显然，这时所对应的点缺陷数目是一定的。所以，从平衡的角度来说，在一定的温度下，点缺陷的数目是一定的。

点缺陷的存在，对晶体结构造成影响，从而对晶体的性能也会造成影响。这又是一个结构与性能之间存在关系的例子。

8 / 38

位错是晶体中最为常见的缺陷之一，它对晶体材料的各种性质都有程度不同的影响，很早就被人们关注和研究，有了比较成熟的理论和大量的实验研究结果，是本章的重点。

本节课的要求

1 掌握空位的分类，掌握点缺陷的平衡浓度概念及其计算。掌握位错的分类及其结构特点，掌握柏矢量的物理意义及其求法。

2学习第三章的第三节，完成习题4～7。

习题

4 何谓肖脱基空位、弗仑克尔空位、点缺陷的平衡浓度 5 已知铁的空位形成能为104.6kJ/mol。试问，（1）从20℃加热到850℃，空位的数目将增加多少倍？（2）若将加热后的铁快速淬冷到20℃，这些“额外”的空位会消失吗？ 6 简述：位错概念是在怎样的情况下被提出的，位错概念的提出首先解决了什么问题。 7 位错有哪两种类型，简述它们的几何特点。 8 （1）请说明柏氏矢量的物理意义。（2）先在一个简单立方（点阵常数为a）的二维晶格中画出一个正刃型位错，再用柏氏回路求出正刃型位错的柏氏矢量，并具体写出柏氏矢量的方向和大小。 （返回目录）

第三章内容和习题（三）

提示：

人们发现，经塑性变形的晶体的表面存在大量的台阶，提出塑性变形是通过晶体的滑移来实现的，计算了晶体发生整体滑移所需的临界分切应力，发现其值与实测值相差很大，由此提出设想：晶体可能是借助于位错的运动，通过逐步滑移来实现塑性变形的。经计算，位错运动所需的临界分切应力与实测值很接近，从而间接地证明了晶体中可能有位错的存在，直至几十年后，人们通过电子显微镜，才真正证明了位错的存在。

位错的提出，一方面解决了理论强度与实验值的差异，同时也对塑性变形过程提出了见解：当一个位错在切应力的作用下滑移出晶体时，就在晶体的表面出现一个台阶，台阶的宽度就是一个柏矢量。当有许多位错滑移出晶体时，晶体就发生了宏观的塑性变形。

正、负刃型位错的区别是多余半原子面的位置，左、右螺型位错的区别是螺旋方向的不同。位错的本质是原子的畸变区，这一区域的横截面仅有几个原子的尺寸，区域的长度是非常多的原子尺寸，所以为线缺陷。由于位错是原子的畸变区，所以，位错的存在，导致了体系能量的升高。

本节课的要求

1 进一步理解位错的结构特点，进一步理解柏矢量的求法，掌握位错的应变能、线张力的概念及其表示方法，了解用位错的应变能进行位错运动趋势分析的方法。

2 先完成上次的习题，再学习第三章的第三、四、五节，其中的第四节从第15页开始学习，15页前的内容，有兴趣的同学自己看。完成习题9～14。

习题

9 判断图（1）中螺旋的方向（是右螺旋还是左螺旋）。

9 / 38

10 判断图中为何位错，求图（2）中位错的柏矢量（为简单立方晶胞，点阵常数为a）。

11 求图（3）中位错的柏矢量（为简单立方晶胞，点阵常数为a）。

12 何谓位错的应变能。位错是热力学平衡缺陷还是不平衡缺陷。 13 何谓位错的线张力，其估算值为多少。

14当两个位错相遇时，定性地判断：同号位错将如何，异号位错将如何。（课后：请从应变能的角度对此进行判断。） （返回目录）

第三章内容和习题(四)

提示：

正、负刃型位错的区别是多余半原子面的位置，左、右螺型位错的区别是螺旋方向的不同。位错的本质是原子的畸变区，这一区域的横截面仅有几个原子的尺寸，区域的长度是非常多的原子尺寸，所以为线缺陷。由于位错是原子的畸变区，所以，位错的存在，导致了体系能量的升高。

本节课的要求

1进一步理解位错的结构特点，掌握位错的标注方法，理解位错周围原子的应力状态及其与溶质原子的交互作用。

2再次学习第三章的第四、五节，完成习题15~18。

习题

15 请简要的说明：（1）位错是一种线缺陷，（2）缺陷的存在，一般是使体系的能量上升还

10 / 38

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说教育文库材料科学基础习题(2)在线全文阅读。