西北工业课后答案西北工业大学材料科学与工程.doc

1、1.作图表示立方晶体的 421,03晶面及 346,晶向。2. 在六方晶体中，绘出以下常见晶向 012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3Mg/m74.1，相对原子质量为 24.31，原子半径 r=0.161nm。5. 当 CN=6 时 Na离子半径为 0.097nm，试问：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）的方向及铁(bcc,a=0.286nm) 的方向,

2、 原子的线密度为多少？7. 镍为面心立方结构，其原子半径为 nm1246.0Nir。试确定在镍的（100） ， （110）及（111）平面上 1 2中各有多少个原子。8. 石英 2SiO的密度为 2.65 3Mg/。试问：1) 1 3m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 10个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移动，而在 900时 90个原子中则只有一个原子，试求其激活能（J/原子） 。10. 若将一块铁加热至 850，然后快速冷却到 20。试计算处理前后空位数应增加多少

3、倍（设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为 104600J） 。11. 设图 1-18 所示的立方晶体的滑移面 ABCD 平行于晶体的上、下底面。若该滑移面上有一正方形位错环，如果位错环的各段分别与滑移面各边平行，其柏氏矢量 bAB。1) 有人认为“此位错环运动移出晶体后，滑移面上产生的滑移台阶应为 4 个 b,试问这种看法是否正确？为什么？2) 指出位错环上各段位错线的类型，并画出位错运动出晶体后，滑移方向及滑移量。12. 设图 1-19 所示立方晶体中的滑移面 ABCD 平行于晶体的上、下底面。晶体中有一条位错线 def,段在滑移面上并平行 AB， ef段与滑移面垂直。位错的柏氏矢量 b 与

4、de平行而与 f垂直。试问：1) 欲使 e段位错在 ABCD 滑移面上运动而 不动，应对晶体施加怎样的应力？2) 在上述应力作用下 位错线如何运动？晶体外形如何变化？13. 设面心立方晶体中的 )1(为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为102a。1) 在晶胞中画出柏氏矢量 b 的方向并计算出其大小。2) 在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，并写出此二位错线的晶向指数。14. 判断下列位错反应能否进行。1) ;13260a2) 13) ;24) .10aa15. 若面心立方晶体中有 b=0的单位位错及 b=126a的不全位错，此二位错相遇产生位错反应。1) 问此反应能否进行？为什

5、么？2) 写出合成位错的柏氏矢量，并说明合成位错的类型。16. 若已知某晶体中位错密度376cm/1。1) 由实验测得 F-R 位错源的平均长度为 04，求位错网络中 F-R 位错源的数目。2) 计算具有这种 F-R 位错源的镍晶体发生滑移时所需要的切应力。已知 Ni 的109.7GPa， nm35.a。17. 已知柏氏矢量 b=0.25nm，如果对称倾侧晶界的取向差 =1及 10，求晶界上位错之间的距离。从计算结果可得到什么结论？18. 由 n 个刃型位错组成亚晶界，其晶界取向差为 0.057。设在形成亚晶界之前位错间无交互作用，试问形成亚晶界后，畸变能是原来的多少倍（设 ;10,84brR

6、形成亚晶界后，bDR）？19. 用位错理论证明小角度晶界的晶界能 与位向差 的关系为 ln0A。式中 0和 A 为常数。20. 简单回答下列各题。1) 空间点阵与晶体点阵有何区别？2) 金属的 3 种常见晶体结构中，不能作为一种空间点阵的是哪种结构？3) 原子半径与晶体结构有关。当晶体结构的配位数降低时原子半径如何变化？4) 在晶体中插入柱状半原子面时能否形成位错环？5) 计算位错运动受力的表达式为 bf，其中 是指什么？6) 位错受力后运动方向处处垂直于位错线，在运动过程中是可变的，晶体作相对滑动的方向应是什么方向？7) 位错线上的割阶一般如何形成？8) 界面能最低的界面是什么界面？9) “

7、小角度晶界都是由刃型位错排成墙而构成的”这种说法对吗？有关晶面及晶向附图 2.1 所示。2.见附图 2.2 所示。3 100(100)十(010)+(001)，共 3 个等价面。110(110)十( 10)+(101)+( )+(011)+( 10)，共 6 个等价面。111(111)+( )+( )+( )，共 4 个等价面。 )2(2)( 2共 12 个等价面。 4 单位晶胞的体积为 VCu0.14 nm 3(或 1.410-28m3 5 (1)0.088 nm；(2)0.100 nm。 6 Cu 原子的线密度为 2.77106个原子/mm。Fe 原子的线密度为 3.50106个原子/mm

8、。 7 1.6ll0 13个原子/mm 2；1.14X10 13个原子/mm 2；1.8610 13个原子/mm 2。 8 (1) 5.2910 28个矽原子/m 3； (2) 0.33。 9 9. 0.410 -18/个原子。 10 1.0610 14倍。 11 (1) 这种看法不正确。在位错环运动移出晶体后，滑移面上、下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的。位错环的柏氏矢量为 b，故其相对滑移了一个 b 的距离。(2) AB为右螺型位错，CD为左螺型位错；BC为正刃型位错，DA为负刃型位错。位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量如附图 2.3 所示。 12 (1)应沿滑移面上、下两部分

9、晶体施加一切应力 0，的方向应与 de 位错线平行。(2)在上述切应力作用下，位错线 de 将向左(或右)移动，即沿着与位错线 de 垂直的方向(且在滑移面上)移动。在位错线沿滑移面旋转 360后，在晶体表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个 b 的台阶。13 (1)102ab，其大小为ab2|，其方向见附图 2.4 所示。(2) 位错线方向及指数如附图 2.4 所示。 14 (1) 能。几何条件： b 前 b 后 13；能量条件： b 前 2 3a b 后 21(2) 不能。能量条件： b 前 2 b 后 2，两边能量相等。(3) 不能。几何条件： b 前 a/b557， b 后 a/b111，不

10、能满足。(4) 不能。能量条件： b 前 2a 2 b 后 21(2) b 合 13a；该位错为弗兰克不全位错。 16 (1)假设晶体中位错线互相缠结、互相钉扎，则可能存在的位错源数目10ln个Cm 3。(2) Ni1.9510 7 Pa。 17 当 1，D14 nm；10，D1.4 nm 时，即位错之间仅有 56 个原子间距，此时位错密度太大，说明当 角较大时，该模型已不适用。 18 畸变能是原来的 0.75 倍 (说明形成亚晶界后，位错能量降低)。19 设小角度晶界的结构由刃型位错排列而成，位错间距为 D。晶界的能量 由位错的能量 E 构成，设 l 为位错线的长度，由附图 2.5 可知，E

11、l由位错的能量计算可知， rRGbE02ln)1(4取 RD (超过 D 的地方，应力场相互抵消)，r 0b 和 b/D 代入上式可得：)ln(1ln)(4 02AbEG式中)(020 (1)晶体点阵也称晶体结构，是指原子的具体排列；而空间点阵则是忽略了原子的体积，而把它们抽象为纯几何点。(2) 密排六方结构。(3) 原子半径发生收缩。这是因为原子要尽量保持自己所占的体积不变或少变 原子所占体积 VA原子的体积(4/3r 3+间隙体积，当晶体结构的配位数减小时，即发生间隙体积的增加，若要维持上述方程的平衡，则原子半径必然发生收缩。(4) 不能。因为位错环是通过环内晶体发生滑移、环外晶体不滑移才

12、能形成。(5) 外力在滑移面的滑移方向上的分切应力。(6) 始终是柏氏矢量方向。(7) 位错的交割。(8) 共格界面。(9) 否，扭转晶界就由交叉的同号螺型位错构成。说明间隙固熔体与间隙化合物有什么异同。2. 有序合金的原子排列有何特点？这种排列和结合键有什么关系？为什么许多有序合金在高温下变成无序？3. 已知 Cd,Zn,Sn,Sb 等元素在 Ag 中的固熔度（摩尔分数）极限分别为210/5.4Cdx，2/Znx，210/Snx，2/7Sbx，它们的原子直径分别为 0.3042nm，0.314nm，0.316nm，0.3228nm，Ag 为0.2883nm。试分析其固熔度（摩尔分数）极限差别

13、的原因，并计算它们在固熔度（摩尔分数）极限时的电子浓度。4. 试分析 H、N、C、B 在 Fe 和 Fe 中形成固熔体的类型、存在位置和固溶度（摩尔分数）。各元素的原子半径如下：H 为 0.046nm，N 为 0.071nm，C 为 0.077nm，B 为 0.091nm， Fe 为 0.124nm， Fe 为 0.126 nm。5. 金属间化合物 AlNi 具有 CsCl 型结构，其点阵常数 a=0.2881nm,试计算其密度（Ni 的相对原子质量为 58.71，Al 的相对原子质量为 26.98）。6. ZnS 的密度为 4.1 3Mg/m，试由此计算两离子的中心距离。7. 碳和氮在 Fe

14、 中的最大固熔度（摩尔分数）分别为210/9.8Cx，210/3.Nx。已知 C、N 原子均位于八面体间隙，试分别计算八面体间隙被 C、N 原子占据的百分数。8. 为什么只有置换固熔体的两个组元之间才能无限互溶，而间隙固熔体则不能？9. 计算在 NaCl 内，钠离子的中心与下列各离子中心的距离（设 a和 l的半径分别为 0.097nm 和 0.181nm）。1) 最近邻的正离子；2) 最近邻的离子；3) 次邻近的 -离子；4) 第三邻近的 -Cl离子；5) 最邻近的相同位置。10. 某固熔体中含有氧化镁为2MgO10/3x，2LiF/7x。1) 试问 -2,F,Li之质量分数为多少？2) 假设

15、 MgO 的密度为 3.6 3/cm，LiF 的密度为 2.6 3g/c，那么该固溶体的密度为多少？11. 非晶形材料的理论强度经计算为 G/6G/4，其中 G 为剪切模量。若 =0.25，由其弹性性质试估计玻璃（非晶形材料）的理论强度（已知 E=70000Mpa）。12. 一陶瓷绝缘体在烧结后含有 1（以容积为准）的孔，其孔长为 13.7mm 的立方体。若在制造过程中，粉末可以被压成含有 24的孔，则模子的尺寸应该是多少？13. 一有机化合物，其成分为2C0/.6w，2H10/3.，2O10/6.7w。试写出可能的化合物名称。14. 画出丁醇 OH94的 4 种可能的异构体。15. 一普通聚

16、合物具有 2l作为单体，其平均分子质量为 60000u（取其各元素相对原子质量为 12,C)(Ar1,)(Ar35.)r。1) 求其单体的质量；2) 其聚合度为多少？16. 聚氯乙烯 n)ClH(32被溶在有机溶剂中，设其 C- C 键长为 0.154nm,且链中键的数目 nx2。1) 分子质量为 28500g 的分子，其均方根的长度为多少？2) 如果均方根的长度只有中的一半，则分子质量为多少？17. 一聚合材料含有聚氯乙烯，其 1 个分子中有 900 个单体。如果每一个分子均能被伸展成直线分子，则求此聚合物可得到理论上的最大应变为多少（设 C- C 键中每 1 键长是 0.154nm）？18

17、. 有一共聚物 ABS，每一种的质量分数均相同，则单体的比为多少（A丙烯晴；B丁二烯；S苯乙烯）？19. 尼龙-6 是 25NH)OC(的缩合聚合物。1) 给出此分子的结构。2) 说明缩合聚合是如何发生的。3) 当每摩尔的 2形成时，所放出的能量为多少？已知不同的键： C-O，H-N，C-N，H-O，其键能（kJ/mol）分别为 360，430，305，500。20. 试述硅酸盐结构的基本特点和类型。21. 为什么外界温度的急剧变化可以使许多陶瓷器件开裂或破碎？22. 陶瓷材料中主要结合键是什么？从结合键的角度解释陶瓷材料所具有的特殊性能。其比较如附表 2.1 所示。附表 2.1 间隙固溶体与

18、间隙化合物的比较类 别 间隙固熔体 间隙化合物相 同 点 一般都是由过渡族金属与原子半径较小的 C，N，H，O，B 等非金属元素所组成晶体结构 属于固熔体相，保持熔剂的晶格类型属于金属化合物相，形成不同于其组元的新点阵表达式 用 、 等表示 用化学分子式 MX，M 2X 等表示不同点机械性能 强度、硬度较低，塑性、韧性好 高硬度、高熔点，甥性、韧性差2 有序固熔体，其中各组元原子分别占据各自的布拉菲点阵称为分点阵，整个固熔体就是由各组元的分点阵组成的复杂点阵，也叫超点阵或超结构。这种排列和原子之间的结合能(键)有关。结合能愈大，原子愈不容易结合。如果异类原子间结合能小于同类原子间结合能，即 EAB 0，才有GB0。即只有过冷，才能使G0。动力学条件为液固界面前沿液体的温度 TTm(熔点)，即存在动态过冷。