材料化学习题集

面心立方（100）面 面心立方（110）面 面心立方（111）面 12.各类晶体的配位数（最近邻原子数）是多少？ 解：7种典型的晶体结构的配位数如下表1.1所示：

晶体结构 面心立方

12

六角密积 体心立方 简立方

8 6

氯化铯型结构 金刚石型结构

8 4

氯化钠型结构

6

配位数

晶体结构

配位数

13、MgO和CaO同属NaCl型结构，而它们与水作用时则CaO要比MgO活泼，试解释之。 解：rMg2+与rCa2+不同，rCa2+> rMg2+，使CaO结构较MgO疏松，H2O易于进入，所以活泼。 14、什么是肖特基缺陷、弗兰克尔缺陷？他们属于何种缺陷，发生缺陷时位置数是否发生变化？ 答：肖特基缺陷：晶体的结构基元，从正常的结点位置上位移到晶体的表面而正常位置上出 现了空位，这种缺陷即是。位置数增殖，体积增大。

弗兰克尔缺陷：晶体结构中的结构基元，从正常的结点位置上位移到晶体的间隙位置上，而正常位置上出现了空位，这种缺陷即是。位置数不增殖，体积不增大。

15、试述晶体结构中点缺陷的类型。以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号。试举例写出CaCl2中Ca2+置换KCl中K+或进入到KCl间隙中去的两种点缺陷反应表示式。

解：晶体结构中的点缺陷类型共分：间隙原子、空位和杂质原子等三种。在MX晶体中，间隙原子的表示符号为MI或XI；空位缺陷的表示符号为：VM或VX。如果进入MX晶体的杂质原子是A，则其表示符号可写成：AM或AX（取代式）以及Ai（间隙式）。

当CaCl2中Ca2+置换KCl中K+而出现点缺陷，其缺陷反应式如下： CaCl2

+

+2ClCl

CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为：

CaCl2+2 +2ClCl

16 、说明为什么只有置换型固溶体的两个组份之间才能相互完全溶解，而填隙型固溶体则不能。 （1）晶体中间隙位置是有限的，容纳杂质质点能力≤10%；（2）间隙式固溶体的生成，一般都使晶格常数增大，增加到一定的程度，使晶格变得不稳定而离解；置换固溶体形成是同号离子交换位置，不会对接产生影响，所以可形成连续固溶体。

17、说明影响置换型固溶体形成的因素有哪些?

答: 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。

18、石棉矿如透闪石Ca2Mg5[Si4O11](OH)2具有纤维状结晶习性，而滑石Mg2[Si4O10](OH)2却具有片状结晶习性，试解释之。

解：透闪石双链结构，链内的Si-O键要比链5的Ca-O、Mg-O键强很多，所以很容易沿链间结合力较弱处劈裂成为纤维状；滑石复网层结构，复网层由两个[SiO4]层和中间的水镁石层结构构成，复网层与复网层之间靠教弱的分之间作用力联系，因分子间力 弱，所以易沿分子间力联系处解理成片状。

19、根据Mg2[SiO4]在(110)面的投影图回答：

(1) 结构中有几种配位多面体，各配位多面体间的连接方式怎样? (2) O2-的电价是否饱和? (3) 晶胞的分子数是多少?

(4) Si4+和Mg2+所占的四面体空隙和八面体空隙的分数是多少?

解：（1）有两种配位多面体，[SiO4]，[MgO6]，同层的[MgO6]八面体共棱，如59[MgO6] 和49[MgO6]共棱75O2-和27O2-，不同层的[MgO6]八面体共顶，如1[MgO6]和51[MgO6]共顶是22O2-，同层的[MgO6]与[SiO4]共顶，如T[MgO6]和7[SiO4]共顶22O2-，不同层的[MgO6]与[SiO4]共棱，T[MgO6]和43[SiO4]共28O2-和28O2-；

（3）

z=4；

（4）Si4+占四面体空隙=1/8，Mg2+占八面体空隙=1/2。

20、下列硅酸盐矿物各属何种结构类型：

Mg2[SiO4]，K[AISi3O8]，CaMg[Si2O6]， Mg3[Si4O10](OH)2，Ca2Al[AlSiO7]。 解：岛状；架状；单链；层状（复网）；组群（双四面体）。

21、X射线与物质相互作用时，产生哪两种散射？各有什么特点？哪种散射适用于X射线衍射分析？什么方向是晶体对X射线的衍射方向？

答：相干散射、非相干散射。

相干散射：振动频率与入射X射线的相同，这些散射波之间符合振动方向相同、频率相同、位相差恒定的光的干涉条件。适用于X射线衍射分析。

非相干散射：X射线波长增长并与原方向偏离2θ角，散布于空间各个方向的量子散射波与入射波的波长不相同，位相也不存在确定的关系。入射波长越短，被照射物质元素越轻。不能参与晶体对X射线的衍射。

22什么是K?射线？什么是Kβ射线？这两种射线中哪种射线强度大？哪种射线波长短？X射线衍射用的是哪种射线？为什么K?射线中包含K?1 和K?2？

答：①K?是L壳层中的电子跳入K层空位时发出的X射线。 ②K?射线是M壳层中的电子跳入K层空位时发出的X射线。

③Kα比Kβ强度大，因为L层电子跳入K层空位的几率比M层电子跳入K层空位的几率大。

④K?波长短；X射线衍射用的是K?射线；K?射线是由K?1和K?2组成，它们分别是电子从LIII和LII子能级跳入K层空位时产生的。

23什么是布拉格角？什么是衍射角？写出布拉格方程的表达式并阐明其含义。对方程中的主要参数的范围确定进行讨论。

①布拉格角：?、入射线与晶面交角 ②衍射角：2?、入射线与衍射线的交角。

?n?dsin?n③由衍射条件：?，形成干涉、衍射线，即：2布拉格方程

24晶体使X射线产生衍射的充分条件是什么？什么是系统消光？ 答：充分条件是同时满足布拉格方程和结构因子FHKL≠0。

系统消光：把由于FHKL=0而使衍射线有规律消失的现象称为系统消光。

25简述在现代材料研究中，X射线衍射（XRD）实验方法在材料研究中有那些主要应用。

答：目前X射线衍射(包括散射)已经成为研究晶体物质和某些非晶态物质微观结构的有效方法。在金属中的主要应用有以下方面：

1）物相分析 是 X射线衍射在金属中用得最多的方面，分定性分析和定量分析。

2）精密测定点阵参数 常用于相图的固态溶解度曲线的测定。另外点阵常数的精密测定可得到单位晶胞原子数，从而确定固溶体类型；还可以计算出密度、膨胀系数等有用的物理常数。 3）取向分析 包括测定单晶取向和多晶的结构（见择优取向）。测定硅钢片的取向就是一例。另外，为研究金属的范性形变过程，如孪生、滑移、滑移面的转动等，也与取向的测定有关。 4）晶粒（嵌镶块）大小和微观应力的测定 由衍射花样的形状和强度可计算晶粒和微应力的大小。在形变和热处理过程中这两者有明显变化，它直接影响材料的性能。

5）宏观应力的测定 宏观残留应力的方向和大小，直接影响机器零件的使用寿命。利用测量点阵平面在不同方向上的间距的变化，可计算出残留应力的大小和方向。

6）对晶体结构不完整性的研究 包括对层错、位错、原子静态或动态地偏离平衡位置，短程有序，原子偏聚等方面的研究（见晶体缺陷）。

7）合金相变 包括脱溶、有序无序转变、母相新相的晶体学关系，等等。

8）结构分析 对新发现的合金相进行测定，确定点阵类型、点阵参数、对称性、原子位置等晶体学数据。

9）液态金属和非晶态金属 研究非晶态金属和液态金属结构，如测定近程序参量、配位数等。

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