材料科学基础习题及答案

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第一章 材料的结构

一、解释以下基本概念

空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、第二相强化。

二、填空题

1、材料的键合方式有四类，分别是（ ），（ ），（ ），（ ）。

2、金属原子的特点是最外层电子数（ ），且与原子核引力（ ），因此这些电子极容易脱离原子核的束缚而变成（ ）。

3、我们把原子在物质内部呈（ ）排列的固体物质称为晶体，晶体物质具有以下三个特点，分别是（ ），（ ），（ ）。

4、三种常见的金属晶格分别为（ ），（ ）和（ ）。

5、体心立方晶格中，晶胞原子数为（ ），原子半径与晶格常数的关系为（ ），配位数是（ ），致密度是（ ），密排晶向为（ ），密排晶面为（ ），晶胞中八面体间隙个数为（ ），四面体间隙个数为（ ），具有体心立方晶格的常见金属有（ ）。 6、面心立方晶格中，晶胞原子数为（ ），原子半径与晶格常数的关系为（ ），配位数是（ ），致密度是（ ），密排晶向为（ ），密排晶面为（ ），晶胞中八面体间隙个数为（ ），四面体间隙个数为（ ），具有面心立方晶格的常见金属有（ ）。 7、密排六方晶格中，晶胞原子数为（ ），原子半径与晶格常数的关系为（ ），配位数是（ ），致密度是（ ），密排晶向为（ ），密排晶面为（ ），具有密排六方晶格的常见金属有（ ）。

8、合金的相结构分为两大类，分别是（ ）和（ ）。

9、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为（ ）和（ ），按照固溶度分为（ ）和（ ），按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为（ ）和（ ）。

10、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有（ ）、（ ）、（ ）、（ ）。

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11、金属化合物（中间相）分为以下四类，分别是（ ），（ ），（ ），（ ）。 12、金属化合物（中间相）的性能特点是：熔点（ ）、硬度（ ）、脆性（ ），因此在合金中不作为（ ）相，而是少量存在起到第二相（ ）作用。 13、CuZn、Cu5Zn8、Cu3Sn的电子浓度分别为（ ），（ ），（ ）。

14、如果用M表示金属，用X表示非金属，间隙相的分子式可以写成如下四种形式，分别是（ ），（ ），（ ），（ ）。

15、Fe3C的铁、碳原子比为（ ），碳的重量百分数为（ ），它是（ ）的主要强化相。 三、作图表示出立方晶系（123）、（0

）、（421）等晶面和[

02]、[

11]、[346]等晶向。

四、 立方晶系的{111}晶面构成一个八面体，试作图画出该八面体，并注明各晶面的晶面指数。

五、某晶体的原子位于正方晶格的结点上，其晶格常数a=b， 。今有一晶面在X、

Y、Z坐 标轴上的截距分别为5个原子间距、2个原子间距和3个原子 间距，求该晶面的晶面指数。

六、体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（100）、（110）、（111）晶面的面间距大小，并指出 面间距最大的晶面。

七、已知面心立方晶格的晶格常数为a，试求出（100）、（110）、（111）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。

八、试从面心立方晶格中绘出体心正方晶胞，并求出它的晶格常数。

九、证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633.。

十、试证明面心立方晶格的八面体间隙半径r=0.414R,四面体间隙半径r=0.225R;体心立方晶格的八面体间隙半径;<100>晶向的r=0.154R,<110>晶向的r=0.633R;四面体间隙半径r=0.291R, (R为原子半径)。

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十一、 a）设有一钢球模型，球的直径不变，当由面心立方晶格转变为体心立方晶格时，试计算其体积膨胀。

b）经x射线测定，在912℃时，γ-Fe的晶格常数为0.3633nm, α-Fe的晶格常数为0.2892nm,当由 γ-Fe转变为α-Fe时,试求其体积膨胀,并与a)相比较,说明其差别的原因.。

十二、已知铁和铜在室温下的晶格常数分别为0.286nm和0.3607nm,分别求1cm3中铁和铜的原子数.

十三、试计算体心立方晶格{100}、{110}、{111}等晶面的原子密度和〈100〉、〈110〉、〈111〉等晶向的原子密度，并指出其最密排晶面和最密排晶向。（提示：晶面的原子密度为单位面积上的原子数，晶向的原子密度为单位长度上的原子数。）

十四、试计算面心立方晶格{100}、{110}、{111}等晶面的原子密度和〈100〉、〈110〉、〈111〉等晶向的原子密度，并指出其最密晶面和最密晶向。

十五、求金刚石结构中通过（0，0，0）和（3/4，3/4，1/3）两碳原子的晶向，及与该晶向垂直的晶面。

十六、求（121）与（100）决定的晶带轴与（001）和（111）所决定的晶带轴所构成的晶面的晶面指数。

????111?十七、计算立方系[321]与[120]及（111）与??之间的夹角。

十八、为什么?-Fe的溶碳能力远大于?-Fe的溶碳能力？

第二章 晶体缺陷

一、解释以下基本概念

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肖脱基空位、弗仑克尔空位、位错、刃型位错、螺型位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克-瑞德源、派-纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、共格晶面、非共格晶面、内吸附.

二、填空题

1、按照几何尺寸分类，晶体中存在三种缺陷，分别是（ ），（ ），（ ）。 2、晶体中点缺陷主要表现形式有（ ），（ ）和（ ）。 3、位错有两种基本类型，分别是（ ），（ ）。

4、刃型位错的柏氏矢量与位错线（ ），螺型位错的柏氏矢量与位错线（ ）。 5、柏氏矢量代表晶体滑移的（ ）和（ ），也表示位错线周围（ ）总量的大小。

6、位错的运动有两种，分别是（ ）和（ ），刃型位错的柏氏矢量与其垂直的位错线所构成的平面称为（ ），对于一条刃型位错而言，该面是唯一的，故不可能产生（ ）运动。

7、体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格的单位位错的柏氏矢量分别可表示成（ ）、（ ）和（ ）。

8、面心立方晶体中有两种重要的不全位错，柏氏矢量分别为（ ），（ ）。 9、晶体的面缺陷主要包括（ ），（ ），（ ），（ ）。

10、具有不同结构的两相之间的界面称为（ ），该界面有三种，分别是（ ），（ ）和（ ）。

三.指出下图各段位错的性质,并说明刃型位错部分的多半原子面.

四、如右图,某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为 b的位错环,并受到一均匀切应力τ. (1)分析该位错环各段位错的结构类型. (2)求各段位错线所受的力的大小及方向.

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