1、材料科学基础课后答案章第 一 章8计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例(1)NaF(2)CaO(3)ZnS解： 1、查表得： XNa=0.93,X F=3.98根据鲍林公式可得 NaF 中离子键比例为： 11(0.933.98) 2100%90.2%e 4共价键比例为： 1-90.2%=9.8%1(1.003.44) 2100%77.4%2、同理， CaO中离子键比例为： 1 e 4共价键比例为： 1-77.4%=22.6%3、ZnS 中离子键比例为： ZnS中离子键含量 1e 1/ 4(2.581.65) 2100%19.44%共价键比例为： 1-19.44%=80.56%10说明结构转变
2、的热力学条件与动力学条件的意义说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。答：结构转变的热力学条件决定转变是否可行，是结构转变的推动力，是转变的必要条件；动力学条件决定转变速度的大小，反映转变过程中阻力的大小。稳态结构与亚稳态结构之间的关系：两种状态都是物质存在的状态，材料得到的结构是稳态或亚稳态， 取决于转交过程的推动力和阻力 ( 即热力学条件和动力学条件 ) ，阻力小时得到稳态结构，阻力很大时则得到亚稳态结构。稳态结构能量最低，热力学上最稳定，亚稳态结构能量高，热力学上不稳定，但向稳定结构转变速度慢，能保持相对稳定甚至长期存在。但在一定条件下，亚稳态结构向稳态结构转变。第二章1回答下列问题：(1)
3、在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向：(001 ）与 210 ，(111 ）与 112 ， (110) 与 111, (132) 与123, (322) 与 236 (2)在立方晶系的一个晶胞中画出（ 111) 和（ 112) 晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。(3) 在立方晶系的一个晶胞中画出同时位于（101).(011)和（ 112) 晶面上的 111 晶向。( 110) 12311111 2(13 2)( 111)(001)210(101)( 011)(101)( 0 11)(101)( 101)(111) 236( 112)( 112)(112)( 322)1 10( 1
4、12) 111111 111解： 1、2有一正交点阵的 a=b,c=a/2 。某晶面在三个晶轴上的截距分别为6个、2个和 4个原子间距，求该晶面的密勒指数。3立方晶系的 111,1110,123 ）晶面族各包括多少晶面？写出它们的密勒指数。4写出六方晶系的 1012 晶面族中所有晶面的密勒指数，在六方晶胞中画出1120 、1101 晶向和 (1012)晶面，并确定 (1012) 晶面与六方晶胞交线的晶向指数。5根据刚性球模型回答下列问题：(1)以点阵常数为单位， 计算体心立方、 面心立方和密排六方晶体中的原子半径及四面体和八面体的间隙半径。(2 ）计算体心立方、面心立方和密排六方晶胞中的原子数
5、、致密度和配位数。6用密勒指数表示出体心立方、面心立方和密排六方结构中的原子密排面和原子密排方向，并分别计算这些晶面和晶向上的原子密度。解： 1、体心立方141密排面： 110 ，原子密度：2a241.414a 2密排方向： ，原子密度：21.15a 13a2、面心立方密排面： 111 ，原子密度：1231312362.3a2( 2a)(2a)2密排方向： ，原子密度：21.414a 13、密排六方2a611密排面： 0001 ，原子密度：31.15a 261 a3 a22密排方向： 1120 ，原子密度：2a 12a7求下列晶面的晶面间距，并指出晶面间距最大的晶面：(1 ）已知室温下 -Fe
6、 的点阵常数为0.286nm，分别求出（ 100),(110),(123）的晶面间距。(2 ）已知 9160C时 -Fe 的点阵常数为 0.365nm，分别求出（100),(111),(112）的晶面间距。(3 ）已知室温下 Mg的点阵常数为 a=0.321nm,c=0.521nm ，分别求出（1120),(1010),(1012 ）的晶面间距。8回答下列问题：(1 ）通过计算判断 (110) ,(132),(311 ）晶面是否属于同一晶带？(2 ）求（ 211) 和（(110 ）晶面的晶带轴，并列出五个属于该晶带的晶面的密勒指数。解： 1、根据晶带定律， hu+kv+lw=0 ，可得(110
7、),(132) 的晶带轴为 112 3 1+11- 2 1=20或 (132),(311 ）的晶带轴为158- 1 1+15- 0 8=40故 (110) ,(132),(311 ）晶面不属于同一晶带2、根据晶带定律， hu+kv+lw=0 ，可得2u+v+w=0u+v=0联立求解，得： u:v:w=-1:1:1 ，故晶带轴为 111属于该晶带的晶面：（ 321）、（ 312）、（ 101）、 (011) 、（ 431）等。9回答下列问题：(1 ）试求出立方晶系中 321 与 401晶向之间的夹角。(2 ）试求出立方晶系中（210) 与（ 320) 晶面之间的夹角。(3 ）试求出立方晶系中（1
8、11) 晶面与112 晶向之间的夹角。解：1、根据晶向指数标定法可知：矢量OA 3i 2 j k 必然平行于 321 晶向矢量 OB 4ik 必然平行于 401 晶向则：这两个矢量夹角即为321 与 401 晶向之间的夹角根据矢量点积公式： OA OB OA OB cos即 131417 cos=32.58 或 AB OB OA i 2k矢量 OA,OB , AB的模分别为14,17, 5根据余弦定理：5141721417 cos解得： =32.58 2、立方系中同指数的晶面与晶向相互垂直，故（ 210) 与（320) 晶面之间的夹角与 210与 320晶向之间的夹角相等，根据晶向指数标定法可
9、知：矢量OA 2i1j 必然平行于 210 晶向矢量 OB 3i2 j 必然平行于 320晶向则：这两个矢量夹角即为 210 与 320晶向之间的夹角根据矢量点积公式：OA OBOA OB cos即 8513 cos =7.1 或 ABOBOAij矢量 OA,OB , AB 的模分别为5,13, 2根据余弦定理： 25132513cos解得： =7.1 3、由于（ 111) 晶面与112晶向之间满足晶带定律：hu+kv+lw=0 ，根据晶带定律可知，立方晶系中（111) 晶面与 112晶向平行，故他们之间的夹角为0。方法 2， 1、求 111 与 112 之间夹角为 902、（ 111）与 1
10、12 之间夹角为 0第四章1纯 Cu的空位形成能为 1.5aJ/atom(1aJ=10 -18 J) ，将纯 Cu加热至 850后激冷至室温 (20 ) ，若高温下的空位全部保留，试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。解：平衡空位浓度： Cv A exp ukT3.6 1023/m3，该温度下银的密度2已知银在 800下的平衡空位数为Ag=9.58g/crn 3, 银的摩尔质量为MAg=107.9g/mol ，计算银的空位形成能。解：平衡空位浓度：Cv A expuN0 AgkT1023 9.58 10636.022831m 内银原子总数：N5.3410/ mM Ag107.93空位对材
11、料行为的主要影响是什么？4某晶体中有一条柏氏矢量为a001的位错线， 位错线的一端露头于晶体表面， 另一端与两条位错线相连接， 其中一条的柏氏矢量为 a / 2111，求另一条位错线的柏氏矢量。答：根据柏氏矢量的守恒性，另一条位错的柏氏矢量为：5在图 4-52 所示的晶体中， ABCD滑移面上有一个位错环，其柏氏矢量b 平行于 AC(1)指出位错环各部分的位错类型。 (2) 在图中表示出使位错环向外运动所需施加的切应力方向。 (3) 该位错环运动出晶体后，晶体外形如何变化？答：（ 1）位错环和与 AC平行的直线相切的部分为纯螺位错，位错环和与AC垂直的直线相切的部分为纯刃位错，其余部分为混合位
12、错，作图（ 2）切应力与 b 平行，作用在晶体上下两面上。 t b多余原子面，作图（ 3）沿 b 方向滑出一个柏氏矢量单位的距离6在图 4-53 所示的晶体中有一位错线 fed,de 段正好处于位错的滑移面上， of 段处于非滑移面上，位错的柏氏矢量 b 与 AB平行而垂直于 BC,(1) 欲使 de 段位错线在 ABCD 滑移面上运动（ of 段因处于非滑移面是固定不动的），应对晶体施加怎样的应力？(2 ）在上述应力作用下de 段位错线如何运动，晶体外协如1 可贾化？7在图 4-54所示的面心立方晶体的 （ 111) 滑移面上有两条弯折的位错线OS和 OS其中 OS 位错的台阶垂直十 （ (
13、111),它们的桕氏天量如图中箭头P)rTo0 ）判断位错线上各段位错的类型。 (2 ）有一切应力施加于滑移面，且与柏氏矢量平行时，两条位错线的滑移特征有何差异？8在两个相互垂直的滑移面上各有一条刃型位错线，位错线的柏氏矢量如图 4-55a,b所示。设其中一条位错线AB在切应力作用下发生如图所示的运动，试问交截后两条位错线的形状有何变化？各段位错线的位错类型是什么？(1) 交截前两条刃位错的柏氏矢量相互垂直的情况（图a)(2)交截前两条刃位错的柏氏矢量相互平行的情况（图 b)9在晶体的同一滑移面上有两个直径分别为r ；和 r ：的位错环，其中 rlr2 ，它们的柏氏矢量相同，试问在切应力作用下
14、何者更容易运动？为什么？10判断下列位错反应能否进行：几何条件： a 101a 121a 222a 1112663能量条件：反应前b2( a1212 )2( a 122212 )22 a2263反应后b2( a 121212 )21 a233满足几何条件和能量条件，故反应能够进行。几何条件： a101a 101a 200a100222能量条件：反应前b2(a 12 ) 2a2反应后b22( a1212 )2a22满足几何条件，但反应前后能量相等，不满足能量条件，故无外力作用时，该位错反应不能进行。几何条件： a 112a 111a 333a 11136( a62( a 123 a2能量条件：反
15、应前b212 1222 )21212 )2( a 1233 a264反应后b21212 )224满足几何条件，但反应前后能量相等，不满足能量条件，故无外力作用时，该位错反应不能进行。几何条件：a 111a 111a 200a100222能量条件：反应前b2(a 12 ) 2a2反应后b22( a121212 ) 23 a222满足几何条件， 但反应后能量增加， 故反应不能进行。11.若面心立方晶体中”一号 101 的全位错以及”一音 C1211 的不全位错，此两位错相遇发生位错反应，试问(1)此反应能否进行？为什么？ (2) 写出合成位错的柏氏矢量，并说明合成位错的性质12 在面心立方晶体的“
16、）面上有”一号叮。彐的位错，试问该位错的刃型分量及螺型分量应处于什么方向上，在晶胞中画出它们的方向，并写出它们的晶向指数。13已知 Cu的点阵常数为 0.255nm，密度为 8.9g/cm 摩尔质量为 63.54g/mol 。如果Cu在交变载荷作用下产生的空位浓度为5X10-4，并假定这些空位都在 111面上聚集成直径为 20nm的空位片，（相当于抽出一排原子而形成位错环） (1) 计算 lcm3 晶体中位错环的数目。 (2 ）指出位错环的位错类型。 (3 ）位错环在 111面上如何运动？14为什么点缺陷在热力学上是稳定的，而位错则是不平衡的晶体缺陷了15柏氏矢量为答巨 10的全位错可以在面心
17、立方晶体的哪些 111面上存在？试写出该全位错在这些面上分解为两个 a/6T273.Tn ，其中 T-T ；分别为纯组元 A 和 B 的熔点； T2,T7,Tiu 为同素异构转变温度； T3 为熔晶转变温度； TS 为包晶温度； T6 为共晶转变温度； 7：为共析转变温度； T9,Tii 为包析转变温度。8.(1) 应用相律时须考虑哪些限制条件？(2)试指出图 5-115 中的错误之处，并用相律说明理由，且加以改正。解：（ 1) 相律只适用于热力学平衡状态。平衡状态下各相的温度应相等（热量平衡）；各相的压力应相等（机械平衡）；每一组元在各相中的化学位必须相同（化学平衡）。2)相律只能表示体系中
18、组元和相的数目，不能指明组元或相的类型和含量。3)相律不能预告反应动力学 （速度）。4)自由度的值不得小于零。（ 2）主要错误如下：a. 两相平衡自由度不为 0，b. 纯组元相变，两相平衡， f=0 ，温度固定；c. 二元合金最多只能三相平衡， 不能四相平衡，三相平衡时 f=0 ，相成分唯一，不能变动。d.二元合金最多三相平衡时自由度为零，温度不变，三相平衡线为水平线9分析 w C=0.2的铁一碳合金从液态平衡冷却至室温的转变过程，用冷却曲线和组织示意图，说明各阶段的组织，并分别计算室温下的相组成物及组织组成物的相对量。10计算 wC=3%C 的铁 -碳合金室温下莱氏体的相对量；组织中珠光体的
19、相对量；组织中共析渗碳体的相对量。解：莱氏体的相对量：组织中珠光体的相对含量：组织中共析渗碳体的相对含量：11利用 Fe-Fe3 C 相图说明铁一碳合金的成分、组织和性能之间的关系。12试比较匀晶型三元相图的变温截面与二元匀晶相图的异同。13图 5-116 中为某三元合金系在 T,.T2 温度下的等温截面。 若 7,T2 ，此合金系中存在哪种三相平衡反应？14利用所给出的 Fe-Cr-C 系 wc.=17 的变温截面。（ ”填写图 5-117 上空白相区。(2）从截面图上能判断哪一些三相区的三相反应？用什么方法？是什么反应？(3）分析 we=1.2 写的合金平衡凝固过程。8.（ 1）应用相律时必须考虑哪些限制条件？（ 2）利用相图10.含 wC=3%C的铁 - 碳合金室温下莱氏体的相对量；组织中珠光体的相对含量；组织中共晶渗碳体的相对含量。第六章简述二元合金平衡凝固的特点答：二元合金平衡凝固的特点：
