材料科学基础第一章全部作业
(完整版)材料科学基础第1-2章作业及解答彭

第一章作业——材料结构的基本知识1、简述一次键与二次键的差异及各键的特点。
2、简述三大类材料中的结合键类型及性能(物性、力性)特点。
3、为什么金属材料的密度比陶瓷材料及高分子材料密度高?4、用金属键的特征解释金属材料的性能-----①良好的导电;②良好的导热性;③正的电阻温度系数;④不透明性及具有金属光泽;⑤良好的塑性⑥金属之间的溶解性(固溶能力)。
5、简述晶体与非晶体的主要区别。
6、简述原子结构、原子结合键、原子的排列方式及显微组织对材料性能的影响。
第一章作业解答1、述一次键与二次键的差异及各键的特点。
解答:(1)一次键结合力较强,包括金属键、离子键、共价键;二次键结合力较弱,包括范德华键和氢键。
一次键主要依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层;二次键是借原子之间的偶极吸引力结合而成。
(2)金属键电子共有化,没有方向性和饱和性;离子键没有方向性,但要满足正负电荷平衡要求;共价键有明显的方向性和饱和性;范德华键没有方向性、饱和性;氢键(X-H…Y)有饱和性、方向性。
2、简述三大类材料中的结合键类型及性能(物性、力性)特点。
解答:(1)三大类材料主要指金属材料、陶瓷材料和高分子材料。
(2)金属材料中的结合键主要是金属键,其次是共价键、离子键,使金属材料具有较高的熔点、密度,良好的导电、导热性能及较高的弹性模量、强度和塑性。
陶瓷材料中的结合键主要是离子键和共价键,使其熔点高、密度低,具有良好的绝缘性能和绝热性能,高的弹性模量和强度,但塑性差,脆性大。
高分子材料中分子链内部虽为共价键结合,但分子链之间为二次键结合,使其具有较低的熔点、密度,良好的绝缘性能、绝热性能及较低的弹性模量、强度和塑性。
3、为什么金属材料的密度比陶瓷材料及高分子材料密度高?金属材料的密度较高是因为①金属元素具有较高的相对原子质量,②金属材料主要以金属键结合,金属键没有方向性和饱和性,使金属原子总是趋于密集排列,达到密堆结构。
材料科学基础习题

第1章固体结构1.何谓晶体?晶体与非晶体有何区别?2.已知MgO晶体中Mg2+和O2-在三维空间有规律地相间排列,其晶体结构相当于两套面心立方点阵互相套叠在一起,晶胞常数a=b=c=4.20 ,α=β=γ=90℃,请回答:①画出MgO晶体二维和三维空间的晶体结构图.②从①的图形中抽象出MgO晶体的空间点阵图形.③从②中划分出单位空间格子,计算其结点数.④画出晶胞结构图,指出晶胞中的分子数.3.何谓元素电负性,有何意义?在元素周期表中分布规律如何?4.何谓晶格能,用途?试计算MgO晶格能。
已知:MgO属NaCl型结构,立方面心点阵N0=6.023×1023,e=4.8×10-10静电单位,r =1.32 , r =0.78 ,A=1.74765.画出MgO晶体(立方面心点阵)在(1 0 0)、(1 1 0)、(1 1 1)晶面上的结点和离子排布图.6.立方晶系中①画出下列晶面:(0 0 1)、(1 0)、(1 1 1)②在①所画晶面上分别标出下列晶向:[2 1 0]、[1 1 1]、[1 0 ].7.在立方晶系中给出(1 1 1)面和(1 1 )面交棱的晶棱符号.8.找出正交晶系(斜方)(P点阵)宏观对称型.9.何谓布拉维点阵?举例论证为什么仅有14种?14种布拉维点阵分属的七个晶系名称?点阵常数特点?14种布拉维点阵分为几个类型?结点数计算?10.表示晶体的宏观对称性,其特点?如何表示晶体的微观对称性,其特点?11.划分单位平行六面体应遵循那些原则?何谓晶格常数?12.何谓晶胞、原胞、单位空间格子?13.试举例说明:晶体结构与空间点阵?晶胞与单位空间格子的关系?14.什么叫离子半径?有何实用意义?什么叫离子极化?极化对晶体结构有什么影响?15.解释原子,离子配位数. 根据半径比关系,说明下列离子与O2-配位时的配位数及配位多面体的类型.r =1.32 , r =0.39 ,r =0.57 ,r =0.78 ,r =1.10 .16.胞林规则有几条?其要点是什么?应用胞林规则有何局限性?17.试用胞林规则分析MgO晶体结构.(r =0.78 ,r =1.32 )18.运用胞林规则来解释在氧离子立方密堆体中,对于获得稳定结构各需要何种电价的离子,其中:①所有八面体间隙位置均填满.②所有四面体间隙位置均填满.③填满一半八面体间隙位置.④填满一半四面体间隙位置.19.已知:r =0.78 ,Mg的原子量为24.30,r =1.32计算:①MgO的点阵常数;②MgO的密度.20.画出闪锌矿、萤石晶胞结构在(0 0 1)面上的投影图.21.金红石的晶胞为什么不属于四方体心格子而是四方原始格子呢?而萤石的结构为什么不是立方原始格子而是立方面心格子?22.比较ThO2、TiO2、MgO结构中间隙的大小.23.简单说明下列名词的含义:反萤石结构,反尖晶石结构.24.指出下列化合物的结构类型,并改写成化学式:γ-Ca2[SiO4]、Ca2Al[AlSiO7]、CaMg[Si2O6]、Mg3[Si4O10](OH)2、K[AlSi3O8].25.高岭石、叶腊石和云母具有相似的结构,画出它们的结构草图,说明它们结构的区别及由此而引起的性质上的差异.26.下列物质的结构式,化学组成式写成相应的化学组成式和结构式:a) Al2O3·2SiO2·2H2O; ②2CaO·5MgO·8SiO2·H2O;③CaMg[Si206]; ④Na[AlSi3O8]27.说明高岭石、叶腊石和白云母结构区别及由此引起的性质上差异.28.在层状硅酸盐结构中,八面体层中的Al3+可以取代四面体层中的Si4+、而四面体层中的Si4+从来不会置换八面体层中的Al3+为什么?已知:r =1.40 , r =0.40 ,r =0.53 .29.青石2MgO·2Al2O3·5SiO2具有与绿柱石Be3Al2[Si6O8]类型结构,写出它的结构式,并指出它是由绿柱石进行怎样的离子置换而得来的?30.α—方石英属立方晶系,面心立方点阵,a=7.05 ,请a) 画出晶胞在(0 0 1)面上的投影图,注明各离子相对标高。
材料科学基础习题与答案

第一章 原子排列与晶体结构1. fcc 结构的密排方向是 ,密排面是 ,密排面的堆垛顺序是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ,把原子视为刚性球时,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ;bcc 结构的密排方向是 ,密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ;hcp 结构的密排方向是 ,密排面是 ,密排面的堆垛顺序是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 。
2. Al 的点阵常数为0.4049nm ,其结构原子体积是 ,每个晶胞中八面体间隙数为 ,四面体间隙数为 。
3. 纯铁冷却时在912ε 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构,配位数 ,致密度降低 ,晶体体积 ,原子半径发生 。
4. 在面心立方晶胞中画出)(211晶面和]211[晶向,指出﹤110﹥中位于(111)平面上的方向。
在hcp 晶胞的(0001)面上标出)(0121晶面和]0121[晶向。
5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。
6 在铅的(100)平面上,1mm 2有多少原子?已知铅为fcc 面心立方结构,其原子半径R=0.175×10-6mm 。
第二章 合金相结构一、 填空1) 随着溶质浓度的增大,单相固溶体合金的强度 ,塑性 ,导电性 ,形成间隙固溶体时,固溶体的点阵常数 。
2) 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是(1) ;(2) ;(3) ;(4) 和环境因素。
3) 置换式固溶体的不均匀性主要表现为 和 。
4) 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分,固溶体可分为 和 。
5) 无序固溶体转变为有序固溶体时,合金性能变化的一般规律是强度和硬度 ,塑性 ,导电性 。
6)间隙固溶体是 ,间隙化合物是 。
二、 问答1、 分析氢,氮,碳,硼在α-Fe 和γ-Fe 中形成固溶体的类型,进入点阵中的位置和固溶度大小。
已知元素的原子半径如下:氢:0.046nm ,氮:0.071nm ,碳:0.077nm ,硼:0.091nm ,α-Fe :0.124nm ,γ-Fe :0.126nm 。
[2017年整理]《材料科学基础》作业题
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第一章 原子结构与键合1、说明量子力学中有关原子结构的玻尔模型和几率波模型。
2、给出下列离子的电子组态:Fe 2+, Fe 3+, Cu +, Ba 2+, Br -, S 2-。
3、对于K +—Cl -离子对,吸引能E A 和排斥能E R 分别表示为:计算平衡距离r 0和结合能E 0。
(提示:净能对原子间距r 的微分为0时,r= r 0。
r 的单位为nm ) 4、净能有时可表示为其中,r 为离子间距,C ,D 和r 为常数。
试推出结合能E 0对于平衡距离r 0的表达式。
5、计算下列化合物中,离子键的百分含量:TiO ,ZnTe ,CsCl ,InSb ,MgCl 。
6、下列物质含有何种键:黄铜(brass )、橡胶(rubber )、金刚石(diamond )、SiO 2、单晶Si 、NaCl 。
7、 HF (hydrogen fluoride )的分子量小于 HCl (hydrogen chloride ),为什么HF 具有比HCl 更高的沸点。
8、画出下列物质单体单元的结构图:(1)聚乙烯(polyethylene PV );(2)聚四氟乙烯(polytetrafluorethylene PTFE );(3)聚苯乙烯(polystyrene PS );(4)聚甲基丙烯酸甲酯 [俗]有机玻璃(polymethyl methacrylate PMMA )。
9、(1)计算聚乙烯结构单元的分子量;(2)聚乙烯的数均分子重量为1,000,000 g/mol ,计算其数均聚合度。
10、两种聚四氟乙烯样品的密度及其晶化率如下:i) 2.144 g/cm 3, 51.3%; ii) 2.215 g/cm 3, 74.2%.计算晶态聚四氟乙烯和非晶态聚四氟乙烯的密度。
简述高分子链结构的形态特征以及与性能的定性关系。
r E A 436.1-=961086.5r E R -⨯=)exp(ρr D r C E N -+-=第二章 固体结构1、锆(Zr ,Zirconium )具有HCP 结构,密度为6.51 g/cm 3,(a )计算晶胞体积;(b )如果c /a 为1.593,计算c 和a 。
《材料科学基础》作业-答案全

绪论一、填空题1、材料科学主要研究的核心问题是结构和性能的关系。
材料的结构是理解和控制性能的中心环节,结构的最微细水平是原子结构,第二个水平是原子排列方式,第三个水平是显微组织。
2. 根据材料的性能特点和用途,材料分为结构材料和功能材料两大类。
根据原子之间的键合特点,材料分为金属、陶瓷、高分子和复合材料四大类。
第一章材料的原子结构一、填空题1. 金属材料中原子结合以金属键为主,陶瓷材料(无机非金属材料)以共价键和离子键结合键为主,聚合物材料以共价键和氢键以及范德华键为主。
第二章材料的结构一、填空题1、晶体是基元(原子团)以周期性重复方式在三维空间作有规则的排列的固体。
2、晶体与非晶体的最根本区别是晶体原子排布长程有序,而非晶体是长程无序短程有序。
3、晶胞是晶体结构中的最小单位。
4、根据晶体的对称性,晶系有三大晶族,七大晶系,十四种布拉菲Bravais点阵,三十二种点群,230种空间群。
5、金属常见的晶格类型有体心立方、面心立方、密排六方。
6、fcc晶体的最密排方向为<110>,最密排面为{111},最密排面的堆垛顺序为ABCABCABCABC……。
7、fcc晶体的致密度为0.74,配位数为12,原子在(111)面上的原子配位数为6。
8、bcc晶体的最密排方向为<111>,最密排面为{110},致密度为0.68,配位数为8。
9、晶体的宏观对称要素有对称点、对称轴、对称面。
10、CsCl型结构属于简单立方格子,NaCl型结构属于面心立方格子,CaF2型结构属于面心立方格子。
11、MgO晶体具有NaCl型结构,其对称型是3 L44L36L29PC,晶族是高级晶族,晶系是立方晶系,晶体的键型是离子键。
12、硅酸盐晶体结构中的基本结构单元是硅氧四面体[SiO4]。
?13、几种硅酸盐晶体的络阴离子分别为[Si2O7]6-、[Si2O6]4-、[Si4O10]4-、[AlSi3O8]1-,它们的晶体结构类型分别为组群状,链状,层状,和架状。
(完整版)材料科学基础习题及答案

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()、()、()、()。
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。
材料科学基础 张晓燕1-5章作业及题解.

第一章 作业题解1. 原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定?2. 在多电子的原子中,核外电子的排布应遵循哪些个原则?3. 在元素周期表中,同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点?从左到右或从上到下元素结构有什么区别?性质如何递变?解、同一周期元素具有相同原子核外电子层数,但从左到右,核电荷依次增多,原子半径逐渐减小,电离能增加,失去电子的能力降低,得到电子能力增加,金属性减弱,非金属性增强,同一主族元素最外层电子数相同,但从上→下,电子层数最多,原子半径增大,电离能降低,失去电子能力增加,得到电子能力降低,金属性增加,非金属性降低。
4. 铬的原子序数为24,共有四种同位数:4.31%的Cr 原子含有26个中子,83.76%含有28个中子,9.55%含有29个中子,且2.38%含有30个中子。
试求铬的原子量。
解、=Ar 0.0431X (24+26)+0.8376X (24+28)+0.0955X (24+29)+0.0238X(24+30)=52.0575. 原子间的结合键共有几种?各自特点如何? 解、6. 按分子材料受热的表现分类可分为热塑性和热固性两大类,试从高分子链结构角度加以解释之。
解、热塑性;具有线性和枝化高分子链结构,加热后变软,可反复加工再成形;热固性;具有体型(立体网状)高分子链结构,不溶于任何溶剂,也不能熔融,一旦定型后不能再改变形状,无法再生。
第二章 作业题解1、归纳总结三种典型的晶体结构的晶体学特征。
解、2、试证明理想密排六方结构的轴比c/a=1.633。
解、见图所示,等边三角形的高 a h ⋅=43 氢键;分子间作用力,氢桥,具有饱和性结合键化学键;主价键 物理键;次价键,也称范德华健 金属键;电子共有化,无饱和性,无方向性。
离子键;以离子而不是以原子为结合单元,无饱和性,无方向性。
共价键;共用电子对,有饱和性方向性。
hd2c343222222a c h c d +=⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛= 理想密排六方晶体结构中a d = 故633.138==a c 3、Ni 的晶体结构为面心立方结构,其原子半径为r=0.1243nm ,试求Ni 的晶格常数和密度。
材料科学基础经典习题及答案

第一章 材料科学根底1.作图表示立方晶体的()()()421,210,123晶面及[][][]346,112,021晶向。
2.在六方晶体中,绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001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。
试求镁单位晶胞的体积。
Mg 的密度3Mg/m 74.1=m g ρ,相对原子质量为,原子半径。
5.当CN=6时+Na 离子半径为,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〔〕的<100>方向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>方向,原子的线密度为多少?7.镍为面心立方构造,其原子半径为nm 1246.0=Ni r 。
试确定在镍的〔100〕,〔110〕及〔111〕平面上12mm 中各有多少个原子。
8. 石英()2SiO 的密度为3Mg/m 。
试问: 1) 13m 中有多少个硅原子〔与氧原子〕?2) 当硅与氧的半径分别为与时,其堆积密度为多少〔假设原子是球形的〕?9.在800℃时1010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910个原子中那么只有一个原子,试求其激活能〔J/原子〕。
10.假设将一块铁加热至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。
假设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b ∥AB 。
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。
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(一)
1 谈谈你对材料学科及材料四要素之间的关系的认识
2 金属键与其它结合键有何不同,如何解释金属的某些特性?
3 说明空间点阵、晶体结构、晶胞三者之间的关系。
4 晶向指数和晶面指数的标定有何不同?其中有何须注意的问题?
5 画出三种典型晶胞结构示意图,其表示符号、原子数、配位数、致密度各是什么?
6 画出立方晶系中(011),(312),[211],[211],[101],(101)
7, 画出六方晶系中(1120),(0110),(1012),(110),(1012)
8. 原子间的结合键共有几种?各自特点如何?
9.在立方系中绘出{110}、{111}晶面族所包括的晶面,及(112)和(120)晶面。
标出具有下列密勒指数的晶面和晶向:
a)立方晶系(421),()
123,(130),[211],[311];
10.在立方系中绘出{110}、{111}晶面族所包括的晶面,及(112)和(120)晶面。
11.计算面心立方结构(111)、(110)与(100)面的面密度和面间距。
12. 标出具有下列密勒指数的晶面和晶向:
a)立方晶系(421),()123,(130),[211],[311];
b)六方晶系()2111, ()1101,()3212,[2111],1213⎡⎤⎣⎦。
13 在体心立方晶系中画出{111}晶面族的所有晶面。
14 画出<110>晶向族所有晶向
15.写出密排六方晶格中的[0001],(0001),()1120,()1100,()1210
16. 在一个简单立方晶胞内画出一个(110)晶面和一个[112]晶向。
17. 标出具有下列密勒指数的晶面和晶向:
立方晶系(421),()123,(130),[211],[311];
18.计算晶格常数为a 的体心立方结构晶体中八面体间隙的大小。
19.画出面心立方晶体中(111)面上的[112]晶向。
20.已知某一面心立方晶体的晶格常数为a ,请画出其晶胞模型并分别计算该晶体
的致密度、{111}晶面的面密度以及{110}晶面的面间距。
21.表示立方晶体的(123),[211],()012
22. 写出密排六方晶格中()1120,()1100,()1210[2111],1213⎡⎤⎣⎦
23. 画出密排六方晶格中的[0001], ,()0110,()1010,[2110],[1120]
24 在面心立方晶胞中的(1 1 1)晶面上画出[110]晶向
25 指出在一个面心立方晶胞中的八面体间隙的数目,并写出其中一个八 面体间隙的中心位置坐标。
假设原子半径为r ,计算八面体间隙的半径。
26.画出密排六方晶格中的(0001),()1120,()1100,()1210
27.立方晶系中画出(010),(011),(111),(231),[231],[321]
29.计算晶格常数为a 的面心立方结构晶体中四面体间隙和八面体间隙的大小。
(4分)
30.写出立方晶系{}110、{}123晶面族的所有等价面
31.立方晶胞中画出以下晶面和晶向:()102,(112),(213)
,[110], 32.六方晶系中画出以下晶面和晶向:(2110),(1012),1210⎡⎤⎣⎦,0111⎡⎤⎣⎦
33.写出立方晶系{}100、{}234晶面族的所有等价面
34.画出立方晶胞内(111),[112],
35.画出六方晶胞内(1011),[1123]
36.写出<112>的晶向族中所有的晶向指数,
37.写出{}
345的晶面族中所有的晶面指数
38.画出FCC晶胞中(111)晶面上的所有<110>晶向,在HCP晶胞中画出[1120]晶向和(1100)
39么是晶面族,{}
111晶面族包含哪些晶面?
40画出立方晶系中(123),(435),[112]晶面。