材料科学基础课后习题答案(部分)_第2版_西安交通大学_石德珂主编演示教学
西安交大材料科学基础课后答案
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 ⑶Z nS解：1、查表得：X Na =0.93,X F =3.981(0.93 3.98) 2根据鲍林公式可得 NaF 中离子键比例为：［1 e 4 ］ 100% 90.2%共价键比例为：1-90.2%=9.8%2(1.00 3.44) 22、 同理，CaO 中离子键比例为：［1 e 4］ 100% 77.4%共价键比例为：1-77.4%=22.6%23、 ZnS 中离子键比例为：ZnS 中离子键含量［1 e 1/4(2.58 1.65) ］ 100% 19.44%共价键比例为：1-19.44%=80.56%10说明结构转变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) 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。
解：1、2 .有一正交点阵的 a=b, c=a/2。
材料科学基础课后作业及答案(分章节)
材料科学基础课后作业及答案(分章节)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=,XF= 根据鲍林公式可得NaF中离子键比例为：[1?e共价键比例为：%=% 2、同理，CaO中离子键比例为：[1?e共价键比例为：%=% 12?(?)412?(?)4]?100%?% ]?100%? % 23、ZnS中离子键比例为：ZnS 中离子键含量?[1?e?1/4(?)]?100%?% 共价键比例为：%=% 10说明结构转变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)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晶面族各包括多少晶面？写出它们的密勒指数。
[1101]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]、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。
无机材料科学基础教程(第二版)课后答案
第一章晶体几何基础1-1 解释概念：等同点：晶体结构中，在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点。
空间点阵：概括地表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形。
结点：空间点阵中的点称为结点。
晶体：内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。
对称：物体相同部分作有规律的重复。
对称型：晶体结构中所有点对称要素（对称面、对称中心、对称轴和旋转反伸轴）的集合为对称型，也称点群。
晶类：将对称型相同的晶体归为一类，称为晶类。
晶体定向：为了用数字表示晶体中点、线、面的相对位置，在晶体中引入一个坐标系统的过程。
空间群：是指一个晶体结构中所有对称要素的集合。
布拉菲格子：是指法国学者 A.布拉菲根据晶体结构的最高点群和平移群对称及空间格子的平行六面体原则，将所有晶体结构的空间点阵划分成14种类型的空间格子。
晶胞：能够反应晶体结构特征的最小单位。
晶胞参数：表示晶胞的形状和大小的6个参数（a、b、c、α 、β、γ ）.1-2 晶体结构的两个基本特征是什么？哪种几何图形可表示晶体的基本特征？解答：⑴晶体结构的基本特征：①晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。
②晶体的内部质点呈对称分布，即晶体具有对称性。
⑵14种布拉菲格子的平行六面体单位格子可以表示晶体的基本特征。
1-3 晶体中有哪些对称要素，用国际符号表示。
解答：对称面—m，对称中心—1，n次对称轴—n，n次旋转反伸轴—n螺旋轴—ns ，滑移面—a、b、c、d1-5 一个四方晶系的晶面，其上的截距分别为3a、4a、6c，求该晶面的晶面指数。
解答：在X、Y、Z轴上的截距系数：3、4、6。
截距系数的倒数比为：1/3:1/4:1/6=4:3:2晶面指数为：（432）补充：晶体的基本性质是什么？与其内部结构有什么关系？解答：①自限性：晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的反映。
②均一性和异向性：均一性是由于内部质点周期性重复排列，晶体中的任何一部分在结构上是相同的。
异向性是由于同一晶体中的不同方向上，质点排列一般是不同的，因而表现出不同的性质。
材料科学基础课后习题答案
《材料科学基础》课后习题答案第一章材料结构的基本知识4. 简述一次键和二次键区别答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。
其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。
一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。
二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。
二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。
6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？答：材料的密度与结合键类型有关。
一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。
相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。
共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。
9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。
答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。
即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。
两相组织是指具有两相的组织。
单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。
晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。
单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。
等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。
对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。
如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。
如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。
石德珂《材料科学基础》(第2版)配套模拟试题及详解【圣才出品】
第四部分模拟试题石德珂《材料科学基础》（第2版）配套模拟试题及详解（一）一、选择题（每题3分，共15分）1．在非化学计量化合物ZrO2－x中存在的晶格缺陷是（）。
A．阴离子空位B．阳离子空位C．阴离子填隙D．阳离子填隙【答案】A【解析】非化学计量化合物ZrO2－x中Zr为正四价，那么可见氧离子不足，于是产生氧离子空位，也就是阴离子空位。
2．在烧结过程中，只使坯体的强度逐渐增加，而坯体不发生收缩的传质方式是（）。
A．晶格扩散B．流动传质C．蒸发-凝聚D．溶解-沉淀【答案】C【解析】晶格扩散指原子在晶体内部的扩散过程，其主要机制是空位扩散。
对流传质是指发生在相际之间的非流向传质，即当流体流经与其浓度不同的异相表面时，发生在两相之间的传质现象。
溶解-沉淀的实质是沉淀溶解平衡的移动。
蒸发-凝聚是制备高性能金属及合金超微粉末的有效方法，可用于烧结过程。
3．可以用同一个标准投影图的晶体有（）。
A．立方和菱方晶体B．四方晶体和斜方晶体C．立方和四方晶体D．立方晶体【答案】D4．六方晶系的[100]晶向指数，若改用四坐标轴的密勒指数标定，可表示为（）。
A．[1120]B．[2110]C．[2110]D．[1210]【答案】B5．硅酸盐晶体结构中的基本结构单元是（）。
A．由硅和氧组成的硅氧多面体B．由硅和氧组成的6[SiO]-六面体6C．由硅和氧组成的4[SiO]-四面体4D．由二氧化硅组成的8[Si O]-八面体28【答案】C二、填空题（每题5分，共15分）1．固态烧结的主要传质方式有______、______，而液相烧结的主要传质方式有______和______。
这四种传质过程的△L/L与烧结时间的关系依次为______、______、______和______。
【答案】蒸发-凝聚传质；扩散传质；流动传质；溶解-沉淀传质；【解析】晶格扩散指原子在晶体内部的扩散过程，其主要机制是空位扩散。
对流传质是指发生在相际之间的非流向传质，即当流体流经与其浓度不同的异相表面时，发生在两相之间的传质现象。
材料科学基础课后习题答案-西安交通大学-石德珂主编
2.26g
/ cm3
14-17不用看 18自己看
第四章
1.850 0C : C1 Aexp(EV kT1) 20 0C :C2 Aexp(EV kT2 )
C1 C2
exp EV k
1 ( T2
1 T1
)
exp
1.5 1018 1.38 1023
( 1 1 ) 293 1123
exp 274
ne N
Aexp EV kT
ln
3.6 1023 106 / cm3 5.351022 / cm3
8.31J
EV / mol 1073K
EV 106192J / mol
(110),(111),(121),(2 21),(210),[100],[111],[231],[120],[211]
2.11 0.77 6.69 0.77
100%
22.6%
Fe3CⅡ%(由 初中析出） 初 % 22.6%
59.36% 22.6% 13.41%
P% 初 % Fe3CⅡ% 59.36% 13.41% 45.95%
相组成物： Fe3C % 6.69 3.0 100% 55.17%
1.（1） (001) （111） [210]
（-3-22）
（-132）
[123] [111]
[236]
（1-10）
(2)
(3)
(-110)
2.
(2 6 3)
3.{111}
111
111
111
111
3.
N hk l
4 3! 2m n!
24 2m n!
{110}
110
101
011
110
材料科学基础课后习题答案
（3） cosφ
=
n3 ⋅ F | n3 || F
|
=
1 3
cosα
=
b⋅F |b || F
|
=
1 2
由 Schmid 定律，作用在新生位错滑移面上滑移方向的分切应力为：
τ 0 = σ cosϕ cos λ = 17.2 ×
1× 3
1 = 7.0 MPa 2
∴作用在单位长度位错线上的力为：
f = τb = aτ 0 = 10 − 3 N/m 2
滑移面上相向运动以后，在相遇处
。
（B
）
A、相互抵消
B、形成一排空位
C、形成一排间隙原子
7、位错受力运动方向处处垂直与位错线，在运动过程中是可变的，
晶体作相对滑动的方向
。
（C
）
A、亦随位错线运动方向而改变 B、始终是柏氏矢量方向 C、始
终是外力方向
8、两平行螺型位错，当柏氏矢量同向时，其相互作用力
。
（B
二、（15 分）有一单晶铝棒，棒轴为[123]，今沿棒轴方向拉伸，请分析：
（1）初始滑移系统； （2）双滑移系统 （3）开始双滑移时的切变量 γ； （4）滑移过程中的转动规律和转轴； （5）试棒的最终取向（假定试棒在达到稳定取向前不断裂）。
三、（10
分）如图所示，某晶体滑移面上有一柏氏矢量为
v b
的圆环形位错环，并受到一均匀
14、固态金属原子的扩散可沿体扩散与晶体缺陷扩散，其中最慢的扩
散通道是：
。
（A）
A、体扩散
B、晶界扩散
C、表面扩散
15、高温回复阶段，金属中亚结构发生变化时，
。
（C）
A、位错密度增大 B、位错发生塞积 C、刃型位错通过攀移和滑移构
无机材料科学基础教程(第二版)课后答案
第一章晶体几何基础1-1 解释概念：等同点：晶体结构中，在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点。
空间点阵：概括地表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形。
结点：空间点阵中的点称为结点。
晶体：内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。
对称：物体相同部分作有规律的重复。
对称型：晶体结构中所有点对称要素（对称面、对称中心、对称轴和旋转反伸轴）的集合为对称型，也称点群。
晶类：将对称型相同的晶体归为一类，称为晶类。
晶体定向：为了用数字表示晶体中点、线、面的相对位置，在晶体中引入一个坐标系统的过程。
空间群：是指一个晶体结构中所有对称要素的集合。
布拉菲格子：是指法国学者 A.布拉菲根据晶体结构的最高点群和平移群对称及空间格子的平行六面体原则，将所有晶体结构的空间点阵划分成14种类型的空间格子。
晶胞：能够反应晶体结构特征的最小单位。
晶胞参数：表示晶胞的形状和大小的6个参数（a、b、c、α 、β、γ ）.1-2 晶体结构的两个基本特征是什么？哪种几何图形可表示晶体的基本特征？解答：⑴晶体结构的基本特征：①晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。
②晶体的内部质点呈对称分布，即晶体具有对称性。
⑵14种布拉菲格子的平行六面体单位格子可以表示晶体的基本特征。
1-3 晶体中有哪些对称要素，用国际符号表示。
解答：对称面—m，对称中心—1，n次对称轴—n，n次旋转反伸轴—n螺旋轴—ns ，滑移面—a、b、c、d1-5 一个四方晶系的晶面，其上的截距分别为3a、4a、6c，求该晶面的晶面指数。
解答：在X、Y、Z轴上的截距系数：3、4、6。
截距系数的倒数比为：1/3:1/4:1/6=4:3:2晶面指数为：（432）补充：晶体的基本性质是什么？与其内部结构有什么关系？解答：①自限性：晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的反映。
②均一性和异向性：均一性是由于内部质点周期性重复排列，晶体中的任何一部分在结构上是相同的。
异向性是由于同一晶体中的不同方向上，质点排列一般是不同的，因而表现出不同的性质。
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CV
A exp(
EV kT
)
每个原子的质量是：
107 .9 g / mol 6.02 10 23 个 / mol
1.79 10 22 g / 个
1cm 3的原子数为：
9.58 g / cm 3 1.79 10 22 g / 个
5.35 10 22 个
2.N N0 6.021023 9.58106 5.341028 / m3
M
107.9
ne exp
N
kT
kT ln ne
N
1.381023 1073ln
3.6 1023 5.34 1028
1.761019
3.自己看
4.不用看
5. （1）1点为正刃位错，2点为右螺位错， 3 点为负刃位错，4点为左螺位错。
1 3 . V m 6 .0 2 ( 1 3 0 5 2 .3 4 5 3 ( 0 .2 2 7 2 8 .9 9 2 )) 3 4 1 0 2 1 2 .2 6 g /c m 3
14-17不用看 18自己看
第四章
1.8500C:C1Aexp(EV kT1)L200C:C2Aexp(EV kT2) C C1 2 expkEV(T12T 11)exp11..3581100 1283(21 9311123) exp274
7.在两根位错线上12,34为刃位错，其余 为螺位错。
（2）OS上的各段位错都可在该滑移面内 滑移，O’S’上的12，34位错不能运动， 其余各段都可在该滑移面内滑移。
8.（1）AB和CD位错线的形状都不变， 但AB的长度缩短b2，CD的长度增加b1
（2）AB位错上形成右螺型扭折，EF上 形成左螺型扭折。
m是指数中0的个数，n是相同指数
1
23
1
2
3
1
2
3
1
3
2
1
3
2
1
3
2
的个数
2
1
3
2
1
3
21
3
2
3
1
2
31
23
1
3
1
2
3
1
2
+
3
1
2
3
2132源自1321
4.
101201121102101201121102 101201121102101201121102
9.自己计算 10.不用看
11.a3 (0.372) 0.427nm 3
m V
79.909 132.905 6.021023 0.4273 1021
4.47g
/ cm3
rBr 0.37 0.167 0.203nm
12.（1）0.097+0.181=0.278
(2)R 0.2782 2 0.393nm (3) 0.2782 20.2782 0.481nm (4) (0.2782)2 0.2782 0.622nm
/ cm 3
CV
ne N
A exp
EV kT
ln
3.6 10 23 10 6 / cm 3 5.35 10 22 / cm 3
8.31 J
EV / mol 1073
K
EV 106192 J / mol
( 1)( 1 ,)( 1 1 0 ,1 )( 2 1 , 2 1 )( 2 ,)[ 1 ,][ 1 0 1 , 1 ][ 2 0 ,1 ][ 1 3 2 ,0 ][ 2 1 ,]
F e3CⅡ % 最大
2.11 0.77 100% 6.69 0.77
22.6%
F e3CⅡ % (由 初中 析 出 ） 初 % 2 2 .6 %
59.36% 22.6% 13.41%
P % 初 % Fe3CⅡ % 59.36% 13.41% 45.95%
相组成物：Fe3C % 6.693.0100%55.17%
子密度
bcc （110）
2
a2
fcc （111） 4 3
3a 2
hcp （0001） 2 3
3a 2
[111]
[110]
11
2
0
23 3a
2 a
1/a
7.(1)(100)晶面间距为a=0.286nm (110)晶面间距 2 a
2
(123)晶面间距 a
14
自己计算
a dhkl h2 k2 l2
8.(1)不是 （2）不用看
9.半径为r1的位错环。10.自己看 11.（1）能，因为能量降低 （2） ba3111,Frank不 全 位 错
15.
在111面内： a2110a6211层错a6121
在111面内： a2110a6121层错a6211
12.自己看 13.不用看 14自己看 16-20不用看
6.
x 0 .2 5 0 .7 3 3 3 x y
1
1
01
2
2
41
4
221
11
2
0
1
2
1
0
6.
晶面及 {100} {110} {111} 〈100〉 〈110〉 〈111〉 晶向
bcc
1
2
3
1
2 23
a2
a2
3a 2
a
2a
3a
fcc
2
2 43
1
a2
a2
3a 2
a
2
3
a
3a
密排面指数 密排面原子密度 密排方向指 密排方向原
数
材料科学基础课后习题答案(部 分)_第2版_西安交通大学_石德
珂主编
2.
(2 6 3)
3 .{1 1 1}
1 1 1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
3.
Nhkl42m n3!!22mn4!
{1
1
0}
1 1 0
1
0
1
0
11
11
0
1
0
1
0
11
{1 2 3} 1 2 3 1 3 2 2 1 3 2 3 1 3 1 2 3 2 1
（2）在晶体的上下底面施加一对平行于b的 切应力，且下底面的切应力与b同向平行。
（3）滑移面下部晶体相对于上部晶体产生与 b相同的滑移，并在晶体侧表面形成相应台阶。
6.应在滑移面上、下两部分晶体施加一切 应力，切应力的方向应与de位错线平行。
（2）在上述切应力作用下，位错线de将 向左（或向右）移动，即沿着与位错线 de垂直的方向（且在滑移面上）移动。 当位错线沿滑移面旋转360度后。在晶体 表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个b的 台阶
x 0 .5 0 .4 x y z 0 .5 0 .5 z y x 0 .8 y 0 .0 5 z 0 .9 5
10
共 晶 转 变 后 的 组 织 为 初 Ld
初%
4.3 3.0 100% 4.3 2.11
59.36%
Ld % 100% 59.36% 40.64%
L'd Ld 4 0 .6 4 %