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(完整版)材料科学基础第1-2章作业及解答彭

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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。

(完整版)1《材料科学基础》第一章晶体学基础

(完整版)1《材料科学基础》第一章晶体学基础
一、晶向指数 二、晶面指数 三、六方晶系的晶向指数和晶面指数 四、晶带 五、晶面间距
晶向、晶
钯的PDF卡片-----Pd 89-4897
crystal system,space
图 2 CdS纳米棒的TEM照片(左)和 HRTEM照片(右)
图2 选区电子衍射图
图1. La(Sr)3SrMnO7的低 温电子衍射图
晶向、晶面、晶面间距
晶向:空间点阵中行列的方向代表晶体中原子排 列的方向,称为晶向。
晶面:通过空间点阵中任意一组结点的平面代表 晶体中的原子平面,称为晶面。
L M
P点坐标?
(2,2,2)或222
N
一、晶向指数
1、晶向指数:表示晶体中点阵方向的指数,由晶向上结点的 坐标值决定。
2、求法 1)建立坐标系。 以晶胞中待定晶向上的某一阵点O为原点,
联系:一般情况下,晶胞的几何形状、大小与对应的单胞是 一致的,可由同一组晶格常数来表示。
不区分 图示
晶 胞
空间点阵


•NaCl晶体的晶胞,对应的是立方面心格子 •晶格常数a=b=c=0.5628nm,α=β=γ=90°
大晶胞
大晶胞:是相对 于单位晶胞而言 的
例:六方原始格子形式的晶胞就是常见的大晶胞
① 所选取的平行六面体应能反映整个空间点阵的对称性; ② 在上述前提下,平行六面体棱与棱之间的直角应最多; ③ 在遵循上两个条件的前提下,平行六面体的体积应最小。
具有L44P的平面点阵
单胞表
3、单胞的表征
原点:单胞角上的某一阵点 坐标轴:单胞上过原点的三个棱边 x,y,z 点阵参数:a,b,c,α,β,γ
准晶
是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶具有长程定向有 序,然而又不具有晶体所应有的平移对称性,因而可以具有 晶体所不允许的宏观对称性。

(完整版)材料科学基础-张代东-习题答案

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第1章 习题解答1-1 解释下列基本概念金属键,离子键,共价键,范德华力,氢键,晶体,非晶体,理想晶体,单晶体,多晶体,晶体结构,空间点阵,阵点,晶胞,7个晶系,14种布拉菲点阵,晶向指数,晶面指数,晶向族,晶面族,晶带,晶带轴,晶带定理,晶面间距,面心立方,体心立方,密排立方,多晶型性,同素异构体,点阵常数,晶胞原子数,配位数,致密度,四面体间隙,八面体间隙,点缺陷,线缺陷,面缺陷,空位,间隙原子,肖脱基缺陷,弗兰克尔缺陷,点缺陷的平衡浓度,热缺陷,过饱和点缺陷,刃型位错,螺型位错,混合位错,柏氏回路,柏氏矢量,位错的应力场,位错的应变能,位错密度,晶界,亚晶界,小角度晶界,大角度晶界,对称倾斜晶界,不对称倾斜晶界,扭转晶界,晶界能,孪晶界,相界,共格相界,半共格相界,错配度,非共格相界(略)1-2 原子间的结合键共有几种?各自特点如何? 答:原子间的键合方式及其特点见下表。

类 型 特 点离子键 以离子为结合单位,无方向性和饱和性 共价键 共用电子对,有方向性键和饱和性 金属键 电子的共有化,无方向性键和饱和性分子键 借助瞬时电偶极矩的感应作用,无方向性和饱和性 氢 键依靠氢桥有方向性和饱和性1-3 问什么四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型?答:如下图所示,底心四方点阵可取成更简单的简单四方点阵,面心四方点阵可取成更简单的体心四方点阵,故四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型。

1-4 试证明在立方晶系中,具有相同指数的晶向和晶面必定相互垂直。

证明:根据晶面指数的确定规则并参照下图,(hkl )晶面ABC 在a 、b 、c 坐标轴上的截距分别为h a 、k b 、l c ,k h b a AB +-=,l h c a AC +-=,lk ca BC +-=;根据晶向指数的确定规则,[hkl ]晶向cb a L l k h ++=。

利用立方晶系中a=b=c , 90=γ=β=α的特点,有0))((=+-++=⋅kh l k h ba cb a AB L 0))((=+-++=⋅lh l k h ca cb a AC L 由于L 与ABC 面上相交的两条直线垂直,所以L 垂直于ABC 面,从而在立方晶系具有相同指数的晶向和晶面相互垂直。

《材料科学基础》作业-答案全

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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)材料科学基础习题库第一章-晶体结构

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(一).填空题1.同非金属相比,金属的主要特性是__________2.晶体与非晶体的最根本区别是__________3.金属晶体中常见的点缺陷是__________ ,最主要的面缺陷是__________ 。

4.位错密度是指__________ ,其数学表达式为__________ 。

5.表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做__________ ,而晶胞是指__________ 。

6.在常见金属晶格中,原子排列最密的晶向,体心立方晶格是__________ ,而面心立方晶格是__________ 。

7.晶体在不同晶向上的性能是__________,这就是单晶体的__________现象。

一般结构用金属为__________ 晶体,在各个方向上性能__________ ,这就是实际金属的__________现象。

8.实际金属存在有__________ 、__________ 和__________ 三种缺陷。

位错是__________ 缺陷。

实际晶体的强度比理想晶体的强度__________ 得多。

9.常温下使用的金属材料以__________ 晶粒为好。

而高温下使用的金属材料在一定范围内以__________ 晶粒为好。

‘10.金属常见的晶格类型是__________、__________ 、__________ 。

11.在立方晶格中,各点坐标为:A (1,0,1),B (0,1,1),C (1,1,1/2),D(1/2,1,1/2),那么AB晶向指数为__________ ,OC晶向指数为__________ ,OD晶向指数为__________ 。

12.铜是__________ 结构的金属,它的最密排面是__________ ,若铜的晶格常数a=0.36nm,那么最密排面上原子间距为__________ 。

13 α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有__________ ,属于面心立方晶格的有__________ ,属于密排六方晶格的有__________ 。

材料科学基础习题1-4

材料科学基础习题1-4

第1章 原子结构与键合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?4.何谓同位素?为什么元素的相对原子质量不总为正整数? 5. 铬的原子序数为24,它共有四种同位素: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。

试求铬的相对原子质量。

6.铜的原子序数为29,相对原子质量为63.54,它共有两种同位素Cu 63和Cu 65,试求两种铜的同位素之含量百分比。

7.原子间的结合键共有几种?各自特点如何? 8. 图1-1绘出三类材料—金属、离子晶体和高分子材料之能量与距离关系曲线,试指出它们各代表何种材料。

9. 已知Si 的相对原子质量为28.09,若100g 的Si 中有5×1010个电子能自由运动,试计算:(a)能自由运动的电子占价电子总数的比例为多少?(b)必须破坏的共价键之比例为多少?10. Al 2O 3的密度为3.8g/cm 3,试计算a)1mm 3中存在多少原子?b)1g 中含有多少原子?11. 尽管HF 的相对分子质量较低,请解释为什么HF 的沸腾温度(19.4℃)要比HCl 的沸腾温度(-85℃)高?第2章 固体结构1. Mn 的同素异构体有一为立方结构,其晶格常数为0.632nm ,ρ为7.26g/cm3,r 为0.112nm ,问Mn 晶胞中有几个原子,其致密度为多少?2. 铯与氯的离子半径分别为0.167nm ,0.181nm,试问a)在氯化铯内离子在<100>或<111>方向是否相接触?b)每个单位晶胞内有几个离子?c)各离子的配位数是多少?d) 密度ρ和致密度K ?3. 金刚石为碳的一种晶体结构,其晶格常数a=0.357nm ,当它转换成石墨(=2.25g/cm3)结构时,求其体积改变百分数? 4. 标出面心立方晶胞中(111)面上各点的坐标,并判断]101[是否位于(111)面上,然后计算]101[方向上的线密度。

材料科学基础习题与参考答案(doc 14页)(优质版)

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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()、()、()、()。

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(),(),(),()。

(完整版)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()、()、()、()。

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。

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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),(1100),(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(1 20)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), [2 11] , [311];
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),[2 11],[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
四.作图,在图中表吓出卜列晶面和晶向(10分)
立方晶系I1(2 0 3)(1 2 1)[2 1 3]
10 .在立方系中绘出{110 }、{111 }晶面族所包括的晶面,及(112 )和(1 20)晶面。

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 [2 111],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。

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