材料科学基础课后习题答案讲解
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材料科学基础课后习题答案讲解
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
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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。
10、 说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义，说明
稳态结构和亚稳态结构之间的关系。答：同一种材料在不同条件
下可以得到不同的结构，其中能量最低的结构称为稳态结构或平
衡太结构，而能量相对较高的结构则称为亚稳态结构。所谓的热
力学条件是指结构形成时必须沿着能量降低的方向进行，或者说
结构转变必须存在一个推动力，过程才能自发进行。热力学条件
只预言了过程的可能性，至于过程是否真正实现，还需要考虑动
力学条件，即反应速度。动力学条件的实质是考虑阻力。材料最
终得到什么结构取决于何者起支配作用。如果热力学推动力起支
配作用，则阻力并不大，材料最终得到稳态结构。从原则上讲，
亚稳态结构有可能向稳态结构转变，以达到能量的最低状态，但
这一转变必须在原子有足够活动能力的前提下才能够实现，而常
温下的这种转变很难进行，因此亚稳态结构仍可以保持相对稳
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定。第二章 材料中的晶体结构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[11]，（10）与[111]，（32）与[123]，（2）
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。解：（1） （2）首先求
（111）和（112）的交线。由式（2-7），即由得所以，（110）
和（112）两晶面交线的晶向指数为[110]或者[110]。如下图所
示。6、 用米勒指数表示体心立方、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。
8、 回答下列问题：（1）通过计算判断（10）、（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。
17、 简述离子晶体的结构规则。答：离子晶体的结构规则
［ 鲍林(L Pauling)离子晶体的结构规则］ （1）负离子配位多
面体规则 在离子晶体中，正离子的周围形成一个负离子配位多面
体，正负离子间的平衡距离取决于离子半径之和，而正离子的配
位数则取决于正负离子的半径比。（2）电价规则在一个稳定的离
子晶体结构中，每个负离子的电价Z－等于或接近等于与之邻接的
各正离子静电强度S的总和：式中Si为第i种正离子静电键强
度，Z+为正离子的电荷，n为其配位数。这就是鲍林第二规则，也
称电价规则。（3）负离子多面体共用顶、棱和面的规则在分析离
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子晶体中负离子多面体相互间的连接方式时，电价规则只能指出
共用同一个顶点的多面体数，而没有指出两个多面体间所共用的
顶点数。鲍林第三规则指出：“在一配位结构中，共用棱特别是
共用面的存在，会降低这个结构的稳定性。对于电价高，配位数
低的正离子来说，这个效应尤为显著。”18．解释下列名词的概
念空间点阵 晶向指数 点阵常数 原子半径 配位数 致密度 晶胞
晶格 晶体结构 晶格间距 晶系 晶带答：空间点阵：组成晶体的
粒子（原子、离子或分子）在三维空间中形成有规律的某种对称
排列，如果我们用点来代表组成晶体的粒子，这些点的空间排列
就称为空间点阵。晶向指数：表示晶体中点阵方向的指数，由晶
向上阵点的坐标决定。点阵常数：晶胞的棱边长度称为点阵常
数。原子半径：元素的晶体中原子间距之半，即为原子半径。配
位数：晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。致密
度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数。晶胞：构成晶格的
最基本的单元称为晶胞。晶格：用一系列相互平行的直线将阵点
连接起来形成空间格架即为晶格。晶体结构：晶体中原子（离子
或分子）在三维空间的具体的排列方式称为晶体结构。晶格间
距：指相邻两个平行晶面之间的距离。晶系：晶体学中，根据晶
胞棱边长度之间的关系和晶轴之间的夹角情况对晶体进行分类，
可以将晶体分为七大晶系。晶带：相交和平行于某一晶向直线的
所有晶面的组合称为晶带。第三章 高分子材料的结构1、 何谓单
体、聚合物和链节?它们相互之间有什么关系?请写出以下高分子
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链节的结构式：①聚乙烯；②聚氯乙烯；③聚丙烯；④聚苯乙
烯；⑤聚四氟乙烯。答：（1）单体是能与同种或他种分子聚合的
小分子的统称。是能起聚合反应或缩聚反应等而成高分子化合物
的简单化合物。是合成聚合物所用的-低分子的原料。（2）高分
子化合物又称聚合物或高聚物，它是指由一种或多种简单低分子
化合物聚合而成的相对分子质量很大的化合物。（3）组成大分子
链的特定的结构单元叫做链节。（4）聚乙烯：nCH2=CH2聚氯乙
烯：［-CH2—>C+A；第6章1、 ，要使才能凝固，因此需要过冷
度在熔点时，系统的界面能降低，自由能也降低是自发反应在该
过程中，，即液固界面能小于气固界面能，则固态金属倾向于熔
化形成液固界面。4、1)
较慢凝固时，近似于平衡凝固，这样(CS)i 相应于相图上的
固相线，(CL)i相应于相图上的液相线，则ke->K0。
较快凝固时，近似于非平衡凝固，由于速度快，来不及扩
散，可看做液相成分与开始时变化不大，则(CL)b≈CL0，由于质
量守恒定律，有(Cs)b≈CL0 ，所以ke->1。5、1)
平衡凝固，ke=K0 由于相图中液相线和固相线斜率不变，可
知对任意温度，K0不变，(CL)b =60%，(CS)i =30%，
K0=XS/XL=0、3/0/6=0、5Ke=0、52)
试样在2/3L处出现共晶体。3)
500℃时，液相完全转化为共晶体，共晶体的百分数为：5)有
可能观察到共晶体，非平衡凝固形成伪共晶。
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10、普通铸造通过铸件表面散热，散热方向比较复杂，冷却
速度比较慢，凝固组织以等轴晶为主；连续铸造是通过结晶器散
热，散热方向单一，冷却速度较快，组织以柱状晶为主；熔化焊
通过焊接面向外散热，散热方向单一，冷却速度快，凝固组织为
柱状晶。第7章1、，，又x1=x
22、 强度对应于C，则Cs=100，代入x，t，算出Di，求平
均值得到D。第8章4、 体心立方的滑移方向没有面心立方多；
同时滑移面上原子密排程度也比面心立方低，滑移面间距小，原
子结合力较大，所以使滑移系开动的切应力比较大。第一章4，
6，9，10，
第二章1，6，8，17，18第三章1，2，3，4第四章1，3，
7，10，11，19第五章1，3，6，9，10，13，14第六章1，4，
5，10第七章1，2第八章1，2，4，5
武汉理工 材料科学基础 课后答案 _第七章
第七章答案7-1略7-2浓度差会引起扩散，扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行?为什么?解：扩散是由于梯度差所引起的，而浓度差只是梯度差的一种。
当另外一种梯度差，比如应力差的影响大于浓度差，扩散则会从低浓度向高浓度进行。
7-3欲使Ca2＋在CaO中的扩散直至CaO的熔点（2600℃）时都是非本质扩散，要求三价离子有什么样的浓度？试对你在计算中所做的各种特性值的估计作充分说明。
已知CaO肖特基缺陷形成能为6eV。
解：掺杂M3+引起V’’Ca的缺陷反应如下：当CaO在熔点时，肖特基缺陷的浓度为：所以欲使Ca2＋在CaO中的扩散直至CaO的熔点（2600℃）时都是非本质扩散，M3+的浓度为，即7-4试根据图 7-32查取：（1）CaO在1145℃和1650℃的扩散系数值；（2）Al2O3在1393℃和1716℃的扩散系数值；并计算CaO和Al2O3中Ca2＋和Al3＋的扩散活化能和D0值。
解：由图可知CaO在1145℃和1650℃的扩散系数值分别为，Al2O3在1393℃和1716℃的扩散系数值分别为根据可得到CaO在1145℃和1650℃的扩散系数的比值为：，将值代入后可得，Al2O3的计算类推。
7-5已知氢和镍在面心立方铁中的扩散数据为cm2/s和cm2/s，试计算1000℃的扩散系数，并对其差别进行解释。
解：将T=1000℃代入上述方程中可得，同理可知。
原因：与镍原子相比氢原子小得多，更容易在面心立方的铁中通过空隙扩散。
7-6在制造硅半导体器体中，常使硼扩散到硅单晶中，若在1600K温度下，保持硼在硅单晶表面的浓度恒定（恒定源半无限扩散），要求距表面10－3cm深度处硼的浓度是表面浓度的一半，问需要多长时间（已知D1600℃＝8×10－12cm2/s；当时，）？解：此模型可以看作是半无限棒的一维扩散问题，可用高斯误差函数求解。
其中=0，，所以有0.5=，即=0.5，把=10－3cm，D1600℃＝8×10－12cm2/s代入得t=s。
无机材料科学基础课后习题答案2
2-1 名词解释：配位数与配位体，同质多晶与多晶转变，位移性转变与重建性转变，晶体场理论与配位场理论。
答：配位数：晶体结构中与一个离子直接相邻的异号离子数。
配位体：晶体结构中与某一个阳离子直接相邻、形成配位关系的各个阴离子中心连线所构成的多面体。
同质多晶：同一化学组成在不同外界条件下（温度、压力、pH值等），结晶成为两种以上不同结构晶体的现象。
多晶转变：当外界条件改变到一定程度时，各种变体之间发生结构转变，从一种变体转变成为另一种变体的现象。
位移性转变：不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子从原来位置发生少许位移，使次级配位有所改变的一种多晶转变形式。
重建性转变：破坏原有原子间化学键，改变原子最邻近配位数，使晶体结构完全改变原样的一种多晶转变形式。
晶体场理论：认为在晶体结构中，中心阳离子与配位体之间是离子键，不存在电子轨道的重迭，并将配位体作为点电荷来处理的理论。
配位场理论：除了考虑到由配位体所引起的纯静电效应以外，还考虑了共价成键的效应的理论。
图2-1 MgO晶体中不同晶面的氧离子排布示意图2-2 面排列密度的定义为：在平面上球体所占的面积分数。
（a）画出MgO（NaCl型）晶体（111）、（110）和（100）晶面上的原子排布图；（b）计算这三个晶面的面排列密度。
解：MgO晶体中O2-做紧密堆积，Mg2+填充在八面体空隙中。
（a）（111）、（110）和（100）晶面上的氧离子排布情况如图2-1所示。
（b）在面心立方紧密堆积的单位晶胞中，（111）面：面排列密度=（110）面：面排列密度=（100）面：面排列密度=2-3 试证明等径球体六方紧密堆积的六方晶胞的轴比c/a≈1.633。
证明：六方紧密堆积的晶胞中，a轴上两个球直接相邻，a0=2r；c轴方向上，中间的一个球分别与上、下各三个球紧密接触，形成四面体，如图2-2所示：图2-2 六方紧密堆积晶胞中有关尺寸关系示意图2-4 设原子半径为R，试计算体心立方堆积结构的（100）、（110）、（111）面的面排列密度和晶面族的面间距。
材料科学基础(武汉理工陆佩文)课后习题答案大全
1-10临界半径比的定义是：紧密堆积的阴离子恰好互相接触，并与中心的阳离子也恰好接触的条件下，阳离子半径与阴离子半径之比。
即每种配位体的阳、阴离子半径比的下限。
计算下列配位的临界半径比：（a）立方体配位；（b）八面体配位；（c）四面体配位；（d）三角形配位。
解：（1）立方体配位在立方体的对角线上正、负离子相互接触，在立方体的棱上两个负离子相互接触。
因此：（2）八面体配位在八面体中，中心对称的一对阴离子中心连线上正、负离子相互接触，棱上两个负离子相互接触。
因此：（3）四面体配位在四面体中中心正离子与四个负离子直接接触，四个负离子之间相互接触（中心角）。
因此：底面上对角中心线长为：（4）三角体配位在三角体中，在同一个平面上中心正离子与三个负离子直接接触，三个负离子之间相互接触。
因此：2-10ZnO是六方晶系，a=0.3242nm，c=0.5195nm，每个晶胞中含2个ZnO分子，测得晶体密度分别为5.74，5.606g/cm3，求这两种情况下各产生什么型式的固溶体？解：六方晶系的晶胞体积V===4.73cm3在两种密度下晶胞的重量分别为W1=d1v=5.74×4.73×10-23=2.72×10-22(g)W2=d2v=5.606×4.73×10-23=2.65×10-22(g)理论上单位晶胞重W==2.69(g)∴密度是d1时为间隙型固溶体，是d2时为置换型固溶体。
2-11非化学计量化合物Fe x O中，Fe3+/Fe2+=0.1，求Fe x O中的空位浓度及x值。
解：非化学计量化合物Fe x O，可认为是α(mol)的Fe2O3溶入FeO中，缺陷反应式为：Fe2O32Fe+V+3O Oα2αα此非化学计量化合物的组成为：Fe Fe O已知：Fe3+/Fe2+＝0.1则：∴α＝0.044∴x＝2α+(1－3α)＝1－α＝0.956又：∵[V3+]＝α＝0.044正常格点数N＝1+x＝1+0.956＝1.956∴空位浓度为3-5玻璃的组成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2，计算桥氧分数？解：Na2O CaO SiO2wt%131374mol0.210.23 1.23mol%12.613.873.6R=(12.6+13.8+73.6×2)/73.6=2.39∵Z=4∴X=2R﹣Z=2.39×2﹣4=0.72Y=Z﹣X=4﹣0.72=3.28氧桥%=3.28/（3.28×0.5+0.72）=69.5%3-9在SiO2中应加入多少Na2O，使玻璃的O/Si=2.5，此时析晶能力是增强还是削弱？解：设加入x mol的Na2O，而SiO2的量为y mol。
材料科学基础课后习题及答案
第二章答案2-1略。
2-2〔1〕一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求该晶面的晶面指数；〔2〕一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的晶面指数。
答：〔1〕h:k:l==3:2:1,∴该晶面的晶面指数为〔321〕；〔2〕h:k:l=3:2:1，∴该晶面的晶面指数为〔321〕。
2-3在立方晶系晶胞中画出以下晶面指数和晶向指数：〔001〕与[]，〔111〕与[]，〔〕与[111]，〔〕与[236]，〔257〕与[]，〔123〕与[]，〔102〕，〔〕，〔〕，[110]，[]，[]答：2-4定性描述晶体构造的参量有哪些.定量描述晶体构造的参量又有哪些.答：定性：对称轴、对称中心、晶系、点阵。
定量：晶胞参数。
2-5依据结合力的本质不同，晶体中的键合作用分为哪几类.其特点是什么.答：晶体中的键合作用可分为离子键、共价键、金属键、范德华键和氢键。
离子键的特点是没有方向性和饱和性，结合力很大。
共价键的特点是具有方向性和饱和性，结合力也很大。
金属键是没有方向性和饱和性的的共价键，结合力是离子间的静电库仑力。
范德华键是通过分子力而产生的键合，分子力很弱。
氢键是两个电负性较大的原子相结合形成的键，具有饱和性。
2-6等径球最严密堆积的空隙有哪两种.一个球的周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙.答：等径球最严密堆积有六方和面心立方严密堆积两种，一个球的周围有8个四面体空隙、6个八面体空隙。
2-7n个等径球作最严密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙.不等径球是如何进展堆积的.答：n个等径球作最严密堆积时可形成n个八面体空隙、2n个四面体空隙。
不等径球体进展严密堆积时，可以看成由大球按等径球体严密堆积后，小球按其大小分别填充到其空隙中，稍大的小球填充八面体空隙，稍小的小球填充四面体空隙，形成不等径球体严密堆积。
2-8写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
答：面心立方格子的单位平行六面体上所有结点为：〔000〕、〔001〕〔100〕〔101〕〔110〕〔010〕〔011〕〔111〕〔0〕〔0〕〔0〕〔1〕〔1〕〔1〕。
材料科学基础A第二章习题及答案
材料科学基础A第二章习题及答案2.3 等径球最紧密堆积的空隙有哪两种？一个球周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？答：等径球最紧密堆积的空隙有四面体空隙和八面体空隙。
一个球周围有8个四面体空隙和6个八面体空隙。
2.4 n个等径球作最紧密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？不等径球是如何进行堆积的？答：n个等径球作最紧密堆积时可形成四面体空隙数为(n×8)/4=2n个，八面体空隙数为(n×6)/6=n个。
不等径球堆积时，较大的球体作等径球的紧密堆积，较小的球填充在大球紧密堆积形成的空隙中。
其中稍小的球体填充在四面体空隙，稍大的球体填充在八面体空隙。
2.7 解释下列概念：（1）晶系：晶胞参数相同的一类空间点阵。
（2）晶胞：从晶体结构中取出来的反映晶体周期性和对称性的重复单元。
（3）晶胞参数：表示晶胞的形状和大小的6个参数，即3条边棱的长度a、b、c和3条边棱的夹角α、β、γ。
（4）空间点阵：把晶体结构中原子或分子等结构基元抽象为周围环境相同的阵点之后，描述晶体结构的周期性和对称性的图像。
（5）米勒指数（晶面指数）：结晶学中常用（hkl）来表示一组平行晶面的取向，其数值是晶面在三个坐标轴（晶轴）上截距的倒数的互质整数比。
（6）离子晶体的晶格能：1mol离子晶体中的正负离子由相互远离的气态结合成离子晶体时所释放的能量。
（7）原子半径：从原子核中心到核外电子的几率分布趋向于零的位置间的距离。
（8）离子半径：以晶体中相邻的正负离子中心之间的距离作为正负离子的半径之和。
（9）配位数：在晶体结构中，该原子或离子的周围，与它相接相邻结合的原子个数或所有异号离子的个数。
（10）离子极化：离子在外电场作用下，改变其形状和大小的现象（或在离子紧密堆积时，带电荷的离子所产生的电场，必然要对另一个离子的电子云产生吸引或排斥作用，使之发生变形的现象）。
（11）同质多晶：化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。
材料科学基础(武汉理工大学,张联盟版)课后习题及答案
第二章答案令狐采学2-1略。
2-2（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求该晶面的晶面指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的晶面指数。
答：（1）h:k:l==3:2:1,∴该晶面的晶面指数为（321）；（2）h:k:l=3:2:1，∴该晶面的晶面指数为（321）。
2-3在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数：（001）与[]，（111）与[]，（）与[111]，（）与[236]，（257）与[]，（123）与[]，（102），（），（），[110]，[]，[]答：2-4定性描述晶体结构的参量有哪些？定量描述晶体结构的参量又有哪些？答：定性：对称轴、对称中心、晶系、点阵。
定量：晶胞参数。
2-5依据结合力的本质不同，晶体中的键合作用分为哪几类？其特点是什么？答：晶体中的键合作用可分为离子键、共价键、金属键、范德华键和氢键。
离子键的特点是没有方向性和饱和性，结合力很大。
共价键的特点是具有方向性和饱和性，结合力也很大。
金属键是没有方向性和饱和性的的共价键，结合力是离子间的静电库仑力。
范德华键是通过分子力而产生的键合，分子力很弱。
氢键是两个电负性较大的原子相结合形成的键，具有饱和性。
2-6等径球最紧密堆积的空隙有哪两种？一个球的周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？答：等径球最紧密堆积有六方和面心立方紧密堆积两种，一个球的周围有8个四面体空隙、6个八面体空隙。
2-7n个等径球作最紧密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？不等径球是如何进行堆积的？答：n个等径球作最紧密堆积时可形成n个八面体空隙、2n个四面体空隙。
不等径球体进行紧密堆积时，可以看成由大球按等径球体紧密堆积后，小球按其大小分别填充到其空隙中，稍大的小球填充八面体空隙，稍小的小球填充四面体空隙，形成不等径球体紧密堆积。
2-8写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
材料科学基础课后习题解答
其它为混合位错。
（2）位错受力为 F = τ b ，方向为垂直位错线。
（3）位错线将扩展
（4）τ
=
Gb 2R
2.6
⇒
Rmin
=
Gb 2τ
F
=
−τ 1b2
=
−
Gb1b2 2r
∫ W
=
r1
−
Fdr
=
−
Gb1b2 2Π
ln
3 100
= 1.76 ×10−9 J
r0
2.7 （1）（100）面的螺型位错形成刃型扭折，（001）面的刃型位错 形成刃型割阶 （2）两个面内的位错都形成刃型割阶
材 料 科 学 基 础 部 分 课 后 习 题 参 考 答 案
中南大学 郑子樵
第一章、材料的结构
2.晶体结构=空间点阵+实际原子（原子团等）
3．
原子个数 致密度 配位数 r 与 a 的关系 密排方向 面
fcc
4
0.74
12
3a = 4r ｛111｝ <110>
bcc
2
0.68
8
2a = 4r
{，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
用时的反应方向：
（1）
1 2
[10
1]
⇔
1 6
[2
1
1] +
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武汉理工大学材料科学基础(第2版)课后习题和答案
武汉理工大学材料科学基础(第2版)课后习题和答案第一章绪论1、仔细观察一下白炽灯泡，会发现有多少种不同的材料？每种材料需要何种热学、电学性质？2、为什么金属具有良好的导电性和导热性？3、为什么陶瓷、聚合物通常是绝缘体？4、铝原子的质量是多少？若铝的密度为/cm3，计算1mm3中有多少原子？5、为了防止碰撞造成纽折，汽车的挡板可有装甲制造，但实际应用中为何不如此设计？说出至少三种理。
6、描述不同材料常用的加工方法。
7、叙述金属材料的类型及其分类依据。
8、试将下列材料按金属、陶瓷、聚合物或复合材料进行分类：黄铜钢筋混凝土橡胶氯化钠铅-锡焊料沥青环氧树脂镁合金碳化硅混凝土石墨玻璃钢9、Al2O3陶瓷既牢固又坚硬且耐磨，为什么不用Al2O3制造铁锤？第二章晶体结构1、解释下列概念晶系、晶胞、晶胞参数、空间点阵、米勒指数、离子晶体的晶格能、原子半径与离子半径、配位数、离子极化、同质多晶与类质同晶、正尖晶石与反正尖晶石、反萤石结构、铁电效应、压电效应.2、一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的米勒指数；一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的米勒指数。
3、在立方晶系的晶胞中画出下列米勒指数的晶面和晶向：与[210]，与[112]，与[111]，与[236]，与[111]，与[121]，，，，[110]，[111]，[120]，[321]4、写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
5、已知Mg2+半径为，O2-半径为，计算MgO晶体结构的堆积系数与密度。
6、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、堆积系数。
7、从理论计算公式计算NaC1与MgO的晶格能。
MgO的熔点为2800℃，NaC1为80l℃, 请说明这种差别的原因。
8、根据最密堆积原理，空间利用率越高，结构越稳定，金钢石结构的空间利用率很低(只有％)，为什么它也很稳定? 9、证明等径圆球面心立方最密堆积的空隙率为25．9％；10、金属镁原子作六方密堆积，测得它的密度为克/厘米3，求它的晶胞体积。
《材料科学基础》习题及参考答案
形核功，还是可以成核的。
答案
(7)测定某纯金属铸件结晶时的最大过冷度，其实测
值与用公式ΔT=0.2Tm计算值基本一致。
答案
(8) 某些铸件结晶时，由于冷却较快，均匀形核率N1
提高，非均匀形核率N2也提高，故总的形核率为N=
N1 +N2。
答案
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(9) 若在过冷液体中，外加10 000颗形核剂，则结晶
❖ ②比较Cu-10% Sn合金铸件和Cu-30%合金铸件的铸造性能 及铸造组织，说明Cu-10% Sn合金铸件中有许多分散砂眼的 原因。
③ω(Sn}分别为2%，11%和15%的青铜合金，哪一种可进行 压力加工?哪种可利用铸造法来制造机件?
答案
返7回8
❖ 9.如下图所示，已知A，B，C三组元固态完全不互溶，质量 分数分别84%A,，10%B，10%C的O合金在冷却过程中将进 行二元共晶反应和三元共晶反应，在二元共晶反应开始时， 该合金液相成分(a点)为60%A，20%B，20%C，而三元共 晶反应开始时的液相成分(E点)为50%A，10%B，40%C。
答案
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❖ 6.位错受力后运动方向处处垂直于位错线，在运动
过程中是可变的，晶体作相对滑动的方向应是什么
方向？
答案
❖ 7.位错线上的割阶一般如何形成？
答案
❖ 8.界面能最低的界面是什么界面？
答案
❖ 9. “小角度晶界都是由刃型位错排成墙而构成的”这
种说法对吗？
答案
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7
三、综合题
❖ 1. 作图表示立方晶体的（123）（0 -1 -2） （421）晶面及[-102][-211][346]晶向。 答案
❖ 9. 在Fe中形成1mol 空位的能量为104. 67kJ，
西北工业大学《材料科学基础》课后题答案
1. 有关晶面及晶向附图2.1所示。
2. 见附图2.2所示。
3. {100}＝(100)十(010)+(001), 共3个等价面。
{110}＝(110)十( )+(101)+( )+(011)+( ), 共6个等价面。
{111}＝(111)+( )+( )+( ), 共4个等价面。
)121()112()112()211()112()121( )211()121()211()211()121()112(}112{+++++++++++=共12个等价面。
4. 单位晶胞的体积为VCu ＝0.14 nm3(或1.4×10-28m3)5. (1)0.088 nm ；(2)0.100 nm 。
6. Cu 原子的线密度为2.77×106个原子/mm 。
Fe 原子的线密度为3.50×106个原子/mm 。
7. 1.6l ×l013个原子/mm2；1.14X1013个原子/mm2；1.86×1013个原子/mm2。
8. (1) 5.29×1028个矽原子/m3； (2) 0.33。
9. .9.0.4×10-18/个原子。
10. 1.06×1014倍。
11. (1) 这种看法不正确。
在位错环运动移出晶体后, 滑移面上、下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的。
位错环的柏氏矢量为b, 故其相对滑移了一个b 的距离。
(2) A'B'为右螺型位错, C'D'为左螺型位错；B'C'为正刃型位错, D'A'为负刃型位错。
位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量如附图2.3所示。
12． (1)应沿滑移面上、下两部分晶体施加一切应力τ0, 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(或右)移动, 即沿着与位错线de 垂直的方向(且在滑移面上)移动。
在位错线沿滑移面旋转360°后, 在晶体表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个b 的台阶。