材料的结构复习题.doc

_材料的结构复习题1. 简述对称概念及晶体对称特点。晶体也具有对称性，而且对称性是晶体非常重要的性质，它决定了晶体的形态及物理性质特征。晶体的对称性来自于其内部结构的周期重复性，所以晶体的对称性有其特有的一些特征。晶体的对称特征有：1） 因为晶体结构是具有周期重复规律性的，这种周期重复就是一种对称性，即平移对称性，所以，从这个意义上说，所有晶体都是对称的（都具有这种平移对称性）；（不同方向的平移周期可以不同，也可以相同）2）晶体的这种平移对称性又限制了晶体的对称形式，因为有些对称形式与平移对称相矛盾，这样的对称就不能在晶体中出现，这就是晶体对称的有限性，它遵循“晶体对称定律”。3）晶体的对称性不仅仅体现在宏观形态上，也体现在物理性质上，例如：体现晶体的电学性质、光学性质等物理性质的各种参数都有着和晶体的对称性相适应的对称特性。2. 证明具有点阵结构的晶体中，只存在一、二、三、四、六重旋转轴。答：晶体中, 任何对称轴一定与一组直线点阵平行, 必须与一组平面点阵垂直。设晶体中一个n旋转轴通过O点，与包含O的一组点阵垂直。向左转|向右转找到与n垂直的直线点阵， 周期为a，必然有OA=OA=a，经过O的n旋转轴可将A转到B(旋转-2/n)，同样经过O的n旋转轴可将A转到B(旋转2/n)，BB一定满足是a的整数倍(平移对称性)BB=2OBcos(2/n)=2acos(2/n)=ma，因而有m/2=cos(2/n)。-1cos(2/n)1， m只能取0, 1，2，进而可求出n只能取1、2、3、4、6几个值。3. 分别写出晶体中的宏观对称要素和微观对称要素晶体宏观对称元素有 旋转轴, 反轴, 镜面和对称中心,旋转轴和反轴的轴次只能是 1,2,3,4,6. 描述晶体外形的对称性，是宏观对称性。它用来描述的有限图形的对称性问题。宏观对称元素的组合，形成32个点群（分7类，即7各晶系）。也就是说，对分子外形的描述，32各点群是全包括的。 而平移对称性（更常说的是微观对称性吧），是用来描述无限多个，有平移对称性的点，即点阵，构成的点结构的对称性问题的。由于点阵的平移特点，使微观点阵结构的对称性与宏观外形的对称性有所差别。微观对称元素的组合，形成230个空间群。它们最显著的差别是，宏观对称性对应的对称操作都是点操作，而微观对称操作则没有这个特点。 另外值得一提的是它们的关系，微观对称性是晶体宏观(外形)对称性的根源，或者说，宏观对称性，是微观对称性的外在表现。4. 准晶体与晶体的根本区别何在？如何理解晶体中的周期性以及准晶体中的“准周期”性？答：1、晶体是具有格子构造的固体，即晶体的内部质点在三维空间做周期性重复排列。准晶态也不具有格子构造，即内部质点也没有平移周期，但其内部质点排列具有远程规律。根本区别就是准晶体结构不具有平移对称性,但是晶体有。2、晶体中的周期性指晶体中的质点成一定周期的重复出现，而关于准周期性，五次对称性和周期性不能共存，沿与五次轴正交的一个轴看去，代表长度一长一短出现，其比值为黄金分割数1.618，且所有夹角均为整数倍，虽二维结构不具周期性，但长度夹角均有定值，准周期性的特征是无理数。5. 在32个宏观对称类型中，有哪些类型是有很多旋转轴而没有反映面，为什么找不到只有很多反映面而无旋转轴的对称类型。6. 至少有一端通过晶棱中点的对称轴只能是几次对称轴？一对正六边形的平行晶面之中点连线，可能是几次对称轴的方位？7. 对称轴(L1除外)能否通过某个晶面中心或某根晶棱中点且与此晶面或晶棱斜交？为什么？8. 指出下列各种格子是简单格子还是复式格子：(1)底心六角(2)底心立方(3)侧心立方(立方体四个侧面中心都有一个原子)。并指出它们分别属于14种布拉菲格子中的哪一种？9. 已知金属铜具有面心立方结构，半导体砷化镓具有闪锌矿结构，试分析一下它们各有哪些对称要素？10. 试写出点群C3h, D6, D2d, D4h ,Td ,Oh的全部对称元素。11. 试证明空位是一种热力学平衡的缺陷。12. 晶体滑移面上有一位错环，其伯氏矢量方向加切应力，问位错环要在晶体中稳定，其最小半径是多少？13. 常见的晶体缺陷有几类?它们对材料的特性(或性能)有哪些影响？举例说明。答：1.点缺陷：沿三个方向的尺寸很小，溶质原子、间隙原子、空位。点缺陷的出现会，使周围的原子发生靠拢或撑开，产生畸变，使局部能量提高，附近有弹性应变场；使材料的强度、硬度和电阻率增加。所以金属中，点缺陷越多,它的强度、硬度越高。2.线缺陷：沿两个方向的尺寸很小，第三个方向上的尺寸很大，甚至可贯穿整个晶体，如位错即刃型位错、螺型位错和混合型位错。位错（线缺陷）的滑移和孪生是我们晶体材料能够变形的主要原因.没有位错晶体几乎没法变形,但是位错密度太大又会阻碍变形.3.面缺陷：沿一个方向上的尺寸很小，另两个方向上的尺寸很大，如晶界，相界。面缺陷对材料力学性能的影响要考虑很多方面，如面缺陷的力学位置，面缺陷的深度、面积，以及受力大小，如果不是在重要位置或面缺陷很大的话，影响不是很大。4.体缺陷：在三个方向上的尺寸都较大，但不是很大，如第二相粒子，显微空洞。体缺陷对材料性能是绝对有害的。14. 叙述常见的金属晶体中的内外界面。答、它们包括晶界、相界、表面、孪晶界、层错。晶界是同种晶粒之间的交界面；相界是结构、成分不同的相间的交界面；表面是晶体与大气或外界接触的界面；孪晶界是发生孪生后产生的新界面，是特殊的大角晶界，可是共格的或半共格的；低能层错是单相晶体内因堆垛顺序反常变化后出现的新界面，也是低能界面，与孪晶界能量相近。15. 试总结位错在金属材料中的作用。位错是晶体结构中一种排列缺陷，可以分为刃型位错、螺型位错和混合位错。首先,金属材料的强度与位错在材料受到外力的情况下如何运动有很大的关系.如果位错运动受到的阻碍较小,则材料强度就会较高.实际材料在发生塑性变形时,位错的运动是比较复杂的,位错之间相互反应、位错受到阻碍不断塞积、材料中的溶质原子、第二相等都会阻碍位错运动,从而使材料出现加工硬化.因此,要想增加材料的强度就要通过诸如：细化晶粒（晶粒越细小晶界就越多,晶界对位错的运动具有很强的阻碍作用）、有序化合金、第二相强化、固溶强化等手段使金属的强度增加.以上增加金属强度的根本原理就是想办法阻碍位错的运动.位错在材料中的作用有多种：(1)金属材料的塑性变形是通过位错运动完成的。(2)位错周围具有畸变应力场，与第二相粒子，通过切过或绕过机制强化材料，冷加工中位错密度增加也能强化材