材料科学基础课后习题

1.绘图显示立方晶体的晶面和取向。2.在六边形晶体中，画出以下常见的晶体取向等。3.写出晶面族100、110、111、112等中包含的等效晶面。立方晶体。4.镁的原子体积密度与所有六氯苯酚金属相同，为0.74。试着找出镁单元电池的体积。镁的密度是已知的，相对原子质量是24.31，原子半径r=0.161nm纳米5.当CN=6时，离子半径为0.097纳米。让我们来问一下：1)当CN=4时，它的半径是多少？2)当CN=8时，它的半径是多少？6.问：铜(fcc，a=0.361nm纳米)和铁(bcc，a=0.286nm纳米)的100个方向上的原子线密度是多少？7.镍具有面心立方结构，原子半径为。试着确定镍的(100)、(110)和(111)面中各有多少个原子。8.应时的人口密度是2.65。我可以问一下吗：1)1中有多少硅原子(和氧原子)？2)当硅和氧的半径分别为0.038纳米和0.114纳米时(假设原子是球形的)，它们的体积密度是多少？9.在800时，一个原子有足够的能量在固体中运动，而在900时，原子中只有一个原子。试着找到它的活化能(J/原子)。10.如果一块铁被加热到850，然后迅速冷却到20。试着计算在处理前后空隙数应该增加多少倍(设定在铁中形成摩尔空隙所需的能量为104，600焦耳)。11.将图1-18所示立方体晶体的滑动面ABCD设置为平行于晶体的上下底面。如果滑动面上有一个正方形位错环，并且位错环的每一段都平行于滑动面的每一侧，则其白石矢量bAB。1)有些人认为“位错环移出晶体后，滑动面上的滑动台阶应该是4 B。这是正确的吗？为什么？2)指出位错环各段位错线的类型，并画出位错移出晶体后的滑移方向和滑移量。12.将图1-19所示立方体晶体中的滑动面ABCD设置为平行于晶体的上下底面。在滑移面上，晶体中有一条平行于AB的位错线段，该线段垂直于滑移面。位错的白石矢量b平行于并垂直于。我可以问一下吗：1)应在晶体上施加什么样的应力，使位错在ABCD滑动面上移动而不移动？2)位错在上述应力下是如何运动的？水晶的形状是如何变化的？13.在面心立方晶体中设置滑移面，位错滑移后的滑移矢量为。1)在单位单元格中绘制伯恩斯坦矢量B的方向，并计算其大小。2)画出引起晶胞滑移的边缘位错和螺旋位错的位错线方向，并写出两条位错线的晶体方向指数。14.判断下列位错反应是否可以进行。1)2)3)4)15.如果面心立方晶体中存在b=的单位位错和b=的不完全位错，这两种位错相遇产生位错反应。1)这种反应能进行吗？为什么？2)写下合成位错的伯恩斯坦矢量，并解释合成位错的类型。16.如果晶体中的位错密度已知。1)实验测得的F-R位错源的平均长度为，计算出位错网中F-R位错源的数量。2)计算当具有这种氟-氢位错源的镍晶体滑移时所需的剪切应力。倪的爸爸是出了名的。17.已知伯恩斯坦矢量b=0.25nm纳米。如果对称倾斜晶界的取向差等于1和10，则计算晶界上位错之间的距离。从计算结果中可以得出什么结论？18.亚晶界由氮刃位错组成，晶界取向差为0.057。在形成亚晶界之前，位错之间没有相互作用。形成亚晶界后的畸变能是多少倍？19.用位错理论证明了小角度晶界的晶界能与电势差的关系。在这个公式中，中和A是常数。20.只需回答以下问题。1)空间晶格和晶格有什么区别？2)金属的三种常见晶体结构中，哪一种不能用作空间晶格？3)原子半径与晶体结构有关。at如何8)最低的接口是什么？9)“小角度晶界是由排列成墙的边缘位错形成的”，对吗？1.解释间隙固体熔体和间隙化合物之间的异同。2.有序合金的原子排列有什么特征？这种安排和债券有什么关系？为什么许多有序合金在高温下会变得无序？3.众所周知，镉、锌、锡、锑和其他元素在银中的固溶度(摩尔分数)的极限分别为：它们的原子直径分别为0.3042纳米、0.314纳米、0.316纳米、0.3228纳米和0.2883纳米。尝试分析固体溶解度极限(摩尔分数)不同的原因，并计算它们在固体溶解度极限(摩尔分数)时的电子浓度。4.尝试分析由氢、氮、碳和硼在铁和铁中形成的固体熔体的类型、位置和固溶度(摩尔分数)。各元素的原子半径如下：h为0.046纳米，n为0.071纳米，c为0.077纳米，b为0.091纳米，铁为0.124纳米，铁为0.126纳米。5.金属间化合物AlNi具有CsCl型结构，晶格常数a=0.2881nm纳米，试计算其密度(镍的相对原子质量为58.71，铝的相对原子质量为26.98)。6.6的密度。硫化锌是4.1。试着从这里计算两个离子的中心距离。7.碳和氮在铁中的最大固溶度(摩尔分数)分别为。众所周知，碳和氮原子都位于八面体间隙中。试着分别计算占据八面体间隙的碳原子和氮原子的百分比。8.为什么只有替代固体熔体的两种组分可以无限相互溶解，而间隙固体熔体不能？9.计算氯化钠中钠离子中心和下列离子中心之间的距离(总和的半径分别为0.097纳米和0.181纳米)。1)最近的正离子；2)最近邻离子；3)次级邻近离子；4)第三邻近离子；5)最近的相同位置。10.固体熔体中含有氧化镁。1)质量分数是多少？2)假设氧化镁的密度为3.6，氟化锂的密度为2.6，固溶体的密度是多少？11.非晶材料的理论强度按G/6G/4计算，其中G为剪切模量。如果=0.25，玻璃(非晶材料)的理论强度是根据其弹性性质估算的(已知E=70000Mpa兆帕)。12.陶瓷绝缘体在烧结后含有1%(基于体积)的孔隙，其孔隙长度为13.7毫米立方。如果粉末可以在制造过程中压制成24%的孔，模具的尺寸应该是多少？13.一种有机化合物，由、组成，试着写下可能的化合物的名称。14.画出丁醇的4种可能异构体。15.一种普通聚合物的单体平均分子量为60000u(以每种元素的相对原子质量计)。1)确定其单体的质量；2)聚合度是多少？16.聚氯乙烯溶解在有机溶剂中，其碳碳键长度为0.154纳米，链中的键数是固定的。1)分子量为28500克的分子的均方根长度是多少？2)如果均方根长度只有的一半，那么分子量是多少？17.一种聚合材料含有每分子900个单体的聚氯乙烯。如果每个分子都可以拉伸成线性分子，那么从这种聚合物中可以获得的理论最大应变是多少(假设碳-碳键中每个键的长度是0.154纳米)？18.有一种共聚物叫丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，每种的质量分数都是一样的，那么单体的比例是多少(A丙烯细；B丁二烯；S苯乙烯)？19.尼龙-6是一种缩聚物。1)给出这个分子的结构。2)解释缩聚是如何发生的。3)当每个摩尔形成时，释放了多少能量？不同的键是已知的：碳氧键、氢氮键、碳氮键、氢氧键，键能(千焦/摩尔)分别为360、430、305、500。20.试着描述硅酸盐结构的基本特征和类型。21.为什么外部温度的急剧变化会导致许多陶瓷器件破裂或断裂？22.陶瓷材料中的主要键是什么？从键合角度解释了陶瓷材料的特殊性质。1.尝试描述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量和结构条件。2.如果纯镍在凝固过程中的最大过冷度与其熔点(Tm=1453)之比为0.18，试着找出其凝固驱动力。(H=-18075焦耳/摩尔)3.已知铜的熔点Tm为1083，熔化潜热Lm为1.88103 J/cm3，比表面能为1.44105 J/cm3。(1)尝试计算铜在853均匀成核时的临界核半径。(2)假设铜的相对原子质量为63.5，密度为8.9g/cm3，计算临界晶核中的原子序数。4.试着推导杰克逊方程5.铸造组织的特点是什么？6.液态金属凝固时，需要过冷。如果固体金属熔化，它会过热吗？为什么？7.众所周知，全结晶聚乙烯的密度为1.01克/立方厘米，低密度乙烯的密度为0.92克/立方厘米，高密度乙烯的密度为0.96克/立方厘米。尝试计算低密度聚乙烯和高密度聚乙烯中“自由空间”的大小。8.为了获得金属玻璃，为什么你通常选择具有陡峭液相线的二元体系，从而降低共晶温度？9.比较显示了过冷、临界过冷和动态过冷等概念的不同。10.分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。11.什么是关键核心？它的物理意义和与过冷的定量关系是什么？12.简述纯金属晶体的生长机理。13.尝试分析单晶形成的基本条件。14.指出下列概念的错误并改正。(1)所谓过冷是指结晶过程中冷却曲线上出现的平台的温度和熔点之间的差异；动态过冷是指结晶过程中实际液相温度和熔点之间的差异。(2)金属结晶时，原子从液相到固相无序排列，降低了体系的熵值。因此，这是一个自发的过程。(3)在任何温度下，液态金属中最大的结构波动是晶胚。(4)在任何温度下，液相中最大的结构波动是核。(5)所谓临界晶核是指当系统自由能的减少完全补偿表面自由能的增加时，晶体胚的大小。(6)在液态金属中，出现的任何小于临界核半径的胚胎都不能成核，但只要有足够的能量波动来提供成核功，它就可以成核。(7)纯金属铸件结晶过程中测量的最大过冷度与由公式T=0.2Tm计算的最大过冷度基本相同(8)在某些铸件的结晶过程中，由于冷却速度加快，均匀成核速率N1增大，非均匀成核速率N2也增大，因此总成核速率为N=N1N2。(9)如果向过冷液体中加入10，000种成核剂，结晶后可形成10，000个晶粒。(10)从非均匀成核功的计算公式A可以看出，当润湿角=00时，非均匀成核的成核功最大。(11)为了生产出一批不同厚度、粒度均匀的砂型铸件，在生产过程中加入成核剂就足够了。(12)非均匀成核总是比均匀成核容易，因为前者是添加了颗粒的结晶核，不同于后者，后者形成界面并导致自由能增加。(13)在研究金属晶粒细化过程时，我们主要寻找熔点低、晶格常数与金属相近的成核剂，成核的催化效率最高。(14)当纯金属生长时，无论液-固界面是粗糙的还是光滑的，其液体原子沿固体表面的垂直方向一个接一个地连接。(15)无论温度如何分布，普通纯金属的生长都是枝晶界面。(16)在结晶结束时，氮化铵和水溶液的形态与纯金属相同。前者是枝晶，而后者是枝晶。(17)人们无法观察到极纯金属的枝晶生长过程，因此枝晶生长形态只是一种推论。(18)当成核剂添加到液态纯金属中时，其生长形式总是树枝状的。(19)如果纯金属在结晶过程中垂直生长，其界面会交替变得光滑和粗糙。(20)宏观上，如果液-固界面是直的，则称之为光滑界面结构，如果金属是锯齿状的，则称之为粗糙界面结构。(21)纯金属在结晶过程中以树枝状或平面状生长，与金属的熔化熵无关。(22)在金属结晶过程中，晶体生长所需的动态过冷有时大于成核所需的临界过冷。1.在铝镁合金中，xMg=0.05，计算质量2.在已知的铝-铜相图中，k=0.16，m=3.2。如果铸件的凝固速度r为310-4厘米/秒，温度梯度g为30/厘米，扩散系数d为310-5厘米2/秒，则在能够保持平面界面生长的合金中发现WCu的极值。3.已经证明，当固溶体合金凝固时，由于成分过冷导致的最大过冷是：最大过冷度与液固界面之间的距离为：在公式中M液相线斜率；WC0Cu合金成分；K平衡分配系数；G温度梯度；D扩散系数；R凝固速度注：熔体在液体中的分布曲线可以表示为：4.镁镍体系的一个共晶反应是：假设W1Ni=C1是亚共晶合金，w2Ni=C2是过共晶合金。这两种合金中预共晶相的质量分数相等，但C1合金中的总量是C2合金中总量的2.5倍。试着计算一下C1和C2的构成。5.在图4-30所示的相位图中，请指出：(1)水平线反应的性质；(二)各地区的组织构成；(3)分析合金一和合金二的冷却过程；(4)合金工人，二室温下组织成分相对量的表达。6.根据下列条件画出二元相图。甲和乙的熔点分别为1000和700。含wB=0.25的合金在500完全凝固，其平衡组织由73.3%的预共晶组成。和26.7%的( )共晶成分。WB=0.50的合金在500时的显微组织由40%的预共晶和60% ( )共晶组成，合金的总为50%。7.图4-31是铅锑相图。如果要求由铅锑合金制成的轴瓦具有相对量为5%的(Sb)作为硬点分布在共晶基体上的结构，则确定合金的成分和硬度(已知(Pb)的硬度为3HB，(Pb)的硬度为30HB)。8.参考图4-32中的铜锌相图，图中平衡了多少个三相，并写出它们的反应公式。分析了室温下含wZn=0.40的铜锌合金平衡结晶过程中的主要相变反应公式及相组成和组织组成。9.计算wC=0.04的铁碳合金在亚