《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案.doc

材料科学与工程基础练习题和思考问题和答案第二章2-1 .以能级写入n、o、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排列(以框图表示)。2-2 .的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，打算计算镁原子的原子量。尝试计算2-3.n壳层内的最大电子数。 如果k、l、m、n壳层的所有能级都充满了电子，那么该原子的原子编号是多少？2-4 .计算o壳层内的最大电子数。 确定了k、l、m、n、o壳层中的所有能级被电子充满时的原子的原子编号。2-5 .将离子键、共价键、金属键按方向性和无方向性分类，简单地说明理由。2-6 .基于混合轨道理论，说明以下结合形式(1)CO2的分子键(2)甲烷CH4的分子键(3)乙烯C2H4的分子键(4)水H2O的分子键(5)苯环分子键(6)羰基中的c、o间的原子键2-7 .有没有影响离子性化合物和共价键化合物配位数的因素？2-8 .试着说明表2-3-1的原子键型和物性的关系吧？在2-9.0下，水和冰的密度分别为1.0005 g/cm3和0.95g/cm3，如何说明这种现象？2-10.cn=6时，k离子的半径为0.133nm(a)cn=4时，半径是多少？(b)CN=8时，半径是多少？2-11.(a )使用附录的资料计算金原子的质量吗？ (b )每b)mm3的金有多少个原子？ (c )根据金的密度，包含1021个原子的金粒的体积是多少？(d )假设金原子为球形(rAu=0.1441nm )，如果忽略金原子间的空隙，1021个原子占多少体积？(e )这些金原子的体积占总体积的百分之几？1个2-12.CaO1的立方体晶格包含4个Ca2离子和4个o2离子，各自的边长为0.478nm，Cao的密度是多少？2-13 .硬球模式广泛应用于金属原子和离子，为什么不应用于分子？2-14 .计算面心立方金属的原子诱发密度根据(b )面心立方化合物NaCl的离子诱发密度(离子半径rNa=0.097，rCl-=0.181) (c )计算结果，可以导出什么样的结论？2-15 .铁的单位晶格为立方体，晶格常数a=0.287nm，请根据铁的密度计算出每单位晶格中包含的原子的个数。2-16 .钛的单位晶格包含两个原子。 这个单位晶格的体积是多少？2-17 .计算与面心立方、体心立方紧密排列的六方晶胞的致密度。2-18 .在体心立方结构单元晶格(100 )面上，按比例描绘其面上的原子、八面体和四面体的间隙.2-19 .结合类型如何影响局部原子层叠？2-20 .厚度0.08mm、面积670mm2的薄铝片(a )的单位单元为立方体，a=0.4049nm，该片中共含有几个单位单元？(b )铝的密度为2.7Mg/m3时，每单位单元的质量是多少2-21.(a )每mm 3的固体钡含有多少原子？ (b )其原子堆积因子是多少？(c )钡属于哪个立方体结构？ (原子顺序=56、原子质量=137.3aum、原子半径=0.22nm、离子半径=0.143 nm、密度=3.5Mg/m3 )根据2-22线衍射数据，MgO立方体的单位晶格尺寸为0.412nm，其密度为3.83Mg/m3，请告诉我每单位晶格有多少Mg2离子和o2离子2-23 .金刚石结构的晶格常数a为0.357nm，变化为石墨时的体积变化比例是？ (石墨密度2.25Mg/m3 )2-24 .如果方向为111的直线通过1/2、0、1/2点，此直线上的其他两点的坐标是什么？2-25.(a )在多维数据集系统中，100方向和211方向的角度是多少？ (b)011方向和111方向的角度是多少？2-26 .如果一个平面和晶体的两轴切片a=0.5，b=0.75，与z轴平行，则此平面的镜像指标是什么？2-27 .如果一个平面和三个轴的切片为a=1、b=-2/3、c=2/3，则此平面的镜像指标是什么？2-28.(a )方向族111的方向是在铁的(101 )平面上吗？ (b )方向族110的方向是在铁的(110 )平面上吗？2-29 .氯化钠结晶用于测定某x射线的波长，在氯离子的d111间距下，衍射角2q为2730(a)X射线的波长是多少(NaCl晶格常数为0.563 nm ) (如果b射线的波长为0.058nm，则衍射角2q为多少2-30 .为了计算某x射线波长0.058nm、铝的d200，衍射角2q为16.47，求晶格常数吗？2-31 .请计算出能进入FCC银间隙的、不拥挤的最大原子半径。2-32 .碳原子能溶入fcc铁的最大填充位置： (a )每单位电池有几个这样的位置？ (b )该地方周围有多少个铁原子？2-33个熔体含有30m/o MgO和70 m/olif:(a ) Li、Mg2、F-和O2-的w/o是多少？ (b )密度是多少？2-34 .请找到进入bcc铁间隙的最大原子的半径(暗示最大空洞位于1/2、1/4、0的位置)。已知-Fe中碳和氮的最大固溶度分别为8.9%和10.3%，碳和氮原子占八面体的间隙，我们对八面体的间隙被碳和氮原子所占的比例进行了计算。2-36.fcc间隙位置的配位数是什么？ 如果各个间隙的位置被小原子或离子充满，会变成什么样的构造呢？2-37.fe3/fe2比为0.14时，FeO的密度是多少(FeO为NaCl结构(r0 rFe )平均0.215nm )2-38 .如果在固溶体中按每个Zr离子添加Ca2离子，就会形成ZrO2的立方体，因此阳离子形成fcc结构，但是O2-离子处于四重对称位置，(a )每100个阳离子中的O2-离子的数量是多少？ (b )四重对称位置被占了多少？2-39 .温度为912时，铁从PS变为PS。 该温度下铁的两结构的原子半径分别为0.126nm和0.129nm，(1)求出结构变化时的体积变化V/O。 (2)从室温将铁加热到1000时，铁的体积会发生什么样的变化？2-40 .固体材料存在什么样的结构转移类型？ 受到什么样的因素的影响？ 举例说明。2-41 .某熔融Pb-Sn焊料具有共晶温度，假设该焊料50g被加热到200，该焊料中会溶解几克锡？ (参照图2-7-13 )2-42 .将某65Cu-35Zn黄铜(参照图2-6-1 )从300加热到1000时，每100会出现什么样的相遇？2-43 .为什么金属、金属氧化物、无机化合物(氮化物等)具有高表面能，有机物(包括高分子化合物)具有低表面能？2-44 .为什么表面能和表面张力具有相同的维度？影响材料表面能高低的实质是什么？第三章与3-1金属材料和无机非金属材料相比，高分子材料的组成和结构具有什么样的特征？3-2为什么会出现高分子链的凝聚状态结构？ 高分子链的凝聚结构包括什么？3-3为什么高分子链具有柔软性？什么是3-4聚合物混合复合材料？ 基本特征是什么？根据3-5内部旋转可以把随机立体聚丙烯变成全立体聚丙烯吗？ 为什么全等规聚丙烯结晶中，分子链呈现随机的构象？3-6 .以下高分子化合物中，结晶性的和非结晶性的是哪一种？(1)聚乙烯(2)全顺式1.3聚异戊二烯； (3)尼龙6 (4)聚碳酸酯(5)乙烯和丙烯无规共聚物(6)全等规聚甲基丙烯酸甲酯； (7)间独立结构聚氯乙烯； (8)使无规立体聚丙烯(9)酚醛树脂固化(10 )聚对苯二甲酸丁二醇酯(11)ABS (12 )聚乙烯醇。总而言之，与低分子物质相比，高分子化合物的分子结构和分子凝聚状态结构有什么重要的特征？3-8 .下述s键的旋转能均小于H2C-CH2，请进行说明h2c-io=c-CH2 H2 c-nhn2c-si-oh2c-ch=3-9 .简要说明聚合物晶体与金属晶体、离子晶体与无机共价键晶体的主要差异。有影响3-10多成分系的相分离的因素吗？3-11 .聚合物共聚物的形态结构有基本的类型吗？ 那个结构是什么样的？一个一个地举个例子。3-12 .高分子化合物有几种主要的结晶形态吗？ 其中高分子链的构象是什么样的？3-13 .结构分析说明了PTFE为什么具有极低的表面张力，粘合性能。3-14 .为什么高分子链具有柔软性？ 试着比较以下各组内高分子链的柔软性的大小，简单说明理由： (1)聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯； (2)聚乙烯、聚乙烯、聚甲醛； (3)聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯(4)聚甲醛、聚苯醚(5)尼龙66、聚对苯二甲酰胺。3-15聚合物基复合材料表面粘合剂的主要影响因素是什么？如何提高复合材料的表面粘合剂？3-16 .增合剂和偶联剂的作用有什么异同点？3-17无机玻璃和网络聚合物的区别是什么？ 从结构和物理状态的变化来说明。总结3-18金属、陶瓷、高分子材料组成和结构的主要差异。3-19 .一块玻璃含有80%(wt )的SiO2和Na2O，非交联氧的分数是多少？简述3-20无机非金属材料中不同结合类型对材料性能的影响，并举例说明。在3-21离子晶体中，紧密堆积的负离子正好接触，中心正离子也正好接触时，正离子的半径比为临界半径比： (1)立方体配体(2)八面体配体； (3)四面体配位(4)三角形配位。3-22.CaTiO3是标准钙钛矿型结构，简要叙述了其结构特征，并分析了其中钙离子、钛离子和氧离子的配位数。3-23粘土、滑石、云母是相同层状结构的硅酸盐，为什么他们显示出很大的机械性能差异？3-24 .简要说明硅酸盐几个结构单元的主要特征。3-25(a)99.8Fe和0.2C钢在800下是什么相？(b )写这些相的成分，(c )这些相分别是百分之几？3-26说明下一个名词金属键、晶格、单位晶格、合金、单元、相、机械混合物、铁氧体、奥氏体、渗碳体、马氏体、真？ 青铜、变形铝合金、非晶质3-27 .最常见的金属晶体结构有几种？3-28隐式描绘Fe-Fe3C相图，说明相图中的主要点、线的意思，并填写各相区的主要组织组合物。总结了3-29铁合金中渗碳体形态对合金性能的影响特征3-30钢和铸铁的成分、组织和性能的主要差异是什么？什么是3-31再结晶？ 如何选定再结晶退火温度？ 钢的再结晶退火温度是多少？3-32比较一下各铸铁之间的性能差吧？第四章4-1 .铝的弹性模量为70GPa，泊松比为0.34，在83MPa的静水压下，该单位的体积是多少？4-2 .以下哪个压缩性大？ 泊松比为0.29的铁或泊松比为0.37的真？4-3 .直径为12.83mm的试棒，规长为50mm，在轴向受200KN的力作用下伸长0.456mm，直径为12.79mm。 (a )该试棒的体积弹性模量是多少？ (b )剪切系数是多少？4-4 .硫化的橡胶球受到1000psi的静水压力，直径减少了1.2%，但同样材质的试验棒在受到75psi的拉伸应力时增长了2.1%。 这个橡皮棒的泊松比是多少4-5 .在聚苯乙烯中添加15-20%的苯乙烯-丁二烯橡胶后，冲击强度大幅度提高，请说明原因，并描绘配合前后PS的-曲线图。4-6 .知道温度为25时5种高分子化合物的性能，用以下名称识别是哪个高分子化合物，说明原因。a.拉伸强度拉伸冲击强度(悬臂梁)弹性模量PS % PS 103(一) 1) 62.1 110 19.04 2.415(2) 51.8 0 0.41 6.90(3) 27.6 72 4.08 0.828(4) 69.0 0 1.09 6.90(5) 17.3 200 5.44 0.414名称：环氧树脂、聚四氟乙烯、聚乙烯、酚醛树脂、聚碳酸酯b .指出上述树脂中的哪一种是不透明的。4-7 .长212厘米的铜线，直径为0.76mm毫米。 施加载荷8.7Kg时开始产生塑性变形(a )的力是多少牛顿？(b )施加载荷15.2kg时，该线的变形为0.011，去除载荷后，铜线的长度是多少？(c )该铜线的屈服强度是多少？4-8冲击试验机夏比的重量为10kg，从质量中心到摆动支点的距离为75cm，夏比上升到120。 后来释放。 折叠试验片后，钟摆上升到90度。 这个试验片吸收了多少能量呢？如何从4-9拉伸试验中获得常用力学性能数据？请分别说明4-10种弹性模量。简要说明4-11陶瓷材料力学性能的特征。4-12热处理(退火)的本质是什么？ 材料的拉伸强度、硬度、尺寸稳定性、冲击强度、断裂伸长有什么影响？4-13用什么方法能改善材料的韧性，举例说明。4-14 .提高材料刚性的方法是什么？4-15高分子化合物的实际强度远低于理论强度，你能从什么方面解释？4-16双胞胎和打滑的区别是什么？ 什么情况下能看到金属中的变形孪晶？画了4-17bcc金属的(112 )平面，显示111滑动方向在该平面上。请说明4-18杂质原子阻止差动列的移动。如果有4-19钢板的屈服强度为690MPa，KIC值为70MPa