?压电晶体
?当对某些晶体挤压或拉伸时，该晶体的两端就会产生不同的电荷，这种晶体就叫压电晶体。
?产生的电荷的量是非常少的，但却是仪器可以检测到的，并能够加以利
用。
?如彩电、空调、电脑、DVD 、
无电线通讯、手机
频率片的必需材料?压电晶体是用量仅次于单晶硅的电子材料，用于制造选择和控制频率的电子元器件，广泛应用于电子信息产
业各领域。
压电晶体只有按照一定的方向切割，才具有压电效应。切割方向不同，对晶体的压电效应影响很大。
如果在特定方向的压电
晶片上镀上电极，加上
交流电，则压电晶片会
作周期性的伸长或缩
短，产生振荡，如同人
唱起歌来一样。
水晶(Crystal)/石英(Quartz)?最重要的压电晶体
?主要化学成份是二
氧化硅。化学式为
。。
SiO
2
?水晶呈无色、紫色、
黄色、绿色及烟色
等。玻璃光泽。透
明至半透明。硬度7。
性脆。无解理。水
晶熔点为1713℃。
?手表中用于稳定频率的谐振子就是用水晶这种压电晶体制作的。石英表的英文是quartz watch当石英晶体受到电池电力影响时，它也会产生规律的振动。
?石英晶体每秒的振动次数高达32768次，我们可以设计简易的电路来计算它振动的次数，当它数到32768次时，电路会传出讯息，让秒针往前走一秒。
压电晶体
水晶
压电器件
水热法
?水热法是一种在高温高压下从过饱和水溶液中进行结晶的方法。
?工业化批量生长水晶即采用这种方法。
?水热法是19 世纪中叶地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究的。
?晶体生长在特制的高压釜内进行，晶体原料放在高压釜底部，釜内添加溶剂。加热后上下部溶液间有一定的温度差，使之产生对流，将底部的高温饱和溶液带至低温的籽晶区形成过饱和而结晶。
?人工水晶要从厚度1mm的“晶种”成长为重约2kg的人工水晶，大约需要3个月时间。将晶种放入高压釜后经过一个季度
制成的人工水晶从高压釜中取出，现场的操作人员将这项作业称为“出炉”。
?高压釜为可承高温高压的钢制釜体。水热法采用的高压釜一般可承受1100o C的温度和150MPa
的压力，具有可靠的密封系统和防爆装置。因为具潜在的爆炸危险，故又名“炸弹”（bomb）。由于内部要装酸、碱性的强腐蚀性溶液，当温度和压力较高时，在高压釜内要装有耐腐蚀的贵金属内衬，如铂金或黄金内衬，以防矿化剂与釜体材料发生反
应。
?压电晶体的性能参数中耦合系数、压电常数等比较重要。例如耦合系数，表示当一定的电压加在晶片上时，电能转化为振动声能的百分率。水晶的耦合系数比较小，在下表中铌酸锂晶体的耦合系数最高，其它晶体的耦合系数也不是太好。目前有一种新的压电晶体，铌镁酸铅钛酸铅，其耦合系数可以达到90％。
其它的压电晶体
铌
酸
锂
晶
体
钽
酸
锂
晶
四硼酸锂晶体体
铁电晶体
?特指压电晶体中具有自发式极化且自发极化方向能随外施电场方向的改变而转向的一类晶体
SONAR (Sound Navigation and Ranging)水声换能器能把声能和电能（或者两种不同形式的能量）进行互相转换的器件称为换能器(
underwater sound transducer)在水声设备中多数采用
电——声转换；因为这
种转换方式最便于人工
控制。在水下使用的换
能器称为水声换能器。
?1918年，朗之万制成压电式换
能器
换能器有两个用途：
一是在水下发射声
波，称为“发射换能
器”，相当于空气中
的扬声器；二是在水
下接收声波，称为
“接收换能器”，相当
于空气中的传声器
（俗称“麦克风”或
“话筒”）。换能器在实际使用时往往同时用于发射和接收声波，专门用于接收的
换能器又称为“水听器”。
?目前，声
呐是各国海军进行水下监视使用的主要技术，用于水文测量和海底地质地貌的勘测等
?声呐技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信，以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水下目标探测、分类、定位和跟踪；进行水下通信和导航。
。
Chapter 6 Phase diagram of single-component and Solidification for pure metal 作业1：The solid-liquid interfacial energy of pure silver is 0.126J/m 2. The latent heat of melting is 104.6J/g. The melting point of pure silver is 961℃. The density of solid/liquid silver at the melting point is 10.5g/cm 3 . (15points) (1) What is the value of the critical radius at 700℃? (2) What is the value of ΔG * at this radius? 作业2：This diagram is for a hypothetical embryo of silver growing against an arbitrary mold wall. With the aid of this diagram, (a) Compute the angle of contact, θ, of the embryo with the mold wall. (b) Determine the magnitude of the factor that may be used to convert the homogeneous free energy needed to obtain a nucleus into that of the corresponding heterogeneous free energy. 作业3: 已知纯铜的熔化潜热为1.88×109J/M 2,熔点为1089℃，点阵常数为3.4167?, 发生 均匀形核过冷度为230K ，21SL /10*44.1m J -＝σ 。求铜的临界晶核半径?γ及临界晶核中所含的铜原子数。 作业4：已知锌的熔点为419℃，其结晶潜热为7×108J/m 3,液固界面能2/06.0m J ＝σ， 锌的原子量为65.4，密度为7.18g/cm 3,试计算锌在350℃结晶后的临界晶核半径，并说明晶核内有多少个锌原子？ 作业5：金的熔点为1064℃，溶化潜热为12.8KJ/mol, 若液态金在1000℃时发生结晶，其 临界晶核半径m 10*10*3.43-=γ ，试计算金属的液固界面能。 作业6：解释金属结晶时，为什么会产生过冷？ 作业7：在均匀形核时，若设晶核形状为边长a 的立方体，试求其临界晶核半径及形核功。
几种常见晶体结构分析文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]
几种常见晶体结构分析 河北省宣化县第一中学 栾春武 邮编 075131 栾春武：中学高级教师，张家口市中级职称评委会委员。河北省化学学会会员。市骨干教师、市优秀班主任、模范教师、优秀共产党员、劳动模范、县十佳班主任。 联系电话： E-mail ： 一、氯化钠、氯化铯晶体——离子晶体 由于离子键无饱和性与方向性，所以离子晶体中无单个分子存在。阴阳离子在晶体中按一定的规则排列，使整个晶体不显电性且能量最低。离子的配位数分析如下： 离子数目的计算：在每一个结构单元（晶胞）中，处于不同位置的微粒在该单元中所占的份额也有所不同，一般的规律是：顶点上的微粒属于该 单元中所占的份额为18，棱上的微粒属于该单元中所占的份额为1 4，面上 的微粒属于该单元中所占的份额为1 2，中心位置上（嚷里边）的微粒才完 全属于该单元，即所占的份额为1。 1.氯化钠晶体中每个Na +周围有6个Cl －，每个Cl －周围有6个Na +，与一个Na +距离最近且相等的Cl －围成的空间构型为正八面体。每个Na +周围与其最近且距离相等的Na +有12个。见图1。 图1 图2 NaCl
晶胞中平均Cl－个数：8×1 8 + 6× 1 2 ＝ 4；晶胞中平均Na+个数：1 + 12×1 4 ＝ 4 因此NaCl的一个晶胞中含有4个NaCl（4个Na+和4个Cl－）。 2.氯化铯晶体中每个Cs+周围有8个Cl－，每个Cl－周围有8个Cs+，与一个Cs+距离最近且相等的Cs+有6个。 晶胞中平均Cs+个数：1；晶胞中平均Cl－个数：8×1 8 ＝ 1。 因此CsCl的一个晶胞中含有1个CsCl（1个Cs+和1个Cl－）。 二、金刚石、二氧化硅——原子晶体 1.金刚石是一种正四面体的空间网状结构。每个C 原子以共价键与4个C原子紧邻，因而整个晶体中无单 个分子存在。由共价键构成的最小环结构中有6个碳原 子，不在同一个平面上，每个C原子被12个六元环共用，每C—C键共6 个环，因此六元环中的平均C原子数为6× 1 12 ＝ 1 2 ，平均C—C键数为 6×1 6 ＝ 1。 C原子数: C—C键键数＝ 1:2； C原子数: 六元环数＝ 1:2。 2.二氧化硅晶体结构与金刚石相似，C被Si代替，C与C之间插 氧，即为SiO 2晶体，则SiO 2 晶体中最小环为12环（6个Si，6个O）， 图3 CsCl 晶 图4 金刚石晶
《材料结构》习题：纯晶体的凝固 1.设均匀形核时其晶核为球形，试证明临界形核功ΔG c 与临界晶核体积V c 的关系为： 12 c c V G V G ?=-? 2.设非均匀形核时其晶核为球冠形，试证明临界形核功*c G ?与临界晶核体积*c V 的关系为： 12c c V G V G * *?=-? 3.当临界晶核为球形和小立方体形时，试分别求 出各临界晶核中的原子数n 的表达式： n =f (ΔG V , σ,V ) 式中V 为每个原子的体积。 4.试说明金属结晶时粗糙型液－固界面的微观结构特点，指出该界面在结晶过程中的作用。 5.综述金属结晶的热力学条件、动力学条件、能量条件和结构条件。 6.已知金的熔点T m 为1063℃，熔化潜热L m 为12.8kJ/mol ，密度为19.3g/cm 3 ，摩尔质量为197g/mol 。若液态金在1000℃均匀形核时的临界晶核半径r ＝43.3×10-10m ，试计算金的液固界面能σ和临界形核功。 7.根据克拉珀龙方程可以推导出液－固或固－固相变温度与压力的关系式： T V T H P m m m ???=? 式中，ΔH m 为相变潜热；T m 为相变温度；ΔV m 为摩尔体积变化。试分别计算： (1) 已知α-F e →γ-Fe 在1大气压下T m ＝912℃，若外加压力增加到1000大气压时，转变温度应是多少（已知ΔH m ＝920.5J/mol ，α-F e 的密度为7.57g/cm 3，γ-Fe 的密度为7.63g/cm 3，Fe 的摩尔质量为55.85g/mol ）。 (2) 已知纯铁熔化时体积变化为膨胀3％，求10个大气压下的熔点（已知L m ＝15.2kJ/mol ，T m =1803K ，密度为 7.6g/cm 3，摩尔质量为55.85g/mol ）。
第二章作业 2－1 常见的金属晶体结构有哪几种它们的原子排列和晶格常数有什么特点 V、Mg、Zn 各属何种结构答：常见晶体结构有 3 种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V ⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方：Mg、Zn －Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、 2---7 为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业 4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好试用多晶体塑性变形的特点予以解释。答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。原因是：（1）强度高：Hall-Petch 公式。晶界越多，越难滑移。（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。 4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂 7~15 天，然后再精加工。试解释这样做的目的及其原因答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7 天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。 4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）答：W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =（～×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃ TR(Sn) =（～×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃ 所以 W 在1000℃时为冷加工，Sn 在室温下为热加工 4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想为什么（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。答：齿轮的材料、加工与加工工艺有一定的原则，同时也要根据实际情况具体而定，总的原则是满足使用要求；加工便当；性价比最佳。对齿轮而言，要看是干什么用的齿轮，对于精度要求不高的，使用频率不高，强度也没什么要求的，方法 1、2 都可以，用方法 3 反倒是画蛇添足了。对于精密传动齿轮和高速运转齿轮及对强度和可靠性要求高的齿轮，方法 3 就是合理的。经过锻造的齿坯，金属内部晶粒更加细化，内应力均匀，材料的杂质更少，相对材料的强度也有所提高，经过锻造的毛坯加工的齿轮精度稳定，强度更好。 4－10 用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000℃，保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断裂，试分析原因答：由于冷拔钢丝在生产过程中受到挤压作用产生了加工硬化使钢丝本身具有一定的强度和硬度，那么再吊重物时才有足够的强度，当将钢丝绳和工件放置在1000℃炉内进行加热和保温后，等于对钢丝绳进行了回复和再结晶处理，所以使钢丝绳的性能大大下降，所以再吊重物时发生断裂。 4－11 在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而稍隔一段时间再行弯折，铅板又像最初一样柔软这是什么原因答：铅板在室温下的加工属于热加工，加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成，而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上，所以伴随着回复和再结晶过程，等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒，硬度和塑性又恢复到了未变形之前。第五章作业 5－3 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体异同答：一次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。二次渗碳体：从 A 中析出的渗碳体称为二次渗碳体。三次渗碳体：从 F 中析出的渗碳体称为三次渗碳体共晶渗碳体：经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体共析渗碳体：经共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗
常见晶体结构图彩图己烷C6 H12: 碳原子以sp2杂化与相邻两个碳原子碳环s骨架，与2个H 成C-H 键。 二茂铁Fe(C5 H5 )2: 上下环戊烯阴离子各以六个π 电子参与成键，与Fe对称性匹配的d3p3轨道形成六个分子轨道，Fe其余的三个价轨道为非键的孤对电子占据。 B12H122-: 12 个B 形成封闭的三角二十面体，每个B 还与1 个H 形成B-H 键。 C20H20: 每个C 以sp3杂化与相邻的 3 个C 、1 个H 形成s 键，整个碳笼为正十二面体。 C60: 每个C 以sp2杂化与相邻的 3 个C 形成球形多面体s 骨架（12 个五边形与20 个六边形），还有 1 个垂直于曲面的p 轨道与其他p 轨道形成1 个离域的大p 键。 石墨层内 C 以共价键与相邻的 3 个C 形成平面骨架，层之间为范德华力。 金剛石：为A4 结构，每个C 以sp3杂化与相邻的4 个C 形成四面体配位，晶胞中有8 个C 原子。 NaCl 晶体属面心立方点阵，Na+与Cl-的配位数均为6。Cl-作立方最密堆积，Na＋填在Cl－形成的八面体空隙中。每个晶胞含有4个Cl-和4个Na＋，Cl-位于晶胞顶点与面心位置，Na＋位于体心与棱心位置。 立方ZnS 晶体中，S 原子作立方最密堆积，Zn 原子填在一半的四面体空隙中，形成立方面心点阵，晶胞中含个S 原子4 个Zn 原子； 六方ZnS 晶体中，S 原子作六方最密堆积，Zn 原子填在一半的四面体空隙中，形成六方点阵，晶胞中含个S 原子4 个Zn 原子。 CaF2晶体属立方面心点阵，F-作简单立方堆积，Ca2＋数目比F-少一半，填了一半的立方体空隙，每一个Ca2＋由八个F-配位，而每个F-有4 个Ca2＋配位，每个CaF2晶胞有4 个Ca2＋和8 个F-原子。 金红石（TiO2）为简单四方结构,Ti4＋处在略为变形的氧八面体中，即氧离子作假六方堆积，Ti4＋填在它的准八面体空隙中，Ti4＋配位数为 6 ，O2-与3 个Ti4＋配位（3 个Ti4＋几乎形成等边三角形）。 方石英（立方SiO2）构型中的Si ，与金刚石结构中C 原子一样，形成A4 堆积；O 原子位于Si-Si 连线的中心位置附近，形成三维网络状低密度结构，离子晶体已过渡到共价晶体。晶体中Si 原子与周围 4 个氧原子（在四面体顶点方向）成键，氧原子只和 2 个Si 原子配位，Si 与O 的配位数分别降到4:2 。 磷石英晶体由[SiO4] 四面体公用顶点连接成三维骨架, 硅原子相当于六方ZnS 中Zn 和S 的位置, 氧原子介于两个硅原子之间。 CO2（干冰）晶体，已从共价晶体过渡到分子晶体。在晶体中，直线形CO2分子是分立的， C 原子位于立方晶胞的顶点与面心位置，每个CO2分子轴与平面成一定的角度。CO2分子中C-O 间以共价键结合，晶胞中分子间以范德华力联系。 CdI2型晶体则因离子极化成为层型结构。若用 a 、b 、c 来代表Cd+的位置，用A 、B 、C 来代表I 的位置，层型分子沿垂直于层的方向堆积，可表示为||AbC||AbC||…… 在||AbC|| 层内每个Cd 有 6 个I－配位，每个I 与3 个Cd 配位，原子间以共价键结合，层与层之间以范德华力结合。 CaTiO3晶体属正交晶系，每个晶胞中Ca 处于体心位置，Ti 处于顶点位置，O 原子位于每条棱的中心位置，O 原子和Ca 原子联合起来形成面心正交点阵，Ti 原子处在氧原子的八面体空隙中，配位数为 6 ，Ca 原子配位数为12 。 尖晶石MgAl2O4属立方晶系。在尖晶石结构中，MgO4四面体与AlO6八面体共用顶点氧，AlO6与邻近八面体AlO6共用棱边，相互联结在一起。尖晶石晶胞较大，氧原子作立方面心堆积2×2×2 堆成一个大立方晶胞，共有32 个O 原子，形成32 个八面体空隙，其中一半（16 个）为阳离子Al(M3＋) 占据，64 个四面体空隙，其中1/8 （8 个）为阳离子Mg （M2＋）占据。
第6章单组元相图及纯晶体的凝固 6.1 复习笔记 一、单元系相变的热力学及相平衡 1．相平衡条件和相律 组元：组成一个体系的基本单元，如单质（元素）和稳定化合物，称为组元。 相：体系中具有相同物理与化学性质的且与其他部分以界面分开的均匀部分，称为相。 相律 ： F=C－P+2；式中，F为体系的自由度数，它是指不影响体系平衡状态的独立可变参数（如温度、压力、浓度等）的数目；C为体系的组元数；P为相数。 常压下，F=C－P＋1。 2．单元系相图 单元系相图是通过几何图像描述由单一组元构成的体系在不同温度和压条件下可能存在的相及多相的平衡。 图6-1 水的相图
图6-2 Fe在温度下的同素异构转变 上述相图中的曲线所表示的是两相平衡时温度和压力的定量关系，可由克劳修斯（Clausius）一克拉珀龙（Clapeyron）方程决定，即 式中，为相变潜热；为摩尔体积变化；T是两相平衡温度。 有些物质在稳定相形成前，先行成自由能较稳定 相高地亚稳定相。 二、纯晶体的凝固 1．液态结构 （1）液体中原子间的平均距离比固体中略大； （2）液体中原子的配位数比密排结构晶体的配位数减小； （3）液态结构的最重要特征是原子排列为长程无序，短程有序，存在结构起伏。 2．晶体凝固的热力学条件
（6.1）式中，，是熔点T m与实际凝固温度T之差；L m是熔化热 。晶体凝固的热力学条件表明，实际凝固温度应低于熔点T m，即需要有过冷度△T。 3．形核 晶体的凝固是通过形核与长大两个过程进行的，形核方式可以分为两类：均匀形核和非均匀形核。 （1）均匀形核 ①晶核形成时的能量变化和临界晶核 新相晶核是在母相中均匀地生成的，即晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂质粒子或外表面的影响 假定晶胚为球形，半径为r，当过冷液中出现一个晶胚时，总的自由能变化： （6.2）由，可得晶核临界半径： （6.3）代入公式（1），可得： （6.4）由式可知，过冷度△T越大，临界半径则越小，则形核的几率越大，晶核数目增多。将（3）式代入（2）式，得临界形核功： （6.5）将（1）式代入（5）式，可得： （6.6）临界晶核表面积为： （6.7）将（7）式代入（6）式，可得：
几种常见晶体结构分析 河北省宣化县第一中学 栾春武 邮编 075131 栾春武：中学高级教师，张家口市中级职称评委会委员。河北省化学学会会员。市骨干教师、市优秀班主任、模范教师、优秀共产党员、劳动模范、县十佳班主任。 联系电话：：： 一、氯化钠、氯化铯晶体——离子晶体 由于离子键无饱和性与方向性，所以离子晶体中无单个分子存在。阴阳离子在晶体中按一定的规则排列，使整个晶体不显电性且能量最低。离子的配位数分析如下： 离子数目的计算：在每一个结构单元（晶胞） 中，处于不同位置的微粒在该单元中所占的份额也有 所不同，一般的规律是：顶点上的微粒属于该单元中 所占的份额为18 ，棱上的微粒属于该单元中所占的份额为14，面上的微粒属于该单元中所占的份额为12 ，中心位置上（嚷里边）的微粒才完全属于该单元，即所占的份额为1。 1.氯化钠晶体中每个Na +周围有6个C l －，每个Cl －周围有6个Na +，与一个Na +距离最近且相等的 Cl －围成的空间构型为正八面体。每个N a +周围与其最近且距离相等的Na + 有12个。见图1。 晶胞中平均Cl －个数：8×18 + 6×12 ＝ 4；晶胞中平均Na +个数：1 + 12×14 ＝ 4 因此NaCl 的一个晶胞中含有4个NaCl （4个Na +和4个Cl －）。 2.氯化铯晶体中每个Cs +周围有8个Cl －，每个Cl －周围有8个Cs +，与 一个Cs +距离最近且相等的Cs +有6个。晶胞中平均Cs +个数：1；晶胞中平 均Cl －个数：8×18 ＝ 1。 因此CsCl 的一个晶胞中含有1个CsCl （1个Cs +和1个Cl －）。 二、金刚石、二氧化硅——原子晶体 1.金刚石是一种正四面体的空间网状结构。每个C 原子以共价键与4 个C 原子紧邻，因而整个晶体中无单个分子存在。由共价键构成的最小 环结构中有6个碳原子，不在同一个平面上，每个C 原子被12个六元环 共用，每C —C 键共6个环，因此六元环中的平均C 原子数为6× 112 ＝ 12 ，平均C —C 键数为6×16 ＝ 1。 C 原子数: C —C 键键数 ＝ 1:2； C 原子数: 六元环数 ＝ 1:2。 2.二氧化硅晶体结构与金刚石相似，C 被Si 代替，C 与C 之间插氧，即为SiO 2晶体，则SiO 2晶体中最小环为12环（6个Si ，6个O ）， 最小环的平均Si 原子个数：6×112 ＝ 12；平均O 原子个数：6×16 ＝ 1。 即Si : O ＝ 1 : 2，用SiO 2表示。 在SiO 2晶体中每个Si 原子周围有4个氧原子，同时每个氧原子结合2个硅原子。一个Si 原子可形 图 1 图 2 NaCl 晶体 图3 CsCl 晶体 图4 金刚石晶体
典型晶体晶胞结构1.原子晶体 (金刚石 ) 2.分子晶体
3.离子晶体 ＋ Na － Cl
4.金属晶体 堆积模型简单立方钾型镁型铜型典型代表Po Na K Fe Mg Zn Ti Cu Ag Au 配位数 6 8 12 12 晶胞 5.混合型晶体——石墨 1.元素是Cu 的一种氯化物晶体的晶胞结构如图 13 所示，该氯化物的化学 式，它可与浓盐酸发生非氧化还原反应，生成配合物H n WCl 3，反应的化 学方程式为。 2.（ 2011 山东高考）CaO 与NaCl 的晶胞同为面心立方结构，已知CaO 晶体密度为ag·cm-3，N A表示阿伏加德罗常数，则CaO 晶胞体积为cm3。 2.（ 2011 新课标全国）六方氮化硼BN 在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚 石相当，晶苞边长为361.5pm ，立方氮化硼晶胞中含有______各氮原子、 ________各硼原子，立方氮化硼的密度是_______g ·cm-3（只要求列算式，不必计算出数值，阿伏伽德罗常数为N A）。
解析：描述晶体结构的基本单元叫做晶胞，金刚石晶胞是立方体，其中8 个顶点有8 个碳原子， 6 个面各有 6 个碳 原子，立方体内部还有 4 个碳原子，如图所示。所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数＝ 8×1/8+6 ×1/2+4=8 ，因此立方氮化硼晶胞中应该含有 4 个 N 和 4 个 B 原子。由于立方氮化硼的一个晶胞中含有 4 个 4 25g 是，立方体的体积是(361.5cm)3，因此立方氮化硼的密度是 N 和 4 个 B 原子，其质量是 1023 6.02 g·cm-3。 3.（ 4）元素金（ Au ）处于周期表中的第六周期，与Cu 同族， Au 原子最外层电子排布式为______；一种铜合金晶体具有立方最密堆积的结构，在晶胞中Cu 原子处于面心， Au 原子处于顶点位置，则该合金中Cu 原子与 Au 原子数量之比为 _______；该晶体中，原子之间的作用力是________； （ 5）上述晶体具有储氢功能，氢原子可进入到由Cu 原子与 Au 原子构成的四面体空隙中。若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构为CaF2的结构相似，该晶体储氢后的化学式应为_____。 4.（ 2010 山东卷）铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是：Pb4+处于立方晶胞顶点，Ba2+处于晶胞中心， O2-处于晶胞棱边中心，该化合物化学式为，每个 Ba2+与个 O2-配位。 5.(4) CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似（如右图所示），但 CaC2晶体中含有的中哑 铃形 C 22 的存在，使晶胞沿一个方向拉长。CaC 2晶体中1个 Ca 2 周围距离最近的 C 22 数目 为。 6．（ 09 江苏卷 21 A ）③在 1 个 Cu2O 晶胞中（结构如图所示），所包含的Cu 原子数目 为。
6.1复习笔记 一、单元系相变的热力学及相平衡 1．相平衡条件和相律 组元：组成一个体系的基本单元，如单质（元素）和稳定化合物，称为组元。 相：体系中具有相同物理与化学性质的且与其他部分以界面分开的均匀部分，称为相。 相律：F＝C－P＋2；式中，F为体系的自由度数，它是指不影响体系平衡状态的独立可变参数（如温度、压力、浓度等）的数目；C为体系的组元数；P为相数。 常压下，F＝C－P＋1。 2．单元系相图 单元系相图是通过几何图像描述由单一组元构成的体系在不同温度和压条件下可能存在的相及多相的平衡。 图6-1水的相图
图6-2Fe在温度下的同素异构转变 上述相图中的曲线所表示的是两相平衡时温度和压力的定量关系，可由克劳修斯（Clausius）-克拉佩龙克拉珀龙（Clapeyron）方程决定，即 式中，为相变潜热；为摩尔体积变化；T是两相平衡温度。 有些物质在稳定相形成前，先形成自由能较稳定相高的亚稳定相。 二、纯晶体的凝固 1．液态结构 （1）液体中原子间的平均距离比固体中略大； （2）液体中原子的配位数比密排结构晶体的配位数减小； （3）液态结构的最重要特征是原子排列为长程无序，短程有序，存在结构起伏。 2．晶体凝固的热力学条件 （6-1） 与实际凝固温度T之差；L m是熔化热。晶体凝固的热 式中，，是熔点T 力学条件表明，实际凝固温度应低于熔点T m，即需要有过冷度△T。 3．形核
晶体的凝固是通过形核与长大两个过程进行的，形核方式可以分为两类：均匀形核和非均匀形核。 （1）均匀形核 ①晶核形成时的能量变化和临界晶核 新相晶核是在母相中均匀地生成的，即晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂质粒子或外表面的影响 假定晶胚为球形，半径为r，当过冷液中出现一个晶胚时，总的自由能变化： （6-2） 由，可得晶核临界半径： （6-3）代入公式（6-1），可得： （6-4）由式可知，过冷度△T越大，临界半径则越小，则形核的几率越大，晶核数目增多。将（6-3）式代入（6-2）式，得临界形核功： （6-5）将（6-1）式代入（6-5）式，可得： （6-6）临界晶核表面积为： （6-7）将（6-7）式代入（6-6）式，可得： （6-8）因此，形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的2/3，而不足的1/3则需依
§1-2 常见的晶体结构及其原胞、晶胞 1) 简单晶体的简单立方(simple cubic, sc) 它所构成的晶格为布喇菲格子。例如氧、硫固体。基元为单一原子结构的晶体叫简单晶体。 其特点有: 三个基矢互相垂直（），重复间距相等，为a， 亦称晶格常数。其晶胞=原胞；体积= ；配位数(第一近邻数) =6。（见图1-7） 图1-7简单立方堆积与简单立方结构单元 2) 简单晶体的体心立方( body-centered cubic, bcc ) , 例如，Li，K， Na，Rb，Cs,αFe，Cr，Mo，W，Ta，Ba等。其特点有：晶胞基矢, 并且，其惯用原胞基矢由从一顶点指向另外三个体心点的矢量构成：（见图1-9 b） (1-2) 其体积为；配位数=8；（见图1-8）
图1-8体心立方堆积与体心立方结构单元 图1-9简单立方晶胞(a)与体心立方晶胞、惯用原胞(b) 3) 简单晶体的面心立方( face-centered cubic, fcc ) , 例如，Cu，Ag， Au，Ni，Pd，Pt，Ne, Ar, Xe, Rn, Ca, Sr, Al等。晶胞基矢， 并且每面中心有一格点, 其原胞基矢由从一顶点指向另外三个面心点的矢量构成（见图1-10 b）： (1-3)
其体积=；配位数=12。，（见图1-10） 图1-10面心立方结构(晶胞)(a)与面心立方惯用原胞(b) 4) NaCl结构（Sodium Chloride structure），复式面心立方（互为fcc），配位数=6（图1-11 a)。 表1-1 NaCl结构晶体的常数 5) CsCl结构（Cesuim Chloride structure），复式简单立方（互为sc），配位数=8（图1-11 b）。 表1-2 CsCl结构晶体的常数
典型的晶体结构 1.铁 铁原子可形成两种体心立方晶胞晶体：910℃以下为α－Fe，高于1400℃时为δ－Fe。在这两种温度之间可形成γ－面心立方晶。这三种晶体相中，只有γ－Fe能溶解少许C。问：1．体心立方晶胞中的面的中心上的空隙是什么对称？如果外来粒子占用这个空隙，则外来粒子与宿主离子最大可能的半径比是多少？ 2．在体心立方晶胞中，如果某空隙的坐标为（0，a/2，a/4），它的对称性如何？占据该空隙的外来粒子与宿主离子的最大半径比为多少？ 3．假设在转化温度之下，这α－Fe和γ－F两种晶型的最相邻原子的距离是相等的，求γ铁与α铁在转化温度下的密度比。 4．为什么只有γ－Fe才能溶解少许的C？ 在体心立方晶胞中，处于中心的原子与处于角上的原子是相接触的，角上的原子相互之间不接触。a＝(4/3)r。 ①②③ 1．两个立方晶胞中心相距为a，也等于2r＋2r h［如图①］，这里r h是空隙“X”的半径，a ＝2r＋2r h＝(4/3)r r h/r＝0.115（2分） 面对角线（2a）比体心之间的距离要长，因此该空隙形状是一个缩短的八面体，称扭曲八面体。（1分） 2．已知体心上的两个原子（A和B）以及连接两个晶体底面的两个角上原子［图②中C和D］。连接顶部原子的线的中心到连接底部原子的线的中心的距离为a/2；在顶部原子下面的底部原子构成晶胞的一半。空隙“h”位于连线的一半处，这也是由对称性所要求的。所以我们要考虑的直角三角形一个边长为a/2，另一边长为a/4［图③］，所以斜边为16 /5a。（1分）r＋r h＝16 /5a＝3/5r r h/r＝0.291（2分） 3．密度比＝42︰33＝1.09（2分） 4．C原子体积较大，不能填充在体心立方的任何空隙中，但可能填充在面心立方结构的八面体空隙中（r h/r＝0.414）。（2分） 2.四氧化三铁 科学研究表明，Fe3O4是由Fe2＋、Fe3＋、O2－通过离子键而组成的复杂离子晶体。O2－的重复排列方式如图b所示，该排列方式中存在着两种类型的由O2－围成的空隙，如1、3、6、7的O2－围成的空隙和3、6、7、8、9、12的O2－围成的空隙，前者为正四面体空隙，后者为正八面体空隙，Fe3O4中有一半的Fe3＋填充在正四面体空隙中，另一半Fe3＋和Fe2＋填充在正八面体空隙中，则Fe3O4晶体中正四面体空隙数与O2－数之比为2：1，其中有12.5%正四面体空隙填有Fe3＋，有50%正八面体空隙没有被填充。 Fe3O4中三价铁离子：亚铁离子：O原子=2：1：4 晶胞拥有8个正四面体空隙，4个O2－离子；所以2：1 一半三价铁离子放入正四面体空隙，即一个三价铁离子，所以为1/8=12.5%晶胞实际拥有4个正八面体空隙，其中已经有一个放Fe3+，另外一个Fe2+占据一个正八面体空隙，所以50%的正八面体空隙没有被填充。
1. 证明： （1）设均匀形核时其晶核为球形，临界形核功ΔG c 与临界晶核体积V c 的关系为： 12 c c V G V G ?=-? （2）设均匀形核时其晶核为正方形，临界形核功ΔG c 与临界晶核体积V c 也存在上述关系。 （3）任意形状晶核的临界晶核形核功ΔG c 与临界晶核体积V c 也存在上述关系。 （4）设非均匀形核时其晶核为球冠形，临界形核功*c G ?与临界晶核体积* c V 也存在上述关系。 2. 综述金属结晶的热力学条件、动力学条件、能量条件和结构条件。
习题答案 1. （1）证明：设均匀形核时其球形晶核半径为r ，则 322323443 048r 022 42143232 V V V c V c V c V c c V c c V c V G V G A r G r G r G r r G r G r G G r G r r G V G σππσππσσσπππ?=?+=?+??=??+??∴=-=-??∴?=?-=-?=-?令 ＝ 即 （4）证明：设非均匀形核时其球冠状晶核的曲率半径为r ，高为h ，则系统总表面自由能 的增量ΔG S 为 S L L W W LW LW G A A A A αααασσσσ?==+-∑ 因为晶核周边表面张力应彼此平衡，则 cos LW W L αασσσθ=+ 即cos W LW L αασσσθ-=- 222(1cos )L A rh r αππθ==- 222(sin )(1cos )W A r r απθπθ==- 222S 232(1cos )(1cos )cos (23cos cos )L L L G r r r αααπθσπθσθ πσθθ?=---=-+ 球冠的体积 23311(3)(23cos cos )33 V r h h r ππθθ=-=-+ 令31()(23cos cos )4 f θθθ=-+ **3*24()4()3 V S V L G V G G r G f r f απθπσθ?=?+?=?+则 * *2**04()8()0c V c L G r G f r f r απθπσθ??=??+?令 ＝ *** *22L c c c L V r G r G αασσ?∴=-=-? 即 ****3**2*3*424()()323c V c c V c c V r G G r G r f r G f ππθπθ???∴?=?-=-? ??? **3***41()32 c c c c V V r f G V G πθ=∴?=-?
氯化钠晶体 （1）NaCl晶胞中每个Na+等距离且最近的Cl-（即Na+配位数）为6个 NaCl晶胞中每个Cl-等距离且最近的Na+（即Cl-配位数）为6个 （2）一个晶胞内由均摊法计算出一个晶胞内占有的Na+4_个； 占有的Cl-4个。 （3）在该晶体中每个Na+周围与之最接近且距离相等的Na+共有12个； 与每个Na+等距离且最近的Cl-所围成的空间几何构型为正八面体 CsCl晶体（注意：右侧小立方体为CsCl晶胞；左侧为8个晶胞） （1）CsCl晶胞中每个Cs+等距离且最近的Cl-（即Cs+配位数） 为8个 CsCl晶胞中每个Cl-等距离且最近的Cs+（即Cl-配位数） 为8个，这几个Cs+在空间构成的几何构型为正方体。 （2）在每个Cs+周围与它最近的且距离相等的Cs+有6个 这几个Cs+在空间构成的几何构型为正八面体。 （3）一个晶胞内由均摊法计算出一个晶胞内占有的Cs+ 1个；占有的Cl- 1个。 CaF2晶体 （1））Ca2+立方最密堆积，F-填充在全部四面体空隙中。 （2）CaF2晶胞中每个Ca2+等距离且最近的F-（即Ca2+配位数）为8个CaF2晶胞中每个F-等距离且最近的Ca2+（即F-配位数）为4个 （3）一个晶胞内由均摊法计算出一个晶胞内占有的Ca2+4个； 占有的F-8个。 ZnS晶体： （1）1个ZnS晶胞中，有4个S2－，有4个Zn2＋。 （2）Zn2＋的配位数为4个，S2－的配位数为 4个。
Si O 金刚石 金刚石晶胞 金刚石晶胞分位置注释 （1）金刚石晶体 a 、每个金刚石晶胞中含有8个碳原子，最小的碳环为6元环，并且不在同一平面（实际为椅 式结构），碳原子为sp 3杂化，每个C 以共价键跟相邻的_4_个C 结合，形成正四面体。键角109°28’ b 、每个碳原子被12个六元环共用，每个共价键被6个六元环共用 c 、12g 金刚石中有2mol 共价键，碳原子与共价键之比为 1:2 （2）Si 晶体 由于Si 与碳同主族，晶体Si 的结构同金刚石的结构。将金刚石晶胞中的C 原子全部换成Si 原子，健长稍长些便可得到晶体硅的晶胞。 （3）某些非金属化合物【SiO 2、SiC （金刚砂）、BN （氮化硼）、Si 3N 4等】 例如SiC 将金刚石晶胞中的一个C 原子周围与之连接的4个C 原子全部换成Si 原子， 键长稍长些便可得到SiC 的晶胞。（其中晶胞的8个顶点和6个面心为Si 原子，4个互不相邻的立方体体心的为C 原子，反之亦可） a 、每个SiC 晶胞中含有 4 个硅原子，含有 4 个碳原子 b 、1mol SiC 晶体中有4 mol Si —C 共价键 （4）SiO 2 晶体：在晶体硅的晶胞中，在每2个Si 之间插入1个O 原子， 便可得到SiO 2晶胞。 a 、每个硅原子都采取sp 3杂化，与它周围的4个氧原子所形成的空间 结构为__正四面体_型，S iO 2晶体中最小的环为 12 元环 b 、每个Si 原子被 12 个十二元环共用，每个O 原子被 6 个 十二元环共用 c 、每个SiO 2晶胞中含有 8 个Si 原子，含有 16 个O 原子 d 、1mol Si O 2晶体中有 4 mol 共价键 （5）晶体硼 已知晶体硼的基本结构单元是由B 原子构成的正二十面体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点各有一个B 原子。通过观察图形及推算，可知此结构单元是由__12_个B 原子构成，其中B —B 键间的夹角是__60°__。假设将晶体硼结构单元中每个顶角均削去，余下部分的结构与C 60相同，则C 60由_12_个正五边形和_20个正六边形构成。
自制简易晶体收音机 这个晶体收音机只有很少的几个部件，它不需要电池和任何其他的能量来源，利用你身边的东西，只需要很短的时间，你就能做一个出来。一个晶体收音机不需要任何电池的原因是人类惊人的听力。人类对很细微的声音非常敏感。晶体收音机只是利用了无线电发射器发出的无线电波的能量。 第一步：需要的材料 ?一个坚固的塑料瓶，本文中用的是一个双氧水瓶，你也可以用洗发水瓶，不管怎样瓶子必须坚固。 ?大约15M长的漆包线，大部分普通的线都可以，但是粗一点的更好。 ?一个锗二极管，大部分卖电子部件的商店都有卖。 ?一个电话听筒，听这个收音机就像你听电话一样。 ?一个弹簧夹跳线 ?约15M长的绞合绝缘线作为天线，可选，你完全可以利用电视机或收音机的天线 第二步：绕线 如下图所示，在瓶身上钻4个孔，用来固定漆包线。 将线穿进上面的两个孔，留出20CM长。如果孔比较大的话就多绕几圈，使它不易松掉，如下图：
现在拿着线的长端开始整齐地沿着瓶壁绕线。当你在瓶壁上绕了5圈后，停下来，在瓶身外绕个小环。将线缠在钉子或铅笔上会比较容易些。如下图： 继续在瓶壁上绕5圈，然后绕个小环。一直这样做，直到瓶子上绕满了线，到达瓶子底部的两个小孔。如下图：
留出20CM长的线，然后把线剪断，将留出线穿进瓶底的两个孔，就像最开始的那两个孔一样。现在瓶子如下图所示：
接着，去掉留出的两根线末端的绝缘皮，以及我们每5圈绕的小环上的绝缘皮。如下图：
第三步：组装 首先，将锗二极管连在瓶底的那根线上。最好把它们焊接在一起，尽管你也可以把它们拧在 一起。 将听筒线末端的水晶头剪掉，里面将会有4跟线。如果你运气好的话，这些线都有颜色，我们要的是黄色和黑色的线。如果你运气不太好的话，4跟线的颜色都是一样的，或者 一根是红色的，其他都是白色的。为了找到我们需要的线，首先去掉线头末端的绝缘皮。然后随便找一个电池，用两根线分别接触电池的正负极，如果你在话筒中听到了吱吱 声，这两根线就是我们要找的线。 将一根听筒线与锗二极管的自由端连在一起，可以的话就把它们焊接在一起。将另一根听筒线连到瓶子上部留出的线上。 现在，将一根跳线一端夹住天线，一端夹住一个小环。将另一根跳线一端接在瓶子上部留出的线上，这是我们的地线，另一端连在与大地接触的金属上，如水管。
第6章 单组元相图及纯晶体的凝固 由一种元素或化合物构成的晶体称为单组元晶体或纯晶体，该体系称为单元系。对于纯晶体材料而言，随着温度和压力的变化，材料的组成相随之而变化。从一种相到另一种相的转变称为相变，由液相至固相的转变称为凝固，如果凝固后的固体是晶体，则又可称之为结晶。而由不同固相之间的转变称为固态相变，这些相变的规律可借助相图直观简明地表示出来。单元系相图表示了在热力学平衡条件下所存在的相与温度和压力之间的对应关系，理解这些关系有助于预测材料的性能。本章将从相平衡的热力学条件出发来理解相图中相平衡的变化规律。在这基础上，进一步讨论纯晶体的凝固热力学和动力学问题，以及内外因素对晶体生长形态的影响，鉴于单组元高分子（均聚物）的某些特殊性，本章专列一节"高分子的结晶特征"。 6.1单元系相变的热力学及相平衡 6.1.1 相平衡条件和相律 组成一个体系的基本单元，例如单质（元素）和化合物，称为组元。体系中具有相同物理与化学性质的，且与其他部分以界面分开的均匀部分称为相。通常把具有n个组元都是独立的体系称为n元系，组元数为一的体系称为单元系。 处于平衡状态下的多相（P个相）体系，每个组元（共有C个组元）在各相中的化学势都必须彼此相等。处于平衡状态的多元系中可能存在的相数将有一定的限制。这种限制可用吉布斯相律表示之： f=C-P+2 式中，f为体系的自由度数．它是指不影响体系平衡状态的独立可变参数（如温度、压力、浓度等）的数目；C为体系的组元数；P为相数。 对于不含气相的凝聚体系，压力在通常范围的变化对平衡的影响极小，一般可认为是常量。因此相律可写成下列形式： f=C-P+1 相律给出了平衡状态下体系中存在的相数与组元数及温度、压力之间的关系，对分析和研究相图有重要的指导作用。
第二章作业2－1 常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？V、Mg、Zn 各属何种结构？答：常见晶体结构有 3 种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V ⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方：Mg、Zn －Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、2---7 为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释。答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。原因是：（1）强度高：Hall-Petch 公式。晶界越多，越难滑移。（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7~15 天，然后再精加工。试解释这样做的目的及其原因？答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7 天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）？答：W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =（0.4～0.5)×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃ TR(Sn) =（0.4～0.5)×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃所以W 在1000℃时为冷加工，Sn 在室温下为热加工4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。答：齿轮的材料、加工与加工工艺有一定的原则，同时也要根据实际情况具体而定，总的原则是满足使用要求；加工便当；性价比最佳。对齿轮而言，要看是干什么用的齿轮，对于精度要求不高的，使用频率不高，强度也没什么要求的，方法1、2 都可以，用方法3 反倒是画蛇添足了。对于精密传动齿轮和高速运转齿轮及对强度和可靠性要求高的齿轮，方法3 就是合理的。经过锻造的齿坯，金属内部晶粒更加细化，内应力均匀，材料的杂质更少，相对材料的强度也有所提高，经过锻造的毛坯加工的齿轮精度稳定，强度更好。4－10 用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000℃，保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断裂，试分析原因？答：由于冷拔钢丝在生产过程中受到挤压作用产生了加工硬化使钢丝本身具有一定的强度和硬度，那么再吊重物时才有足够的强度，当将钢丝绳和工件放置在1000℃炉内进行加热和保温后，等于对钢丝绳进行了回复和再结晶处理，所以使钢丝绳的性能大大下降，所以再吊重物时发生断裂。4－11 在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而稍隔一段时间再行弯折，铅板又像最初一样柔软这是什么原因？答：铅板在室温下的加工属于热加工，加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成，而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上，所以伴随着回复和再结晶过程，等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒，硬度和塑性又恢复到了未变形之前。第五章作业5－3 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体异同？答：一次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。二次渗碳体：从 A 中析出的渗碳体称为二次渗碳体。三次渗碳体：从 F 中析出的渗碳体称为三次渗碳体共晶渗碳体：经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体共析渗碳体：经共