无机非金属材料科学基础 作业 第5章

第5章 习题答案4． 单滑移是指只有一个滑移系进行滑移。

滑移线呈一系列彼此平行的直线。

这是因为单滑移仅有一组多滑移是指有两组或两组以上的不同滑移系同时或交替地进行滑移。

它们的滑移线或者平行，或者相交成一定角度。

这是因为一定的晶体结构中具有一定的滑移系，而这些滑移系的滑移面之间及滑移方向之间都交滑移是指两个或两个以上的滑移面沿共同的滑移方向同时或交替地滑移。

它们的滑移线通常为折线或波纹状。

只是螺位错在不同的滑移面上反复“扩展”的结果。

6吕德斯带会使低碳薄钢板在冲压成型时使工件表面粗糙不平。

其解决办法，可根据应变时效原理，将钢板在冲压之前先进行一道微量冷轧(如1％～2％的压下量)工序，使屈服点消除，随后进行冲压成型，也可向钢中加入少量Ti ，A1及C ，N 等形成化合物，以消除屈服点。

7．加工硬化是由于位错塞积、缠结及其相互作用，阻止了位错的进一步运动，流变应力ρασGb d =。

细晶强化是由于晶界上的原子排列不规则，且杂质和缺陷多，能量较高，阻碍位错的通过，210-+=Kds σσ；且晶粒细小时，变形均匀，应力集中小，裂纹不易萌生和传播。

固熔强化是由于位错与熔质原子交互作用，即柯氏气团阻碍位错运动。

弥散强化是由于位错绕过、切过第二相粒子，需要增加额外的能量(如表面能或错排能)；同时，粒子周围的弹性应力场与位错产生交互作用，阻碍位错运动。

15．这是由于陶瓷粉末烧结时存在难以避免的显微空隙。

在冷却或热循环时由热应力产生了显微裂纹，由于腐蚀所造成的表面裂纹，使得陶瓷晶体与金属不同，具有先天性微裂纹。

在裂纹尖端，会产生严重的应力集中，按照弹性力学估算，裂纹尖端的最大应力已达到理论断裂强度或理论屈服强度(因为陶瓷晶体中可动位错很少，而位错运动又很困难，故一旦达到屈服强度就断裂了)。

反过来，也可以计算当裂纹尖端的最大应力等于理论屈服强度时，晶体断裂的名义应力，它和实际得出的抗拉强度极为接近。

陶瓷的压缩强度一般为抗拉强度的15倍左右。

材料科学基础A习题答案第5章材料科学基础A习题第五章材料的变形与再结晶1某⾦属轴类零件在使⽤过程中发⽣了过量的弹性变形，为减⼩该零件的弹性变形，拟采取以下措施：（1）增加该零件的轴径。

（2）通过热处理提⾼其屈服强度。

（3）⽤弹性模量更⼤的⾦属制作该零件。

问哪⼀种措施可解决该问题，为什么？答：增加该零件的轴径，或⽤弹性模量更⼤的⾦属制作该零件。

产⽣过量的弹性变形是因为该⾦属轴的刚度太低，增加该零件的轴径可减⼩其承受的应⼒，故可减⼩其弹性变形；⽤弹性模量更⼤的⾦属制作该零件可增加其抵抗弹性变形的能⼒，也可减⼩其弹性变形。

2、有铜、铝、铁三种⾦属，现⽆法通过实验或查阅资料直接获知他们的弹性模量，但关于这⼏种⾦属的其他各种数据可以查阅到。

请通过查阅这⼏种⾦属的其他数据确定铜、铝、铁三种⾦属弹性模量⼤⼩的顺序（从⼤到⼩排列），并说明其理由。

答：⾦属的弹性模量主要取决于其原⼦间作⽤⼒，⽽熔点⾼低反映了原⼦间作⽤⼒的⼤⼩，因⽽可通过查阅这些⾦属的熔点⾼低来间接确定其弹性模量的⼤⼩。

据熔点⾼低顺序，此⼏种⾦属的弹性模量从⼤到⼩依次为铁、铜、铝。

3、下图为两种合⾦A B各⾃的交变加载-卸载应⼒应变曲线（分别为实线和虚线），试问那⼀种合⾦作为减振材料更为合适，为什么？答：B合⾦作为减振材料更为合适。

因为其应变滞后于应⼒的变化更为明显，交变加载-卸载应⼒应变回线包含的⾯积更⼤，即其对振动能的衰减更⼤。

4、对⽐晶体发⽣塑性变形时可以发⽣交滑移和不可以发⽣交滑移，哪⼀种情形下更易塑性变形，为什么？答：发⽣交滑移时更易塑性变形。

因为发⽣交滑移可使位错绕过障碍继续滑移，故更易塑性变形。

5、当⼀种单晶体分别以单滑移和多系滑移发⽣塑性变形时，其应⼒应变曲线如下图，问A、B中哪⼀条曲线为多系滑移变形曲线，为什么？答：A曲线为多系滑移变形曲线。

这是因为多滑移可导致不同滑移⾯上的位错相遇，通过位错反应形成不动位错，或产⽣交割形成阻碍位错运动的割阶，从⽽阻碍位错滑移，因此其应⼒应变曲线的加⼯硬化率较单滑移⾼。

1.1 名词解释：等同点、结点、空间点阵、晶体、对称、对称型、晶系、晶类、布拉菲格子、晶胞、晶胞参数、晶体定向、晶面指数、晶向指数、晶带轴定律1.2 略述从一个晶体结构中抽取点阵的意义和方法？空间点阵与晶体结构有何对应关系？1.3 什么叫对称性？晶体的对称性有何特点，为什么？1.4 晶体中有哪些对称要素，用国际符号表示。

1.5 试找出正四面体、正八面体和立方体中的所有对称元素，并确定其所属点群、晶系。

1.6 根据什么将14种布拉维点阵分成七个晶系？各晶系特点如何？为什么14种布拉维点阵中有正交底心而无四方底心和立方底心点阵型式？以图说明。

说明七个晶系的对称特点及晶体几何常数的关系。

1.7 什么叫单位平行六面体（或单位）？在三维点阵中选取单位平行六面体应遵循哪些原则？为什么？1.8 a≠b≠c, α=β=γ=90℃的晶体属于什么晶系？a≠b≠c, α≠β≠γ≠90°的晶体属什么晶系？能否据此确定这二种晶体的布拉维点阵？1.9 一个四方晶系晶体的晶面，其上的截距分别为3a、4 a，6c，求该晶面的晶面指数。

1.10 四方晶系晶体a＝b，c＝1/2a。

一晶面在X、Y、Z轴上的截距分别为2a, 3b和6c。

给出该晶面的密勒指数。

1.11 某一晶面在x、y、z三个坐标轴上的截距分别为1a，∞b,3c，求该晶面符号。

1.12 在正交简单点阵、底心点阵、体心点阵、面心点阵中分别标出（110）、（011）、（101）三组晶面，并指出每个晶面上的结点数。

1.13 在立方晶系中画出下列晶面：a）（001）；b）（110）；c）（111）。

在所画的晶面上分别标明下列晶向：a）[210]；b）[111]；c）[101]。

1.14 试说明在等轴晶系中，（111）、（111）、（222）、（110）与（111）面之间的几何关系。

1.15 在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数：（001）与[210]，(111)与[112]，(110)与[111]，（322）与[236]，(257)与[111]，(123)与[121]，(102)，(112)，(213)，[110]，[111]，[120]，[ 321]。

第五章热力学应用§5-1 热力学应用计算方法一、经典法已知在标准条件下反应物与生成物从元素出发的生成热△H0298。

生成自由能△G0298及反应物与产物的热容温度关系式Cp=a+bT+cT-2中各系数时，计算任何温度下反应自由能变化可据吉布斯—赤赤姆霍兹关系式进行[α（△G0R/T）/Αt]P=-△H0R/T2（5-5）据基尔霍夫公式：△H0R=△H012298+∫T298△cpo/T （5-6）和考虑反应热容变化关系：△cp=△a+△bT+△c/T2（5-7）可积分求得：△H0R=△H0+△aT+½△bT2+△c/T （5-8a）△H0为积分常数：△H0=△H012298+298△a－2982△b/2+△c/298 （5-8b）将（5-6）式代入（5-5）式并积分，便得任何温度下反应自由能变化△G0298的一般公式：△G0298=△H0－△aTLnT－½△Bt2－½△cT-1－Yt （5-9a）y=（△G0R·298－△H0）/298+△aLn（298）+298△b/2+△c/2×2982（5-9b）经典法计算反应△G0298一般步骤：1、由有关数据手册，索取原始热力学基本数据：反应物和生成物的△H0298、△G0298（S0298）以及热容关系式中的各项温度系数：a、b、c。

2、计算标况下（298K）反应热△H0R·298，反应自由能变化△G0R·298, G0R·298或反应熵变△S0R·298以及反应热容变化△Cp中各温度系数△a、△b、△c。

3、将△H0R`298、△a、△b以及△c分别代入式（5-8b）各项，计算积分常数△H0。

4、△G0R`298、△a、△b以及△c分别代入式（5-9b）各项，计算积分常数y。

5、将△H0、y、△a、△b以及△c代入（5-9a）式得△G0R～T函数关系式。

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。

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）。

本次作业为第五章的习题，不需要交，只是给你们练习用，请自觉完成。

1． 低碳钢拉伸试验如图所示，拉伸时其应力应变曲线如曲线1所示，当变形到点E 时卸载，
应力应变曲线沿曲线2下降。

（1）123∆ε,∆ε,∆ε,各表示什么意义？23∆ε>∆ε说明了什么？
（2）若卸载后又立即加载，应力应变曲线应如何变化？画图说明。

2． 铝单晶在室温时临界分切应力5
7.910Pa ⨯。

求拉力轴为[123]方向时引起铝屈服所需要
施加的应力。

3、对某简单立方单晶体，其拉伸应力方向如图所示。

该晶体
的滑移系为<100>{100}。

（1）求出每个滑移系的分切应力？
（2）判定哪几组滑移系最易于开动？
4退火纯铁在晶粒大小为A N = 16个/2mm 时，屈服强度s σ= 100Mpa ；当晶粒大小为A N = 4096个/2mm 时，屈服强度s σ= 250Mpa ；计算A N = 250个/2mm 时的屈服强度。

5某金属单晶冷压80%后，在20℃停留7天后，回复程度与在100℃停留50min 效果相同，求该金属回复激活能。

6已知黄铜在400℃恒温下完成再结晶需要1h ，而在390℃下完成再结晶需要2h ，计算在420℃恒温下完成再结晶需要时间。

7金属铸件能否通过再结晶来退火来细化晶粒？。

第5章习题及答案_无机材料科学基础第五章固体表面与界面5-1名词解释驰豫表面重构表面定向促进作用诱导促进作用色散促进作用范德华力润湿角临界表面张力附着功阳离子互换容量聚沉值触变性滤水性可塑性5-2何谓表面张力和表面能？在固态和液态这两者有何差别？835-3在石英玻璃熔体之下20cm处为构成半径5×10m的气泡，熔体密度为2200kg/m，表面张力为0.29n/m，大气压力为1.01×105pa，谋构成此气泡所须要最高内压力就是多少？5-4（1）什么是弯曲表面的附加压力？其正负根据什么划分？（2）设表面张力为0.9j/m2，计算曲率半径为0.5μm、5μm的曲面附加压力？－5-5什么是吸附和粘附？当用焊锡来焊接铜丝时，用挫刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象？5-6在高温将某金属熔于al2o3片上。

（1）若al2o3的表面能够估算为1j/m2，此熔融金属的表面能够也与之相近，界面能够估算约为0.3j/m2，问接触角就是多少？（2）若液相表面能够只有al2o3表面能够的一半，而界面能够就是al2o3表面张力的2倍，先行估算接触角的大小？5-7在20℃及常压下，将半径为10－3m的汞分散成半径为10－9m的小汞滴，求此过程所需作的功是多少？已知20℃时汞的表面张力0.470n/m。

5-8在2080℃的al2o3（l）内有一半径为10－8m的小气泡，求该气泡难以承受的额外压力就是多小？未知2080℃时al2o3（l）的表面张力为0.700n/m。

5-920℃时苯的表面张力为0.0289n/m，其饱和蒸气压为10013pa，若在20℃时将苯分散成半径为10－m的小滴，计算：（1）苯滴上的附加压力；（2）苯滴上的蒸气压与平面上苯液饱和蒸气压之比。

65-1020℃时，水的饱和蒸气压力为2338pa，密度为998.3kg/m3，表面张力为0.07275n/m，求半径为10－9m的水滴在20℃时的饱和蒸气压为多少？5-11若在101325pa，100℃的水中产生了一个半径为10－8m的小气泡，反问该小气泡若想存有并长大？此时水的密度为958kg/m3，表面张力为0.0589n/m。