无机材料科学基础作业题与解答-Ch4

无机材料科学基础作业习题第一章晶体结构基础1-1 定义下述术语，并注意它们之间的联系和区别：晶系；点群；空间群；平移群；空间点阵1-2 简述晶体的均一性、各向异性、对称性三者的相互关系。

1-3 列表说明七个晶系的对称特点及晶体定向规则。

1-4 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。

1-5 在立方晶系中画出下列晶面：a）（001）b）（110）c）（111）1-6 在上题所画的晶面上分别标明下列晶向：a(210) b(111) c(101)1-7 立方晶系组成{111}单形的各晶面构成一个八面体，请给出所有这些晶面的密勒指数。

1-8 试在完整的六方晶系晶胞上画出（1012）晶面的交线及〔1120〕〔2113〕晶向，并列出{1012}晶面族中所有晶面的密勒指数。

1-9 a≠b≠c α=β=γ=90℃的晶体属什么晶系？a≠b≠c α≠β≠γ≠90℃的晶体属什么晶系？你能否据此确定这二种晶体的布拉维点阵？1-10 下图示正交面心格子中去掉上下底心后的结点排列情况。

以图中的形状在三维空间无限重复，能否形成一空间点阵？为什么？1 –11 图示单斜格子的(010)面上的结点排布。

试从中选出单位平行六面体中的a和c。

1 –12 为什么等轴晶系有原始、面心、体心而无底心格子？1 –13 为什么在单斜晶系的布拉维格子中有底心C格子而无底心B格子？1-14 试从立方面心格子中划分出一三方菱面体格子，并给出其晶格常数。

说明为什么造选取单位平行六面体时不选后者而选前者？1 –15 写出立方面心格子的单位平行六面体上所有结点的座标，注明其中哪些属于基本点。

1 –16 给出(111)面和（111）面交棱的晶棱符号。

1 –17 试证（123）(112)和(110)诸晶面属于同一晶带，并给出其晶带符号。

1-18 证明立方晶系〔111〕晶向垂直于（111）晶面。

无机材料科学基础习题答案第一章晶体几何基础1-1解释概念:等价点:晶体结构中的一个点，其几何环境和物理环境在同一方向上是相同的。

空间点阵:一种几何图形，通常代表晶体结构中等价点的排列。

节点:空间晶格中的点称为节点。

水晶:内部粒子在三维空间中周期性重复排列的固体。

对称性:物体的相同部分有规律地重复。

对称型:晶体结构中所有点(对称平面、对称中心、对称轴和旋转反延伸轴)的对称元素集是对称的，也称为点群。

晶体:相同对称类型的晶体被归为一类，称为晶体。

晶体取向:将坐标系引入晶体中，以便用数字表示晶体中点、线和平面的相对位置的过程。

空间组:它是指晶体结构中所有对称元素的集合。

Brafi网格:根据晶体结构的顶点群和平移群以及空间晶格的平行六面体的对称性原理，法国学者A .布拉菲将所有晶体结构的空间晶格分为14种类型的空间晶格。

单元电池:能够反映晶体结构特征的最小单位。

单元电池参数:代表晶胞形状和大小的六个参数(A、B、C、α、β、γ)。

1-等效点: 晶体结构中的一个点，其几何环境和物理环境在同一方向上是相同的。

空间点阵:一种几何图形，通常代表晶体结构中等价点的排列。

节点:空间晶格中的点称为节点。

水晶:内部粒子在三维空间中周期性重复排列的固体。

对称性:物体的相同部分有规律地重复。

对称型:晶体结构中所有点(对称平面、对称中心、对称轴和旋转反延伸轴)的对称元素集是对称的，也称为点群。

晶体:相同对称类型的晶体被归为一类，称为晶体。

晶体取向:将坐标系引入晶体中，以便用数字表示晶体中点、线和平面的相对位置的过程。

空间组:它是指晶体结构中所有对称元素的集合。

Brafi网格:根据晶体结构的顶点群和平移群以及空间晶格的平行六面体的对称性原理，法国学者A .布拉菲将所有晶体结构的空间晶格分为14种类型的空间晶格。

单元电池:能够反映晶体结构特征的最小单位。

单元电池参数:代表晶胞形状和大小的六个参数(A、B、C、α、β、γ)。

1: ⑴晶体结构的基本特征:①晶体是一种固体，其内部粒子在三维空间中周期性重复排列。

材料科学基础习题与参考答案（doc14页）（优质版）第一章材料的结构一、解释以下基本概念空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、第二相强化。

二、填空题1、材料的键合方式有四类，分别是（），（），（），（）。

2、金属原子的特点是最外层电子数（），且与原子核引力（），因此这些电子极容易脱离原子核的束缚而变成（）。

3、我们把原子在物质内部呈（）排列的固体物质称为晶体，晶体物质具有以下三个特点，分别是（），（），（）。

4、三种常见的金属晶格分别为（），（）和（）。

5、体心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有体心立方晶格的常见金属有（）。

6、面心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有面心立方晶格的常见金属有（）。

7、密排六方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），具有密排六方晶格的常见金属有（）。

8、合金的相结构分为两大类，分别是（）和（）。

9、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为（）和（），按照固溶度分为（）和（），按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为（）和（）。

10、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有（）、（）、（）、（）。

11、金属化合物（中间相）分为以下四类，分别是（），（），（），（）。

12、金属化合物（中间相）的性能特点是：熔点（）、硬度（）、脆性（），因此在合金中不作为（）相，而是少量存在起到第二相（）作用。

13、CuZn、Cu5Zn8、Cu3Sn的电子浓度分别为（），（），（）。

无机材料科学基础试卷7一、名词解释（20分）1、正尖晶石、反尖晶石；2、线缺陷、面缺陷；3、晶子学说、无规则网络学说；4、可塑性、晶胞参数；二、选择题（10分）1、下列性质中（ C ）不是晶体的基本性质。

A、自限性B、最小内能性C、有限性D、各向异性2、晶体在三结晶轴上的截距分别为2a、3b、6c。

该晶面的晶面指数为（ C ）。

A、（236）B、（326）C、（321）D、（123）3、依据等径球体的堆积原理得出，六方密堆积的堆积系数（C）立方密堆积的堆积系数。

A、大于B、小于C、等于D、不确定4、某晶体AB，A—的电荷数为1，A—B键的S=1/6，则A+的配位数为（ D ）。

A、4B、12C、8D、65、在单位晶胞的CaF2晶体中，其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为（ A ）。

A、4，8B、8，4C、1，2D、2，46、在ABO3(钙钛矿)型结构中，B离子占有（ B ）。

A、四面体空隙B、八面体空隙C、立方体空隙D、三方柱空隙晶体7、在硅酸盐熔体中，当R=O/Si减小时，相应熔体组成和性质发生变化，熔体析晶能力（ B ），熔体的黏度（ A ），低聚物数量（ B ）。

A、增大B、减小C、不变D、不确定8、当固体表面能为1.2J/m2，液体表面能为0.9 J/m2，液固界面能为1.1 J/m2时，降低固体表面粗糙度，（A）润湿性能。

A、降低B、改善C、不影响9、一种玻璃的组成为32.8%CaO，6.0 Al2O3%，61.2 SiO2%，此玻璃中的Al3+可视为网络（ b ），玻璃结构参数Y=（）。

A、变性离子，3.26B、形成离子，3.26C、变性离子，2.34D、形成离子，2.3410、黏土泥浆胶溶必须使介质呈（b ）。

A、酸性B、碱性C、中性11、可以根据3T曲线求出熔体的临界冷却速率。

熔体的临界冷却速率越小，就（ b ）形成玻璃。

A、越难B、越容易C、很快D、缓慢12、晶体结构中一切对称要素的集合称为（ D ）。

1螺位错：柏格斯矢量与位错线平行的位错。

2同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。

3晶胞：指晶体结构中的平行六面体单位，其形状大小与对应的空间格子中的单位平行六面体一致。

4肖特基缺陷：如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置，迁移到晶体的表面，在晶格内正常格点上留下空位，即为肖特基缺陷。

肖特基缺陷：如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置，迁移到晶体的表面，在晶格内正常格点上留下空位，即为肖特基缺陷。

5聚合：由分化过程产生的低聚合物，相互作用，形成级次较高的聚合物，同时释放出部分Na2O，这个过程称为缩聚，也即聚合。

6非均匀成核：借助于表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化位置而形成晶核的过程。

7稳定扩散：扩散质点浓度分布不随时间变化。

8玻璃分相：一个均匀的玻璃相在一定的温度和组成范围内有可能分成两个互不溶解或部分溶解的玻璃相(或液相)，并相互共存的现象称为玻璃的分相(或称液相不混溶现象)。

9不一致熔融化合物：是一种不稳定的化合物。

加热这种化合物到某一温度便发生分解，分解产物是一种液相和一种晶相，两者组成与化合物组成皆不相同，故称不一致熔融化合物。

10晶粒生长：无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。

11非本征扩散：受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。

或由不等价杂质离子取代造成晶格空位，由此而引起的质点迁移。

（2.5）本征扩散：空位来源于晶体结构中本征热缺陷，由此而引起的质点迁移。

12稳定扩散：若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化，即dc/dt=0。

不稳定扩散：扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化，即dc/dt≠0。

这种扩散称为不稳定扩散。

（2.5分）（2.5分）13可塑性：粘土与适当比例的水混合均匀制成泥团，该泥团受到高于某一个数值剪应力作用后，可以塑造成任何形状，当去除应力泥团能保持其形状，这种性质称为可塑性。

绪论一、填空题1、材料科学主要研究的核心问题是结构和性能的关系。

材料的结构是理解和控制性能的中心环节，结构的最微细水平是原子结构，第二个水平是原子排列方式，第三个水平是显微组织。

2. 根据材料的性能特点和用途，材料分为结构材料和功能材料两大类。

根据原子之间的键合特点，材料分为金属、陶瓷、高分子和复合材料四大类。

第一章材料的原子结构一、填空题1. 金属材料中原子结合以金属键为主，陶瓷材料（无机非金属材料）以共价键和离子键结合键为主，聚合物材料以共价键和氢键以及范德华键为主。

第二章材料的结构一、填空题1、晶体是基元（原子团）以周期性重复方式在三维空间作有规则的排列的固体。

2、晶体与非晶体的最根本区别是晶体原子排布长程有序，而非晶体是长程无序短程有序。

3、晶胞是晶体结构中的最小单位。

4、根据晶体的对称性，晶系有三大晶族，七大晶系，十四种布拉菲Bravais点阵，三十二种点群，230种空间群。

5、金属常见的晶格类型有体心立方、面心立方、密排六方。

6、fcc晶体的最密排方向为<110>，最密排面为{111}，最密排面的堆垛顺序为ABCABCABCABC……。

7、fcc晶体的致密度为0.74，配位数为12，原子在（111）面上的原子配位数为6。

8、bcc晶体的最密排方向为<111>，最密排面为{110}，致密度为0.68，配位数为8。

9、晶体的宏观对称要素有对称点、对称轴、对称面。

10、CsCl型结构属于简单立方格子，NaCl型结构属于面心立方格子，CaF2型结构属于面心立方格子。

11、MgO晶体具有NaCl型结构，其对称型是3 L44L36L29PC，晶族是高级晶族，晶系是立方晶系，晶体的键型是离子键。

12、硅酸盐晶体结构中的基本结构单元是硅氧四面体[SiO4]。

？13、几种硅酸盐晶体的络阴离子分别为[Si2O7]6-、[Si2O6]4-、[Si4O10]4-、[AlSi3O8]1-，它们的晶体结构类型分别为组群状，链状，层状，和架状。

第一章材料的结构一、解释以下基本概念空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、第二相强化。

二、填空题1、材料的键合方式有四类，分别是（），（），（），（）。

2、金属原子的特点是最外层电子数（），且与原子核引力（），因此这些电子极容易脱离原子核的束缚而变成（）。

3、我们把原子在物质内部呈（）排列的固体物质称为晶体，晶体物质具有以下三个特点，分别是（），（），（）。

4、三种常见的金属晶格分别为（），（）和（）。

5、体心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有体心立方晶格的常见金属有（）。

6、面心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有面心立方晶格的常见金属有（）。

7、密排六方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），具有密排六方晶格的常见金属有（）。

8、合金的相结构分为两大类，分别是（）和（）。

9、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为（）和（），按照固溶度分为（）和（），按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为（）和（）。

10、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有（）、（）、（）、（）。

11、金属化合物（中间相）分为以下四类，分别是（），（），（），（）。

12、金属化合物（中间相）的性能特点是：熔点（）、硬度（）、脆性（），因此在合金中不作为（）相，而是少量存在起到第二相（）作用。

13、CuZn、Cu5Zn8、Cu3Sn的电子浓度分别为（），（），（）。

14、如果用M表示金属，用X表示非金属，间隙相的分子式可以写成如下四种形式，分别是（），（），（），（）。

材料科学基础作业参考答案（供参考）材料科学基础练习题参考答案第一章原子排列1. 作图表示立方晶系中的(123),(012),(421)晶面和[102],[211],[346]晶向.附图1-1 有关晶面及晶向2. 分别计算面心立方结构与体心立方结构的{100},{110}和{111}晶面族的面间距, 并指出面间距最大的晶面(设两种结构的点阵常数均为a).解由面心立方和体心立方结构中晶面间的几何关系, 可求得不同晶面族中的面间距如附表1-1所示.附表1-1 立方晶系中的晶面间距显然, FCC中{111}晶面的面间距最大, 而BCC中{110}晶面的面间距最大.注意:对于晶面间距的计算, 不能简单地使用公式, 应考虑组成复合点阵时, 晶面层数会增加.3. 分别计算fcc和bcc中的{100},{110}和{111}晶面族的原子面密度和<100>,<110>和<111>晶向族的原子线密度, 并指出两种结构的差别. (设两种结构的点阵常数均为a) 解原子的面密度是指单位晶面内的原子数; 原子的线密度是指晶面上单位长度所包含的原子数. 据此可求得原子的面密度和线密度如附表1-2所示.可见, 在BCC中, 原子密度最大的晶面为{110}, 原子密度最大的晶向为<111>; 在FCC 中, 原子密度最大的晶面为{111}, 原子密度最大的晶向为<110>.4. 在(0110)晶面上绘出[2113]晶向.解详见附图1-2.附图1-2 六方晶系中的晶向5. 在一个简单立方二维晶体中, 画出一个正刃型位错和一个负刃型位错. 试求:(1) 用柏氏回路求出正、负刃型位错的柏氏矢量.(2) 若将正、负刃型位错反向时, 说明其柏氏矢量是否也随之反向.(3) 具体写出该柏氏矢量的方向和大小.(4) 求出此两位错的柏氏矢量和.解正负刃型位错示意图见附图1-3(a)和附图1-4(a).(1) 正负刃型位错的柏氏矢量见附图1-3(b)和附图1-4(b).(2) 显然, 若正、负刃型位错线反向, 则其柏氏矢量也随之反向. (3) 假设二维平面位于YOZ 坐标面, 水平方向为Y 轴, 则图示正、负刃型位错方向分别为[010]和[010], 大小均为一个原子间距(即点阵常数a ).(4) 上述两位错的柏氏矢量大小相等, 方向相反, 故其矢量和等于0.6. 设图1-72所示立方晶体的滑移面ABCD 平行于晶体的上下底面, 该滑移面上有一正方形位错环. 如果位错环的各段分别与滑移面各边平行, 其柏氏矢量b // AB , 试解答:(1) 有人认为“此位错环运动离开晶体后, 滑移面上产生的滑移台阶应为4个b ”, 这种说法是否正确? 为什么?(2) 指出位错环上各段位错线的类型, 并画出位错移出晶体后, 晶体的外形、滑移方向和滑移量. (设位错环线的方向为顺时针方向) 图1-72 滑移面上的正方形位错环附图1-5 位错环移出晶体引起的滑移解 (1) 这种看法不正确. 在位错环运动移出晶体后, 滑移面上下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的. 位错环的柏氏矢量为b , 故其相对滑移了一个b 的距离.(2) A ′B ′为右螺型位错, C ′D ′为左螺型位错, B ′C ′为正刃型位错,D ′A ′为负刃型位错. 位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量见附图1-5.7. 设面心立方晶体中的(111)晶面为滑移面, 位错滑移后的滑移矢量为[110]2a . (1) 在晶胞中画出此柏氏矢量b 的方向并计算出其大小.(2) 在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向, 并写出此二位错线的晶向指数.解 (1) 柏氏矢量等于滑移矢量, 因此柏氏矢量的方向为[110], /2. (2) 刃型位错与柏氏矢量垂直, 螺型位错与柏氏矢量平行, 晶向指数分别为[112]和[110], 详见附图1-6.附图1-6 位错线与其柏氏矢量、滑移矢量8. 若面心立方晶体中有[101]2a b =的单位位错及[121]6ab =的不全位错, 此二位错相遇后产生位错反应.(1) 此反应能否进行? 为什么?(2) 写出合成位错的柏氏矢量, 并说明合成位错的性质. 解 (1) 能够进行.因为既满足几何条件:[111]3ab b ==∑∑后前, 又满足能量条件: . 22222133b a b a =>=∑∑后前.(2) [111]3ab =合, 该位错为弗兰克不全位错.9. 已知柏氏矢量的大小为b = 0.25nm, 如果对称倾侧晶界的取向差θ = 1° 和10°, 求晶界上位错之间的距离. 从计算结果可得到什么结论?。

第四章 固体中原子及分子的运动 作业及答案1. 在一个富碳的环境中对钢进行渗碳，可以硬化钢的表面。

已知在1000℃下进行这种渗碳热处理，距离钢的表面1mm 处到2mm 处，碳含量从5at%减到4at%。

估计在近表面区域进入钢的碳原子的流入量J(atoms/m2s)。

（γ-Fe 在1000℃的密度为7.63g/cm3，碳在γ-Fe 中的扩散常数D0=2.0×10-5m2/s,激活能Q=142kJ/mol ）解：首先,应把溶质碳原子的含量从原子分数转换为体积分数,故必须先求出溶剂铁原子的单位体积原子数236.023⨯10ρ=7.63⨯=55.858.232210⨯原子数(个)/cm 3 近似认为碳原子与铁原子共同占据铁的晶格，则121211203131812(/)ln(/)121203(8.314/158980)ln 0.5T T K T R Q x x ===--⨯⨯ 298.2310=-⨯原子数（个）/m 4D c in r-Fe 1000o C =611201420002.010exp() 2.9810/8.3141273Q RT D em s ----=⨯⨯=⨯⨯ 根据菲克第一定律:J D D x xρρ∂∆=-=-∂∆ 1129192(2.9810)(8.2310)2.4510()/()m s -=⨯⨯-⨯=⨯原子数个2. 在950℃下对纯铁进行渗碳，并希望在0.1mm 的深度得到0.9wt%的碳含量。

假设表面碳含量保持在1.20wt% ，扩散系数D γ-Fe=10-10m2/s 。

计算为达到此要求至少要渗碳多少时间。

解: 一维半无限长扩散初始条件 t=0 x>0, 00ρρ==x=0, t>0. 1.2s ρρ== ,0x ρ=∞=2120erf ωωωω-=-31.20.91.90erf --=-0.25erf =查表得0.2763= 所以 t=327(s)3. 已知Al 在Al2O3中扩散常数D0=2.8×10-3(m2/s)，激活能477（KJ/mol ），而O （氧）在Al2O3中的D0=0.19(m2/s),Q=636(KJ/mol)。

材料科学基础参考答案材料科学基础第一次作业1.举例说明各种结合键的特点。

⑴金属键：电子共有化，无饱和性，无方向性，趋于形成低能量的密堆结构，金属受力变形时不会破坏金属键，良好的延展性，一般具有良好的导电和导热性。

⑵离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合，以离子为结合单元，无方向性，无饱和性，正负离子静电引力强，熔点和硬度均较高。

常温时良好的绝缘性，高温熔融状态时，呈现离子导电性。

⑶共价键：有方向性和饱和性，原子共用电子对，配位数比较小，结合牢固，具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点，导电能力差。

⑷范德瓦耳斯力：无方向性，无饱和性，包括静电力、诱导力和色散力。

结合较弱。

⑸氢键：极性分子键，存在于HF，H2O，NF3有方向性和饱和性，键能介于化学键和范德瓦尔斯力之间。

2.在立方晶体系的晶胞图中画出以下晶面和晶向：（1 0 2）、（1 1 -2）、（-2 1 -3），[1 1 0],[1 1 -1],[1 -2 0]和[-3 2 1]。

(213)3. 写出六方晶系的{1 1 -20}，{1 0 -1 2}晶面族和<2 -1 -1 0>,<-1 0 1 1>晶向族中各等价晶面及等价晶向的具体指数。

{1120}的等价晶面：(1120)(2110)(1210)(1120)(2110)(1210){1012}的等价晶面：(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112) (1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)2110<>的等价晶向：[2110][1210][1120][2110][1210][1120]1011<>的等价晶向：[1011][1101][0111][0111][1101][1011][1011][1101][0111][0111][1101][1011]4立方点阵的某一晶面（hkl ）的面间距为M /，其中M 为一正整数，为晶格常数。

Ch1 习题及思考题1．名词解释晶体液晶非晶体长程有序短程有序等同点空间点阵结构基元晶体结构晶体点阵空间格子布拉菲点阵单胞(晶胞) 点阵常数晶系2．体心单斜和底心正方是否皆为新点阵？3．绘图说明面心正方点阵可表示为体心正方点阵。

4．试证明金刚石晶体不是布拉菲点阵，而是复式面心立方点阵。

金刚石晶体属于立方晶系，其中碳原子坐标是（000）、（0 1/2 1/2）、（1/2 1/2 0）、（1/2 0 1/2）、（1/4 1/4 1/4）、（3/4 1/4 3/4）、（1/4 3/4 3/4）、（3/4 3/4 1/4）。

5．求金刚石结构中通过（0，0，0）和（3/4，3/4，1/4）两碳原子的晶向，及与该晶向垂直的晶面。

6．画出立方晶系中所有的｛110｝和｛111｝。

7．写出立方晶系中属于｛123｝晶面族的所有晶面和属于〈110〉晶向族的所有晶向。

8．画出立方晶系中具有下列密勒指数的晶面和晶向：（130）、（211）、（131）、（112）、（321）晶面和[210]、[111]、[321]、[121]晶向。

9．试在完整的六方晶系的晶胞中画出（1012）晶面和[1120]、[1101]，并列出｛1012｝晶面族中所有晶面的密勒指数。

10．点阵平面（110）、（311）和（132）是否属于同一晶带？如果是的话，试指出其晶带轴，另外再指出属于该晶带的任一其它点阵平面；如果不是的话，为什么？11．求（121）和（100）决定的晶带轴与（001）和（111）所决定的晶带轴所构成的晶面的晶面指数。

12．计算立方晶系[321]与[120]夹角，（111）与（111）之间的夹角。

13．写出镍晶体中面间距为0.1246nm的晶面族指数。

镍的点阵常数为0.3524nm。

14． 1）计算fcc结构的（111）面的面间距（用点阵常数表示）；2）欲确定一成分为18%Cr，18%Ni的不锈钢晶体在室温下的可能结构是fcc还是bcc，由X射线测得此晶体的（111）面间距为0.21nm，已知bcc铁的a=0.286nm，fcc铁的a=0.363nm，试问此晶体属何种结构？Ch2.1-2 习题及思考题1．分别说明什么是过渡族金属、镧系金属和锕系金属？2．什么是一次键、二次键？它们分别包括哪些键？3．什么是离子键、共价键和金属键？它们有何特性，并给予解释。

4.1 名词解释（a ）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（b ）刃型位错和螺型位错 （c ）类质同象与同质多晶解：（a ）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。

如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。

（b ）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。

位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。

（c ）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。

同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。

6-3 名词解释（并比较其异同）⑴晶子学说：玻璃内部是由无数“晶子”组成，微晶子是带有晶格变形的有序区域。

它们分散在无定形介中质，晶子向无定形部分过渡是逐渐完成时，二者没有明显界限。

无规则网络学说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。

这种网络是由离子多面体（三角体或四面体）构筑起来的。

晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。

⑵单键强：单键强即为各种化合物分解能与该种化合物配位数的商。

⑶分化过程：架状[SiO 4]断裂称为熔融石英的分化过程。

缩聚过程：分化过程产生的低聚化合物相互发生作用，形成级次较高的聚合物，次过程为缩聚过程。

⑷网络形成剂：正离子是网络形成离子，对应氧化物能单独形成玻璃。

即凡氧化物的单键能/熔点﹥0.74kJ/mol .k 者称为网络形成剂。

网络变性剂：这类氧化物不能形成玻璃，但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变，即单键强/熔点﹤ 0.125kJ/mol .k 者称为网络变形剂。

5.1试述影响置换型固溶体的固溶度的条件。

解：1.离子尺寸因素 ：从晶体稳定性考虑，相互替代的离子尺寸愈相近，则固溶体愈稳定。

⽆机材料科学基础教程考试题库完整⽆机材料科学基础试卷7⼀、名词解释（20分）1、正尖晶⽯、反尖晶⽯；2、线缺陷、⾯缺陷；3、晶⼦学说、⽆规则⽹络学说；4、可塑性、晶胞参数；⼆、选择题（10分）1、下列性质中（）不是晶体的基本性质。

A、⾃限性B、最⼩内能性C、有限性D、各向异性2、晶体在三结晶轴上的截距分别为2a、3b、6c。

该晶⾯的晶⾯指数为（）。

A、（236）B、（326）C、（321）D、（123）3、依据等径球体的堆积原理得出，六⽅密堆积的堆积系数（）⽴⽅密堆积的堆积系数。

A、⼤于B、⼩于C、等于D、不确定4、某晶体AB，A—的电荷数为1，A—B键的S=1/6，则A+的配位数为（）。

A、4B、12C、8D、65、在单位晶胞的CaF2晶体中，其⼋⾯体空隙和四⾯体空隙的数量分别为（）。

A、4，8B、8，4C、1，26、在ABO3(钙钛矿)型结构中，B离⼦占有（）。

A、四⾯体空隙B、⼋⾯体空隙C、⽴⽅体空隙D、三⽅柱空隙晶体7、在硅酸盐熔体中，当R=O/Si减⼩时，相应熔体组成和性质发⽣变化，熔体析晶能⼒（），熔体的黏度（），低聚物数量（）。

A、增⼤B、减⼩C、不变D、不确定8、当固体表⾯能为1.2J/m2，液体表⾯能为0.9 J/m2，液固界⾯能为1.1 J/m2时，降低固体表⾯粗糙度，（）润湿性能。

A、降低B、改善C、不影响9、⼀种玻璃的组成为32.8%CaO，6.0 Al2O3%，61.2 SiO2%，此玻璃中的Al3+可视为⽹络（），玻璃结构参数Y=（）。

A、变性离⼦，3.26B、形成离⼦，3.26C、变性离⼦，2.34D、形成离⼦，2.3410、黏⼟泥浆胶溶必须使介质呈（）。

A、酸性B、碱性C、中性11、可以根据3T曲线求出熔体的临界冷却速率。

熔体的临界冷却速率越⼩，就（）形成玻璃。

A、越难B、越容易D、缓慢12、晶体结构中⼀切对称要素的集合称为（）。

A、对称型B、点群C、微观对称的要素的集合D、空间群三、填空（15分）1、a=b≠c α=β= 900，γ=1200的晶体属（）晶系。

第2章 例 题（A ）1. 在面心立方晶胞中画出[012]和[123]晶向。

2. 在面心立方晶胞中画出（012）和（123）晶面。

3. 右图中所画晶面的晶面指数是多少？4. 设晶面（152）和（034）属六方晶系的正交坐标表述，试给出其四轴坐标的表示。

反之，求（3121）及（2112）的正交坐标的表示。

5. （练习），上题中均改为相应晶向指数，求相互转换后结果。

答案：2. (2110) 4. （1562）， （0334） 5. [1322] [1214] （123） （212）[033] [302]第2章 例题答案(A)4. （152）)2615(6)51()(⇒-=+-=+-=v u t （034）)4303(3)30()(⇒-=+-=+-=v u t （1213）⇒ （123） （2112） ⇒ （212）5. [152]]2231[22)51(31)(313)152(31)2(311)512(31)2(31⇒⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫==-=+-=+-==-⨯=-=-=-⨯=-=W w V U t U V v V U u [034]]4121[41)30(31)(312)032(31)2(311)302(31)2(31⇒⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫==-=+-=+-==-⨯=-=-=-⨯=-=W w V U t U V v V U u]3121[]033[33)1(20)1(1⇒⎪⎭⎪⎬⎫===--=-==---=-=w W t v V t u U[2112]]302[20)1(13)1(2⇒⎪⎭⎪⎬⎫===---=-==--=-=w W t v V t u U第2章 例 题（B ）1. 已知Cu 的原子直径为2.56A ，求Cu 的晶格常数，并计算1mm 3Cu 的原子数。

2. 已知Al 相对原子质量Ar （Al ）=26.97，原子半径γ=0.143nm ，求Al 晶体的密度。

3. bcc 铁的单位晶胞体积，在912℃时是0.02464nm 3；fcc 铁在相同温度时其单位晶胞体积是0.0486nm 3。

无机材料科学基础试卷7一、名词解释（20分）1、正尖晶石、反尖晶石；2、线缺陷、面缺陷；3、晶子学说、无规则网络学说；4、可塑性、晶胞参数；二、选择题（10分）1、下列性质中（）不是晶体的基本性质。

A、自限性B、最小内能性C、有限性D、各向异性2、晶体在三结晶轴上的截距分别为2a、3b、6c。

该晶面的晶面指数为（）。

A、（236）B、（326）C、（321）D、（123）3、依据等径球体的堆积原理得出，六方密堆积的堆积系数（）立方密堆积的堆积系数。

A、大于B、小于C、等于D、不确定4、某晶体AB，A—的电荷数为1，A—B键的S=1/6，则A+的配位数为（）。

A、4B、12C、8D、65、在单位晶胞的CaF2晶体中，其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为（）。

A、4，8B、8，4C、1，2D、2，46、在ABO3(钙钛矿)型结构中，B离子占有（）。

A、四面体空隙B、八面体空隙C、立方体空隙D、三方柱空隙晶体7、在硅酸盐熔体中，当R=O/Si减小时，相应熔体组成和性质发生变化，熔体析晶能力（），熔体的黏度（），低聚物数量（）。

A、增大B、减小C、不变D、不确定8、当固体表面能为1.2J/m2，液体表面能为0.9 J/m2，液固界面能为1.1 J/m2时，降低固体表面粗糙度，（）润湿性能。

A、降低B、改善C、不影响9、一种玻璃的组成为32.8%CaO，6.0 Al2O3%，61.2 SiO2%，此玻璃中的Al3+可视为网络（），玻璃结构参数Y=（）。

A、变性离子，3.26B、形成离子，3.26C、变性离子，2.34D、形成离子，2.3410、黏土泥浆胶溶必须使介质呈（）。

A、酸性B、碱性C、中性11、可以根据3T曲线求出熔体的临界冷却速率。

熔体的临界冷却速率越小，就（）形成玻璃。

A、越难B、越容易C、很快D、缓慢12、晶体结构中一切对称要素的集合称为（）。

A、对称型B、点群C、微观对称的要素的集合D、空间群三、填空（15分）1、a=b≠c α=β= 900，γ=1200的晶体属（）晶系。

3-6叙述硅酸盐晶体结构分类原则及各种类型的特点，并举一例说明之。

解：硅酸盐矿物按照硅氧四面体的连接方式进行分类，具体类型见表3-1。

表3-1 硅酸盐矿物的结构类型结构类型共用氧数形状络阴离子氧硅比实例岛状0 四面体[SiO4]4- 4 镁橄榄石Mg2[SiO4]组群状1～2 六节环[Si6O18]12- 3.5～3 绿宝石Be3Al2[Si6O18]链状2～3 单链[Si2O6]4-3～2.5 透辉石CaMg[Si2O6]层状 3 平面层[Si4O10]4- 2.5 滑石Mg3[Si4O10](OH)2架状 4 骨架[SiO2] 2 石英SiO23-7 堇青石与绿宝石有相同结构，分析其有显著的离子电导，较小的热膨胀系数的原因。

答：堇青石Mg2Al3[AlSi5O18]具有绿宝石结构，以（3Al3++2Mg2+）置换绿宝石中的（3Be2++2Al3+）。

6个[SiO4]通过顶角相连形成六节环，沿c轴方向上下迭置的六节环内形成了一个空腔，成为离子迁移的通道，因而具有显著的离子电导；另外离子受热后，振幅增大，但由于能够向结构空隙中膨胀，所以不发生明显的体积膨胀，因而热膨胀系数较小。

3-8 （a）什么叫阳离子交换？（b）从结构上说明高岭石、蒙脱石阳离子交换容量差异的原因。

（c）比较蒙脱石、伊利石同晶取代的不同，说明在平衡负电荷时为什么前者以水化阳离子形式进入结构单元层，而后者以配位阳离子形式进入结构单元层。

答：（a）在粘土矿物中，如果[AlO6]层中部分Al3+被Mg2+、Fe2+代替时，一些水化阳离子（如Na+、Ca2+等）进入层间，来平衡多余的负电荷，在一定条件下这些阳离子可以被其它阳离子交换，这种现象称为阳离子交换。

（b）高岭石的阳离子交换容量较小，而蒙脱石的阳离子交换容量较大。

因为高岭石是1:1型结构，单网层与单网层之间以氢键相连，氢键强于范氏键，水化阳离子不易进入层间，因此阳离子交换容量较小。

材料科学基础习题与答案材料科学基础习题与答案材料科学是一门研究材料的结构、性质和性能的学科，是现代工程技术的基础和支撑。

在学习这门学科的过程中，习题是不可或缺的一部分。

通过解答习题，我们能够更好地理解和掌握材料科学的基础知识。

下面将介绍一些常见的材料科学基础习题以及相应的答案。

一、材料的结构与性质1. 什么是晶体结构？答案：晶体结构是指由原子、离子或分子按一定的顺序和规则排列而成的固态物质的结构。

晶体结构的特点是具有长程有序性和周期性。

2. 什么是非晶体结构？答案：非晶体结构是指由原子、离子或分子按无规则排列而成的固态物质的结构。

非晶体结构的特点是缺乏长程有序性和周期性。

3. 金属的晶体结构有哪些？答案：金属的晶体结构主要有面心立方结构、体心立方结构和简单立方结构。

面心立方结构的特点是每个晶胞内有一个原子位于每个面的中心和每个边的中心，体心立方结构的特点是每个晶胞内有一个原子位于每个面的中心和每个体的中心，简单立方结构的特点是每个晶胞内只有一个原子位于每个角的中心。

4. 陶瓷的晶体结构有哪些？答案：陶瓷的晶体结构主要有离子晶体结构和共价晶体结构。

离子晶体结构的特点是由阳离子和阴离子按一定比例排列而成，共价晶体结构的特点是由共价键连接的原子或分子按一定的顺序排列而成。

5. 聚合物的晶体结构有哪些？答案：聚合物的晶体结构主要有单晶结构和非晶结构。

单晶结构的特点是聚合物链按一定的顺序排列而成，非晶结构的特点是聚合物链按无规则排列而成。

二、材料的性能与应用1. 什么是材料的力学性能？答案：材料的力学性能是指材料在外力作用下的变形和破坏行为。

包括强度、韧性、硬度、弹性模量等指标。

2. 什么是材料的热性能？答案：材料的热性能是指材料在高温下的稳定性和热传导性能。

包括热膨胀系数、热导率、热稳定性等指标。

3. 什么是材料的电性能？答案：材料的电性能是指材料在电场作用下的导电性和绝缘性能。

包括导电率、电阻率、介电常数等指标。

第一章晶体几何基础1-1 解释概念：等同点：晶体结构中，在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点。

空间点阵：概括地表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形。

结点：空间点阵中的点称为结点。

晶体：内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。

对称：物体相同部分作有规律的重复。

对称型：晶体结构中所有点对称要素（对称面、对称中心、对称轴和旋转反伸轴）的集合为对称型，也称点群。

晶类：将对称型相同的晶体归为一类，称为晶类。

晶体定向：为了用数字表示晶体中点、线、面的相对位置，在晶体中引入一个坐标系统的过程。

空间群：是指一个晶体结构中所有对称要素的集合。

布拉菲格子：是指法国学者 A.布拉菲根据晶体结构的最高点群和平移群对称及空间格子的平行六面体原则，将所有晶体结构的空间点阵划分成14种类型的空间格子。

晶胞：能够反应晶体结构特征的最小单位。

晶胞参数：表示晶胞的形状和大小的6个参数（a、b、c、α、β、γ）.1-2 晶体结构的两个基本特征是什么？哪种几何图形可表示晶体的基本特征？解答：⑴晶体结构的基本特征：①晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。

②晶体的内部质点呈对称分布，即晶体具有对称性。

⑵14种布拉菲格子的平行六面体单位格子可以表示晶体的基本特征。

1-3 晶体中有哪些对称要素，用国际符号表示。

解答：对称面—m，对称中心—1，n次对称轴—n，n次旋转反伸轴—n螺旋轴—ns ，滑移面—a、b、c、d1-5 一个四方晶系的晶面，其上的截距分别为3a、4a、6c，求该晶面的晶面指数。

解答：在X、Y、Z轴上的截距系数：3、4、6。

截距系数的倒数比为：1/3:1/4:1/6=4:3:2晶面指数为：（432）补充：晶体的基本性质是什么？与其内部结构有什么关系？解答：①自限性：晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的反映。

②均一性和异向性：均一性是由于内部质点周期性重复排列，晶体中的任何一部分在结构上是相同的。

异向性是由于同一晶体中的不同方向上，质点排列一般是不同的，因而表现出不同的性质。