材料科学基础课后作业第三章 最新版本

3-3.有两个形状、尺寸均一样的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的w Ni=90%，另一个铸件的w Ni=50%，铸后自然冷却。

问凝固后哪个铸件的偏析严峻？什么缘故？找出排除偏析的方法。

答：合金在凝固进程中的偏析与溶质原子的再分派系数有关，再分派系数为k0=Cα/C L。

对一给定的合金系，溶质原子再分派系数与合金的成份和原子扩散能力有关。

依照Cu-Ni合金相图，在必然成份下凝固，合金溶质原子再分派系数与相图固、液相线之间的水平距成正比。

当w Ni=50% 时，液相线与固相线之间的水平距离更大，固相与液相成份不同越大；同时其凝固结晶温度比w Ni=90%的结晶温度低，原子扩散能力降低，因此比偏析越严峻。

一样采纳在低于固相线100~200℃的温度下，长时刻保温的均匀化退火来排除偏析。

3-6.铋〔熔点为℃〕和锑〔熔点为℃〕在液态和固态时均能彼此无穷互溶，w Bi=50%的合金在520℃时开场凝固出成份为w Sb=87%的固相。

w Bi=80%的合金在400℃时开场凝固出成份为w Sb=64%的固相。

依照上述条件，要求：1)绘出Bi-Sb相图，并标出各线和各相区的名称；2〕从相图上确信w Sb=40%合金的开场结晶终了温度，并求出它在400℃时的平稳相成份及其含量。

解：1〕相图如以下图；2〕从相图读出结晶开场温度和结晶终了温度别离为495℃〔左右〕，350℃〔左右〕固、液相成份w Sb(L) =20%, w Sb(S)=64%固、液相含量：%5.54%10020-6440-64=⨯=L ω%5.45%100)1(=⨯-=L Sωω3-7.依照以下实验数据绘出概略的二元共晶相图：組元A 的熔点为1000℃，組元B 的熔点为700℃；w B =25%的合金在500℃结晶完毕，并由73-1/3%的先共晶α相与26-2/3%的(α+β)共晶体所组成；w B =50%的合金在500℃结晶完毕后，那么由40%的先共晶α相与60%的(α+β)共晶体组成，而此合金中的α相总量为50%。

NaCl型结构在三维方向上键力分布比较均匀，因此 其结构无明显解理（晶体沿某个晶面劈裂的现象称 为解理），破碎后颗粒呈现多面体形状。
类似于NaCl型晶体结构的晶体较多，只是晶胞 参数不同而已。
常见的NaCl型晶体都是碱土金属氧化物和过渡 金属的二价氧化物。化学式可写为MO，其中M2＋ 是二价金属离子，结构中M2＋和O2－分别占据了 NaCl中钠离子和氯离子的位置。这些氧化物有很 高的熔点，尤其是MgO（矿物名称方镁石），其 熔点高达2800℃左右，是碱性耐火材料镁砖中的 主要晶相。
反萤石型结构 ：在萤石型结构中正、负离子位置全部互换，并没 有改变结构形式，只是正、负离子位置对调。如Na2O
结构-性能关系：CaF2熔点较低，用作助熔剂/作晶核剂。 质点间 键力较NaCl强 硬度稍高（莫氏4级），熔点1410C，在水中 溶解度小。
表示方法：球体堆积法；坐标法；投影图；配位多面体
连接方式
0,100
50
0,100
75 50
25 0,100
25 0,100
50
75
50
0,100
与金刚石晶胞的对比 ，有什么不同？
同型结构的晶体β-SiC,GaAs,AlP 等
5、-ZnS（纤锌矿）型结构 （AB type）
六方晶系，简单六方格子
C
50
0,100
晶胞在（001）面的投影图
晶胞中由几套等同点？
在坐标为000和坐标为1/4 1/4 3/4 的 原 子 的 环 境 是 不 同 的 ， 它们不能独立抽象为一类等同 点，这是两类等同点。最后， 它的布拉维格子仍为面心立方 格子。
这种结构可以看成是由2个面 心立方布拉维格子穿插而成： 这2个面心立方格子（图中的 灰色和红色点）沿体对角线相 对位移动a/4<111>。

本次作业为第三章的习题，请同学们使用A4稿纸作答，不需抄题目，注明本次作业的章数，题号、学生姓名、班级、学号，这次作业暂定为10月31号（星期五）交。

1． 铜的空位形成能191.710
J -⨯，计算1000℃时，1cm 3铜中包含的空位数，铜的密度为8.9g/cm 3，原子量63.5，波尔兹漫常数231.3810
/K J K -=⨯。

2． Cu 晶体中有一位错b =[101]2a ，其位错线方向为[010]，计算该位错应变能，已知点阵常数0.35Cu a nm =，切变模量 10410Cu G Pa =⨯
3． 如图某晶体滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到一均匀且应力τ的作用，分析： ① 该位错环各段位错的结构类型；
② 各段位错线所受力的大小及方向；
③ 在τ的作用下，该位错环将要如何运动；
④ 在τ的作用下，若要使它在晶体中稳定不动，其最小半径为多大？
4. 判断下面的位错反应能否进行，说明理由
5.某fcc金属中可动滑移系为(111)[110]
①判断能够造成滑移的柏氏矢量；
②如果滑移是通过单位纯刃位错发生的，求出位错线方向；
③如果滑移是通过单位纯螺位错发生的，求出位错线方向；
④设作用在(111)的[110]方向的切应力为700kPa，如果这个力作用在（a）单位纯
刃位错上；（b）单位纯螺位错上；分别求单位位错线上所受的力的大小和方向。

瓷釉结构中各离子所处的位置。 5、 在硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃中，随着R2O的引入(<25mol％), 玻璃熔体的粘度怎样变化？试用聚合物理论解释。 6、 解释B2O3含量10mol％，SiO2含量90mol％的熔体，在冷却过 程中各自形成两个互不相容的分层玻璃，而加入适量Na2O后， 能得到均匀的玻璃。 7、 论证形成玻璃必须具有混合键。 8、 说明为什么镁橄榄石熔体不易形成玻璃而长石熔体易形成玻 璃？
分析：要应用关系式，必须换算成mol%。
解：玻璃组成
Na2O
CaO
SiO2
wt%
mol mol%
13
0.21 12.6
13
0.23 13.8
74
1.23 73.6
O 12.6 13.8 73.6 2 R ＝ ＝ ＝ 2.36 Si 73.6
Z＝4
X＝2R－Z＝2×2.36－4＝0.72 Y＝Z－X＝4－0.72＝3.28
3-7 (b) 上述数据是在恒压下取得，在恒容下，预计活化能 会有所不同。因为恒容时熔体所受压力应增加，这将使其粘
度增大，从而改变了活化能值。
3－9 在SiO2中应加入多少Na2O,使玻璃的O/Si＝2.5，此时析晶能力是增强还是 削弱？
解；假定引入的Na2O的mol含量为 x ， 则SiO2的mol含量为 1－x
网络状，且聚合程度高，故可形成玻璃。但当O/Si＝3时， 由于碱金属氧化物明显增加，使熔体中分子较小的低聚合 物增加，熔体粘度变小，故可易结晶而不易形成玻璃。
3、 在硅酸盐熔体析晶的成核速率、生长速率随T变化的关系图 中，标出哪一条曲线代表成核速率，哪一条曲线代表生长速率？ 为什么？
速 率
u IV
第三章 熔体和玻璃体

第一章原子排列与晶体结构1. fcc 结构的密排方向是,密排面是,密排面的堆垛顺序是,致密度为,配位数是,晶胞中原子数为,把原子视为刚性球时,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是；bcc 结构的密排方向是,密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是；hcp 结构的密排方向是,密排面是,密排面的堆垛顺序是,致密度为,配位数是,,晶胞中原子数为,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是。

2. Al 的点阵常数为,其结构原子体积是,每个晶胞中八面体间隙数为,四面体间隙数为。

3. 纯铁冷却时在912ε发生同素异晶转变是从结构转变为结构,配位数,致密度降低,晶体体积,原子半径发生。

4. 在面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向,指出﹤110﹥中位于〔111〕平面上的方向。

在hcp 晶胞的〔0001〕面上标出）（0121晶面和]0121[晶向。

5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。

6 在铅的〔100〕平面上,1mm 2有多少原子？已知铅为fcc 面心立方结构,其原子半径R=0.175×10-6mm 。

第二章 合金相结构一、填空 1〕随着溶质浓度的增大,单相固溶体合金的强度,塑性,导电性,形成间隙固溶体时,固溶体的点阵常数。

2〕影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是〔1〕；〔2〕；〔3〕；〔4〕和环境因素。

3〕置换式固溶体的不均匀性主要表现为和。

4〕按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分,固溶体可分为和。

5〕无序固溶体转变为有序固溶体时,合金性能变化的一般规律是强度和硬度,塑性,导电性。

6〕间隙固溶体是,间隙化合物是。

二、 问答1、分析氢,氮,碳,硼在α-Fe 和γ-Fe 中形成固溶体的类型,进入点阵中的位置和固溶度大小。

已知元素的原子半径如下：氢：,氮：,碳：,硼：,α-Fe ：,γ-Fe ：。

2、简述形成有序固溶体的必要条件。

第三章纯金属的凝固1. 填空1. 在液态纯金属中进行均质形核时,需要起伏和起伏。

《材料科学基础》课后习题（西⼯⼤版）第⼀章1. 作图表⽰⽴⽅晶体的()()()421,210,123晶⾯及[][][]346,112,021晶向。

2. 在六⽅晶体中，绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001等。

3. 写出⽴⽅晶体中晶⾯族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等价晶⾯。

4. 镁的原⼦堆积密度和所有hcp ⾦属⼀样，为0.74。

试求镁单位晶胞的体积。

已知Mg 的密度3Mg/m 74.1=mg ρ，相对原⼦质量为24.31，原⼦半径r=0.161nm 。

5. 当CN=6时+Na 离⼦半径为0.097nm ，试问：1) 当CN=4时，其半径为多少？2) 当CN=8时，其半径为多少？6. 试问：在铜（fcc,a=0.361nm ）的<100>⽅向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>⽅向,原⼦的线密度为多少？7. 镍为⾯⼼⽴⽅结构，其原⼦半径为nm 1246.0=Ni r 。

试确定在镍的（100），（110）及（111）平⾯上12mm 中各有多少个原⼦。

8. ⽯英()2SiO 的密度为2.653Mg/m 。

试问：1) 13m 中有多少个硅原⼦（与氧原⼦）？2) 当硅与氧的半径分别为0.038nm 与0.114nm 时，其堆积密度为多少（假设原⼦是球形的）？9. 在800℃时1010个原⼦中有⼀个原⼦具有⾜够能量可在固体内移动，⽽在900℃时910个原⼦中则只有⼀个原⼦，试求其激活能（J/原⼦）。

10. 若将⼀块铁加热⾄850℃，然后快速冷却到20℃。

试计算处理前后空位数应增加多少倍（设铁中形成⼀摩尔空位所需要的能量为104600J ）。

11. 设图1-18所⽰的⽴⽅晶体的滑移⾯ABCD 平⾏于晶体的上、下底⾯。

若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 。

材料科学基础课后习题课后习题第⼀章原⼦结构与结合键1.原⼦中⼀个电⼦的空间位置和能量可⽤哪四个量⼦数来决定？2.在多电⼦的原⼦中，核外电⼦的排布应遵循哪些个原则？3.在元素周期表中，同⼀周期或同⼀主族元素原⼦结构有什么共同特点？从左到右或从上到下元素结构有什么区别？性质如何递变？4.何谓同位素？为什么原⼦量不总为整数？5.铬的原⼦序数为24，共有四种同位数：4.31%的Cr原⼦含有26个中⼦，83.76%含有28个中⼦，9.55%含有29个中⼦，且2.38%含有30个中⼦。

试求铬的原⼦量？6.铜的原⼦序数为29，原⼦量为63.54，它共有两种同位素Cu63和Cu65，试求两种铜的同位素之含量百分⽐。

7.铟的原⼦序数为49，除了4f亚层之外其它内部电⼦亚层均已填满。

试从原⼦结构⾓度来确定铟的价电⼦数。

8.铂的原⼦序数为78，它在5d亚层中只有9个电⼦，并且在5f层中没有电⼦，请问在Pt的6s亚层中有⼏个电⼦？9.已知某元素原⼦序数为32，根据原⼦的电⼦结构知识，试指出它属于哪个周期？哪个族？并判断其⾦属性强弱。

10.原⼦间的结合键共有⼏种？各⾃特点如何？11.已知Si的原⼦量为28.09，若100g的Si中有5×1010个电⼦能⾃由运动，试计算：(a)能⾃由运动的电⼦占价电⼦总数的⽐例为多少？(b)必须破坏的共价键之⽐例为多少？12.S的化学⾏为有时象6价的元素，⽽有时却象4价元素。

试解释S这种⾏为的原因。

13.⾼分⼦链结构分为近程结构和远程结构。

他们各⾃包括内容是什么？14.按分⼦材料受热的表现分类可分为热塑性和热固性两⼤类，试从⾼分⼦链结构⾓度加以解释之。

15.分别绘出甲烷(CH4)和⼄烯(C2H4)之原⼦排列与键合。

16.下图1-1绘出三类材料——⾦属、离⼦晶体和⾼分⼦材料之能量与距离关系曲线，试指出它们各代表何种材料。

参考答案1.主量⼦数n、轨道⾓动量量⼦数li、磁量⼦数mi和⾃旋⾓动量量⼦数Si。

• ΔGB=Lm(1-T/Tm)=LmΔT/Tm
(3-6)
• ΔGB与ΔT呈线性关系。ΔT=0时， ΔGB=0
• 两相之间的自由能差值是两相间发生相变 的驱动力。没有这个驱动力就没有相变发 生。所以凝固一定在低于熔点时进行。过 冷度越大，相变驱动力越大，凝固速度越 快。
• 3.2.2 金属结晶的结构条件 • 液态金属的结构模型： • 1) 微晶无序模型：近程有序，类似微晶；
• 受材料热导率的限制，用增大过冷度的办 法来细化晶粒度工艺只对小型和薄型铸件 有效。
• (2) 固体杂质结构的影响：在相同过冷度下， 非均匀形核的临界曲率半径与均匀形核的 临界晶核半径相同(式3-10，3-21)。
• 但非均匀形核所需晶胚体积和表面积随润 湿角θ的减小而减小。θ角越小，晶胚成核 越小，相同界面上的形核数越多。因此θ是 影响非均匀形核的一个重要因素。
(3-6)
• 所以：rk=2σ Tm /Lm/ΔΤ
(3-11)
• 此式表明：临界晶核半径与过冷度ΔΤ成反
比。过冷度越大，临界晶核半径越小。
• 在铸造生产中，一般通过快速冷却的办法 提高过冷度，以减小临界晶核半径，提高 单位体积内的成核率，达到细化晶核的目 的。
• 3.3.1.3 形核功：当rk<r<r0时，晶胚长大会 使系统自由能降低，但体积自由能的降低 还不能完全补偿表面自由能的增加(ΔG>0， 系统自由能仍在增加，只是增速减缓)，此 时需要外界提供一部分能量来保证晶核稳 定生长，这一部分由外界提供的能量称为 形核功。
• 晶核界面积为：
• A1=2πr2(1-cosθ) (球冠上界面) (3-18) • A2=2πr2(1-cos2θ) (球冠下界面) (3-19) • 由以上关系得：

常见金属的液-固界面为粗糙界面，一些非金属、亚金属、金 属间化合物的液-固界团多为光滑界面。 3.4.2 晶核的长大机制 晶核长大所需的界面过冷度被称为动态过冷度，用⊿Tk表示。 具有光滑界面的物质，△Tk约为1-2℃；具有粗糙界面的物质， △Tk仅为0.01-0.05℃。说明不同类型界面，其长大机制不同。 1.粗糙界面的长大 晶体整个界面沿法线方向向液相中长 大，这种长大方式叫垂直长大。垂直长大时生长速度很快。 2.光滑界面的长大 可能有以下两种 （1）界面上反复形 成二维晶核的机制。 (2) 缺陷长大机制。 液体中的原子不断 添加到螺错或孪晶等 晶体缺陷的台阶上使 晶体长大，如右图。
1.垂直提拉法 先熔化坩埚中的材料，使液体保持稍高于熔点 的温度，然后下移夹有一个籽晶的杆，使籽晶与液面接触。缓慢 降低炉内温度，将籽晶杆一边旋转一边提拉，使籽晶作为难一的 晶核在液相中结晶，最后成为一块单晶体。 2.尖端形核法 将材料装入一个带 尖头的容器中熔化， 然后将容器从炉中 缓慢拉出，尖头首 先移出炉外缓冷， 在尖头部产生一个 晶核，容器向炉外 移动时便由这个晶 核长成一个单晶体。
3.4.3 纯金属的生长形态 纯金属凝固时的生长形态，取决于固-液界面的微观结构和界 面前沿的温度梯度。 1.正温度梯度 在正温度梯度dT/dx>0下，结晶潜热只能通过 固相散出，界面推移速度受固相传热速度的控制。粗糙界面、 光滑界面的晶体生长均以平面状向前推进。
2.负温度梯度 当dT/dx<0时，界面的热量可以从固、液两相 散失，界面移动不只受固相传热速率控制。界面某处偶然伸入液 相，则进入了△T更大的区域，生长速率加快，伸入液相中形成 一个晶轴。晶轴结晶时向两侧液相中放出潜热，使液相中垂直晶 轴的方向又产生负温度梯度，这样晶轴上又会产生二次晶、三次 晶轴…。这种生长方式称为树枝状生长。树枝生长时，伸展的晶 轴具有一定的晶体取向，面心立方为<100>；体心立方<100> 。 以树枝方式生 长时，最后凝固 的金属将树枝空 隙填满，使每个 枝晶成为一个晶 粒。图3.12为锑 液-固界面的微观结构 液-固界面按微观结构可 分为光滑界面和粗糙界面。 1.光滑界面 指界面处固液 两相截然分开。固相表面为 基本完整的原子密排面，从 微观上看界面是光滑的，但 宏观上看往往由若干曲折的 小平面组成，是不平整的， 因此又称小平面界面。 2. 粗糙界面 指液-固界面 存在厚度为几个原子间距的 过渡层，因而在微观上是粗 糙的，但宏观上界面反而是 平整光滑的。这种界面又称 非小平面界面。

3-1.解释以下名词：金属键、晶格、晶胞、合金、组元、相、机械混合物、铁素体、奥氏体、渗碳体、马氏体、黄铜、青铜、形变铝合金、非晶态金属键：是化学键的一种，主要在金属中存在。

由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成。

无方向性和饱和性.晶格：表示晶体结构周期重复规律的简单几何图形.晶胞：晶体内部的基本重复单元（最小重复单元）.合金：是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的混合物。

一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。

组元：组成合金的独立的、最基本的单元称为组元，组元可以是组成合金的元素或稳定的化合物。

相：指一个宏观物理系统所具有的一组状态，也通称为物态。

机械混合物：指由两种或以上的互不相溶晶体结构(纯金属、固溶体或化合物)机械地混合而形成的显微组织。

机械混合物的性能主要取决于组成它的各组成物的性能以及其数量、形状、大小和分布情况。

铁素体：是碳溶解在α-Fe中的间隙固溶体，常用符号F表示。

具有体心立方晶格，其溶碳能力很低.奥氏体：是钢铁的一种层片状的显微组织，通常是ɣ-Fe中固溶少量碳的无磁性固溶体，也称为沃斯田铁或ɣ-Fe。

一般由等轴状的多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶。

渗碳体：铁与碳形成的稳定化合物，其化学式为Fe3C。

渗碳体的含碳量为ωc=6.69%，熔点为1227℃。

其晶格为复杂的正交晶格，硬度很高HBW=800，塑性、韧性几乎为零，脆性很大。

马氏体：是黑色金属材料的一种组织名称，是碳在α-Fe中的过饱和固溶体黄铜：由铜和锌所组成的合金，由铜、锌组成的黄铜就叫作普通黄铜，如果是由二种以上的元素组成的多种合金就称为特殊黄铜。

黄铜有较强的耐磨性能，黄铜常被用于制造阀门、水管、空调内外机连接管和散热器等。

青铜：是金属冶铸史上最早的合金，在纯铜(紫铜)中加入锡或铅的合金，有特殊重要性和历史意义，与纯铜(紫铜)相比，青铜强度高且熔点低(25%的锡冶炼青铜，熔点就会降低到800℃。

• 从纯金属冷却曲线可以看出：金属从液态 冷却到理论凝固温度(熔点)Tm时并不凝固， 而是再降至实际开始结晶温度Tn时才开始 结晶；随后温度回升到接近Tm时出现恒温 结晶(曲线平台)，结晶终止后温度继续下降。
• 曲线出现“平台”，是金属液固转变所释 放的潜热与系统散热量相等的结果。
• 在“平台”温度下，液固相不平衡，所以 “平台”温度不是熔点但相差不大。
• 如果只有一粒晶核长大，则由这一粒晶核 长大的金属就是一块金属单晶体。
• 3.1.2 金属结晶的宏观现象
• 金属结晶伴随着一系列宏观特征的改变， 如结晶潜热的释放，融化熵的变化等。研 究这些宏观特征的变化是研究金属结晶过 程的重要手段。
• 3.1.2.1 冷却曲线与金属结晶温度：用热分 析装置将金属融化后缓慢降温，每隔一定 时间记录一次温度，绘制成温度-时间关系 曲线，称为冷却曲线。这种测定冷却曲线 的方法叫热分析法。
金属中，表面能可用表面张力表示。当晶 核稳定时，有：
• σLW=σSW+σSLcosθ
(3-15)
• 形成一个晶核时，总自由能的变化为：
ΔG’=-ΔGBV+ΣσAi
(3-16)
• 晶核体积(球冠体积)为：
• VS=πr3(2-3cosθ+cos3θ)/3
(3-17)
• (VS=πh2(r-h/3), h=r(1-cosθ))
核功越小。
• 在过冷液相中，均匀形核依靠结构起伏形 成大于临界晶核的晶胚；再从能量起伏中
获得形核功形成稳定的晶核。结构起伏和 能量起伏是均匀形核的必要条件。
• 临 但界 晶晶胚核的半最径大尺rk随寸过rm冷ax却度随ΔT过增冷加度而的减增小加；而 增加。如图所示：两条曲线的交点为均匀 形核的临界过冷度ΔT*。当系统过冷度 ΔT<ΔT*时，

第一章原子排列与晶体结构1. fcc 结构的密排方向是,密排面是,密排面的堆垛顺序是,致密度为,配位数是,晶胞中原子数为,把原子视为刚性球时,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是；bcc 结构的密排方向是,密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是；hcp 结构的密排方向是,密排面是,密排面的堆垛顺序是,致密度为,配位数是,,晶胞中原子数为,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是。

2. Al 的点阵常数为,其结构原子体积是,每个晶胞中八面体间隙数为,四面体间隙数为。

3. 纯铁冷却时在912ε发生同素异晶转变是从结构转变为结构,配位数,致密度降低,晶体体积,原子半径发生。

4. 在面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向,指出﹤110﹥中位于〔111〕平面上的方向。

在hcp 晶胞的〔0001〕面上标出）（0121晶面和]0121[晶向。

5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。

6 在铅的〔100〕平面上,1mm 2有多少原子？已知铅为fcc 面心立方结构,其原子半径R=0.175×10-6mm 。

第二章 合金相结构一、填空 1〕随着溶质浓度的增大,单相固溶体合金的强度,塑性,导电性,形成间隙固溶体时,固溶体的点阵常数。

2〕影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是〔1〕；〔2〕；〔3〕；〔4〕和环境因素。

3〕置换式固溶体的不均匀性主要表现为和。

4〕按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分,固溶体可分为和。

5〕无序固溶体转变为有序固溶体时,合金性能变化的一般规律是强度和硬度,塑性,导电性。

6〕间隙固溶体是,间隙化合物是。

二、 问答1、分析氢,氮,碳,硼在α-Fe 和γ-Fe 中形成固溶体的类型,进入点阵中的位置和固溶度大小。

已知元素的原子半径如下：氢：,氮：,碳：,硼：,α-Fe ：,γ-Fe ：。

2、简述形成有序固溶体的必要条件。

第三章纯金属的凝固1. 填空1. 在液态纯金属中进行均质形核时,需要起伏和起伏。

第三章答案3-2略。

3-2试述位错的基本类型及其特点。

解：位错主要有两种：刃型位错和螺型位错。

刃型位错特点：滑移方向与位错线垂直，符号⊥，有多余半片原子面。

螺型位错特点：滑移方向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平面，呈螺施状，称螺型位错。

3-3非化学计量化合物有何特点？为什么非化学计量化合物都是n型或p型半导体材料？解：非化学计量化合物的特点：非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关；可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常数看出；非化学计量化合物都是半导体。

由于负离子缺位和间隙正离子使金属离子过剩产生金属离子过剩（n型）半导体，正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩产生负离子过剩（p型）半导体。

3-4影响置换型固溶体和间隙型固溶体形成的因素有哪些？解：影响形成置换型固溶体影响因素：（1）离子尺寸：15%规律：1.（R1-R2）/R1>15%不连续。

2.<15%连续。

3.>40%不能形成固熔体。

（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。

（3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。

（4）场强因素。

（5）电负性：差值小，形成固熔体。

差值大形成化合物。

影响形成间隙型固溶体影响因素：（1）杂质质点大小：即添加的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。

（2）晶体（基质）结构：离子尺寸是与晶体结构的关系密切相关的，在一定程度上来说，结构中间隙的大小起了决定性的作用。

一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体。

（3）电价因素：外来杂质原子进人间隙时，必然引起晶体结构中电价的不平衡，这时可以通过生成空位，产生部分取代或离子的价态变化来保持电价平衡。

3-5试分析形成固溶体后对晶体性质的影响。

解：影响有：（1）稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生；（2）活化晶格，形成固溶体后，晶格结构有一定畸变，处于高能量的活化状态，有利于进行化学反应；（3）固溶强化，溶质原子的溶入，使固溶体的强度、硬度升高；（4）形成固溶体后对材料物理性质的影响：固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。

材料科学基础A第三章习题及答案3.7写出下列缺陷反应式：(1)NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体；(2)CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体；(3)NaCl形成肖脱基缺陷；(4)AgI形成弗仑克尔缺陷(Ag+进入间隙)。

答：（1）NaCl Na Ca’+ Cl Cl + V Cl•（2）CaCl2Ca Na• + 2Cl Cl + V Na’（3）O→V Na’ + V Cl·（4）Ag Ag→V Ag’ + Ag i•3.10 (a)MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6eV，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。

(b)如果MgO晶体中，含有百万分之一摩尔的A12O3杂质，则在1600'C时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势，说明原因。

解：（a）根据热缺陷浓度公式n/N=exp(-E/2kT)，E=6eV=6×1.602×10-19=9.612×10-19J, k=1.38×10-23在25℃时，T=298K：n/N=1.87×10-51，在1600℃时，T=1873K：n/N=8.43×10-9；（b）在MgO中加入百万分之一的Al2O3，Al2O32Al Mg· + V Mg’’ + 3O O，∵ [ V Mg’’]=[Al2O3] ，[Al Mg·]=2[Al2O3]，而[Al2O3]=10-6∴[杂质缺陷]=[ V Mg’’]+[Al Mg·] =3×10-6一般只考虑[ V Mg’’]数，为了比较，只考虑空位缺陷：[杂质缺陷]=[ V Mg’’] =[Al2O3]=10-6>热缺陷浓度8.0×10-9结论：杂质缺陷占优。

3.12 非化学计量化合物Fe x O中，Fe3+／Fe2+=0.1，求Fe x O中的空位浓度及x值。

解：Fe 2O 32Fe Fe · + 3O O + V Fe ’’y 2y y 固溶体化学式：Fe 3+2y Fe 2+1-3y O由：3220.113Fe yFe y++==- 得：y =0.0435 与Fe x O 对比，x =1-3y +2y =1-y ，则x =0.9565 固溶式：Fe 0.9565O ，V Fe ’’数=n =0.0435×N 0个 晶体中正常格点数N ＝(1＋x ) ×N 0=1.9565×N 0个 （注：1为O 的格点，x 为Fe 的格点）2"Fe 1022.2Nn]V [-⨯==3.19 从化学组成、相组成考虑，试比较固溶体与化合物、机械混合物的差别。

错反应形成新的位错，试写出反应式。若两单位位错在各自的滑移面内又可分解为扩展位错，试写
出位错分解的反应式。
5．在外力作用下，fcc结构的晶体在（11 ）晶面上沿[ 10]方向滑移，试回答下列问题：
若晶体的滑移是由单位位错的运动引起的，写出该单位位错的柏氏矢量。
若此单位位错是纯刃型位错，写出位错线方向及在外力作用下滑移运动的方向。
1．画图并计算fcc和bcc结构晶体的八面体间隙半径大小。
2．画图并说明hcp结构不是一种空间点阵的原因，并计算 ≌1.633。
3．作图表示（ 11）、（11 ）、（112）晶面及[11 ]、[112]晶向。
4．求bcc结构（111）、（100）及（110）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。
图中标出，并说明原因。图a）图b)
2.画图说明在fcc结构晶体的（ 11）晶面上，可以运动的单位位错的柏氏矢量有哪些？
它们相应能在哪些晶面上运动？
3．在面心立方结构的晶体中，沿[ 01]晶向上有一单位位错与沿[12 ]晶向的一个肖克莱
部分位错反应合成一个弗兰克部分位错：
（1）求合成后的弗兰克部分位错的柏氏矢量。
5．在体心立方结构晶体内的（011）晶面上有一个b1＝ [1 1]刃型位错，在（01 ）晶
面上有一个b2＝ [111]刃型位错，它们分别沿所在晶面进行滑移，当彼此相遇时，
能否发生位错反应？
第一章纯金属的晶ห้องสมุดไป่ตู้结构单元练习题
一．判断是非题，对的在括号中划“∨”，错的划“×”：
1．布拉非点阵与晶体结构是同一概念，因此不管离子晶体，分子晶体，还是原子晶体，
向和晶面。
5.在六方晶系中，画图表示（11 0）、（ 010）晶面及[11 3]晶向。并用三坐标系写

材料科学基础课后习题第1-第4章《材料科学基础》课后习题答案第一章材料结构的基本知识4. 简述一次键和二次键区别答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。

其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。

一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。

二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。

二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。

6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？答：材料的密度与结合键类型有关。

一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。

相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。

共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。

9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。

答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。

即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。

两相组织是指具有两相的组织。

单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。

晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。

单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。

等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。

对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。

如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。

如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。

第三版胡赓祥材料科学基础课后答案与知识点总结本文档总结了第三版胡赓祥《材料科学基础》教材中的课后答案和知识点。

以下是各章节的内容概述：第一章：材料科学基本概念- 知识点1：材料的定义和分类，包括金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料。

- 知识点2：材料的性能和性质，如力学性能、物理性能、化学性能等。

- 知识点3：材料的结构，包括晶体结构和非晶体结构。

- 知识点4：材料的制备和加工方法，如熔融法、溶液法、固相反应法等。

第二章：金属材料- 知识点1：金属的晶体结构，如面心立方结构、体心立方结构等。

- 知识点2：金属的晶体缺陷，如点缺陷、线缺陷和面缺陷。

- 知识点3：金属的力学性能，包括弹性模量、屈服强度、延展性等。

- 知识点4：金属的热处理，如退火、淬火和时效处理等。

第三章：无机非金属材料- 知识点1：陶瓷材料的分类，如氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷等。

- 知识点2：陶瓷材料的晶体结构，如离子晶体结构、共价晶体结构等。

- 知识点3：陶瓷材料的力学性能，包括硬度、脆性、抗拉强度等。

- 知识点4：陶瓷材料的制备和加工方法，如烧结法、凝胶法和溶胶-凝胶法等。

第四章：高分子材料- 知识点1：高分子材料的分类，如线性高分子、交联高分子等。

- 知识点2：高分子材料的分子结构，如线性结构、支化结构等。

- 知识点3：高分子材料的物理性能，包括玻璃化转变温度、熔融温度等。

- 知识点4：高分子材料的制备和加工方法，如聚合法、拉伸法和挤出法等。

第五章：复合材料- 知识点1：复合材料的分类，如纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料等。

- 知识点2：复合材料的基体材料和增强材料，如树脂基体、碳纤维增强材料等。

- 知识点3：复合材料的力学性能，包括弯曲强度、拉伸强度等。

- 知识点4：复合材料的制备和加工方法，如层压法、注射法和浸渍法等。

以上是《材料科学基础》教材第三版的课后答案和知识点总结。

希望对您的学习有所帮助。