武汉理工大学出版 材料工程基础 答案 徐德龙

武汉理工大学材料科学基础(第2版)课后习题和答案第一章绪论1、仔细观察一下白炽灯泡，会发现有多少种不同的材料？每种材料需要何种热学、电学性质？2、为什么金属具有良好的导电性和导热性？3、为什么陶瓷、聚合物通常是绝缘体？4、铝原子的质量是多少？若铝的密度为2.7g/cm3，计算1mm3中有多少原子？5、为了防止碰撞造成纽折，汽车的挡板可有装甲制造，但实际应用中为何不如此设计？说出至少三种理由。

6、描述不同材料常用的加工方法。

7、叙述金属材料的类型及其分类依据。

8、试将下列材料按金属、陶瓷、聚合物或复合材料进行分类：黄铜钢筋混凝土橡胶氯化钠铅-锡焊料沥青环氧树脂镁合金碳化硅混凝土石墨玻璃钢9、Al2O3陶瓷既牢固又坚硬且耐磨，为什么不用Al2O3制造铁锤？第二章晶体结构1、解释下列概念晶系、晶胞、晶胞参数、空间点阵、米勒指数（晶面指数）、离子晶体的晶格能、原子半径与离子半径、配位数、离子极化、同质多晶与类质同晶、正尖晶石与反正尖晶石、反萤石结构、铁电效应、压电效应.2、（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的米勒指数；（2）一晶面在x、y、z 轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的米勒指数。

3、在立方晶系的晶胞中画出下列米勒指数的晶面和晶向：（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]4、写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。

5、已知Mg2+半径为0.072nm，O2-半径为0.140nm，计算MgO晶体结构的堆积系数与密度。

6、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、堆积系数。

7、从理论计算公式计算NaC1与MgO的晶格能。

MgO的熔点为2800℃，NaC1为80l℃, 请说明这种差别的原因。

Test of Fundamentals of Materials Science 材料科学基础试题库武汉理工大学材料科学与工程学院一、填空题0001.烧结过程的主要传质机制有_____、_____、_____ 、_____，当烧结分别进行四种传质时，颈部增长x/r与时间t的关系分别是_____、_____、_____ 、_____。

0002.晶体的对称要素中点对称要素种类有_____、_____、_____ 、_____ ，含有平移操作的对称要素种类有_____ 、_____ 。

0003.晶族、晶系、对称型、结晶学单形、几何单形、布拉菲格子、空间群的数目分别是_____、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 。

0004.晶体有两种理想形态，分别是_____和_____。

0005.晶体是指内部质点排列的固体。

0006.以NaCl晶胞中（001）面心的一个球（Cl-离子）为例，属于这个球的八面体空隙数为，所以属于这个球的四面体空隙数为。

0007.与非晶体比较晶体具有自限性、、、、和稳定性。

0008.一个立方晶系晶胞中，一晶面在晶轴X、Y、Z上的截距分别为2a、1/2a 、2/3a，其晶面的晶面指数是。

0009.固体表面粗糙度直接影响液固湿润性，当真实接触角θ时，粗糙度越大，表面接触角，就越容易湿润；当θ，则粗糙度，越不利于湿润。

0010.硼酸盐玻璃中，随着Na2O（R2O）含量的增加，桥氧数，热膨胀系数逐渐下降。

当Na2O含量达到15%—16%时，桥氧又开始，热膨胀系数重新上升，这种反常现象就是硼反常现象。

0011.晶体结构中的点缺陷类型共分、和三种，CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为。

0012.固体质点扩散的推动力是________。

0013.本征扩散是指__________，其扩散系数D＝_________,其扩散活化能由________和_________ 组成。

《材料工程基础》课程教学的思考人才培养是大学的主题和根本，一流的教学应当始终围绕人才的培养目标来进行。

在新时代背景下，当前教育改革的主要目标是培养和造就一批高素质的创新人才。

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》提出的“提高高等教育人才培养质量”，是对当今高校人才培养的要求与责任。

《材料工程基础》作为教育部21世纪高等本科教育教学改革项目“材料科学与工程专业人才培养方案及教学内容体系的改革研究”中的主干专业基础课程。

长期以来，一直备受材料相关专业各高校和学院的重视，他们都在着力构建与新时代材料专业人才培养方案及教学体系相适应的教学内容，并发掘出高效的教学方法。

基于此，湖南大学材料科学与工程学院的《材料工程基础》课程教学团队也一直在进行不断的探索与创新，并取得了相应的成效。

一、《材料工程基础》的课程特点《材料工程基础》是材料科学与工程相关专业本科生由基础课向专业课转变的一门重要的专业基础课程，是材料类基础课程系列中重要的先导课。

与其相对的姐妹篇课程《材料科学基础》侧重于阐述材料结构、组织与性能之间的关系，表征和发现材料的基本结构和性能属性，是一种发现规律的知识点学习;而《材料工程基础》侧重于研究材料（金属、非金属、高分子和复合材料）的合成、制备、加工与失效分析的基本方法和技术，进行材料的剪裁和设计，是一种关于技术创新的知识点学习。

因此，通过《材料工程基础》课程的学习，可以使学生对材料工程的概念和内涵有一个比较清晰的认识，对材料工程涉及的材料制备原理和传质传热原理等有一个较系统的了解。

同时，通过该课程的教学互动，将有助于进一步巩固《材料科学基础》的知识，培养学生良好的逻辑思维和正确分析、解决材料工程实际问题的能力，为学生进一步学习材料专业课程打下良好的基础。

二、《材料工程基础》的课程现状（一）课程教材内容迥异目前，全国大多数高校的材料科学与工程专业均开设了《材料工程基础》或类似名称的课程，且均作为各學院的专业基础课程或核心课程。

武汉理工大学《材料科学基础》考试试卷第二套试卷一、填空题（共20分，每个空1分）1、材料按其化学作用或基本组成可分为（）、（）、高分子材料、复合材料四大类。

2、晶胞是从晶体结构中取出来的反应晶体（）和（）的重复单元。

3、热缺陷形成的一般规律是：当晶体中剩余空隙比较小，如NaCl型结构，容易形成（）缺陷；当晶体中剩余空隙较大时，如萤石CaF2型结构等，容易产生（）缺陷。

4、根据外来组元在基质晶体中所处的位置不同，可分为（）固溶体和间隙型固溶体：按照外来组元在基质晶体中的固溶度，可分为（）固溶体和有限固溶体。

5、硅酸盐熔体中，随着Na2O含量的增加，熔体中聚合物的聚合度（），熔体的粘度（）。

6、当熔体冷却速度很快时，（）增加很快，质点来不及进行有规则排列，晶核形成和晶体长大难以实现，从而形成了（）。

7、粉体在制备过程中，由于反复地破碎，所以不断形成新的表面，而表面例子的极化变形和重排，使表面晶格（），有序性（）。

8、非稳态扩散的特征是空间仟意一点的（）随时间变化，（）随位置变化。

9、动力学上描述成核生长相变，通常以（）、（）、总结晶速率等来描述。

10、温度是影响固相反应的重要外部条件。

一般随温度升高，质点热运动动能（），反应能力和扩散能力（）。

二、判断题（共10分，每个题1分）1、（）位错的滑移模型解释了晶体的实际切变应力与晶体的理论切变强度相差悬殊的内在原因。

2、（）空位扩散机制适用于置换型固溶体的扩散，3、（）一般来说在均匀晶体中引入杂质，都将使扩算系数增加4、（）-般来说，扩散粒子性质与扩散成指性质间差异越大，扩散系数也越大。

5、（）成核生长相变中晶体的生长速*与界面结构和原子迁移密切相关，当析出晶体和熔体组成相同时，晶体长大由扩散控制。

6、（）对于许多物理或化学步骤综合而成的在相反应中，反应速度由反应速度最快的步骤控制。

7、（）在烧结过程中，发生的初次再结晶使大鼎粒长大而小晶粒消失，气孔进入晶粒内部不易排出，烧结速度降低甚至停止。

第四套试卷 武汉理工大学考试试卷一、根据Na 2O 晶胞图（见右图）回答下列问题： 1．画出Na 2O 晶胞图{100}面族的投影图。

2．根据晶胞结构指出正、负离子的配位数？3．阴离子作何种堆积，阳离子作何种填隙，填隙率是多少？ 4．计算说明O 2−的电价是否饱和二．1．在立方单胞内画出指数为（112）的晶面及指数为[112]的晶向。

2．下列硅酸盐矿物按照硅氧四面体连接方式分类，各属何种结构类型；[][][][][]243832618272541122Mg SiO ,Na AISi O ,Be Al Mg Si O ,Ca Al AlSiO ,Ca Mg Si O (OH)三．写出缺陷反应方程式，每组写两个合理方程，并写出相应的固溶体化学式。

1．Al 2O 3加入到MgO 中 2．TiO 2加入到Nb 2O 3中武汉理工大学《材料科学基础》考试试题及答案四.1．在简单碱金属硅酸盐系统（22R O SiO −）中，碱金属离子+R 系统粘度的影响如图所示。

说明为什么产生这种现象。

2．种物质表面能按由小到大的顺序为：222PbI >PbF >CaF ，试用清洁表面的离子重排及表面双电层模型解释之。

五．简单回答下列问题1．Al/Au 焊接接头处克肯达尔效应造成的紫灾可以用什么法延缓或消除？为什么？ 2．烧结的推动力是什么？烧结过程分为几个阶段，各阶段的特征是什么？六．在液-固相变时，产生球形固相粒子，系统自由焓的变化为32443V G r G r ππσ∆=∆+。

设KG ∆为临界自由焓，K V 为临界晶核的体积。

试证明：12K K V G V G ∆=∆（只证明在均匀成核的条件下）。

七．粒径为l μ球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al2O3起了反应，计算完全反应的时间。

1．用扬德方程计算2．用金斯特林格方程计算，对计算结果进行比较并说明为什么？八．如图A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题；1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；2．判断化合物D的性质；3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；4．写出组成点M1在完全平衡条件下的冷却结晶过程，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）；5．写出组成点M2在完全平衡条件下的冷却结晶过程，在M2熔体的液相组成点刚刚到达J1时，求其相组成（用线段比表示）。

第六套试卷武汉理工大学考试试卷一、右图是CaF2的理想晶胞结构示意图，试回答：1．画出其投影示意图。

2．晶胞分子数是多少？结构中何种离子做何种密堆积？何种离子填充何种空隙，所占比例是多少？3．结构中正负离子的配位数是多少？4．萤石的结构决定了其具有哪种特殊的性能？请说明。

二、1．α-Fe为体心立方结构，试画出晶胞中质点在（001）晶面上的投影图。

2．在立方单胞内画出指数为（112）的晶面及指数为[112]的晶向。

3．下列硅酸盐矿物按照硅氧四面体连接方式分类，各属何种结构类型：[][][][][]Mg SiO,Na AISi O,Be Al Mg Si O,Ca Al AlSiO,Ca Mg Si O(OH) 243832618272541122三、1．写出下列缺陷方应方程式1）TiO2加入到A12O3中（写出两种）；2）AgI形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙）2．实验室要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为Mg（OH）2、MgO、Al2O3·3H2O、γ-A12O3、α-A12O3从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？请说明原因。

四．A12O3和过量MgO粉末进行反应形成尖晶石，反应在温度保持不变的条件下进行且由扩散控制。

反应进行1 h时测得有20%的反应物发生了反应。

分别用杨德方程和金斯特林格方程计算完全反应的时间，并说明两者产生差异的原因。

五．简单回答下列问题1．Al/Au焊接接头处克肯达尔效应造成的紫灾可以用什么方法延缓或消除？为什么？2．烧结的推动力是什么？烧结过程分为几个阶段，各阶段的特征是什么？六．在熔融态的R2O-SiO2中，增加SiO2的含量，熔体的粘度和表面张力将如何变化？为什么？七．按相变机理不同可将相变分为四类，最常见是的成核-生长相变，另外三类分别是什么？对于成核生长相变，假定在恒温恒压下，从过冷液体形成的新相呈球形，且不考虑应变能，请推导均态核化情况下形成的临界晶核的半径及相变势垒。

武武武武武武考试试题纸一、判断题1、热扩散系数a影响非稳定态导热过程？2、在一定条件下，利用比拟关系通过对流换热系数可得到对流传质系数？3、用皮托管对管道进行速度测量时，其测量读数便是管道的平均流速？4、雾化燃烧是气体燃料的一种燃烧方式？5、比重是一个无量纲数？6、流线描述的是流体质点的轨迹？7、光学高温计是一种非接触式的测温仪？8、与同流换热器相比，逆流换热器的换热效果相对较好？二、填空题1、对不饱和空气，t d、t w、t dew三者之间的大小关系为 。

2、在 情况下，传热过程中的单值条件中的时间条件可以不予考虑。

3、管路性能曲线与风机性能曲线的交点物理意义 。

4、水面下0.5m处的表压强为 kpa。

5、 在重力起主要作用的流动中，若模型与原型的几何比尺为1∶6，则模型与原型的速度之比为 。

6、某管道d= 200mm，w=4 .0（m/s），ν=1.6×10—4m2/s，其流态为 。

7、理想流体是: a）无粘性；b）粘度为常数；c）温度为常数；d）符合PV=RT。

。

三、如图为高位水箱向低位水箱供水系统。

已知L4=6m , d4=75mm。

两水箱间的高度差30mm，沿程阻力系数λ均为0.2，阀门的局部阻力系数ξ=3.6，忽略其它局部阻力。

求供水系统的流量。

四、一个无限大的平板，两壁面温度分别为650℃和30℃，平板壁厚度为500mm，该平板的导热系数为8.035+0.55 10-3t /w/（m℃）。

求单位时间内通过该平板热流量单位面积上的传热量。

如果该平板附加一层λ=0.21w/m℃，厚度为0.2m的材料，该平板的传热量如何变化？为什么？五、干燥设备每小时处理湿物料量1000kg，经干燥后，物料湿基含水量从40%减少为5%。

干燥采用预热空气进行，预热前空气温度为20℃，相对湿度60%，饱和水蒸气分压为2408.68Pa；预热后空气温度为120℃。

经干燥后的废气温度为40℃，相对湿度为80%，水蒸气分压为5978.33 Pa。

武汉理工大学《材料科学基础》考试试题第一套试卷一、填空题（共20分，每个空1分）1、村料科学要解决的问题就是研究材料的（）与（）、（）、材料性质、使用性能以及环境间相互关系及制约规律。

2、晶体结构指晶体中原子或分子的排列情况，由（）+（）而构成。

晶体结构的形式是无限多的。

3、热缺陷是由热起伏的原因所产生的，（）缺陷是指点离开正常的个点后进入到晶格间隙位置，其特征是空位和间隙质点成对出现：而（）缺陷是指点有表面位置迁移到新表面位置，在晶体表面形成新的一层，向时在晶体内部留下空位。

4、硅酸盐熔体随着温度升高，低聚物浓度（），熔体的粘度（）。

5、玻璃的料性是指玻璃的（）变化时（）随之变化的速率6、固体的表面粗糙化后，原来能润湿的液体，接触角将（），原来不能润湿的液体，接触角将（）。

7、克肯达尔（Kirkendall）效应说明了互扩算过程中各组元的（）不同以及置换型扩散的（）机制。

8、按照相变机理可以将相变分成（）、（）、乃氏体相变和有序-无序转变9、晶体长大时，当析出晶体与熔体组成相同时，晶体长大速率由（）控制，当析出晶体与熔体组成不同时，晶体长大速率由（）控制10、同一物质处于不同结构状态时，其反应活性相差很大，一般来说，晶格能愈高、结构愈完整和稳定的，其反应活性也（）。

二、判断题（共10分，每个题1分）1、（）位错的滑移是指在热缺陷或外力作用下，位错线在垂直其滑移面方向上的运动，结果导致晶体中空位或间隙质点的增殖或减少。

2、（）间隙扩散机制适用于间隙型固溶体中间隙原子的扩散，其中发生间隙扩散的主要是间隙原子，阵点上的原子则可以认为是不动的。

3、（）要使相变自发进行，系统必须过冷（过热）或者过饱和，此时系统温度、浓度和压力与相平衡时温度、浓度和压力之差就是相变过程的推动力。

4、（）扩散系数对温度是非常敏感的，随着温度升高，扩散系数明显降低。

5、（）当晶核与晶核剂的接触角越大时，越有利于晶核的形成。

6、（）固相反应的开始温度，远低于反应物的熔点或者系统的低共融温度。

材料科学基础（武汉理工大学，张联盟版）课后习题及答案第七章第七章答案7-1略7-2浓度差会引起扩散，扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行?为什么?解：扩散是由于梯度差所引起的，而浓度差只是梯度差的一种。

当另外一种梯度差，比如应力差的影响大于浓度差，扩散则会从低浓度向高浓度进行。

7-3欲使Ca在CaO中的扩散直至CaO的熔点（2600℃）时都是非本质扩散，要求三价离子有什么样的浓度？试对你在计算中所做的各种特性值的估计作充分说明。

已知CaO肖特基缺陷形成能为6eV。

解：掺杂M引起V’’Ca的缺陷反应如下：当CaO在熔点时，肖特基缺陷的浓度为：3+2＋所以欲使Ca在CaO中的扩散直至CaO的熔点（2600℃）时都是非本质扩散，M的浓度为，即2＋3+7-4试根据图7-32查取：（1）CaO在1145℃和1650℃的扩散系数值；（2）Al2O3在1393℃2＋3＋和1716℃的扩散系数值；并计算CaO和Al2O3中Ca和Al的扩散活化能和D0值。

解：由图可知CaO在1145℃和1650℃的扩散系数值分别为，Al2O3在1393℃和1716℃的扩散系数值分别为根据可得到CaO在1145℃和1650℃的扩散系数的比值为：，将值代入后可得，Al2O3的计算类推。

7-5已知氢和镍在面心立方铁中的扩散数据为2cm/s和2cm/s，试计算1000℃的扩散系数，并对其差别进行解释。

解：将T=1000℃代入上述方程中可得。

，同理可知原因：与镍原子相比氢原子小得多，更容易在面心立方的铁中通过空隙扩散。

7-6在制造硅半导体器体中，常使硼扩散到硅单晶中，若在1600K温度下，保持硼在硅单晶－3表面的浓度恒定（恒定源半无限扩散），要求距表面10cm深度处硼的浓度是表面浓度的一半，问需要多长时间（已知D1600℃＝8×10－12cm/s；当2时，）？解：此模型可以看作是半无限棒的一维扩散问题，可用高斯误差函数求解。

其中－122=0，，所以有0.5=s。

第二章晶体结构【例2-1】计算MgO和GaAs晶体中离子键成分的多少。

【解】查元素电负性数据得，则，，，MgO离子键％＝GaAs离子键％＝由此可见，MgO晶体的化学键以离子键为主，而GaAs则是典型的共价键晶体。

【提示】除了以离子键、共价键结合为主的混合键晶体外，还有以共价键、分子间键结合为主的混合键晶体。

且两种类型的键独立地存在。

如，大多数气体分子以共价键结合，在低温下形成的晶体则依靠分子间键结合在一起。

石墨的层状单元内共价结合，层间则类似于分子间键。

正是由于结合键的性质不同，才形成了材料结构和性质等方面的差异。

从而也满足了工程方面的不同需要。

【例2-2】 NaCl和MgO晶体同属于NaCl型结构，但MgO的熔点为2800℃, NaC1仅为80l℃，请通过晶格能计算说明这种差别的原因。

【解】根据：晶格能（1）NaCl晶体：N0＝6.023×1023 个/mol，A＝1.7476，z1＝z2＝1，e＝1.6×10－19 库仑，，r0＝＝＝0.110＋0.172＝0.282nm＝2.82×10－10 m，m/F，计算，得：EL＝752.48 kJ/mol （2）MgO晶体：N0＝6.023×1023 个/mol，A＝1.7476，z1＝z2＝2，e＝1.6×10－19库仑，r0＝＝0.080＋0.132＝0.212 nm＝2.12×10－10 m，m/F，计算，得：EL＝3922.06 kJ/mol则：MgO晶体的晶格能远大于NaC1晶体的晶格能，即相应MgO的熔点也远高于NaC1的熔点。

【例2-3】根据最紧密堆积原理，空间利用率越高，结构越稳定，但是金刚石的空间利用率很低，只有34.01%，为什么它也很稳定？【解】最紧密堆积的原理只适用于离子晶体，而金刚石为原子晶体，由于C-C共价键很强，且晶体是在高温和极大的静压力下结晶形成，因而熔点高，硬度达，很稳定。

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）。

武汉理工大学材料科学基础(第2版)课后习题和答案第一章绪论1、仔细观察一下白炽灯泡，会发现有多少种不同的材料？每种材料需要何种热学、电学性质？2、为什么金属具有良好的导电性和导热性？3、为什么陶瓷、聚合物通常是绝缘体？4、铝原子的质量是多少？若铝的密度为/cm3，计算1mm3中有多少原子？5、为了防止碰撞造成纽折，汽车的挡板可有装甲制造，但实际应用中为何不如此设计？说出至少三种理。

6、描述不同材料常用的加工方法。

7、叙述金属材料的类型及其分类依据。

8、试将下列材料按金属、陶瓷、聚合物或复合材料进行分类：黄铜钢筋混凝土橡胶氯化钠铅-锡焊料沥青环氧树脂镁合金碳化硅混凝土石墨玻璃钢9、Al2O3陶瓷既牢固又坚硬且耐磨，为什么不用Al2O3制造铁锤？第二章晶体结构1、解释下列概念晶系、晶胞、晶胞参数、空间点阵、米勒指数、离子晶体的晶格能、原子半径与离子半径、配位数、离子极化、同质多晶与类质同晶、正尖晶石与反正尖晶石、反萤石结构、铁电效应、压电效应.2、一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的米勒指数；一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的米勒指数。

3、在立方晶系的晶胞中画出下列米勒指数的晶面和晶向：与[210]，与[112]，与[111]，与[236]，与[111]，与[121]，，，，[110]，[111]，[120]，[321]4、写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。

5、已知Mg2+半径为，O2-半径为，计算MgO晶体结构的堆积系数与密度。

6、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、堆积系数。

7、从理论计算公式计算NaC1与MgO的晶格能。

MgO的熔点为2800℃，NaC1为80l℃, 请说明这种差别的原因。

8、根据最密堆积原理，空间利用率越高，结构越稳定，金钢石结构的空间利用率很低(只有％)，为什么它也很稳定? 9、证明等径圆球面心立方最密堆积的空隙率为25．9％；10、金属镁原子作六方密堆积，测得它的密度为克/厘米3，求它的晶胞体积。

第七套试卷武汉理工大学考试试题（材料科学基础）共3页，共十题，答题时不必抄题，标明题目序号，相图不必重画，直接做在试题纸上）一、判断下列叙述是否正确？若不正确，请改正（30分）1．结晶学晶胞是反映晶体结构周期性的最小重复单元。

2．热缺陷是溢度高于绝对零度时，由于晶体组成上的不纯净性所产生的种缺陷。

3．晶面指数通常用晶面在晶轴上截距的质整数比来表示。

4．固溶体是在固态条件下，种物质以原子尺寸溶解在另种物质中所形成的单相均匀的固体5．扩散的推动力是浓度梯度，所有扩散系统中，物质都是由高浓度处向低浓度处扩散。

6．初次再结晶的推动力是晶界过剩的自由焓。

7．在热力学平衡条件下，二元凝聚系统最多可以3相平衡共存，它们是一个相、一个液相和一个气相。

8．临界冷却速率是形成玻璃所需要的最小冷却速率，临界冷却速率越大越容易形成非9．马氏体相变是种无扩散性相变，相变时成分发生变化但结构不变10．在临界温度、临界压力时，化学势及其阶偏导数连续，“阶偏导数不连续的相变为级相变，发生：一级相变时，体系的体积和热焓发生突变。

11．驰豫表面是指在平行于表面的方向上原子间距不同于该方向上晶格内部原子间距的表面。

12．固态反应包括界面化学反应和反应物通过产物层的扩散等过程，若化学反应速率远大于扩散速率，则动力学上处于化学动力学范围。

二、ZnS的种结构为闪锌矿型结构，已知锌离子和硫离子半径分别为2+Zn 0.068nmr=2 S 0.156nmr−=，原子质量分别为65.38和32.06。

1．画出其品胞结构投影图2．计算ZnS的晶格常数3．试计算ZnS的晶体的理论密度。

（15分）武汉理工大学《材料科学基础》考试试题及答案第七套试卷参考答案及评分标准一、2.5×12=301．不正确。

结晶学晶胞是反映晶体结构周期性和对称性的最小重复单元。

2．不正确。

热缺陷是温度高于绝对岺度时，由于晶体晶格热振动（或热起伏或温度波动）所产生的种缺陷3．不正确。

图2-1 MgO晶体中不同晶面的氧离子排布示意图2 面排列密度的定义为：在平面上球体所占的面积分数。

（a）画出MgO（NaCl型）晶体（111633图2-2 六方紧密堆积晶胞中）。

因此：(2a) a；23解：（1）略；　（2）四面体空隙数/O2-数=2:1，八面体空隙数/O2-数=1:1；　（3）(a)CN=4，z+/4×8=2，z+=1，Na2O，Li2O；(b)CN=6，z+/6×6=2，z+=2，FeO，MnO；（c）CN=4，z+/4×4=2，z+=4，ZnS，SiC；(d)CN=6，z+/6×3=2，z+=4，MnO2。

26、下列硅酸盐矿物各属何种结构类型：Mg2[SiO4]，K[AISi3O8]，CaMg[Si2O6]， Mg3[Si4O10](OH)2，Ca2Al[AlSiO7]。

解：岛状；架状；单链；层状（复网）；组群（双四面体）。

27、根据Mg2[SiO4]在(110)面的投影图回答：(1) 结构中有几种配位多面体，各配位多面体间的连接方式怎样? (2) O2-的电价是否饱和? (3) 晶胞的分子数是多少? (4) Si4+和Mg2+所占的四面体空隙和八面体空隙的分数是多少?解：（1）有两种配位多面体，[SiO4]，[MgO6]，同层的[MgO6]八面体共棱，如59[MgO6]和49[MgO6]共棱75O2-和27O2-，不同层的[MgO6]八面体共顶，如1[MgO6]和51[MgO6]共顶是22O2-，同层的[MgO6]与[SiO4]共顶，如T[MgO6]和7[SiO4]共顶22O2-，不同层的[MgO6]与[SiO4]共棱，T[MgO6]和43[SiO4]共28O2-和28O2-；（3）z=4；（4）Si4+占四面体空隙=1/8，Mg2+占八面体空隙=1/2。

28、石棉矿如透闪石Ca2Mg5[Si4O11](OH)2具有纤维状结晶习性，而滑石Mg2[Si4O10](OH)2却具有片状结晶习性，试解释之。

试题一答案一、1：4；2：O2-离子做面心立方密堆积，Na+填全部四面体空隙；3：=4CN O2-=8 [NaO4][ONa8]；4：O2-电价饱和，因为O2-的电价=（Na+的电价/Na+的配位数）×O2的配位数；5：二、1：Al4[Si4O10](OH)8；2：单网层状结构；3：一层硅氧层一层水铝石层且沿C轴方向堆积；4：层内是共价键，层间是氢键；5：片状微晶解理。

三、1：点缺陷，线缺陷，面缺陷；2：由低浓度向高浓度的扩散；3：坯体间颗粒重排，接触处产生键合，大气孔消失，但固-气总表面积变化不大；4：按硅氧比值分类或按硅氧聚和体的大小分类；5：表面能的降低，流动传质、扩散传质、气相传质和溶解-沉淀传质；6：随自由能的变化而发生的相的结构的变化，一级相变、二级相变和三级相变。

四、 1：O←→VNa ′+VCl˙2：AgAg→Agi˙+VAg′3：3TiO23TiNb˙+VNb˙+6OO2TiO22TiNb˙+Oi′′+3ONb2-x Ti3xO3可能成立Nb2-2xTi2xO3+x4：NaCl NaCa′+ClCl+VCl˙五、一是通过表面质点的极化、变形、重排来降低表面能，二是通过吸附来降低表面能。

1：t=195h2：t=68h七、当O/Si由2→4时，熔体中负离子团的堆积形式由三维架状转化为孤立的岛状，负离子团的聚合度相应的降至最低。

一般情况下，熔体中负离子团的聚合度越高，特别是形成三维架状的空间网络时，这些大的聚合离子团位移、转动、重排都比较困难，故质点不易调整成规则排列的晶体结构，易形成玻璃。

熔体中负离子团的对称性越好，转变成晶体越容易，则形成玻璃愈难，反之亦然。

八、晶界上质点排列结构不同于内部，较晶体内疏松，原子排列混乱，存在着许多空位、位错、键变形等缺陷，使之处于应力畸变状态，具有较高能量，质点在晶界迁移所需活化能较晶内为小，扩散系数为大。

九、二次再结晶出现后，由于个别晶粒异常长大，使气孔不能排除，坯体不在致密，加之大晶粒的晶界上有应力存在，使其内部易出现隐裂纹，继续烧结时坯体易膨胀而开裂，使烧结体的机械、电学性能下降。

武汉理工大学考研习题及答案材料科学基础科目武汉理工大学考研习题及答案--材料科学基础科目第1页共27页第1页共27页材料科学基础习题1．固体硫有两种晶型(单斜硫、斜方硫)，因此硫系统可能有四个相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题。

2．图（1）就是具备多晶转型的某物质的波谱，其中def线就是熔体的冷却曲线。

ke 就是晶型i的升华曲线；gf就是晶型ii的升华曲线；jg就是晶型ⅲ的升华曲线，提问以下问题：(1)在图中标明各相的相区，并把图中各无变点的平衡特征用式子表示出来。

(2)系统中哪种晶型为稳定相?那种晶型为介稳相?(3)各晶型之间的转变是单向转变还是双向转变?3．在sio2系统波谱中，找到两个对称多晶转型和两个不可逆多晶转型的例子。

4．根据al2o3―sio2系统波谱表明：(1)铝硅质耐火材料，硅砖(含sio2>98％)、粘土砖(含al2o335～50％)、高铝砖(含al2o360～90％)、刚玉砖(含al2o3>90％)内，各有哪些主要的晶相。

(2)为了保持较高的耐火度，在生产硅砖时应注意什么?(3)若耐火材料出现40％液相便软化不能使用，试计算含40(mol)al2o3的粘土砖的最高使用温度。

5．在cao-sio2系统与al2o3-sio2系统中sio2的液相线都很陡峭，为什么在硅砖中可以拌人约2％的cao作矿化剂而不能减少硅砖的耐火度，但在硅砖中却必须严苛避免原料中混进al2o3否则可以并使硅砖耐火度大大上升。

6．冷却粘土矿物高岭石(al2o32sio22h2o)至600℃时，高岭石水解为水蒸气和al2o32sio2，稳步冷却至1595℃时会出现什么变化？在这温度下长时间保温达至均衡，系统的二者共同组成如何？当系统生成40％液相时，应当达至什么温度？在什么温度下用粘土全然熔融?7．图（２）就是最简单的三元系统投影图，图中等温线从高温至低温的次序就是t6>t5>t4>t3>t2>t1根据此投影图提问：(1)三个组分a、b、c熔点的高低次序是怎样排列的。