材料科学基础第2章习题解答

材料科学基础A第二章习题与答案2.3 等径球最紧密堆积的空隙有哪两种？一个球周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？答：等径球最紧密堆积的空隙有四面体空隙和八面体空隙。

一个球周围有8个四面体空隙和6个八面体空隙。

2.4 n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四面体空隙数为(n×8)/4=2n个，八面体空隙数为(n×6)/6=n个。

不等径球堆积时，较大的球体作等径球的紧密堆积，较小的球填充在大球紧密堆积形成的空隙中。

其中稍小的球体填充在四面体空隙，稍大的球体填充在八面体空隙。

2.7 解释以下概念：（1）晶系：晶胞参数相同的一类空间点阵。

（2）晶胞：从晶体结构中取出来的反映晶体周期性和对称性的重复单元。

（3）晶胞参数：表示晶胞的形状和大小的6个参数，即3条边棱的长度a、b、c和3条边棱的夹角α、β、γ。

（4）空间点阵：把晶体结构中原子或分子等结构基元抽象为周围环境相同的阵点之后，描述晶体结构的周期性和对称性的图像。

（5）米勒指数（晶面指数）：结晶学中常用（hkl）来表示一组平行晶面的取向，其数值是晶面在三个坐标轴（晶轴）上截距的倒数的互质整数比。

（6）离子晶体的晶格能：1mol离子晶体中的正负离子由相互远离的气态结合成离子晶体时所释放的能量。

（7）原子半径：从原子核中心到核外电子的几率分布趋向于零的位置间的距离。

（8）离子半径：以晶体中相邻的正负离子中心之间的距离作为正负离子的半径之和。

（9）配位数：在晶体结构中，该原子或离子的周围，与它相接相邻结合的原子个数或所有异号离子的个数。

（10）离子极化：离子在外电场作用下，改变其形状和大小的现象（或在离子紧密堆积时，带电荷的离子所产生的电场，必然要对另一个离子的电子云产生吸引或排斥作用，使之发生变形的现象）。

（11）同质多晶：化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。

第1章 习题解答1-1 解释下列基本概念金属键，离子键，共价键，范德华力，氢键，晶体，非晶体，理想晶体，单晶体，多晶体，晶体结构，空间点阵，阵点，晶胞，7个晶系，14种布拉菲点阵，晶向指数，晶面指数，晶向族，晶面族，晶带，晶带轴，晶带定理，晶面间距，面心立方，体心立方，密排立方，多晶型性，同素异构体，点阵常数，晶胞原子数，配位数，致密度，四面体间隙，八面体间隙，点缺陷，线缺陷，面缺陷，空位，间隙原子，肖脱基缺陷，弗兰克尔缺陷，点缺陷的平衡浓度，热缺陷，过饱和点缺陷，刃型位错，螺型位错，混合位错，柏氏回路，柏氏矢量，位错的应力场，位错的应变能，位错密度，晶界，亚晶界，小角度晶界，大角度晶界，对称倾斜晶界，不对称倾斜晶界，扭转晶界，晶界能，孪晶界，相界，共格相界，半共格相界，错配度，非共格相界（略）1-2 原子间的结合键共有几种？各自特点如何？ 答：原子间的键合方式及其特点见下表。

类 型 特 点离子键 以离子为结合单位，无方向性和饱和性 共价键 共用电子对，有方向性键和饱和性 金属键 电子的共有化，无方向性键和饱和性分子键 借助瞬时电偶极矩的感应作用，无方向性和饱和性 氢 键依靠氢桥有方向性和饱和性1-3 问什么四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型？答：如下图所示，底心四方点阵可取成更简单的简单四方点阵，面心四方点阵可取成更简单的体心四方点阵，故四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型。

1-4 试证明在立方晶系中，具有相同指数的晶向和晶面必定相互垂直。

证明：根据晶面指数的确定规则并参照下图，（hkl ）晶面ABC 在a 、b 、c 坐标轴上的截距分别为h a 、k b 、l c ，k h b a AB +-=，l h c a AC +-=，lk ca BC +-=；根据晶向指数的确定规则，[hkl ]晶向cb a L l k h ++=。

利用立方晶系中a=b=c ， 90=γ=β=α的特点，有 0))((=+-++=⋅k h l k h ba cb a AB L 0))((=+-++=⋅lh l k h ca cb a AC L 由于L 与ABC 面上相交的两条直线垂直，所以L 垂直于ABC 面，从而在立方晶系具有相同指数的晶向和晶面相互垂直。

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。

第1章 习题解答1-1 解释下列基本概念金属键，离子键，共价键，范德华力，氢键，晶体，非晶体，理想晶体，单晶体，多晶体，晶体结构，空间点阵，阵点，晶胞，7个晶系，14种布拉菲点阵，晶向指数，晶面指数，晶向族，晶面族，晶带，晶带轴，晶带定理，晶面间距，面心立方，体心立方，密排立方，多晶型性，同素异构体，点阵常数，晶胞原子数，配位数，致密度，四面体间隙，八面体间隙，点缺陷，线缺陷，面缺陷，空位，间隙原子，肖脱基缺陷，弗兰克尔缺陷，点缺陷的平衡浓度，热缺陷，过饱和点缺陷，刃型位错，螺型位错，混合位错，柏氏回路，柏氏矢量，位错的应力场，位错的应变能，位错密度，晶界，亚晶界，小角度晶界，大角度晶界，对称倾斜晶界，不对称倾斜晶界，扭转晶界，晶界能，孪晶界，相界，共格相界，半共格相界，错配度，非共格相界（略）1-2 原子间的结合键共有几种？各自特点如何？ 答：原子间的键合方式及其特点见下表。

类 型 特 点离子键 以离子为结合单位，无方向性和饱和性 共价键 共用电子对，有方向性键和饱和性 金属键 电子的共有化，无方向性键和饱和性分子键 借助瞬时电偶极矩的感应作用，无方向性和饱和性 氢 键依靠氢桥有方向性和饱和性1-3 问什么四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型？答：如下图所示，底心四方点阵可取成更简单的简单四方点阵，面心四方点阵可取成更简单的体心四方点阵，故四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型。

1-4 试证明在立方晶系中，具有相同指数的晶向和晶面必定相互垂直。

证明：根据晶面指数的确定规则并参照下图，（hkl ）晶面ABC 在a 、b 、c 坐标轴上的截距分别为h a 、k b 、l c ，k h b a AB +-=，l h c a AC +-=，lk ca BC +-=；根据晶向指数的确定规则，[hkl ]晶向cb a L l k h ++=。

利用立方晶系中a=b=c ， 90=γ=β=α的特点，有0))((=+-++=⋅kh l k h ba cb a AB L 0))((=+-++=⋅lh l k h ca cb a AC L 由于L 与ABC 面上相交的两条直线垂直，所以L 垂直于ABC 面，从而在立方晶系具有相同指数的晶向和晶面相互垂直。

2-2晶胞是晶体结构中的重复单元，可以取最小原胞如P 胞，也可以取可以反映对称性的较大的原胞如面心立方结构中的晶胞是P 胞的4倍。

空间格子是等同点构成的点阵连成的格子，它和晶体结构的不同之处在于把具体的原子集团抽象成一个等同点或者叫阵点，而其重复的单元是平行六面体。

所以这个平行六面体和晶胞的区别也是平行六面体中的阵点代替了晶胞中的具体的原子团。

2-3（1）由已知1:2:361:31:21所以晶面指数为（3 2 1） （2）晶面指数为（3 2 1） 2-4bcb(011 cbcc2-5 2-6 2-7(略)2-8{0211}有(0112) ，(1102)，(0121)，(1021)(2011)， (0211)。

{2110}有（2110），（0121），（2101），（1210），（0211），（1021），c[0001][）2-9（1）（121）和 (100)面所在的晶带的晶带指数为2:1:01012:0111:0021::==w v u ，所以晶带指数为[012]（100）和（010）面所在的晶带的晶带指数为000110::::0:0:1100001u v w ==，所以晶带指数为[001]或写为[001]（2）[001]和[111]晶向所决定的晶面的晶面指数为0:1:11100:1110:1101::==l k h ，所以晶面指数为（110）或（110）[010]和[100]晶向所决定的晶面的晶面指数为1:0:01001:0100:0010::==l k h ，所以晶面指数为（001）或（001）2-10(1)(100)晶面的晶面间距nm a d 143.0121100==(110)晶面的晶面间距nm a d 202.001122110=++=(123) 晶面的晶面间距nm ad 0764.0321222123=++=(2)(100)晶面的晶面间距nm a d 183.0121100==(111)晶面的晶面间距nm ad 211.0111111=++=(112)晶面的晶面间距nm a d 149.02112112=++=2.12解：如图：（1）(0,0,0)，(0.5,0,0.5)a ，(0.5,0.5,0)a ， (0,0.5,0.5)a ，(1,1,1)a ，(0.5,1,0.5)a ， (1,0.5,0.5)a ，(0.5,0.5,1)a 。

第1章 习题解答1-1 解释下列基本概念金属键，离子键，共价键，德华力，氢键，晶体，非晶体，理想晶体，单晶体，多晶体，晶体结构，空间点阵，阵点，晶胞，7个晶系，14种布拉菲点阵，晶向指数，晶面指数，晶向族，晶面族，晶带，晶带轴，晶带定理，晶面间距，面心立方，体心立方，密排立方，多晶型性，同素异构体，点阵常数，晶胞原子数，配位数，致密度，四面体间隙，八面体间隙，点缺陷，线缺陷，面缺陷，空位，间隙原子，肖脱基缺陷，弗兰克尔缺陷，点缺陷的平衡浓度，热缺陷，过饱和点缺陷，刃型位错，螺型位错，混合位错，柏氏回路，柏氏矢量，位错的应力场，位错的应变能，位错密度，晶界，亚晶界，小角度晶界，大角度晶界，对称倾斜晶界，不对称倾斜晶界，扭转晶界，晶界能，孪晶界，相界，共格相界，半共格相界，错配度，非共格相界（略）1-2 原子间的结合键共有几种？各自特点如何？ 答：原子间的键合方式及其特点见下表。

类 型 特 点离子键 以离子为结合单位，无方向性和饱和性 共价键 共用电子对，有方向性键和饱和性 金属键 电子的共有化，无方向性键和饱和性分子键 借助瞬时电偶极矩的感应作用，无方向性和饱和性 氢 键依靠氢桥有方向性和饱和性1-3 问什么四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型？答：如下图所示，底心四方点阵可取成更简单的简单四方点阵，面心四方点阵可取成更简单的体心四方点阵，故四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型。

1-4 试证明在立方晶系中，具有相同指数的晶向和晶面必定相互垂直。

证明：根据晶面指数的确定规则并参照下图，（hkl ）晶面ABC 在a 、b 、c 坐标轴上的截距分别为h a 、k b 、l c ，k h b a AB +-=，l h c a AC +-=，lk ca BC +-=；根据晶向指数的确定规则，[hkl ]晶向cb a L l k h ++=。

利用立方晶系中a=b=c ，ο90=γ=β=α的特点，有0))((=+-++=⋅kh l k h ba cb a AB L 0))((=+-++=⋅lh l k h ca cb a AC L 由于L 与ABC 面上相交的两条直线垂直，所以L 垂直于ABC 面，从而在立方晶系具有相同指数的晶向和晶面相互垂直。

材料科学与工程基础第二章课后习题答案1. 介绍材料科学和工程学的基本概念和发展历程材料科学和工程学是研究材料的组成、结构、性质以及应用的学科。

它涉及了从原子、分子层面到宏观的材料特性的研究和工程应用。

材料科学和工程学的发展历程可以追溯到古代人类使用石器和金属制造工具的时代。

随着时间的推移，人类不断发现并创造出新的材料，例如陶瓷、玻璃和合金等。

工业革命的到来加速了材料科学和工程学的发展，使得煤炭、钢铁和电子材料等新材料得以广泛应用。

2. 分析材料的结构和性能之间的关系材料的结构和性能之间存在着密切的关系。

材料的结构包括原子、晶体和晶界等方面的组成和排列方式。

而材料的性能则反映了材料在特定条件下的机械、热学、电学、光学等方面的性质。

材料的结构直接决定了材料的性能。

例如，金属的结晶结构决定了金属的塑性和导电性。

硬度和导电性等机械和电学性能取决于晶格中原子的排列方式和原子之间的相互作用。

因此，通过对材料的结构进行了解，可以预测和改变材料的性能。

3. 论述材料的性能与应用之间的关系材料的性能决定了材料的应用范围。

不同的材料具有不同的性能特点，在特定的应用领域中会有优势和局限。

例如，金属材料具有良好的导电性和导热性，适用于制造电子器件和散热器件。

聚合物材料具有良好的绝缘性和韧性，适用于制造电线和塑料制品等。

陶瓷材料具有良好的耐高温性和耐腐蚀性，适用于制造航空发动机和化学设备等。

因此，在材料科学和工程学中，对材料性能的研究是为了确定材料的应用和优化材料的性能。

4. 解释与定义材料的特性及其测量方法材料的特性是指材料所具有的特定性质或行为。

它包括了物理、化学、力学、热学、电学等方面的特性。

测量材料的特性需要使用特定的实验方法和设备。

例如，材料的硬度通常可以通过洛氏硬度试验仪或布氏硬度试验仪进行测量。

材料的强度可以通过拉伸试验或压缩试验来测量。

材料的导电性可以通过四探针法或霍尔效应进行测量。

通过测量材料的特性，可以对材料的性能进行评估和比较，并为材料的应用提供参考。

各章例题、习题以及解答第1章原子结构与键合1.何谓同位素？为什么元素的相对原子质量不总为正整数？????答案:在元素周期表中占据同一位置，尽管它们的质量不同，然它们的化学性质相同的物质称为同位素。

由于各同位素的含中子量不同（质子数相同），故具有不同含量同位素的元素总的相对原子质量不为正整数。

????2.已知Si的相对原子质量为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？????答案:原子数=个????价电子数=4×原子数=4×2.144×1024=8.576×1024个????a)????b) 共价键，共有 2.144×1024个；需破坏之共价键数为5×1010/2=2.5×1010个；所以????3.有一共聚物ABS（A-丙烯腈，B-丁二烯，S-苯乙烯），每一种单体的质量分数均相同，求各单体的摩尔分数。

????答案:丙烯腈(－C2H3CN－)单体相对分子质量为53；????丁二烯(－C2H3C2H3－) 单体相对分子质量为54;????苯乙烯(－C2H3C6H5－) 单体相对分子质量为104;????设三者各为1g，则丙烯腈有1/53mol，丁二烯有1/54mol，苯乙烯有1/104mol。

????故各单体的摩尔分数为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？答案2.在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？答案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？答案4.何谓同位素？为什么元素的相对原子质量不总为正整数？答案5.铬的原子序数为24，它共有四种同位素：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。

《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。

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：（001）与[]为：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。

2-7 n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。

《材料科学基础》习题-第2章-晶体缺陷1．铜的空位生成能1.7×10-19J，试计算1000℃时，1cm3铜所包含的空位数，铜的密度8.9g/cm3，相对原子质量63.5，玻尔兹曼常数K=1.38×10-23J/K。

2. 如图2-1所示的位错环，说明各段位错的性质，并指出刃位错多余半原子面的位置。

3．如图2-2，某晶体滑移面上有一个柏氏矢量为b的位错环，受到均匀切应力τ作用，试分析：1）该位错环各段位错的结构类型；2）求各段位错所受的力；3）在τ的作用下，位错环将如何运动？4）在τ的作用下，位错环稳定不动，其最小半径应该多大？4．画图说明F-R位错源位错增殖过程。

5. 试分析在fcc中，下列位错反应能否进行?6. 在Fe中形成1mol空位的能量为104.675kJ，试计算从20℃升温至850℃时空位数目增加多少倍？7 研究晶体缺陷有何意义？8 点缺陷主要有几种？为何说点缺陷是热力学平衡的缺陷？9 位错概念是在什么背景下提出的？其易动性是如何实现的？10 试述位错的性质。

11 试述柏氏矢量的意义。

12 与位错有关的三个力的表达式各是什么？简述其求解原理。

13 柯氏气团是如何形成的？它对材料行为有何影响？14 晶体中的界面有何共性？它对材料行为有何影响？15. 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）。

16. 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 ）。

17. 设面心立方晶体中的)111(为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为[]1012a 。

1) 在晶胞中画出柏氏矢量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。

18. 判断下列位错反应能否进行。

第2章 习题2-1 a) 试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△G K 与其临界晶核体积V K 之间的关系式为2K K V V G G ∆=-∆； b) 当非均匀形核形成球冠形晶核时，其△G K 与V K 之间的关系如何？a) 证明 因为临界晶核半径 2K Vr G σ=-∆ 临界晶核形成功 32163()K V G G πσ∆=∆ 故临界晶核的体积 3423K K K Vr G V G π∆==∆ 所以 2K K V V G G ∆=-∆ b) 当非均匀形核形成球冠形晶核时，SL 2K Vr G σ=-∆非 临界晶核形成功 3324(23cos cos )3()K SL V G G πσθθ∆=-+∆非故临界晶核的体积 331(23cos cos )3K K V r πθθ=-+非（） 3333SL 3281(23cos cos )(23cos cos )33()SL K V V V V V G G G G σπσπθθθθ∆=--+∆=-+∆∆() 所以 2K K V V G G ∆=-∆非 2-2 如果临界晶核是边长为a 的正方体，试求出其△G K 与a 的关系。

为什么形成立方体晶核的△G K 比球形晶核要大？解：形核时的吉布斯自由能变化为326V V G V G A a G a σσ∆=∆+=∆+ 令()0d G da∆= 得临界晶核边长4K Va G σ=-∆ 临界形核功3333222244649632()6()()()()K tK V K V V V V V V G V G A G G G G G G σσσσσσσ∆=∆+=-∆+-=-+=∆∆∆∆∆ 2K Vr G σ=-∆，球形核胚的临界形核功 332242216()4()33()K bV V V V G G G G G σσπσππσ∆=-∆+=∆∆∆ 将两式相比较3232163()13262()K K b V t V G G G G πσπσ∆∆==≈∆∆ 可见形成球形晶核得临界形核功仅为形成立方形晶核的1/2。

第一章作业——材料结构的基本知识1、简述一次键与二次键的差异及各键的特点。

2、简述三大类材料中的结合键类型及性能（物性、力性）特点。

3、为什么金属材料的密度比陶瓷材料及高分子材料密度高？4、用金属键的特征解释金属材料的性能-----①良好的导电；②良好的导热性；③正的电阻温度系数；④不透明性及具有金属光泽；⑤良好的塑性⑥金属之间的溶解性（固溶能力）。

5、简述晶体与非晶体的主要区别。

6、简述原子结构、原子结合键、原子的排列方式及显微组织对材料性能的影响。

第一章作业解答1、述一次键与二次键的差异及各键的特点。

解答：（1）一次键结合力较强，包括金属键、离子键、共价键；二次键结合力较弱，包括范德华键和氢键。

一次键主要依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层；二次键是借原子之间的偶极吸引力结合而成。

（2）金属键电子共有化,没有方向性和饱和性；离子键没有方向性，但要满足正负电荷平衡要求；共价键有明显的方向性和饱和性；范德华键没有方向性、饱和性；氢键（X-H…Y）有饱和性、方向性。

2、简述三大类材料中的结合键类型及性能（物性、力性）特点。

解答：（1）三大类材料主要指金属材料、陶瓷材料和高分子材料。

（2）金属材料中的结合键主要是金属键，其次是共价键、离子键，使金属材料具有较高的熔点、密度，良好的导电、导热性能及较高的弹性模量、强度和塑性。

陶瓷材料中的结合键主要是离子键和共价键，使其熔点高、密度低，具有良好的绝缘性能和绝热性能，高的弹性模量和强度，但塑性差，脆性大。

高分子材料中分子链内部虽为共价键结合，但分子链之间为二次键结合，使其具有较低的熔点、密度，良好的绝缘性能、绝热性能及较低的弹性模量、强度和塑性。

3、为什么金属材料的密度比陶瓷材料及高分子材料密度高？金属材料的密度较高是因为①金属元素具有较高的相对原子质量，②金属材料主要以金属键结合，金属键没有方向性和饱和性，使金属原子总是趋于密集排列，达到密堆结构。