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复习思考题第一章材料中的晶体结构（1）要求学生课后复习并巩固晶体的性质以及原子间相互作用力与原子之间距离的关系方面的教学内容（2）说明为何十四种布拉菲点阵中底心四方点阵和面心四方点阵？（3）画出面心立方晶体中（111）面上的[112]晶向。
（4）何谓晶带定律？判断(110)、(132)和(311)晶面是否属于同一晶带。
（5）分别计算晶格常数为a的面心和体心立方晶体{110}晶面的面间距（6）分别画出面心立方、体心立方、密排六方晶胞，并分别计算面心立方、体心立方、密排六方晶体的致密度。
（7）分别计算面心立方晶体{111}晶面和体心立方晶体{110}晶面原子面密度。
（8）何谓金属的多晶型性？（9）.分别计算面心立方和体心立方结构中八面体和四面体间隙的大小。
（10）何谓间隙固溶体？何谓置换固溶体？（11）M g2Si、Mg2Sn、Mg2Pb、Cu3Al、Cu5Si、Cu5Zn8、CuZn3、Au5Zn8化合物中，哪些属于正常价化合物？哪些属于电子浓度化合物？（12）F e4N、Cr2N、VC、TiH2、Fe3C、Cr7C3、Cr23C6化合物中，哪些属于间隙相？哪些属于间隙化合物？（13）指出间隙相和间隙化合物之间的主要区别。
第2章晶体缺陷（1）按空间几何特征，晶体缺陷共分为几种类型？列举出每种类型晶体缺陷的具体实例。
（2）何谓点缺陷的热力学平衡性？（3）指出刃型位错与螺型位错在结构方面的不同之处。
（4）一个环形位错能否各部分均为刃型位错或螺型位错？为什么？（5）面心立方晶体中（111）晶面上的[]10121=b螺型位错在滑移过程中受阻时，将通过交滑移转移到哪一个{111}晶面上继续滑移？为什么？※（6）何谓位错的滑移与攀移？其实质各是什么？※（7）何谓位错交割？（8）分析柏氏矢量互相垂直的两个刃型位错的交割过程。
第3章固体中的扩散（1）扩散第二定律表达式的推导过程（2）针对实际渗碳问题，根据已知条件计算达到一定渗层深度所需要的时间或计算经过一定渗碳时间后所达到的渗层深度。
复习思考题参考答案第二章材料的结构2①多晶体结构；②具有晶体缺陷。
第三章材料的凝固1只有“过冷”，才会存在相变驱动力，即能量条件。
自发形核和非自发形核。
非自发形核需要的过冷度较小。
非自发形核。
2①能量条件：过冷度。
②阶段性：形核、晶核长大。
4否。
如果过冷度超过一定的限度后，晶粒可能变粗。
5相图是表不合金系中各合金在极其缓慢的冷却条件下结晶过程的简明图解。
6纯金属和共晶合金均为恒温凝固。
8微观偏析（枝晶偏析）：扩散退火；宏观偏析：大变形锻造（如高速钢之锻造）。
9游离态的石墨、化合态的渗碳体、固溶体的A和F。
石墨和渗碳体为碳在铁碳合金相图中的主要存在形式。
10非常重要！一定要会写出来（包括含碳量和温度）！略。
14①随着含碳量t ,渗碳体含量t ,所以硬度t o②当含碳量小于0.9%时，随着含碳量f,渗碳体含量f,且弥散分布，起到弥散强化的作用，所以强度升高，但含碳量超过0.9%时，二次渗碳体结成连续的网状，不再起到弥散强化的作用，而是主要表现为渗碳体的性能特点，也即脆性大、强度低，故强度第四章金属的塑性变形与再结晶1•塑性变形机理：金属原子在切应力的作用下，以位错运动方式产生滑移。
2.加工硬化：随着塑性变形量的增加，金属的强度、硬度升高、塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化，又称为冷变形强化，或形变强化。
产生加工硬化的原因略（p.68）加工硬化是强化金属材料的重要手段之一。
特别是对那些具有良好塑性目.不能以热处理强化的材料来说，尤为重要。
但是，加工硬化会给金属的进一步加工带来困难。
3.锻造可使铸态金属中的非金属夹杂物沿着变形方向伸长，形成彼此平行的宏观条纹，称为流线，又称锻造流线。
流线使金属材料的性能呈现明显的各向异性，拉伸时沿着流线伸长的方向（纵向）具有较好的力学性能，垂直于与流线方向的力学性能较差。
【在热加工时应力求使流线与零件工作时的最大应力方向一致，而与冲击应力或切应力的方向垂直】4.消除应力；定型。
《工程材料》复习思考题参考答案金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。
2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu各属何种晶体结构？3.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？4.金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？5.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？金属的塑性变形与再结晶1．解释下列名词：加工硬化、回复、再结晶、热加工、冷加工。
2．产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？3．划分冷加工和热加工的主要条件是什么？4．与冷加工比较，热加工给金属件带来的益处有哪些？5．为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？6．金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？7．分析加工硬化对金属材料的强化作用？8．在制造齿轮时，有时采用喷丸法（即将金属丸喷射到零件表面上）使齿面得以强化。
试分析强化原因。
合金的结构与二元状态图1．解释下列名词：合金，组元，相，相图；固溶体，金属间化合物，机械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶强化，弥散强化。
2．指出下列名词的主要区别：1）置换固溶体与间隙固溶体；2）相组成物与组织组成物；3．下列元素在α-Fe 中形成哪几种固溶体?Si、C、N、Cr、Mn4．试述固溶强化、加工强化和弥散强化的强化原理,并说明三者的区别.5．固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？6. 何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点. 7．二元合金相图表达了合金的哪些关系？8．在二元合金相图中应用杠杆定律可以计算什么？9. 已知A（熔点 600℃）与B(500℃) 在液态无限互溶；在固态 300℃时A溶于 B的最大溶解度为 30% ，室温时为10%，但B不溶于A；在 300℃时，含 40% B 的液态合金发生共晶反应。
晶体学基础部分复习思考题一、比较下列基本概念的含义晶体与非晶体；空间点阵与品体结构；扭折与割阶；组元与相；凝固与结晶;固溶体与中间和；间隙固溶体与间隙相；肖脱基（Schottky）空位与弗兰克（Frenkel）空位——晶体屮的原子迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置上，而使晶体内部留下空位，称为肖脱基（Schottky）空位；原子挤入点阵的间隙位置，而在晶体屮同时形成数口相等的空位和间隙原子,则称为弗兰克（Frenkel）空位。
全位错与分位错一一柏氏矢量等于点阵矢量的位错称为全位错；不等于点阵矢量的位错称为不全位错，小于点阵矢量的部分位错或分位错。
相与相变——相是合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质，并以界面相互隔开的均匀组成部分；从一种相到另一种相的转变叫相变。
有序化与有序固溶体一一对于某些合金，当其成分接近一定原子比时，较高温度时为短程有序，缓冷到某一温度以下，会转变为完全有序状态称为有序固溶体，这一转变过程称为固溶体的有序化。
二、填空题1.常见的三种晶体结构分是（）、（）和（）o其中，（）不属于14种布拉菲点阵中的一种。
2.七大晶系分别是（）、（）、（）、（）、（）、（）、和（）。
3.对于刃型位错线，其柏氏矢量（）于位错线，其滑移运动方向（）于柏氏矢量，其攀移运动方向（）于柏氏矢量；对于螺旋位错线，其柏氏矢量（）于位错线，其滑移运动方向（）于柏氏矢量，其交滑移运动方向（）于柏氏矢量。
4.面心立方晶体（A1型结构）屮的两种典型不全位错分别是（）不全位错和（）不全位错，它们的柏氏矢量分别为（）和（）。
其中，（）不全位错也被称为固定位错，只能攀移，不能滑移。
5.如果晶体屮不同的原子面用A、B、C、D等字母來表示，面心立方晶体中密排面的堆垛方式为（），密排六方晶体中密排面的堆垛方式为（）。
常见金属晶体结构特性常见金属晶体结构的柏氏矢量三、简答题（本题共17分）1.简述柏氏矢量的物理意义。
2.为什么说点缺陷为热力学平衡缺陷，位错是热力学不平衡的缺陷？3.点缺陷对材料行为的影响。
材料成型原理思考题本课程教学要求：1．掌握液态金属和合金的凝固、结晶基本规律和冶金处理及它们对材质和零件性能的影响。
2．重点掌握塑性成型的基础及塑性成型理论的应用。
3．重点掌握材料成型过程中化学冶金和现象、缺陷的形成机理、影响因素及预防措施。
第二章液态金属重点内容1、液态金属的基本特性2、液态金属的粘度、表面张力、G吸附方程3、流动方程、相似定律4、流变行为和流变铸造思考题1．在固相表面上有液相和气相，且三者处于界面平衡的情况，什么条件下固-液互相之间是润湿的。
到达平衡时，在气、液、固三相交界处，气-液界面和固-液界面之间的夹角称为接触角（contact angle)，用θ表示。
它实际是液体表面张力和液-固界面张力间的夹角。
接触角的大小是由在气、液、固三相交界处，三种界面张力的相对大小所决定的。
从接触角的数值可看出液体对固体润湿的程度。
当、和达平衡时以下关系：γSG-γSL=γLG cosθ上述方程称为杨（Young)方程。
从杨方程我们可以得到下列结论：（1）如果（γSG-γSL）=γLG，则cosθ=1，θ=0°，这是完全润湿的情况.如果（γSG-γSL）>γLG，则直到θ=0还没有达到平衡，因此杨方程不适用，但是液体仍能在固体表面铺展开来。
（2）如果0<（γSG-γSL）<γLG，则1>cosθ>0，θ<90o ，固体能为液体所润湿. （3）如果（γSG-γSL）< 0，则cosθ<0，θ>90o ，固体不为液体所润湿.2．分析物质表面张力产生的原因以及与物质原子间结合力的关系。
表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均所造成。
由于液体或固体的表面原子受内部的作用力较大，而朝着气体的方向受力较小，这种受力不均引起表面原子的势能比内部原子的势能高。
因此，物体倾向于减小其表面积而产生表面张力。
原子间结合力越大，表面内能越大，表面张力也就越大。
材料合成与制备思考题共沉淀法沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合液中加人适当的沉淀剂制备前驱体沉淀物,再将沉淀物进行干燥或锻烧，从而制得相应的粉体颗粒。
共沉淀法是指在溶液中含有两种或多种阳离子，它们以均相存在于溶液中，加入沉淀剂，经沉淀反应后，可得到各种成分的均一的沉淀，它是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物超细粉体的重要方法。
水热合成法水热与溶剂热合成：在一定温度(100～1000℃)和压力(1～100MPa)条件下，利用溶液中物质化学反应所进行的合成。
水热合成：在水体系中进行。
溶剂热合成：在非水（主要是有机溶剂）体系中进行。
水热与溶剂热反应主要以液相反应为其特点。
化学气相沉积化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。
它本质上属于原子范畴的气态传质过程。
热CVD，等离子体CVD，激光CVDCVD涉及的反应有：分解反应、氧化还原反应、化合反应、复分解反应、化学输运反应、各种物理手段（等离子体、激光等）增强的反应等。
CVD技术对原料、产物及反应类型等的要求：(1) 反应原料是气态或易于挥发成蒸气的液态或固态物质；(2) 反应易于生成所需要的沉积物而其它副产物保留在气相排出或易于分离；(3) 整个操作较易于控制。
Ostwald RipeningOstwald ripening是一种材料生长的机理，简单点说就是材料从分子阶段开始，首先形成一定尺寸的晶核，然后所有的分子都依附于晶核生长，这个阶段不会再形成新的晶核了，只是晶核生长的越来越大，最经典的一种，就是“从液态转变为固态的过程首先要成核，然后生长，这个过程叫晶粒的成核长大。
晶粒内分子、原子都是有规则地排列的，所以一个晶粒就是单晶”烧结末或压坯粉在低于主要组分熔点温度下加热，使颗粒间产生连接，以提高制品性能的方法。
Sichuan University
《现代材料制备科学与技术》习题作业答案
第七章 单晶材料的制备
1.阐述气相法生长晶体的基本原理及其方法。
答：气相生长的基本原理可以概括成：对于某个假设的晶体模型，气相原子或分子运动到晶体表面，在一定的条件（压力、温度等）下被晶体吸收，形成稳定的二维晶核。
在晶面上产生台阶，再俘获表面上进行扩散的吸附原子，台阶运动、蔓延横贯整个表面，晶体便生长一层原子高度，如此循环往复即能长出块状或薄膜状晶体。
气相生长的方法大致可以分为三类：（1）升华法，（2）蒸气输运法，（3）气相反应法。
2.试写出Vant Hoff 方程。
答：V ant Hoff 方程是描述温度对溶解度影响的方程：
2ln RT dT x d ∆H -=，式中，x 为溶质的摩尔分数， H 为固体的摩尔溶解热（焓），T 为绝对温度，R 是普适气体常数。
3.何为晶体水热生长法？试简述 —水晶生长技术。
答：晶体水热生长法指在高温高压下的过饱和水溶液中进行结晶的方法。
SiO 2的水热生长技术包括合理控制生长温度、温差、充填度，选择矿化剂和添加剂等。
晶体光学复习思考题参考答案教学内容晶体光学课后复习思考题参考答案（若有部分错误，请谅解~）第⼀章1.研究透明矿物的晶体光学性质应⽤哪种光？为什么？参考答案：根据实验的需要；不同的晶体光学性质需要⽤不同的光来鉴定。
2.矿物折射率的⼤⼩与哪些因素有关？参考答案：矿物⾃⾝构造3.①光波在均质体和⾮均质体中的传播特点有何不同？②为什么？参考答案：①光波射⼊均质体中，发⽣单折射现象，基本不改变⼊射光波振动特点和振动⽅向。
P5；光波沿光轴⽅向射⼊⾮均质体中时，不发⽣双折射，基本不改变⼊射光波的振动特点和振动⽅向。
光波沿⾮光轴⽅向射⼊⾮均质体中时，⼊射光波会发⽣双折射⽽分解形成两种偏光。
P5；②由于均质体的光学性质各个⽅向相同，⽽⾮均质体的光学性质随⽅向的不同⽽不同。
4.①光波在⾮均质体中传播时，其传播速度及相应折射率⼤⼩是取决于光波的传播⽅向还是取决于光波的振动⽅向？②为什么？参考答案：①取决于光波的振动⽅向P6；②根据电磁波理论，组成物质的原⼦或离⼦受电磁波扰动将极化成偶极⼦，可见光波在吴志忠的传播主要就是通过偶极⼦的感应振动来进⾏的。
在晶体中使振动偶极⼦回复到平衡位置的回复⼒强度控制光波的传播速度。
因此，光波在⾮均质体中的传播速度取决于光波的振动⽅向。
P65.绘出⼀轴晶负光性光率体的三种主要切⾯，并注明每⼀个切⾯的半径名称。
垂直光轴切⾯斜交光轴切⾯平⾏光轴切⾯P96.解释下列名词：光率体、⼀轴晶、⼆轴晶、光轴、常光、⾮常光、光学主轴、主轴⾯、光轴⾯、光轴⾓、Bxo、Bxa、双折射率。
光率体：表⽰光波在晶体中传播时，光波的振动⽅向与相应折射率之间关系的光学⽴体图形。
P6⼀轴晶：只有⼀个光轴的⾮均质体称⼀轴晶。
P5⼆轴晶：有两个光轴的⾮均质体成为⼆轴晶。
P5光轴：在⾮均质体中，不发⽣双折射的特殊⽅向成为光轴（Z轴、OA）P5常光：当光波射⼊⼀轴晶时，发⽣双折射形成两种偏光，其中振动⽅向垂直Z晶轴，其传播速度及其相应折射率值不变的偏光称为常光，以符号”o”表⽰。
第一章思考题：1、什么是单晶体、多晶体和非晶体？结构上有何区别？答：1）单晶体是由一个晶核各向均匀生长而成，晶体内部的粒子基本上保持其特有的排列规律，如：单晶硅、红宝石、金刚石；2）多晶体是由很多单晶微粒杂乱无规则的聚结而成的，各向异性的特征消失，使整体一般不表现各向异性，如：多数金属和合金等。
3）非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体，没有一定规则的外形，物理性质为各向同性，没有固定的熔点，属热力学上的亚稳态，如玻璃、松香、石蜡等。
单晶体在整个晶体中均保持有序的周期性；多晶体则只是在一个单晶微粒中保持有序的周期性，但整体上杂乱无章；非晶体是近程有序（在极小范围内规则排列），而远程无序。
2、分析晶体的宏观物理性质与其结构的关系答：由于晶体是具有格子构造的固体，因此，也就具备着晶体所共有的、由格子构造所决定的基本性质。
①均一性：宏观观察中，晶体在其任一部分上都表现出具有相同的各种特性。
也称为结晶均一性，与非晶体的统计均一性有本质的区别；②自范性：晶体在适当条件下可自发地（而非人为加工）形成封闭的凸几何多面体外形的特性，且几何多面体外形满足欧拉定律：W+V=E+2；③异向性：晶体的几何量度和物理性质因观察方向的不同而表现出差异的特性；④对称性：晶体的相同部分（外形上的和内部结构上的）或性质，能够在不同方向或位置上有规律地重复出现的特性；⑤最小内能性：在相同热力学条件下，晶体与同种物质的非晶体、液体或气体相比，其内能（包括质点的动能与位能）最小，故而结构也最稳定；⑥稳定性：在相同的热力学条件下，晶体比具有相同化学成分的非晶体稳定。
晶体的稳定性是最小内能性的必然结果；3、根据晶体的功能并结合其主要应用领域，人工晶体如何分类？答：光功能晶体，半导体晶体，压电晶体，热释电晶体，超硬晶体等4、什么是光功能晶体？举出其中一到两个在高新技术中有广泛应用的晶体。
答：在外场（电、光、磁、热、声、力等）作用下，利用材料本身光学性质（如折射率、感应电极化或非线性效应等）发生变化的原理，实现对入射光信号的获取、调制、传输、显示、能量或频率转换、受激发射等目的的无机晶体之总称。
固体物理第⼀章思考题及答案第⼀章晶体的结构思考题1. 1. 以堆积模型计算由同种原⼦构成的同体积的体⼼和⾯⼼⽴⽅晶体中的原⼦数之⽐.[解答] 设原⼦的半径为R , 体⼼⽴⽅晶胞的空间对⾓线为4R , 晶胞的边长为3/4R , 晶胞的体积为()33/4R , ⼀个晶胞包含两个原⼦, ⼀个原⼦占的体积为()2/3/43R ,单位体积晶体中的原⼦数为()33/4/2R ; ⾯⼼⽴⽅晶胞的边长为2/4R , 晶胞的体积为()32/4R , ⼀个晶胞包含四个原⼦, ⼀个原⼦占的体积为()4/2/43R , 单位体积晶体中的原⼦数为()32/4/4R . 因此, 同体积的体⼼和⾯⼼⽴⽅晶体中的原⼦数之⽐为2/323??=0.272.2. 2. 解理⾯是⾯指数低的晶⾯还是指数⾼的晶⾯？为什么？[解答]晶体容易沿解理⾯劈裂，说明平⾏于解理⾯的原⼦层之间的结合⼒弱，即平⾏解理⾯的原⼦层的间距⼤. 因为⾯间距⼤的晶⾯族的指数低, 所以解理⾯是⾯指数低的晶⾯.3. 3. 基⽮为=1a i a , =2a aj , =3a ()k j i ++2a的晶体为何种结构? 若=3a ()k j +2a+i 23a , ⼜为何种结构? 为什么?[解答]有已知条件, 可计算出晶体的原胞的体积23321a ==a a a Ω.由原胞的体积推断, 晶体结构为体⼼⽴⽅. 按照本章习题14, 我们可以构造新的⽮量=-=13a a u 2a()k j i ++-,=-=23a a v 2a()k j i +-,=-+=321a a a w 2a()k j i -+.w v u ,,对应体⼼⽴⽅结构. 根据14题可以验证, w v u ,,满⾜选作基⽮的充分条件.可见基⽮为=1a i a , =2a aj , =3a ()k j i ++2a的晶体为体⼼⽴⽅结构.若=3a ()k j +2a+i 23a ,则晶体的原胞的体积23321a Ω==a a a ,该晶体仍为体⼼⽴⽅结构. 4. 4. 若321l l l R 与hkl R 平⾏, hkl R 是否是321l l l R 的整数倍? 以体⼼⽴⽅和⾯⼼⽴⽅结构证明之.[解答] 若321l l l R 与hkl R 平⾏, hkl R ⼀定是321l l l R的整数倍. 对体⼼⽴⽅结构, 由(1.2)式可知32a a a +=,13a a b +=, 21a a c +=,hkl R =h a +k b +l c =(k+l )+1a (l+h )+2a (h+k )3a =p 321l l l R =p (l 11a +l 22a +l 33a ), 其中p 是(k+l )、(l+h )和(h+k )的公约(整)数.对于⾯⼼⽴⽅结构, 由(1.3)式可知,321a a a a ++-=, =b 321a a a +-, =c 321a a a -+,hkl R =h a +k b +l c =(-h+k+l )1a +(h-k+l )2a +(h+k-l )3a =p ’321l l l R = p ’(l 11a +l 22a +l 33a ), 其中p ’是(-h+k+l )、(-k+h+l )和(h-k+l )的公约(整)数.5. 晶⾯指数为（123）的晶⾯ABC 是离原点O 最近的晶⾯，OA 、OB 和OC 分别与基⽮1a 、2a 和3a 重合，除O 点外,OA 、OB 和OC 上是否有格点？若ABC ⾯的指数为（234），情况⼜如何？[解答]晶⾯族（123）截1a 、2a 和3a 分别为1、2、3等份，ABC ⾯是离原点O 最近的晶⾯，OA 的长度等于1a 的长度，OB 的长度等于2a 的长度的1/2，OC 的长度等于3a 的长度的1/3，所以只有A 点是格点. 若ABC ⾯的指数为(234)的晶⾯族, 则A 、B 和C 都不是格点. 6. 6. 验证晶⾯（102），（111）和（012）是否属于同⼀晶带. 若是同⼀晶带, 其带轴⽅向的晶列指数是什么?[解答] 由习题12可知,若（102），（111）和（012）属于同⼀晶带, 则由它们构成的⾏列式的值必定为0.可以验证210111012=0,说明(102），（111）和（012）属于同⼀晶带.晶带中任两晶⾯的交线的⽅向即是带轴的⽅向. 由习题13可知, 带轴⽅向晶列[l 1l 2l 3]的取值为l 1=1101 =1, l 2=1120=2, l 3=1112=1.7．带轴为[001]的晶带各晶⾯，其⾯指数有何特点？[解答]带轴为[001]的晶带各晶⾯平⾏于[001]⽅向，即各晶⾯平⾏于晶胞坐标系的c 轴或原胞坐标系的3a 轴，各晶⾯的⾯指数形为（hk0）或（h 1h 20）, 即第三个数字⼀定为0. 8. 8. 与晶列[l 1l 2l 3]垂直的倒格⾯的⾯指数是什么?[解答]正格⼦与倒格⼦互为倒格⼦. 正格⼦晶⾯(h 1h 2h 3)与倒格式=h K h 11b +h 22b +h 33b 垂直, 则倒格晶⾯(l 1l 2l 3)与正格⽮=l R l 11a + l 22a + l 33a 正交. 即晶列[l 1l 2l 3]与倒格⾯(l 1l 2l 3) 垂直.9. 9. 在结晶学中, 晶胞是按晶体的什么特性选取的?[解答]在结晶学中, 晶胞选取的原则是既要考虑晶体结构的周期性⼜要考虑晶体的宏观对称性.10. 10.六⾓密积属何种晶系? ⼀个晶胞包含⼏个原⼦?[解答]六⾓密积属六⾓晶系, ⼀个晶胞(平⾏六⾯体)包含两个原⼦.11. 11.体⼼⽴⽅元素晶体, [111]⽅向上的结晶学周期为多⼤? 实际周期为多⼤?[解答]结晶学的晶胞,其基⽮为c b a , ,,只考虑由格⽮=R h a +k b +l c 构成的格点. 因此, 体⼼⽴⽅元素晶体[111]⽅向上的结晶学周期为a 3, 但实际周期为a 3/2. 12. 12.⾯⼼⽴⽅元素晶体中最⼩的晶列周期为多⼤? 该晶列在哪些晶⾯内?[解答]周期最⼩的晶列⼀定在原⼦⾯密度最⼤的晶⾯内. 若以密堆积模型, 则原⼦⾯密度最⼤的晶⾯就是密排⾯. 由图 1.9可知密勒指数(111)[可以证明原胞坐标系中的⾯指数也为(111)]是⼀个密排⾯晶⾯族, 最⼩的晶列周期为2/2a . 根据同族晶⾯族的性质, 周期最⼩的晶列处于{111}⾯内.13. 在晶体衍射中，为什么不能⽤可见光？ [解答]晶体中原⼦间距的数量级为1010-⽶，要使原⼦晶格成为光波的衍射光栅，光波的波长应⼩于1010-⽶. 但可见光的波长为7.6?4.0710-?⽶, 是晶体中原⼦间距的1000倍. 因此, 在晶体衍射中，不能⽤可见光.14. ⾼指数的晶⾯族与低指数的晶⾯族相⽐, 对于同级衍射, 哪⼀晶⾯族衍射光弱? 为什么?[解答]对于同级衍射, ⾼指数的晶⾯族衍射光弱, 低指数的晶⾯族衍射光强. 低指数的晶⾯族⾯间距⼤, 晶⾯上的原⼦密度⼤, 这样的晶⾯对射线的反射(衍射)作⽤强. 相反, ⾼指数的晶⾯族⾯间距⼩, 晶⾯上的原⼦密度⼩, 这样的晶⾯对射线的反射(衍射)作⽤弱. 另外, 由布拉格反射公式λθn sin 2=hkl d 可知, ⾯间距hkl d ⼤的晶⾯, 对应⼀个⼩的光的掠射⾓θ. ⾯间距hkl d ⼩的晶⾯, 对应⼀个⼤的光的掠射⾓θ. θ越⼤, 光的透射能⼒就越强, 反射能⼒就越弱. 15. 温度升⾼时, 衍射⾓如何变化? X 光波长变化时, 衍射⾓如何变化?[解答]温度升⾼时, 由于热膨胀, ⾯间距hkl d 逐渐变⼤. 由布拉格反射公式λθn sin 2=hkl d 可知, 对应同⼀级衍射, 当X 光波长不变时, ⾯间距hkl d 逐渐变⼤, 衍射⾓θ逐渐变⼩.所以温度升⾼, 衍射⾓变⼩.当温度不变, X 光波长变⼤时, 对于同⼀晶⾯族, 衍射⾓θ随之变⼤.16. ⾯⼼⽴⽅元素晶体, 密勒指数(100)和(110)⾯, 原胞坐标系中的⼀级衍射, 分别对应晶胞坐标系中的⼏级衍射?[解答]对于⾯⼼⽴⽅元素晶体, 对应密勒指数(100)的原胞坐标系的⾯指数可由(1.34)式求得为(111), p ’=1. 由(1.33)式可知, hkl h K K2=; 由(1.16)和(1.18)两式可知, 2/321hkl h h h d d =; 再由(1.26)和(1.27)两式可知, n ’=2n . 即对于⾯⼼⽴⽅元素晶体, 对应密勒指数(100)晶⾯族的原胞坐标系中的⼀级衍射, 对应晶胞坐标系中的⼆级衍射.对于⾯⼼⽴⽅元素晶体, 对应密勒指数(110)的原胞坐标系的⾯指数可由(1.34)式求得为(001), p ’=2. 由(1.33)式可知, hkl h K K =; 由(1.16)和(1.18)两式可知, hklh h h d d =321; 再由(1.26)和(1.27)两式可知, n ’=n , 即对于⾯⼼⽴⽅元素晶体, 对应密勒指数(110)晶⾯族的原胞坐标系中的⼀级衍射, 对应晶胞坐标系中的⼀级衍射.17. 由KCl 的衍射强度与衍射⾯的关系, 说明KCl 的衍射条件与简⽴⽅元素晶体的衍射条件等效.[解答]Cl 与K 是原⼦序数相邻的两个元素, 当Cl 原⼦俘获K 原⼦最外层的⼀个电⼦结合成典型的离⼦晶体后, -Cl 与+K 的最外壳层都为满壳层, 原⼦核外的电⼦数和壳层数都相同, 它们的离⼦散射因⼦都相同. 因此, 对X 光衍射来说, 可把-Cl 与+K 看成同⼀种原⼦. KCl 与NaCl 结构相同, 因此, 对X 光衍射来说, KCl 的衍射条件与简⽴⽅元素晶体等效.由KCl 的衍射强度与衍射⾯的关系也能说明KCl 的衍射条件与简⽴⽅元素晶体的衍射条件等效. ⼀个KCl 晶胞包含4个+K 离⼦和4个-Cl 离⼦，它们的坐标+K ：（000）（02121）（21021）（21210）-Cl ：（0021）（0210）（2100）（212121）由（1.45）式可求得衍射强度I hkl 与衍射⾯(hkl )的关系I hkl ={+K f[1+cos ++++++)](cos )(cos )(h l n l k n k h n πππ)]}(cos cos cos cos [-Cl l k h n nl nk nh f +++++ππππ由于+K f 等于-Cl f , 所以由上式可得出衍射⾯指数nl nk nh , ,全为偶数时, 衍射强度才极⼤.衍射⾯指数的平⽅和222)()()(nl nk nh ++: 4, 8, 12, 16, 20, 24…. 以上诸式中的n 由λθ=++sin )()()(2222nl nk nh a决定. 如果从X 光衍射的⾓度把KCl 看成简⽴⽅元素晶体, 则其晶格常数为='a 2/a , 布拉格反射公式化为λθ=++sin )'()'()'('2222l n k n h n a显然'2n n =, 衍射⾯指数平⽅和222)'()'()'(l n k n h n ++: 1, 2, 3, 4, 5, 6…. 这正是简⽴⽅元素晶体的衍射规律.18. ⾦刚⽯和硅、锗的⼏何结构因⼦有何异同?[解答]取⼏何结构因⼦的(1.44)表达式)(21j j j lw kv hu n i tj j hkl ef F ++=∑=π,其中u j ,v j ,w j 是任⼀个晶胞内,第j 个原⼦的位置⽮量在c b a , ,轴上投影的系数. ⾦刚⽯和硅、锗具有相同的结构, 尽管它们的c b a , ,⼤⼩不相同, 但第j 个原⼦的位置⽮量在c b a , ,轴上投影的系数相同. 如果认为晶胞内各个原⼦的散射因⼦jf 都⼀样, 则⼏何结构因⼦化为∑=++=tj lw kv hu n i hkl j j j ef F 1)(2π. 在这种情况下⾦刚⽯和硅、锗的⼏何结构因⼦的求和部分相同. 由于⾦刚⽯和硅、锗原⼦中的电⼦数和分布不同, ⼏何结构因⼦中的原⼦散射因⼦f 不会相同.19. 旋转单晶法中, 将胶⽚卷成以转轴为轴的圆筒, 胶⽚上的感光线是否等间距?[解答]旋转单晶法中, 将胶⽚卷成以转轴为轴的圆筒, 衍射线构成了⼀个个圆锥⾯. 如果胶tgR md m =.其中R 是圆筒半径, d 是假设等间距的感光线间距, ?是各个圆锥⾯与垂直于转轴的平⾯的夹⾓. 由该关系式可得sin 2221R d m R mdm +=, 即m ?sin 与整数m 不成正⽐. 但可以证明222sin l k h a mp m ++=λ?.即m ?sin 与整数m 成正⽐(参见本章习题23). 也就是说, 旋转单晶法中, 将胶⽚卷成以转轴为轴的圆筒, 胶⽚上的感光线不是等间距的.20. 如图1.33所⽰, 哪⼀个衍射环感光最重? 为什么?[解答]最⼩衍射环感光最重. 由布拉格反射公式θnλd2=sinhkl可知, 对应掠射⾓θ最⼩的晶⾯族具有最⼤的⾯间距. ⾯间距最⼤的晶⾯上的原⼦密度最⼤, 这样的晶⾯对射线的反射(衍射)作⽤最强. 最⼩衍射环对应最⼩的掠射⾓,它的感光最重.。
材料科学基础思考题（纯金属的晶体结构部分）1、解释下列名词：合金、组织、结构、金属材料、材料科学、空间点阵、晶胞、晶格常数、晶带、致密度、配位数、同素异构转变。
2、说明布拉菲点阵的立方晶系无底心立方点阵的原因。
3、在一个立方晶胞中绘出{110}所包含的晶面。
4、在一个立方晶胞中绘出下列晶面和晶向：（123）、5、说明下列晶面是否属于同一晶带，若是则指出晶带轴的方向。
6、计算面心立方点阵中（110）晶面的面间距以及原子面密度。
7、计算体心立方点阵中（111）晶面的面间距以及原子面密度。
8、在六方晶胞中绘出（1121）和 [1 1 2 3]。
9、熟记fcc 、bcc 、hcp 晶胞中的原子数、原子半径、配位数、致密度、典型元素。
10、面心立方点阵和密排六方点阵配位数和致密度相同，为什么具有不同的原子排列。
11、面心立方结构间隙的类型、大小、数量如何。
12、体心立方结构间隙的类型、大小、数量如何。
材料科学基础思考题（纯金属的结晶部分）1、试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△Gc 与其体积V 之间的关系式为：△Gc =V △G B /22、如果临界晶核是边长为a 的正方体，试求出其△Gc 和a 的关系。
为什么形成 [112]、[11 1]、[ 1 1 0] (112) （110） （110）、（3 11）、（13 2）立方体晶核的△Gc 比球形晶核要大?3、为什么金属结晶时一定要有过冷度?影响过冷度的因素是什么?4、试比较均匀形核与非均匀形核的异同点。
5、形核需要哪些条件。
6、论述晶体长大机理；说明晶体成长与温度梯度的关系。
7、简述三晶区形成的原因及每个晶区的性能。
8、为了得到发达的等轴晶区应该采取什么措施?为了得到发达的等轴晶区应采取什么措施？其基本原理如何。
9、对比说明金属与非金属结晶动力学综合曲线的区别。
10、能否说过冷度越大，形核率越大。
11、指出下列各题错误之处，并改正之。
（1）所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能增加时的晶胚大小。
材料加工成型原理思考题参考答案LELE was finally revised on the morning of December 16, 20201、金属塑性变形的主要机制有哪些？单晶体的塑性变形：滑移和孪生；多晶体的塑性变形：晶内变形和晶界变形通过各种位错运动而实现的晶内一部分相对于另一部分的剪切运动，就是晶内变形。
剪切运动有不同的机理，其中最基本的是滑移、孪生和扭析。
其中滑移变形是主要的；而孪生变形是次要的，一般仅起调节作用。
在T》0．5T熔时，可能出现晶间变形。
这类变形不仅同位错运动有关，而且扩散机理起着很重要的作用。
扩散蠕变机理又包括扩散-位错机理、溶质原子定向溶解机理、定向空位流机理。
在金属和合金的塑性变形过程中，常常同时有几种机理起作用。
具体的塑性变形过程中各种机理的具体作用要受许多因素的影响。
例如晶体结构、化学成分、相状态、组织、温度、应变量和应变速率等因素的影响。
在冷态条件下，由于晶界强度高于晶内，多晶体的塑性变形主要是晶内变形，晶间变形只起次要作用，而且需要有其它变形机制相协调。
变形机理主要有：晶内滑移与孪生、晶界滑移和扩散蠕变。
热塑性变形时，通常的热塑性变形速度较快，而且高温下，由于晶界的强度低于晶内，使得晶界滑动易于进行，所以晶粒相互滑移和转动起着尤为重要的作用。
温度越高，原子动能和扩散能力就越大，扩散蠕变既直接为塑性变形作贡献，也对晶界滑移其调节作用。
热塑性变形的主要机理是晶内滑移。
2. 滑移和孪生塑性变形机制的主要区别滑移是指在力的作用下晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变，滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生。
孪生是指晶体在切应力作用下沿着一定的晶面和一定的晶向发生均匀切变。
滑移和孪生是单晶体的主要变形机制，都是通过位错运动而实现晶内的一部分相对于另一部分的剪切运动。
但是他们也明显的区别，如下：由孪生的变形过程可知，孪生所发生的切变均匀地波及整个孪生变形区，而滑移变形只集中在滑移面上，切变是不均匀的；孪生切变时原子移动的距离不是孪生方向原子间距的整数倍（而是几分之一原子间距），而滑移时原子移动的距离是滑移方向原子间距的整数倍；孪生变形后，孪晶面两边晶体位向不同，成镜像对称；而滑移时，滑移面两边晶体位向不变；由于孪生改变了晶体的取向，因此孪晶经抛光浸蚀后仍可观察到，而滑移所造成的台阶经抛光浸蚀后不会重现；孪生的临界分切应力要比滑移的临界分切应力大得多，常萌发于滑移受阻引起的局部应力集中区；孪生变形的速度极大，常引起冲击波，发出声响；滑移时全位错运动的结果，孪生是不全位错运动。
第一章1．单晶的主要特性及应用领域，单晶的生长方法的分类？（1）单晶内部晶格位相完全一致，各向异性。
（2）应用：金刚石加工业、偏光镜、压电水晶、单晶硅板、水晶装饰等。
（3）生长方法：气相生长、溶液生长、熔体生长、固相生长。
★2．溶液生长方法分几种？他们依据的基本原理？何为水热生长法？α-水晶生长的基本过程，关键设备，优缺点及应用？（1）分：降温法、蒸发法、凝胶法、水热生长法。
（2）基本原理：将原料溶解在溶剂中，采取适当措施造成溶液的过饱和状态，使晶体在过饱和溶液的亚稳区生长，并要求在整个过程中溶液都保持在亚稳区，使析出的溶质都在籽晶上长成单晶。
降温法—改变温度；蒸发法—减少溶剂；凝胶法—化学法应控制过饱和度；亚稳相法—亚稳相控制过饱和度。
（3）水热生长：在高温高压下的过饱和水溶液中结晶方法。
（4）过程：SiO2−−→−1713四方−−→−1478正交−→−870六方−→−573三方（α-SiO2）低温固溶体。
设备：特质高压釜。
优点：生长低温固相单晶；高粘度材料；高蒸汽压材料；晶体形状完美，热应力小，宏观缺陷少。
缺点：需特制高压釜及保护措施；适当大小优质籽晶；生长过程不能观察，生长速率慢，时间长。
应用：棱镜、滤光片、偏光片。
3．逐区熔化法和泡生法的生长方法，特点，优缺点，应用？①逐区：生长方法：熔区被限制在一狭窄范围内，熔区向多晶原料方向移动，生长靠晶体长大和多晶原料消耗实现。
特点：体系由晶体、熔体、多晶组成，有2个固熔界面：一个结晶，一个融化。
优点：污染少，纯度高。
应用：半导体材料，硅单晶，宝石等的生产，高纯而完整的单晶硅。
②泡生：生长方法：受冷籽晶与熔体接触，界面温度低于熔点，籽晶开始生长，降低熔体温度，晶体不断长大。
特点：晶体生长不与坩埚接触，压力减少。
4．熔体生长的方法有哪些？依据的基本原理，生长过程，适用范围及优缺点？（1）正常凝固法：晶体提拉法、坩埚移动法（定向凝固法）、泡生法、弧溶法。
