材料科学基础2
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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。
第二章固体材料的结构固体材料的各种性质主要取决于它的晶体结构。
原子之间的作用结合键与晶体结构密切相关。
通过研究固体材料的结构可以最直接、最有效地确定结合键的类型和特征。
固体材料主要包括:金属、合金、非金属、离子晶体、陶瓷研究方法:X光、电子、中子衍射——最重要、应用最多§2-1 结合键结合键——原子结合成分子或固体的结合键决定了物质的物理、化学、力学性质。
一切原子之间的结合力都起源于原子核与电子间的静电交互作用(库仑力)。
不同的结合键代表了实现结构)的不同方式。
一、离子键典型的金属与典型的非金属元素就是通过离子键而化合的。
从而形成离子化合物或离子晶体由共价键方向性特点决定了的SiO2四面体晶体结构极性共价键非极性共价键五、氢键含有氢的分子都是通过极性共价键结合,极性分子之间结合成晶体时,通过氢键结合。
例如:H 2O ,HF ,NH 3等固态冰液态水§2-2 金属原子间的结合能一、原子作用模型固态金属相邻二个原子之间存在两种相互作用:a) 相互吸引——自由电子吸引金属正离子,长程力;b) 相互排斥——金属正离子之间的相互排斥,短程力。
平衡时这二个力相互抵消,原子受力为0,原子处于能量最低状态。
此时原子间的距离为r0。
§2-3 合金相结构基本概念♦合金——由两种或两种以上的金属或金属非金属元素通过化学键结合而组成的具有金属特性的材料。
♦组元、元——组成合金的元素。
♦相——具有相同的成分或连续变化、结构和性能的区域。
♦组织——合金发生转变(反应)的结果,可以包含若干个不同的相,一般只有一到二个相。
♦合金成分表示法:(1) 重量(质量)百分数A-B二元合金为例m B——元素B的重量(质量m A——元素A的重量(质量合金中的相分为:固溶体,化合物两大类。
固溶体金属晶体(溶剂)中溶入了其它元素(溶质)后,就称为固溶体。
一、固溶体的分类:♦按溶质原子在溶剂中的位置分为:置换固溶体,间隙固溶体♦按溶解度分为:有限固溶体,无限固溶体♦按溶质原子在溶剂中的分布规律分为:有序固溶体,无序固溶体置换固溶体:溶质原子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。