材料科学基础习题集（2010）
第1章: 原子结构与键合
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？为什么元素的相对原子质量不总为正整数？
5.铬的原子序数为24，它共有四种同位素：%的Cr原子含有26个中子，%含有28个中子，%
含有29个中子，且%含有30个中子。试求铬的相对原子质量。
6.铜的原子序数为29，相对原子质量为，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.锡的原子序数为50，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
锡的价电子数。
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.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？
11.Al2O3的密度为3.8g/cm3，试计算a)1mm3中存在多少原子？b)1g中含有多少原子？
12.尽管HF的相对分子质量较低，请解释为什么HF的沸腾温度(19.4℃)要比HCl的沸腾温度(-
85℃)高？
13. 高分子材料按受热的表现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。
14. 高密度的聚乙烯可以通过氯化处理即用氯原子来取代结构单元中氢原子的方法实现。若用氯取
代聚乙烯中8%的氢原子，试计算需添加氯的质量分数。
第2章：固体结构
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912度发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构，配位数 ，致密
度 ，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=×10-6mm 。 7、 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 晶体缺陷
一、 名词解释
空位平衡浓度，位错，柏氏回路，P-N 力，扩展位错，堆垛层错，弗兰克-瑞德位错源， 奥罗万机制，科垂耳气团，面角位错，铃木气团，多边形化
二、 问答
1 fcc 晶体中，层错能的高低对层错的形成、扩展位错的宽度和扩展位错运动有何影响？层错能对金属材料冷、热加工行为的影响如何？
2. 在铝单晶体中（fcc 结构），
1） 位错反应]101[2a →]112[6a ]+]
121[6a
能否进行？写出反应后扩展位错宽度的表达式和式中各符号的含义；若反应前的]101[2a
是刃位错，则反应后的扩展位错能进行何种运
动？能在哪个晶面上进行运动？若反应前的]101[2a
是螺位错，则反应后的扩展位错能进行何
种运动？
2） 若（1，1，1）面上有一位错]110[2a b =，与）（111面上的位错]
011[2a b =发生反
应，如图6－1。写出位错反应方程式，说明新位错的性质，是否可动。
3） 写出（111）与（111）两个滑移面上两全位错所分解为肖克莱不全位错的两个反应式。
4） 如果两扩展位错运动，当它们在两个滑移面交线AB 相遇时，两领先不全位错为
[]
1126a 和]121[6a
，两领先位错能否发生反应，若能，求新位错柏氏矢量；分析新形成位错
为何种类型位错，能否自由滑移，对加工硬化有何作用。
图6－1
3 螺旋位错的能量公式为
02ln
4r R Gb E S π=。若金属材料亚晶尺寸为R=10-3~10-4cm ，r 0约为10-8cm ，铜的
G ＝4×106N/cm 2，b ＝×10－
8cm 。
（1）试估算Es
（2）估算Cu 中长度为1个柏氏矢量的螺型位错割阶的能量。
4 平衡空位浓度与温度有何关系？高温淬火对低温扩散速度有何影响？
5 已知Al 的空位形成能为，问从27ε 升温到627ε 时空位浓度增加多少倍（取系数A=1）
6 在一个刃型位错附近放置另一个与之平行同号的另一个刃型位错，其位置如图6－2所示1，2，3，问它们在滑移面上受力方向如何？
1
2
3
