第10章 材料的功能特性一、简答题1．提高钢材耐蚀性的主要方法有哪些？为什么说Cr 是不锈钢中最重要的合金元素？答：（1）提高钢材耐蚀性的主要方法有：在表面形成致密氧化膜、提高基体电极电位、形成单相组织。
（2）Cr 可形成表面致密氧化膜Cr 2O 3，可提高电极电位，可形成单相铁素体。
2．对能带理论与量子自由电子理论所给出的固体材料中外层电子状态特点进行比较，指出其异同点。
答：（1）相同点。
外层电子的波矢都是量子化的，具有相同的允许取值条件：123n ,n ,n 1232π2π2π,,k n n n LL L ⎛⎫= ⎪⎝⎭因此能量也都是量子化的。
（2）不同点。
量子自由电子理论给出的电子能级，对于宏观材料时准连续的能级，能量与波矢之间的关系为。
而根据能带理论，电子的能级之间可能产生相对于电222k mηε=子的相邻能级间隔来说很宽的禁带（发生于相邻的布里渊区边界上），而电子能级的能量与电子波矢之间的关系通常都偏离抛物线关系。
二、计算题1．面心立方结构的金属Cu （按正一价计算）的晶格常数为0.361nm ，依据量子自由电子理论计算其自由电子的费米能、费米波矢，给出0K 下自由电子的平均动能以及所对应的运动速度大小。
解：自由电子的体积密度为：283v 93418.510m (0.36110)e N --⨯==⨯⨯费米能：234222/32282/318F v 31(1.0510)(3π)(3π8.510) 1.1210J 7.02eV 229.110e N m ηε---⨯=⋅=⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯费米波矢：1/231181/2101F F 2342(29.110 1.1210) 1.3610m 1.0510m k εη----⎛⎫⨯⨯⨯⨯===⨯ ⎪⨯⎝⎭0K 下，自由电子的平均动能为费米能的3/5，故为4.2eV ；相对应的运动速度为：1/26F 2 1.5710m/s v m ε⎛⎫===⨯ ⎪⎝⎭2．8mol% 222材料，请写出两种可能发生的固溶反应式及相应的固溶体化学式。
习题：第一竜第二帝第二章第四章第五章第六帝第七章第八章墨九章第十章第^一章答案：第一章第二章第三章第四章第五章第六空第七章第八章第九章第十章第十一章3-2 略。
3-2试述位错的基本类型及其特点。
解：位错上要有两种：刃型位错和螺型位错。
刃型位错特点：滑移方向与位错线垂直，符号丄，有多余半片原子面。
螺型位错特点：滑移方向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平而，呈螺施状，称螺型位错。
3-3非化学计虽化合物有何特点？为什么非化学计虽化合物都是n型或p型半导体材料？解：非化学计虽化合物的特点：非化学计虽化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关；可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体：缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常数看出：非化学计虽化合物都是半导体’由丁？负离子缺位和间隙正离子使金屈离子过剩产生金屈离子过剩（n型）半导体，正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩产生负离子过剩（P型）半导体。
3-4形响盖换型固溶体和间隙型固溶体形成的丙素有哪些？解：彤响形成呂换型固溶体影响因素：（1）离子尺寸：15%规律：1.（RrRJ /Rl>15%不连续。
2. <15%连续。
3. >40%不能形成固熔体。
（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。
（3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。
（4）场强因素。
（5）电负性：差值小，形成固熔体。
差值大形成化合物。
影响形成间隙型固溶体影响因素：（1〉杂质质点大小：即添加的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。
（2）晶体（基质）结构：离子尺寸是与晶体结构的关系密切相关的，在一定程度上來说，结构中间隙的大小起了决定性的作用。
一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体。
（3）电价因素：外来杂质原子进人间隙时，必然引起晶体结构中电价的不平衡，这时町以通过生成空位，产生部分取代或离子的价态变化来保持电价平衡。
3-5试分析形成固溶体后对晶体性质的影响。
解：影响有：（1）稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生：（2）活化晶格，形成固溶体后，晶格结构有一定畸变，处丁？高能虽的活化状态，有利丁？进行化学反应：（3）固溶强化，溶质原子的溶入，使固溶体的强度、驶度升高；（4）形成固溶体后对材料物理性质的影响：固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。
体心正交
3、NaCl和立方ZnS分别属于哪一种布喇菲点阵？
面心立方
4、间隙固溶体、间隙相、间隙化合物有何异同点？
除原子尺寸比例不同外，间隙固溶体：结构与溶剂相同；间隙相：单独来看，金属原子组成的结构简单；间隙化合物：单独来看，金属原子组成的结构复杂
5、Zn 原子的摩尔分数为3%的Cu-Zn合金是固溶体，铜的原子半径为0.128nm，Zn的原子半径为0.133nm。
假设点阵常数随Zn原子加入呈线性变化，求此合金的密度。
（Cu和Zn的原子量分别为63.55 和65.37，阿佛加得罗常数是6.0238×1023）
6、何为配位数概念？离子晶体的配位数概念和金属晶体有何区别？
金属晶体：最近邻原子数；离子晶体：最近邻异号离子数。
7、纯铁在912°C 由bcc结构转变为fcc结构，体积减少1.06%，根据fcc形态的原子半径计算bcc形态的原子半径，它们的相对变化为多少?如果假定转变前后原子半径不变，那么转变后的体积变化会是多少。
这些结果说明了什么?
8、什么情况下两组元可能形成无限互溶固溶体？
结构相同，原子尺寸相差较小
9、bcc结构的Fe中只能溶入微量C，而fcc结构的Fe中的C溶解度则大得多，为什么？
虽然bcc结构致密度低，但其最大间隙尺寸明显小于fcc结构，由于C原子尺寸比间隙尺寸大得多，因此溶入后会有明显畸变，相对而言fcc畸变小些，因此溶解度也较大。
10、。
