太原理工大学材料科学基础习题和参考答案解析.doc
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第一章 原子结构与结合键习题1-1 计算下列粒子的德布罗意波长：<1>质量为10-10kg,运动速度为0.01m·s-1的尘埃；<2>速度为103m/s的氢原子；<3>能量为300eV的自由电子1-2 怎样理解波函数ψ的物理意义？ 1-3 在原子结构中,ψ2和ψ2dτ代表什么？1-4 写出决定原子轨道的量子数取值规定,并说明其物理意义1-5 试绘出s、p、d轨道的二维角度分布平面图1-6 多电子原子中,屏蔽效应和钻穿效应是怎样影响电子的能级的？1-7 写出下列原子的基态电子组态〔括号内为原子序号：C<6>, P<15>, Cl<17>, Cr<24>1-8 形成离子键有哪些条件？其本质是什么？1-9 试述共价键的本质共价键理论包括哪些理论？各有什么缺点？1-10 何谓金属键？金属的性能与金属键关系如何?1-11 范德华键与氢键有何特点和区别？参考答案：1-1 利用公式 λ = h/p = h/mv 、E = hν 计算德布罗意波长λ1-8 离子键是由电离能很小、易失去电子的金属原子与电子亲合能大的非金属原子相互作用时,产生电子得失而形成的离子固体的结合方式1-9 共价键是由相邻原子共有其价电子来获得稳态电子结构的结合方式。
共价键理论包括价键理论、分子轨道理论和杂化轨道理论1-10 当大量金属原子的价电子脱离所属原子而形成自由电子时,由金属的正离子与自由电子间的静电引力使金属原子结合起来的方式为金属建 由于存在自由电子,金属具有高导电性和导热性；自由电子能吸收光波能量产生跃迁,表现出有金属光泽、不透明；金属正离子以球星密堆方式组成,晶体原子间可滑动,表现出有延展性第二章 材料的结构习 题2-1 定义下述术语,并注意它们之间的联系和区别晶系,空间群,平移群,空间点阵2-2 名词解释：晶胞与空间格子的平行六面体,并比较它们的不同点2-3 <1> 一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b和6c,求出该晶面的米勒指数<2> 一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2和c,求出该晶面指数2-4 在立方晶系的晶胞中画出下列米勒指数的晶面和晶向：<001> 与 [20], <111> 与 [11], <10> 与 [111], <2> 与 [236], <257> 与 [1 1], <123> 与 [11]2-5 在立方晶系的晶胞中画出下列米勒指数的晶面和晶向：<102>,<11>,<1>,[1 10],[1 1],[10] 和 [21]。
2-6 在六方晶胞中画出下列的晶面和晶向：<0001>,<010>,<110>,<102>,<012>,[0001],[010],[110],[011]2-7 <1> 写出六方体、八面体、六八面体、单形号分别为{100}、{111}、和 {321}的晶面符号．<2> 写出六方晶系的晶胞晶面族为 {100}、{111}、{321} 的等价晶面指数2-8 写出六方晶系晶胞的 {110} 和 {102} 晶面族的等价晶面指数2-9求 <1> 由面 <121> 与 <100> 所决定的晶带轴指数和 <100> 与 <010> 所决定的晶带轴指数<2> 由晶向 [001] 与 [111] 所决定的晶面指数和 [010] 与[100] 所决定的晶面指数2-10 <1> 已知室温下α-Fe的点阵常数为0.286 nm,分别求<100>、<110>、<123>的晶面间距<2> 已知916℃时γ-Fe的点阵常数为0.365 nm,分别求出 <100>、<111> 和 <112> 的晶面间距2-11 <1> a≠b≠c、α = β = γ = 90°的晶体属于什么晶族和晶系？<2> a≠b≠c、α≠β≠γ = 90°的晶体属于什么晶族和晶系？ <3> 你能否据此确定这2种晶体的布拉维点阵？2-12 写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
2-13 根据对称要素组合规律,分别确定下列各种情况下对称要素的组合① L2⊥L2,L2⊥ L4,L2⊥L6；② P ⊥L2,P ⊥ L4,P ⊥ L6；③ P + L2 <对称面包含L2 >,P + L3,P + L4,P + L62-14 确定MgO、TlCl3、GaAs、ThO2、SnO2晶体结构的点群、空间群、晶族晶系、质点的空间坐标、正负离子的配位数、晶体的键型、一个晶胞占有正负离子的数目和堆积系数2-15 已知Cs+半径为0.170 nm,Cl- 半径为0.181 nm,计算堆积系数 < 堆积系数 = V/ a3 =一个晶胞占有正负离子的体积/一个晶胞的体积 >2-16 已知Mg2+ 半径为0.072 nm,O2- 半径为0.140 nm,计算MgO结构的堆积系数2-17 计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数和堆积系数2-18 用米勒指数表示出体心立方、面心立方、密排六方结构中的原子密排晶面和原子密排晶向2-19 Ag和Al 都是面心立方结构,且原子半径相似,r
铁素体,奥氏体,MnS,Fe3C,Mg2Si,Cu31Sn8．2-21 <1> 叙述形成固溶体的影响因素 <2> 形成连续固溶体的充分必要条件是什么？2-22 MgO-FeO、ThO2-UO2、Ni-Cu、MgO-CaO、Fe-C、Cu-Zn等各自两两可形成什么固溶体？为什么？2-23 什么是金属间化合物？试叙述金属间化合物的结构类型和结构特点2-24 下列硅酸盐化合物属于什么结构类型？说明理由
2-30 有两种不同配比的破璃,其组成如下：序号w
空间格子中的平行六面体是由不具有任何物理、化学特性的几何点构成,而晶胞则由实在的具体质点〔原子或离子组成2-5 2-6 2-7 {100}=<100> + <010> + <001> {111} =<111> +〔11+〔11+〔112-8 {110} = <110> +<20> + <20> {102} = <102> +<012> +<102> +<012> +<012> +<102>2-9<1>：[01][001]<2>：<10><00>2-10 <1> d<100> = = 0.143 nm d<110> = = 0.202 nm d<123> = = 0.0764 nm <2> d<100> = = 0.1825 nmd<111> = = 0.211 nm d<112> = = 0.0745 nm2-16 0.73 2-17 晶格类型晶胞原子数配位数堆积系数体心立方〔bcc280.68面心立方〔fcc4120.74密排六方〔hcp6120.742-18晶格类型密排面密排方向体心立方〔bcc｛110｝<111>面心立方〔fcc{111}<110>密排六方〔hcp六方底面底面对角线第三章 晶体结构缺陷习 题3-1 纯金属晶体中主要点缺陷类型是什么? 这些点缺陷对金属的结构和性能有何影响?3-2 何谓空位平衡浓度？ 影响空位平衡浓度的因素有哪些?3-3 纯铁的空位形成能为105kJ/mol．将纯铁加热到850℃后激冷至室温<20℃>,假设高温下的空位能全部保留,试求过饱和空位浓度与空温平衡空位浓度的比值。
3-4 由600℃降低至300℃时,锗晶体中的空位平衡浓度降低了6个数量级,试计算锗晶体中的空位形成能<波尔兹曼常数 k = 8.617×10-5eV/K>3-5 铝空位形成能和间隙原子形成能分别为0.76和3.0Ev,求在室温<20℃>及500℃时铝中空位平衡浓度与间隙原子平衡浓度的比值,并讨论所得结果<假定空位形成时振动熵的变化与间隙原子形成时振动熵变化相等>3-6 画一个方形位错环并在这个平面上画出柏氏失量及位错线方向,使柏氏矢量平行于位错环的任意一条边,据此指出位错环各线段的性质3-7 画一个圆形位错环并在这个平面上任意画出它的柏氏矢量及位错线方向,据此指出位错环各线段的性质3-8 试比较刃型位错和螺型位错的异同点3-9 试说明滑移、攀移及交滑移的条件、过程和结果,并阐述如何确定位错滑移运动的方向3-10 何谓全位错、单位位错、不全位错? 指出几种典型金属晶体中单位位错的柏氏矢量3-11 试分析在面心立方金属中,下列位错反应能否进行,井指出其中3个位错各属于什么类型的位错,反应后生成的新位错能否在滑移面上运动a [101] + a [2]a [111]3-12 割阶或扭折对原位错线运动有何影响?3-13 何谓扩展位错？已知两平行位错间的F =。
如果由一个全位错b = a[110]分解成两个肖克莱不全位错,求证两者之间的平衡间距dS ≈<是堆垛层错能>3-14 假定题图3-1中的这两个位错正在扩大,试问两个位错环在交互作用时,是因塞积而钉扎住还是形成一个大的位错环<请用图示说明>?bCDb。
