材料科学基础课后答案,刘智恩.docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划材料科学基础课后答案,刘智恩　　第一章原子排列　　1.作图表示立方晶系中的晶面和晶向　　.　　附图1-1有关晶面及晶向　　2.分别计算面心立方结构与体心立方结构的{100},{110}和{111}晶面族的面间距,并指出面间距最大的晶面(设两种结构的点阵常数均为a).　　解由面心立方和体心立方结构中晶面间的几何关系,可求得不同晶面族中的面间距如附表1-1所示.　　附表1-1立方晶系中的晶面间距　　显然,FCC中{111}晶面的面间距最大,而BCC中{110}晶面的面间距最大.注意:对于晶面间距的计算,不能简单地使用公式,应考虑组成复合点阵时,晶面层数会增加.　　3.分别计算fcc和bcc中的{100},{110}和{111}晶面族的原子面密度和,和晶向族的原子线密度,并指出两种结构的差别.(设两种结构的点阵常数均为a)　　解原子的面密度是指单位晶面内的原子数;原子的线密度是指晶面上单位长度所包含的原子数.据此可求得原子的面密度和线密度如附表1-2所示.　　附表1-2立方晶系中原子的面密度和线密度　　可见,在BCC中,原子密度最大的晶面为{110},原子密度最大的晶向为;在FCC中,原子密度最大的晶面为{111},原子密度最大的晶向为.4.在晶面上绘出晶向.解详见附图1-2.　　附图1-2六方晶系中的晶向　　5.在一个简单立方二维晶体中,画出一个正刃型位错和一个负刃型位错.试求:(1)用柏氏回路求出正、负刃型位错的柏氏矢量.(2)若将正、负刃型位错反向时,说明其柏氏矢量是否也随之反向.(3)具体写出该柏氏矢量的方向和大小.(4)求出此两位错的柏氏矢量和.　　解正负刃型位错示意图见附图1-3(a)和附图1-4(a).(1)正负刃型位错的柏氏矢量见附图1-3(b)和附图1-4(b).　　(2)显然,若正、负刃型位错线反向,则其柏氏矢量也随之反向.(3)假设二维平面位于YOZ坐标面,水平方向为Y轴,则图示正、负刃型位错方向分别为[010]和[0,大小均为一个原子间距(即点阵常数a).(4)上述两位错的柏氏矢量大小相等,方向相反,故其矢量和等于0.　　6.设图1-72所示立方晶体的滑移面ABCD平行于晶体的上下底面,该滑移面上有一正方形位错环.如果位错环的各段分别与滑移面各边平行,其柏氏矢量b//AB,试解答:　　(1)有人认为“此位错环运动离开晶体后,滑移面上产生的滑移台阶应为4个b”,这种说法是否正确?为什么?　　(2)指出位错环上各段位错线的类型,并画出位错移出晶体后,晶体的外形、滑移方向和滑移量.(设位错环线的方向为顺　　时针方向　　)　　图1-72滑移面上的正方形位错环附图1-5位错环移出晶体引起的滑移　　解(1)这种看法不正确.在位错环运动移出晶体后,滑移面上下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的.位错环的柏氏矢量为b,故其相对滑移了一个b的距离.　　(2)A′B′为右螺型位错,C′D′为左螺型位错,B′C′为正刃型位错,D′A′为负刃型位错.位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量见附图1-5.　　7.设面心立方晶体中的(晶面为滑移面,位错滑移后的滑移矢量为(1)在晶胞中画出此柏氏矢量b的方向并计算出其大小.　　(2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向,并写出此二位错线的晶向指数.　　解(1)柏氏矢量等于滑移矢量,因此柏氏矢量的方向为,　　/2.(2)刃型位错与柏氏矢量垂直,螺型位错与柏氏矢量平行,晶向指数分别为[112]和　　,详见附图　　a　　2　　.　　1-6.　　附图1-6位错线与其柏氏矢量、滑移矢量8.若面心立方晶体中有后产生位错反应.　　(1)此反应能否进行?为什么?　　(2)写出合成位错的柏氏矢量,并说明合成位错的性质.解(1)能够进行.因为既满足几何条件:　　b?　　a　　2　　a　　[126　　的单位位错及　　b?　　的不全位错,此二位错相遇　　?b　　前　　?　　?b　　后　　?　　a　　]3　　,又满足能量条件:.　　?b　　2前　　?　　22　　a?3　　?b　　2后　　?　　123　　.　　a　　b合?3(2),该位错为弗兰克不全位错.　　9.已知柏氏矢量的大小为b=,如果对称倾侧晶界的取向差θ=1°和10°,求晶界上位错之间的距离.从计算结果可得到什么结论?解根据　　D?　　b　　?　　,得到θ=1°,10°时,D≈,由此可知,θ=10°时位　　错之间仅隔5~6个原子间距,位错密度太大,表明位错模型已经不适用了.第二章固体中的相结构　　1.已知Cd,In,Sn,Sb等元素在Ag中的固熔度极限(摩尔分数)分别为,,,;它们的原子直径分别为nm,nm,nm,nm;Ag的原子直径为nm.试分析其固熔度极限差异的原因,并计算它们在固熔度极限时的电子浓度.　　答:在原子尺寸因素相近的情况下,熔质元素在一价贵金属中的固熔度(摩尔分数)受原子价因素的影响较大,即电子浓度e/a是决定固熔度(摩尔分数)的一个重要因素,而且电子浓度存在一个极限值(约为).电子浓度可用公式c?ZA(1?xB)?ZBxB计算.式中,ZA,ZB分别为A,B组元的价电子数;xB为B组元的摩尔分数.因此,随着熔质元素价电子数的增加,极限固熔度会越来越小.Cd,In,Sn,Sb等元素与Ag的原子直径相差不超过15%(最小的Cd为%,最大的Sb为%),满足尺寸相近原则,这些元素的原子价分别为2,3,4,5价,Ag为1价,据此推断它们的固熔度极限越来越小,实际情况正好反映了这一规律;根据上面的公式可以计算出它们在固熔度(摩尔分数)极限时的电子浓度分别为,,,　　2.碳可以熔入铁中而形成间隙固熔体,试分析是α-Fe还是γ-Fe能熔入较多的碳.答:α-Fe为体心立方结构,致密度为;γ-Fe为面心立方结构,致密度为显　　材料科学基础　　上课班级：金属材料00级　　主讲教师：吕宇鹏　　XX－XX学年第一学期　　绪论　　1课程性质：技术基础课。

　　2学习材料科学的重要性　　材料科学　　研究材料的成分、组织结构、加工工艺与性能之间关系的科学材料科学在社会与社会发展中的地位　　①社会需求是材料发展的巨大动力　　信息与材料：信息获取－信息传递－信息贮存－信息显示－信息处理　　②能源与材料：贮氢材料、太阳能电池材料、核能用材料　　③航空航天材料：发动机、汽轮机部件、火箭喷嘴等　　④人与材料：金属、无机、高分子及其复合材料　　材料的四大家族　　①金属材料：综合性能等　　②陶瓷材料：高温、稳定性能等　　③高分子材料；耐腐蚀等特殊性能　　④复合材料：1＋1大于2　　3内容安排　　内容核心：材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系及其在各种条件下的变化规律　　内容结构　　材料学原理―相变原理―工程与功能材料学　　学时安排　　总学时：114　　实验：12　　4学习方法　　提纲挈领、记好笔记、及时复习　　5教材与参考书　　教材　　刘智恩.材料科学基础.西北工业大学出版社.XX年8月第一版　　参考书　　石德柯.材料科学基础.机械工业出版社.1999年5月第一版　　赵品.材料科学基础教程.哈尔滨工业大学出版社.XX年三月第二版殷景华.功能材料概率.哈尔滨工业大学出版社.1999年8月第一版　　预习名词：金属键、晶体、空间点阵、晶体结构、晶胞　　第一章材料中的原子排列　　第一节原子的结合方式　　1原子结构　　2原子结合键　　离子键与离子晶体　　原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；　　离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。

如氧化物陶瓷　　共价键与原子晶体　　原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；　　原子晶体：强度高、硬度高、熔点高、脆性大、导电性差如高分子材料　　金属键与金属晶体　　原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高　　金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式　　分子键与分子晶体　　原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性　　分子晶体：熔点低，硬度低如高分子材料　　氢键：X-H---Y，有方向性，如O-H—O　　混合键如复合材料　　3结合键分类　　一次键：金属键、共价键、离子键　　二次键：分子键和氢键　　4原子的排列方式　　晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列长程有序，各向异性　　非晶体：――――――――――不规则排列长程无序，各向同性　　第二节原子的规则排列　　一晶体学基础　　1空间点阵与晶体结构　　空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列图1-5特征：a原子的理想排列；b有14种　　其中：　　空间点阵中的点－阵点它是纯粹的几何点，各点周围环境相同描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。

　　空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞　　晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列　　特征：a可能存在局部缺陷；b可有无限多种　　2晶胞图1－6　　――－：构成空间点阵的最基本单元　　选取原则：　　a能够充分反映空间点阵的对称性；　　b相等的棱和角的数目最多；　　c具有尽可能多的直角；　　d体积最小　　形状和大小　　有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示　　晶胞中点的位置表示　　3布拉菲点阵图1－714种点阵分属7个晶系　　4晶向指数与晶面指数　　晶向：空间点阵中各阵点列的方向　　晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面　　国际上通用米勒指数标定晶向和晶面　　晶向指数的标定　　a建立坐标系确定原点、坐标轴和度量单位b求坐标u’,v’,w’　　c化整数u,v,w.　　d加[][uvw]　　说明：　　a指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向　　b负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向　　c晶向族：晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向用表示，数字相同，但排列顺序不同或正负号不同的晶向属于同一晶向族　　晶面指数的标定　　a建立坐标系：确定原点、坐标轴和度量单位。

b量截距：x,y,z　　c取倒数：h’,k’,l’　　d化整数：h,k,k　　e加圆括号：(hkl)　　说明：　　a指数意义：代表一组平行的晶面；　　b0的意义：面与对应的轴平行；　　c平行晶面：指数相同，或数字相同但正负号相反；　　d晶面族：晶体中具有相同条件，空间位向不同的各组晶面用{hkl}表示　　e若晶面与晶向同面，则hu+kv+lw=0;　　f若晶面与晶向垂直，则u=h,k=v,w=l　　六方系晶向指数和晶面指数　　a六方系指数标定的特殊性：四轴坐标系b晶面指数的标定　　标法与立方系相同(四个截距)；用四个数字(hkil)表示；i=-(h+k)c晶向指数的标定　　标法与立方系相同(四个坐标)；用四个数字(uvtw)表示；t=-(u+w)依次平移法：适合于已知指数画晶向　　坐标换算法：[UVW]~[uvtw]　　u=(2U-V)/3,。