发布时间 : 星期六 文章材料科学基础复习题更新完毕开始阅读
第一章：固体材料的原子结构与结合键
1.简述描述原子中一个电子的空间位置和能量的四个量子数。
（1）主量子数n——决定原子中电子能量以及与核的平均距离，即表示电子所处的量子壳层，它只限于正整数1，2，3，4，…量子壳层可用一个大写英文字母表示。
（2）轨道角动量量子数li——给出电子在同一量子壳层内所处的能级（电子亚层），与电子运动的角动量有关，取值为0，1，2，……，n-1。
（3）磁量子数mi——给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。每个li下的磁量子数的总数为2li+1。
（4）自旋角动量量子数si——反映电子不同的自旋方向。si规定为+1/2和-1/2。
2.原子核外电子的排布规律的三个原则。
（1）能量最低原理：电子的排布总是尽可能使体系的能量最低。也就是说，电子总是先占据能量最低的壳层，只有当这些壳层布满后，电子才依次进入能量较高的壳层；
（2）泡利（Pauli）不相容原理：在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子，即不可能有上述四个量子数都相同的两个电子。
（3）洪德（Hund）定则：在同一亚层中的各个能级中，电子的排布尽可能分占不同的能级，而且自旋方向相同。当电子排布为全充满、半充满或全空时，是比较稳定的，整个原子的能量最低。
3.与非金属相比，金属为什么具有良好的塑性？ 主要源于金属的结合键——金属键。
金属键是由金属阳离子与分布其中的自由电子组成的。金属键没有方向性，阳离子之间改变相对位置并不会破坏电子与阳离子间的结合力，因而金属具有良好的塑性。
4.为什么大多数金属材料的密度很高？
金属的密度高有两个原因：其一是金属元素有较高的相对原子质量：其二是金属键的结合方式没有方向性，所以金属原子总是趋于密集排列。
5.说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义，说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。
热力学条件分析了过程的推动力，而动力学则考虑了阻力的大小，材料最终得到什么结构取决于何者起到支配作用。如果获得稳态结构的转变过程阻力并不大，那么热力学的推动力就起支配作用，材料最终得到稳态结构。相反，如果稳态转变的阻力很大，稳态结构便难以实现，体系将寻求另一种阻力（较小的转变过程，尽管其热力学推动力不如稳态转变有利，但由于阻力小，动力学起了支配作用，最终得到亚稳态结构。
1
第二章：晶体学基础
1.作图题（10分）：画出立方晶系中具有下列密勒指数的晶面和晶向：（301）、（132）晶面和[201]、[122]晶向。
2.简述空间点阵与晶体结构的异同点。
空间点阵和晶体结构都是描述物质的质点（或原子）在三维空间的排列情况。
空间点阵：是将质点抽象成几何点，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，由于各阵点周围环境相同的要求，它只有14种类型。
晶体结构：是指晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况，它们能组成各种类型，因此实际存在的晶体结构是无限多的。
3.分别计算面心立方晶格与体心立方晶格的｛100｝、｛110｝、｛111｝晶面族的面间距，并指出面间距最大的晶面（设两种晶格的点阵常数均为a）。
第三章：材料的晶体结构-课后作业
1.计算1g铁中含有多少个原子？在室温和950℃时各含有多少个晶胞？ 8. 铝的原子半径为0.1431nm，原子量为26.97，试计算铝的密度。
9. 钼具有体心立方结构，其密度为10.2×103kg/m3，原子量为95.94，试求钼的原子半径。 10. (1) 算出fcc和bcc晶体中四面体间隙和八面体间隙的大小，用原子半径R表示，并注明间隙中心的坐标。
(2) 标出溶解在γ-Fe中的碳原子所处的位置，若此类位置全部被碳原子所占据，那么试问在这种情况下，γ-Fe能溶解多少质量分数的碳？而实际上碳在铁中的最大溶解度是多少，两者存在差异的原因是什么？
1.分别说明体心立方、面心立方、密排六方的晶胞中的原子数、配位数和致密度各为多少？
2.指出面心立方晶体中的最密排晶面及最密排晶向，并计算它们的面密度及线密度？ 解：面心立方结构的原子最密排晶面为（111），
最密排晶向为[110]
密排面上的原子密度
3?1?3?162?43
??21?2a?6a3a22 密排晶向上的原子密度
2
2?1?122? ??
a2a
3.计算具有NaCl型结构的FeO的密度（假设Fe与O离子的数目相等）。已知铁离子的半径为0.074nm，氧离子半径为0.140nm；铁的相对原子质量为55.8，氧的相对原子质量为16.0。 解：由于FeO具有NaCl型结构，所以单位晶胞中有4Fe2-及4O2- 则有
V=a3=[2×（0.074+0.140）×10-9mm]3=78.4×10-30m3 m=4×（55.8+16.0）/（0.6×1024/g）=479×10-24g
ρ=m/V=6.1×106g/m3
4.间隙固溶体和间隙化合物有何异同点？ 1）不同点
晶体结构上：间隙固溶体属于固溶体相，保持溶剂的晶格类型，而间隙化合物属于金属化合物相，形成不同于其组元的新点阵。机械性能上：间隙固溶体强度、硬度较低，塑性、韧性较好；而间隙化合物高硬度、高熔点，塑性、韧性差。表达方式上：间隙固溶体以α、β、γ等表示；而间隙化合物用化学分子式MX、M2X等表示。 2）相同点
一般均由过渡族金属与原子半径较小的C、N、H、O等非金属元素组成。
5.简述影响固溶体溶解度的四个主要因素。
答：四个主要因素包括：晶体结构类型，相对原子半径差，电负性因素，电子浓度因素。
第四章：晶体缺陷-课后作业
6.若在铝单晶体（111）面上存在b1=应时：
（1）试写出位错反应式，并用能量条件判明反应进行的方向； （2）说明新位错的性质。
7.试说明下列各位错反应是否可以进行：
aa101?和b2=?011?位错，当它们发生位错反?22aaa101???211???112? ?266aaa?100???111???111?
22
aa111???111??a?110? ?22aaa?112???111???111? 3268.设面心立方晶体（111）面上有一位错，当它沿110方向发生切变为??a时，图示2 3
并写出该单位位错的柏氏矢量；若该位错为刃型位错或螺型位错时，试分别指出其位错线的方向。
1.在面心立方晶体中有下述位错反应：a/2[101]+a/6[121]→a/3[111]，判断该反应能否进行。 反应几何条件：
a[101]?a[121]?3a[101]?a[121]?a[111]
26663反应能量条件：
22a222a222?b?(21?1)?(61?2?3)?3a22 12a2222??(??)a?b反应后31113?b反应前??b反应后2反应前故此反应能够进行。
2.简述柯垂尔（Cotrrell）气团对材料强化的影响。
通常把溶质原子在位错周围的聚集称为柯氏气团。当具有柯氏气团的位错在外力作用下脱离溶质原子时，势必升高应变能，相当于溶质原子对位错产生钉扎作用，使位错的运动阻力增大，提高了材料的强度。
3.写出扩展位错宽度d的表达式，简要说明d与层错能γ之间的关系 （1）扩展位错宽度d的表达式 d?G(b2?b3)；
2??（2）扩展位错宽度d与层错能γ 成反比，γ越大扩展位错宽度d越小。
4.如果fcc晶体中单位位错的伯氏矢量b1与肖克莱不全位错的b2=[211]反应，形成弗兰克不全位错的b3=[111]，请回答下列问题 （1）参与反应的单位位错的柏氏矢量b1=b3-b2=（2）验证上述位错反应能否进行：
①几何条件：?b前= b1 +b2=[111],?b后= b3 =[111]；?b前=?b后 4a22a22a2a22②能量条件：?b前=>?b后=； ??63632a6a3a[011] 2a3a3③根据几何条件及能量条件，反应可以进行。
4