材料科学基础复习资料

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1、一:知识:1:晶面和晶向:晶面:(hkl);晶向:[hkl];2:对于能量和熵的判断:(1):G=H-TS,高温主要考虑熵作用(熔化等),低温主要考虑能量作用(常温等),较高温度时综合考虑;(2):分析:能量分为结合能和应变能。结合能:可用简单立方系或平面正方点阵,观察过程前后键数量的变化(最近邻假设);同时原子间距越小结合能越大(越稳定)。应变能:“偏离平衡状态越远,应变能越高”,同时(同样偏离距离)压应变的数值高于拉应变。熵:由S=KlnΩ,有:体系微观状态数越大,熵越高(应用此式说明时需注

2、意过程前后体系物质种类及数量不能变化);可用排列组合比较Ω。一般情况可直观感觉,体系越无序,所受的限制越少,熵越大。3:“属+种差”:对于词汇“ABC”:C是主要成分,A、B是对C的修饰。第一章问题P7-1:已知α-Fe的密度为7.8,其晶胞是立方的,每个晶胞中原子个数为2,求点阵常数。【】2:在一个晶胞内,画出(123)、(101)、(021)、(111)和[111]、[212]、[301]、[231]。【】3:根据立方系夹角公式,计算以下界面的夹角:(111)与(111);(110)和(11

3、1)。【】5:有一个反派角色问了该问题:(eπ)晶面该怎么画?如何看待他的问题?答:这个晶面只能近似地作出……但是不必考虑这个问题,因为高指数晶面没有意义。之所以无意义,是因为高指数晶面上的原子间距离很远,相互作用可忽略不计,没有研究价值。156:说明面心立方中(111)面间距最大,而体心立方中(110)面间距最大。【】P91:铜的密度为8.9,铝为2.7(8.9/2.7=3.3),但两者的原子量之比为63.5/27=2.35。请问两个比值不同说明了什么?(铜和铝结构相同)【】2:画出fcc(1

4、11)晶面和bcc(110)晶面的原子分布图。【】4:已知金刚石中C-C键长为0.155nm,求其密度。【】6:金刚石强度远高于石墨,但熔点却低于石墨。这是为什么?答:强度:金刚石中碳原子间皆以共价键相连,而石墨中层间作用力为较弱的范德华力(原子间)及离域π键(自由电子),强度取决于结合键中最弱的部分,因此金刚石强度远高于石墨;熔点:石墨中层间键为sp2杂化,金刚石中键为sp3杂化,sp2中s轨道比例大于sp3中比例,因此sp2键长小于sp3键长,破坏所需能量更高。故石墨熔点高于金刚石。P133

5、:证明金刚石的致密度为34%。【】P162:Cu、Au的熔化热几乎相等,但弹性模量ECu=123Gpa,EAu=79Gpa,他们相差较大,请问为什么?答:是因为,1个Cu原子提供2个自由电子,而Au只能1个,因此Cu中金属键密度大于Au,故弹性模量有较大差异。15P201:为什么共价键的金刚石致密度很低,而金属键的Cu等致密度很高?请从结合键的特点给予分析。答:由于电子云分布的特点,共价键的键角是确定的;这使得共价键晶体不能密排;而金属键是金属正离子与自由电子的作用,两者距离越近能量越低,因此金

6、属键晶体致密度很高。2:与“12-6”函数相比,“18-9”势函数更适合最近邻假设吗?为什么?【】?3:对金刚石晶体,能否用本节的思路(一层一层的)计算晶体的结合能?为什么?答:不能。因为金刚石中碳原子与最近邻的4个碳原子成共价键,而与其余原子仅有范德华力,因此其结合能几乎全部在最近邻原子上,完全不用考虑其余。5:面心立方计算到最近邻时,已计算到总结合能的69%。体心立方计算到最近邻时,计算的总结合能占总结合能的比例大于还是小于69%?计算到次近邻呢?【】P232:白色和橙色的乒乓球均匀混合在一

7、起,放在一个很大的筐里,这样的体系是不是固溶体?它与固溶体的主要差异何在?答:不是固溶体,因为该体系结构无序,不是晶体。(固溶体的基本要素:一:是晶体;二:该晶体结构不因溶质溶入而改变;三:溶质原子与溶剂原子在原子尺度上随机混合)3:为什么“A、B原子的半径差越大,形成的置换固溶体溶解度越小”?请用应变能、自由能、稳定性等概念解释。答:A、B原子的半径差越大,单位B置换A导致的应变能越高,因此在B溶入过程中系统自由能升高速度越快,在B比例更小的情况下G值即超过两相共存情况的G值。4:A、B电负性

8、差别大会导致什么结果?请用例子说明。答:电负性差别大,会生成稳定的有序固溶体。例如Fe3C.5:假设要配制30kg铜和70kg镍的固溶体,可以将纯镍和铜按需要称量,放入坩埚中加热到两者皆熔化,将融化的铜镍液体缓慢冷却,就能得到Cu-Ni固溶体。请从熵的角度分析为什么要熔化?答:因为,温度达到熔化后,熵起决定性的主导作用,所以镍和铜可以在这种情况下混合成为固溶体。P261:用一句话描述引入相互作用参数的目的。答:引入相互作用参数Ω的目的是表征键的类型变化引起的结合能变化。153:在25页图1-18

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