材料科学基础复习题

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1、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

2、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

3、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

4、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。第二章：晶体学基础121.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：（01）、（13）晶面和[20]、[2]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

5、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

6、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

7、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密排晶向上的原子密度123.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

8、.140）×10-9mm]3=78.4×10-30m3m=4×（55.8+16.0）/（0.6×1024/g）=479×10-24gρ=m/V=6.1×106g/m34.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