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