材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)顧宜習(xí)題中文習(xí)題與思考題

1、習(xí) 題第二章2-1.按照能級(jí)寫出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的電子排布（用方框圖表示）。2-2.的鎂原子有13個(gè)中子，11.17%的鎂原子有14個(gè)中子，試計(jì)算鎂原子的原子量。2-3.試計(jì)算N殼層內(nèi)的最大電子數(shù)。若K、L、M、N殼層中所有能級(jí)都被電子填滿時(shí)，該原子的原子序數(shù)是多少？2-4.計(jì)算O殼層內(nèi)的最大電子數(shù)。并定出K、L、M、N、O殼層中所有能級(jí)都被電子填滿時(shí)該原子的原子序數(shù)。2-5.將離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵按有方向性和無(wú)方向性分類，簡(jiǎn)單說(shuō)明理由。2-6.按照雜化軌道理論，說(shuō)明下列的鍵合形式：（1）CO2的分子鍵合 （2）甲烷CH4的分子鍵合 （3）乙烯C2H4的分子鍵合 （4）水H

2、2O的分子鍵合（5）苯環(huán)的分子鍵合 （6）羰基中C、O間的原子鍵合2-7.影響離子化合物和共價(jià)化合物配位數(shù)的因素有那些？2-8.試解釋表2-3-1中，原子鍵型與物性的關(guān)系？2-9.0時(shí)，水和冰的密度分別是1.0005 g/cm3和0.95g/cm3，如何解釋這一現(xiàn)象？2-10.當(dāng)CN=6時(shí)，K+離子的半徑為0.133nm(a)當(dāng)CN=4時(shí)，半徑是多少？(b)CN=8時(shí)，半徑是多少？2-11.(a)利用附錄的資料算出一個(gè)金原子的質(zhì)量？(b)每mm3 的金有多少個(gè)原子？(c)根據(jù)金的密度，某顆含有1021個(gè)原子的金粒，體積是多少？(d)假設(shè)金原子是球形(rAu=0.1441nm),并忽略金原子之間

3、的空隙，則1021個(gè)原子占多少體積？(e)這些金原子體積占總體積的多少百分比？2-12.一個(gè)CaO的立方體晶胞含有4個(gè)Ca2+離子和4個(gè)O2-離子，每邊的邊長(zhǎng)是0.478nm，則CaO的密度是多少？2-13.硬球模式廣泛的適用于金屬原子和離子，但是為何不適用于分子？2-14.計(jì)算（a）面心立方金屬的原子致密度；（ b）面心立方化合物NaCl的離子致密度（離子半徑rNa+=0.097，rCl-=0.181）；（C）由計(jì)算結(jié)果，可以引出什么結(jié)論？2-15.鐵的單位晶胞為立方體，晶格常數(shù) a=0.287nm，請(qǐng)由鐵的密度算出每個(gè)單位晶胞所含的原子個(gè)數(shù)。2-16.鈦的單位晶胞含有兩個(gè)原子，請(qǐng)問(wèn)此單位晶

4、胞的體積是多少？2-17.計(jì)算面心立方、體心立方和密排六方晶胞的致密度。2-18.在體心立方結(jié)構(gòu)晶胞的（100）面上按比例畫出該面上的原子以及八面體和四面體間隙。2-19.鍵合類型是怎樣影響局部原子堆垛的？2-20.厚度0.08mm、面積670mm2的薄鋁片(a)其單位晶胞為立方體，a=0.4049nm，則此薄片共含多少個(gè)單位晶胞？(b)鋁的密度2.7Mg/m3，則每個(gè)單位晶胞的質(zhì)量是多少？2-21.(a)在每mm3的固體鋇中含有多少個(gè)原子？(b)其原子堆積因子是多少？(c)鋇屬于哪一種立方體結(jié)構(gòu)？(原子序=56，原子質(zhì)量=137.3aum，原子半徑=0.22nm，離子半徑=0.143 nm，

5、密度=3.5Mg/m3)2-22.由X射線衍射數(shù)據(jù)顯示，MgO立方體的單位晶胞尺寸是0.412nm，其密度3.83Mg/m3，請(qǐng)問(wèn)在每單位晶胞中有多少M(fèi)g2+離子和O2-離子?2-23.鉆石結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)a為0.357nm，當(dāng)它轉(zhuǎn)變成石墨時(shí)，體積變化的百分比是多少？（石墨密度2.25Mg/m3）2-24.方向?yàn)?11的直線通過(guò)1/2，0，1/2點(diǎn)，則在此直線上的另外兩點(diǎn)的坐標(biāo)是什么？2-25.(a)在立方體系中，100方向和211方向的夾角是多少？(b)011方向和111方向的夾角是多少？2-26.一平面與晶體兩軸的截距為a=0.5,b=0.75,并且與Z軸平行，則此平面的米勒指標(biāo)是什么？2-

6、27.一平面與三軸的截距為a=1,b=-2/3,c=2/3, 則此平面的米勒指標(biāo)是什么？2-28.(a)方向族<111>的那些)方向是在鐵的（101）平面上?(b)方向族<110>的那些)方向是在鐵的（110）平面上?2-29.氯化鈉晶體被用來(lái)測(cè)量某些X光的波長(zhǎng)，對(duì)氯離子的d111間距而言，其繞射角2q為 27°30´(a)X光的波長(zhǎng)是多少？（NaCl晶格常數(shù)為0.563nm）(b)若X光的波長(zhǎng)為0.058nm，則其衍射角2q是多少？2-30.某X光波長(zhǎng)0.058nm ，用來(lái)計(jì)算鋁的d200, 其衍射角2q為16.47°，求晶格常數(shù)為多少？

7、2-31.請(qǐng)算出能進(jìn)入fcc銀的填隙位置而不擁擠的最大原子半徑。2-32.碳原子能溶入fcc 鐵的最大填隙位置：(a)每個(gè)單元晶胞中有多少個(gè)這樣的位置？(b)在此位置四周有多少鐵原子圍繞？2-33.一個(gè)熔體含30m/o MgO和70m/o LiF： (a) Li+,Mg2+,F-和O2-的w/o是多少？(b)密度是多少？2-34.請(qǐng)找出能進(jìn)入bcc鐵填隙位置的最大原子的半徑（暗示：最大空洞位在1/2，1/4，0位置）。2-35.碳和氮在-Fe中的最大固溶度分別為8.9%和10.3%，已知碳、氮原子均占據(jù)八面體間隙，試分別計(jì)算八面體間隙被碳原子和氮原子占據(jù)的百分?jǐn)?shù)。2-36.fcc間隙位置的配位

8、數(shù)是什么？如果每一個(gè)間隙位置都被小原子或離子占滿，則會(huì)產(chǎn)生什么樣的結(jié)構(gòu)？2-37.如果Fe3+/Fe2+比為0.14，則FeO的密度是多少？（FeO為NaCl結(jié)構(gòu)；（r0+rFe）平均為0.215nm）2-38.如果在固溶體中每個(gè)Zr離子中加入一個(gè)Ca2+離子，就可能形成ZrO2的立方體，因此陽(yáng)離子形成fcc結(jié)構(gòu)，而O2-離子位于四重對(duì)稱位置，（a）每100個(gè)陽(yáng)離子有多少個(gè)O2-離子存在？（b）有多少百分比的四重對(duì)稱位置被占據(jù)？2-39.在溫度為912時(shí)，鐵從bcc轉(zhuǎn)變到fcc 。此溫度時(shí)鐵的兩種結(jié)構(gòu)的原子半徑分別是0.126nm和0.129nm，（1）求其結(jié)構(gòu)變化時(shí)的體積變化V/O。（2）從

9、室溫加熱鐵到1000，鐵的體積將如何變化？2-40.固體材料存在哪些結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變類型？受哪些因素的影響？舉例說(shuō)明。2-41.某熔化的Pb-Sn焊錫具共晶溫度，假設(shè)此焊錫50g加熱到200，則有多少克的錫能熔進(jìn)此焊錫中？（參見(jiàn)圖2-7-13）2-42.某65Cu-35Zn黃銅（參見(jiàn)圖2-6-1）由300加熱到1000，則每隔100有哪些相會(huì)出現(xiàn)？2-43.為什么金屬、金屬氧化物、無(wú)機(jī)化合物（氮化物等）具有高的表面能，而有機(jī)物（包括高聚物）表面能很低？2-44.為什么表面能和表面張力具有相同的量綱？影響材料表面能高低的實(shí)質(zhì)是什么？第三章3-1與金屬材料和無(wú)機(jī)非金屬材料比較，高分子材料的組成和結(jié)構(gòu)有什么

10、特征？3-2為什么會(huì)出現(xiàn)高分子鏈聚集態(tài)結(jié)構(gòu)？高分子鏈聚集態(tài)結(jié)構(gòu)包含哪些內(nèi)容？3-3為什么高分子鏈具有一定柔性？3-4什么是聚合物共混復(fù)合材料？其基本特征是什么？3-5是否可以通過(guò)內(nèi)旋轉(zhuǎn)將無(wú)規(guī)立構(gòu)聚丙烯轉(zhuǎn)變?yōu)槿?gòu)聚丙烯？為什么？在全同立構(gòu)聚丙烯晶體中，分子鏈?zhǔn)欠癯薀o(wú)規(guī)線團(tuán)構(gòu)象？3-6.下列高聚物中哪些是結(jié)晶性的，哪些是非晶性的？（1）聚乙烯；（2）全順式1.3聚異戊二烯；（3）尼龍6；（4）聚碳酸酯；（5）乙烯和丙烯的無(wú)規(guī)共聚物；（6）全同立構(gòu)聚甲基丙烯酸甲酯；（7）間同立構(gòu)聚氯乙烯；（8）無(wú)規(guī)立構(gòu)聚丙烯；（9）固化酚醛塑料；（10）聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯；（11）ABS；（12）聚乙烯醇。3

11、-7.總結(jié)一下，與低分子物質(zhì)相比，高聚物的分子結(jié)構(gòu)和分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)有哪些重要特點(diǎn)？3-8.下列s鍵的旋轉(zhuǎn)位能均小于H2C-CH2 ，請(qǐng)解釋 H2C-O O=C-CH2 H2C-NH N2C-S Si-O H2C-CH=3-9.簡(jiǎn)要說(shuō)明聚合物晶體與金屬晶體、離子晶體和無(wú)機(jī)共價(jià)晶體的主要差別。3-10影響多組分體系相分離有那些因素？3-11.聚合物共聚物形態(tài)結(jié)構(gòu)有那些基本類型？其結(jié)構(gòu)是怎樣的？各舉一個(gè)例子。3-12.高聚物有幾種主要結(jié)晶形式？其中的高分子鏈的構(gòu)象是怎樣的？3-13.從結(jié)構(gòu)分析，為什么PTFE具有極低的表面張力，并說(shuō)明其粘結(jié)性能。3-14.為什么高分子鏈具有柔性？試比較下列各組內(nèi)高分

12、子鏈柔性的大小并簡(jiǎn)要說(shuō)明理由：（1）聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯；（2）聚乙烯、聚乙炔、聚甲醛；（3）聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯；（4）聚甲醛、聚苯醚；（5）尼龍66、聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺。3-15聚合物基復(fù)合材料的界面粘結(jié)劑的主要影響因素有哪些？如何提高復(fù)合材料的界面粘結(jié)性？3-16.增混劑和偶聯(lián)劑的作用是什么？有何異同點(diǎn)？3-17無(wú)機(jī)玻璃和網(wǎng)絡(luò)聚合物有何異同之處？從結(jié)構(gòu)及物理狀態(tài)的變化說(shuō)明。3-18歸納金屬、陶瓷、高分子材料在組成和結(jié)構(gòu)方面的主要異同點(diǎn)。3-19.一玻璃含80%(wt)的SiO2和20%(wt)的Na2O，問(wèn)非橋氧的分?jǐn)?shù)為多少？3-20簡(jiǎn)述無(wú)機(jī)非金屬材料中不同鍵合類型對(duì)材料性能

13、的影響，并舉例進(jìn)行說(shuō)明。3-21在離子晶體中，密堆積的負(fù)離子恰好互相接觸并與中心正離子也恰好相互接觸時(shí)，正負(fù)離子的半徑比為臨界半徑比：（1）立方體配位（2）八面體配位；（3）四面體配位；（4）三角形配位。3-22.CaTiO3為標(biāo)準(zhǔn)鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)述其結(jié)構(gòu)特征，分析其中鈣離子、鈦離子和氧離子的配位數(shù)。3-23黏土、滑石和云母同為層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽，為什么它們卻表現(xiàn)出非常大的機(jī)械性能差異？3-24.簡(jiǎn)要說(shuō)明硅酸鹽的幾種結(jié)構(gòu)單元的主要特點(diǎn)。3-25（a）99.8Fe和0.2C鋼在800是什么相？（b）寫出這些相的成分,（c）這些相各是多少百分比？3-26解釋以下名詞金屬鍵、晶格、晶胞、合金、組元、相、

14、機(jī)械混合物、鐵素體、奧氏體、滲碳體、馬氏體、黃銅、青銅、形變鋁合金、非晶態(tài)3-27.最常見(jiàn)的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？3-28默畫出Fe-Fe3C相圖，說(shuō)明相圖中的主要點(diǎn)、線的意義，填出各相區(qū)的主要組織組成物。3-29總結(jié)鐵碳合金中滲碳體的形態(tài)對(duì)合金性能影響的特點(diǎn)？3-30鋼和鑄鐵在成分、組織和性能上的主要區(qū)別是什么？3-31什么是再結(jié)晶？如何選定再結(jié)晶退火溫度？鋼的再結(jié)晶退火溫度是多少？3-32試比較各類鑄鐵之間的性能差別？第四章4-1.鋁的彈性模量為70GPa，泊松比為0.34，在83MPa的靜水壓時(shí)，此單位晶胞體積是多少？4-2.下列何者的壓縮性比較大？泊松比為0.29的鐵或泊松比為0.37

15、的黃銅？4-3.直徑為12.83mm的試棒，標(biāo)距長(zhǎng)度為50mm，軸向受200KN的作用力后拉長(zhǎng)0.456mm，且直徑變成12.79mm，（a）此試棒的體積模量是多少？（b）剪切模量是多少？4-4.一硫化的橡膠球受到1000psi的靜水壓力，直徑減少了1.2%，而相同材質(zhì)的試棒在受到75psi的拉應(yīng)力時(shí)伸長(zhǎng)2.1%，則此橡膠棒的泊松比為多少？4-5.在聚苯乙烯中加入15-20%的丁苯橡膠后抗沖擊強(qiáng)度大大提高，請(qǐng)解釋原因，并繪出共混前后PS的-曲線示意圖。4-6.已知溫度為25時(shí)五種高聚物的性能，用下面列的名稱來(lái)識(shí)別是哪種高聚物，并說(shuō)明原因。a.拉伸強(qiáng)度 伸長(zhǎng)率 沖擊強(qiáng)度（懸臂梁） 彈性模量MPa

16、 % N·m MPa×103（1） 62.1 110 19.04 2.415(2) 51.8 0 0.41 6.90 (3) 27.6 72 4.08 0.828 (4) 69.0 0 1.09 6.90 （5） 17.3 200 5.44 0.414 名稱：環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯、聚乙烯、酚醛樹脂、聚碳酸酯b.指出上述樹脂哪些是不透明的。4-7.一條212cm長(zhǎng)的銅線，直徑是0.76mm。當(dāng)外加載荷8.7Kg時(shí)開始產(chǎn)生塑性變形（a）此作用力是多少牛頓？（b）外加載荷15.2kg時(shí)，此線的應(yīng)變是0.011，則除去載荷后，銅線的長(zhǎng)度是多少？（c）此銅線的屈服強(qiáng)度是多少？4-8沖

17、擊試驗(yàn)機(jī)的擺錘重10kg，自質(zhì)量中心到擺動(dòng)支點(diǎn)的距離是75cm，擺錘舉高到120。后釋放。打斷試片后，擺錘升高到90。，此試片吸收了多少能量？4-9從拉伸試驗(yàn)如何獲得常用的力學(xué)性能數(shù)據(jù)？4-10請(qǐng)分別說(shuō)明三種彈性模量。4-11陶瓷材料的力學(xué)性能有何特點(diǎn)并做出簡(jiǎn)要的解釋。4-12熱處理（退火）的實(shí)質(zhì)是什么？它對(duì)材料的拉伸強(qiáng)度、硬度、尺寸穩(wěn)定性、沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率有什么影響？4-13有哪些方法可以改善材料的韌性，試舉例說(shuō)明。4-14.有哪些途徑可以提高材料的剛性？4-15高聚物的實(shí)際強(qiáng)度大大低于理論強(qiáng)度，你能從哪些方面給予解釋？4-16孿生與滑移有何區(qū)別？在哪些情況下可以看到金屬中的變形孿晶？4

18、-17畫出bcc金屬的（112）平面，并指出<111>滑動(dòng)方向在這平面上。4-18請(qǐng)解釋雜質(zhì)原子會(huì)阻止差排的移動(dòng)。4-19某鋼板的屈服強(qiáng)度為690MPa，KIC值為70MPa·m1/2，如果可容許最大裂縫是2.5mm，且不許發(fā)生塑性變形，則此鋼的設(shè)計(jì)極性強(qiáng)度是多少？4-20玻璃的理論強(qiáng)度超過(guò)7000MPa。一塊平板玻璃在60MPa彎曲張力下破壞。我們假定裂紋尖端為氧離子尺寸（即裂紋尖端曲率半徑為氧離子半徑，RO2-=0.14nm），問(wèn)對(duì)應(yīng)這種低應(yīng)力斷裂，相應(yīng)的裂紋深度為多大？4-21某鋼材的屈服強(qiáng)度為1100MPa,抗拉強(qiáng)度為1200MPa，斷裂韌性（KIC）為90MPa

19、·m1/2。（a）在一鋼板上有2mm的邊裂，在他產(chǎn)生屈服之前是否會(huì)先斷裂？（b）在屈服發(fā)生之前，不產(chǎn)生斷裂的可容許斷裂縫的最大深度是多少？（假設(shè)幾何因子Y等于1.1，試樣的拉應(yīng)力與邊裂紋垂直）4-22.簡(jiǎn)要說(shuō)明金屬斷裂的類型及其特征。4-23冷變形金屬在加熱過(guò)程中要發(fā)生哪些變化？簡(jiǎn)要說(shuō)明再結(jié)晶過(guò)程的一般規(guī)律。4-24.按照粘附摩擦的機(jī)理，說(shuō)明為什么極性高聚物與金屬材料表面間的摩擦系數(shù)較大，而非極性高聚物則較小。4-25.SN曲線是怎樣得到的？它有何特點(diǎn)和用途？4-26.寫出下列物理量的量綱：（1）摩爾熱容；（2）比熱容；（3）線膨脹系數(shù)和體膨脹系數(shù)；（4）熱導(dǎo)率4-27為什么非晶態(tài)高

20、聚物在玻璃化轉(zhuǎn)變前后熱膨脹系數(shù)不同？4-28有一塊面積為0.25m2、厚度為10mm的25#鋼板，兩表面的溫度分別為300和100，試計(jì)算該鋼板每小時(shí)損失的熱量？4-29.試從金屬、陶瓷和高聚物材料的結(jié)構(gòu)差別解釋它們?cè)跓崛荨崤蛎浵禂?shù)和熱導(dǎo)率等性能方面的差別。4-30何為半分解溫度？它與高分子化學(xué)鍵之間有什么關(guān)系？4-31為什么耐熱塑料的分子主鏈上多有苯環(huán)或雜環(huán)？為什么天然橡膠、順丁橡膠不耐老化而乙丙橡膠卻具有良好的耐老化性能？4-32討論影響材料熱膨脹性的主要因素？4-33為什么高分子材料是熱的不良導(dǎo)體？4-34高分子材料的阻燃性主要由哪幾個(gè)指標(biāo)表示？4-35增加高分子材料的阻燃性一般有哪些

21、方法？4-36寫出下列物理量的量綱：（1）電阻率；（2）電導(dǎo)率；（3）遷移率；（4）禁帶寬度；（5）極化率；（6）相對(duì)介電常數(shù)；（7）介電損耗；（8）介電強(qiáng)度4-37試述導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的電子能帶結(jié)構(gòu)區(qū)別。4-38已知硅和鍺在300K的電阻率分別為2.3×103·m和0.46·m，試分別計(jì)算硅和鍺在250的電導(dǎo)率。4-39為什么金屬材料的電導(dǎo)率隨溫度的升高而降低，半導(dǎo)體和絕緣材料的電阻率卻隨著溫度的升高而下降？為什么非本征半導(dǎo)體的電阻率對(duì)溫度的依賴性比本征半導(dǎo)體的電阻率對(duì)溫度的依賴性小？當(dāng)溫度足夠高時(shí)，為什么非本征半導(dǎo)體的電導(dǎo)率與本征基材的電導(dǎo)率趨于一致？4-

22、40試述介電材料在電場(chǎng)中的極化機(jī)理，寫出介電常數(shù)與極化強(qiáng)度之間的關(guān)系。4-41分別畫出非極性分子和極性分子組成的介電材料與電場(chǎng)頻率的關(guān)系曲線，指出不同頻率范圍內(nèi)的極化機(jī)理。4-42.在下列高聚物材料中，哪些有可能利用高頻塑化法加工成型？（1）酚醛樹脂；（2）聚乙烯；（3）聚苯乙烯；（4）聚氯乙烯4-43同一聚合物處在高彈態(tài)時(shí)的電阻率遠(yuǎn)低于玻璃態(tài)時(shí)的電阻率，從材料結(jié)構(gòu)因素解釋這一現(xiàn)象。4-44產(chǎn)生介電損耗的原因是什么？主要的影響因素有哪些？4-45寫出下列物理量的量綱：（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度；（2）磁化強(qiáng)度；（3）磁導(dǎo)率和相對(duì)磁導(dǎo)率；（4）磁化率； 4-46鐵磁性材料和稀土磁性材料的磁性來(lái)源有何異同點(diǎn)？4-47軟磁材料和硬磁材料在結(jié)構(gòu)上主要區(qū)別是什么？列舉幾種常見(jiàn)的軟磁材料和硬磁材料。4-48為什么金屬對(duì)可見(jiàn)光是不透明的？元素半導(dǎo)體硅和鍺對(duì)可見(jiàn)光是否透明？4-49已知碲化鋅的Eg=2.26eV，它對(duì)哪一部分可見(jiàn)光透明？4-50當(dāng)可見(jiàn)光垂直入射并透過(guò)20mm厚的某種透明材料時(shí)，透射率為0.85，當(dāng)該種透明材料的厚度增加到40mm時(shí)，透射率為多少？已知該透明材料的折射率為1.6。4-51金屬的顏色取決于什么？4-52為什么