材料科學基礎(chǔ)習題4上課講義

1、學習資料第 1 1 章原子結(jié)構(gòu)與鍵合1.原子中一個電子的空間位置和能量可用哪四個量子數(shù)來決定？2.在多電子的原子中,核外電子的排布應(yīng)遵循哪些原那么？3.在元素周期表中,同一周期或同一主族元素原子結(jié)構(gòu)有什么共同特點？從左到右或從上到下元素結(jié)構(gòu)有什么區(qū)別？性質(zhì)如何遞變？4.何謂同位素？為什么元素的相對原子質(zhì)量不總為正整數(shù)？5.銘的原子序數(shù)為24,它共有四種同位素：4.31%的Cr原子含有26個中子,83.76%含有28個中子,9.55%含有29個中子,且2.38%含有30個中子.試求銘的相對原子質(zhì)量.6.銅的原子序數(shù)為29,相對原子質(zhì)量為63.54,它共有兩種同位素Cu63和Cu65,試求兩種銅的

2、同位素之含量百分比.7.原子間的結(jié)合鍵共有幾種？各自特點如何？8.圖1-1繪出三類材料一金屬、離子晶體和高分子材料之能量與距離關(guān)系曲線,試指出它們各代表何種材料.9.Si的相對原子質(zhì)量為28.09,假設(shè)100g的Si中有5X1010個電子能自由運動,試計算：a能自由運動的電子占價電子總數(shù)的比例為多少？b必須破壞的共價鍵之比例為多少？10. Al2O3的密度為3.8g/cm3,試計算a1mm3中存在多少原子？b1g中含有多少原子？11.盡管HF的相對分子質(zhì)量較低,請解釋為什么HF的沸騰溫度19.4C要比HCl的沸騰溫度-85C高？第 2 2 章固體結(jié)構(gòu)1 .Mn的同素異構(gòu)體有一為立方結(jié)構(gòu),其晶格

3、常數(shù)為0.632nm,p為7.26g/cm3,r為0.112nm,問Mn晶胞中有幾個原子,其致密度為多少？2 .葩與氯的離子半徑分別為0.167nm,0.181nm,試問a在氯化葩內(nèi)離子在100或111方向是否相接觸？b每個單位晶胞內(nèi)有幾個離子？c各離子的配位數(shù)是多少？d密度p和致密度K?3 .金剛石為碳的一種晶體2構(gòu),其晶格常數(shù)a=0.357nm,當它轉(zhuǎn)換成石墨=2.25g/cm3結(jié)構(gòu)時,求其體積改變百分數(shù)？4 .標出面心立方晶胞中111面上各點的坐標,并判斷110是否位于111面上,然后計算110方向上的線密度.5.標出具有以下密勒指數(shù)的晶面和晶向:a立方晶系421,123,130,211

4、,311；b六方晶系2111,1101321221111213僅供學習與參考學習資料6 .在立方晶系中畫出111晶面族的所有晶面,并寫出123晶面族和221晶向族中的全部等價晶面和晶向的密勒指數(shù).7 .在立方晶系中畫出以001為晶帶軸的所有晶面.8 .試計算面心立方晶體的100,110,111等晶面的面間距和面致密度,并指出面間距最大的面.9 .歸納總結(jié)三種典型的晶體結(jié)構(gòu)的晶體學特征.10 .試證實理想密排六方結(jié)構(gòu)的軸比c/a=1.633o11 .Ni的晶體結(jié)構(gòu)為面心立方結(jié)構(gòu),其原子半徑為r=0.1243nm,試求Ni的晶格常數(shù)和密度.12 .Mo的晶體結(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu),其晶格常數(shù)a=0.3

5、147nm,試求Mo的原子半徑r.13 .Cr的晶格常數(shù)a=0.2884nm,密度為p=7.19g/cn3,試確定此時Cr的晶體結(jié)構(gòu).14 .In具有四方結(jié)構(gòu),其相對原子質(zhì)量Ar=114.82,原子半徑r=0.1625nm,晶格常數(shù)a=0.3252nm,c=0.4946nm,密度p=7.286g/cn3,試問In的單位晶胞內(nèi)有多少個原子？In致密度為多少?15 .Mn的同素異構(gòu)體有一為立方結(jié)構(gòu),其晶格常數(shù)為0.632nm,p為7.26g/cm3,r為0.112nm,問Mn晶胞中有幾個原子,其致密度為多少?16 .a按晶體的鋼球模型,假設(shè)球的直徑不變,當Fe從fcc轉(zhuǎn)變?yōu)閎cc時,計算其體積膨脹

6、多少？b經(jīng)x射線衍射測定在912c時,a-Fe的a=0.2892nm,丫-Fe的a=0.3633nm,計算從丫-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)閍-Fe時,其體積膨脹為多少？與a相比,說明其差異原因.17 .計算fcc和bcc晶體中四面體間隙及八面體間隙的大小用原子半徑R表示,并注明間隙中央坐標.18 .a根據(jù)下表所給之值,確定哪一種金屬可作為溶質(zhì)與鈦形成溶解度較大的固溶體：a=0.295nma=0.228nma=0.404nma=0.304nma=0.288nm量分數(shù)為多少？0.078nm,O2-的離子半徑為20 .某固溶體中含有xMgO為30%,xLiF為70%.a試計算Li+1,Mg2+,F-1和O2-之質(zhì)量

7、分數(shù)；b假設(shè)MgO的密度為3.6g/cm3,LiF的密度為2.6g/cm3,那么該固溶體的密度為多少？21 .葩與氯的離子半徑分別為0.167nm,0.181nm,試問a在氯化葩內(nèi)離子在100或111方向是否相接觸？b每個單位晶胞內(nèi)有幾個離子？c各離子的配位數(shù)是多少？dp和K?22 .K+和Cl-的離子半徑分別為0.133nm,0.181nm,KCl具有CsCl型結(jié)構(gòu),試求其p和K?23 .Al3+和O2-的離子半徑分別為0.051nm,0.132nm,試求Al2O3的配位數(shù).24 .ZrO2固溶體中每6個Zr4+離子同時有一個Ca2+離子參加就可能形成一立方體晶格ZrO2.假設(shè)此陽離子形成f

8、cc結(jié)構(gòu),而O2-離子那么位于四面體間隙位置.計算a100個陽離子需要有多少O2-離子存在？b四面體間距位置被占據(jù)的百分比TihcpBehcpAlfccVbccCrbccb計算固溶體中此溶質(zhì)原子數(shù)分數(shù)為10%時,相應(yīng)質(zhì)19.MgO具有NaCl型結(jié)構(gòu).Mg2+的離子半徑為K.0.132nm.試求MgO的密度p、致密度為多少？25.試計算金剛石結(jié)構(gòu)的致密度.26 .金剛石為碳的一種晶體結(jié)構(gòu),其晶格常數(shù)a=0.357nm,當它轉(zhuǎn)換成石墨僅供學習與參考學習資料數(shù)？27 .從內(nèi)部原子排列和性能上看,非晶態(tài)和晶態(tài)物質(zhì)主要區(qū)別何在?第 3 3 章晶體缺陷1 .在Fe中形成1mol空位的能量為104.675k

9、J,試計算從20c升溫至850c時空位數(shù)目增加多少倍?2.圖所示某晶體滑移面上有一柏氏矢量為b的位錯環(huán)并受到一均勻切應(yīng)力t的作用,a分析各段位錯線所受力的大小并確定其方向；b在t作用下,假設(shè)要使它在晶體中穩(wěn)定不動,其最小半徑為多大?3 .試分析在fcc中,以下位錯反響能否進行？并指出其中三個位錯的性質(zhì)類型？反響后生成的新位錯能否在滑移面上運動？-ioi+-i2i-nil2lJ6L3L4.設(shè)Cu中空位周圍原子的振動頻率為1013s-1Em為0.1510-18J,exp力Sm/k約為1,試計算在700K和室溫27C時空位的遷移頻率.5.Nb的晶體結(jié)構(gòu)為bcc,其晶格常數(shù)為0.3294nm,密度為8

10、.57g/cm3,試求每106Nb中所含空位數(shù)目.6.Pt的晶體結(jié)構(gòu)為fcc,其晶格常數(shù)為0.3923nm,密度為21.45g/cm3,試計算其空位粒子數(shù)分數(shù).7.假設(shè)fcc的Cu中每500個原子會失去一個,其晶格常數(shù)為0.3615nm,試求Cu的密度.8.由于H原子可填入-Fe的間隙位置,假設(shè)每200個鐵原子伴隨著一個H原子,試求-Fe理論的和實際的密度與致密度-Fea=0.286nm,rFe=0.1241nm,rH=0.036nm.9.MgO的密度為3.58g/cm3,其晶格常數(shù)為0.42nm,試求每個MgO單位晶胞內(nèi)所含的Schottky缺陷之數(shù)目.10.某晶體的擴散實驗中發(fā)現(xiàn),在500

11、c時,1010個原子中有一個原子具有足夠的激活能可以跳出其平衡位置而進入間隙位置； 在600c時,此比例會增加到109oa求此跳躍所需要的激活能？b在700c時,具有足夠能量的原子所占的比例為多少？11.某晶體中形成一個空位所需要的激活能為0.32X10-18J.在800c時,1X104個原子中有一個空位,在何種溫度時,103個原子中含有一個空位？12.由600c降至300c時,Ge晶體中的空位平衡濃度降低了六個數(shù)量級,試計算Ge晶體中的空位形成能.13.Al的空位形成能EV和間隙原子形成能Ei分別為0.76eV和3.0eV,求在室溫20C及500c時Al空位平衡濃度與間隙原子平衡濃度的比值.

12、14.假設(shè)將一位錯線的正向定義為原來的反向,此位錯的柏氏矢量是否改變？位錯的類型性質(zhì)是否變化？一個位錯環(huán)上各點位錯類型是g/cm3結(jié)構(gòu)時,求其體積改變百分否相同？15.Ni晶體的錯排間距為2000nm,假設(shè)每一個錯排都是由一個額外的110原子面所產(chǎn)生的,計算其小傾角晶界僅供學習與參考學習資料的角16.假設(shè)由于嵌入一額外的(111)面,使得-Fe內(nèi)產(chǎn)生一個傾斜1.的小角度晶界,試求錯排間的平均距離第 4 4 章固體中原子及分子的運動1 .有兩種激活能分別為E1=83.7KJ/mol和E2=251KJ/mol的擴散反響.觀察在溫度從25c升高至ij兩種擴散的影響,并對結(jié)果作出評述.2 .碳在a-Ti中的擴散速率在以下溫度被確定:測量溫度擴散系數(shù)D(m/s)736c2X10-13782c5X10-13835c1.3X10-12(a)試確定公式D=D0exp(-Q/RT)是否適用；假設(shè)適用,那么計算出擴散常數(shù)DO和