“材料科学与工程基础”第二章习题答案题目整合版要点.pdf
《“材料科学与工程基础”第二章习题答案题目整合版要点.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《“材料科学与工程基础”第二章习题答案题目整合版要点.pdf(13页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、1 “ 材料科学与工程基础 ” 第二章习题 1. 铁的单位晶胞为立方体,晶格常数a=0.287nm,请由铁的密度算出每个单位晶胞 所含的原子数。 铁7.8g/cm3 1mol铁6.022 1023 个=55.85g 所以, 7.8g/1(cm)3=(55.85/6.0221023)X /(0.28710-7)3cm3 X1.99 2(个) 2.在立方晶系单胞中,请画出: (a)100方向和 211方向,并求出他们的交角; (b) (011)晶面和( 111)晶面,并求出他们得夹角。 (c)一平面与晶体两轴的截距a=0.5,b=0.75,并且与 z轴平行 ,求此晶面的密勒指数。 (a)2 1 1
2、和1 0 0之夹角 arctg 2 2 =35.26 。 或 222222 2111002 cos 3 211 *100 ,35.26 (b) 222222 1110112 cos 3 111011 ,35.26 (c)a=0.5 b=0.75 z= 倒数2 4/3 0 取互质整数( 3 2 0) 3、请算出能进入 fcc银的填隙位置而不拥挤的最大原子半径。 室温下的原子半径 R1.444A 。 (见教材 177 页) 点阵常数 a=4.086A 最大间隙半径 R =(a-2R)/2=0.598A 2 4、碳在 r-Fe(fcc)中的最大固溶度为 2.11(重量百分数 ),已知碳占据 r-Fe
3、中的八面 体间隙 ,试计算出八面体间隙被 C 原子占据的百分数。 在 fcc 晶格的铁中,铁原子和八面体间隙比为1:1,铁的原子量为 55.85,碳的原 子量为 12.01 所以 (2.11 12.01)/(97.89 55.85)0.1002 即 碳占据八面体的 10。 5、由纤维和树脂组成的纤维增强复合材料,设纤维直径的尺寸是相同的。 请由计算 最密堆棒的堆垛因子来确定能放入复合材料的纤维的最大体积分数。 见下图,纤维的最密堆积的圆棒,取一最小的单元,得,单元内包含一个圆(纤 维)的面积。 所以, 2 0.9064 2 *32 3 r rr 。 即纤维的最大体积分数为90.64。 6、假设
4、你发现一种材料,它们密排面以ABAC 重复堆垛。这种发现有意义吗?你能 否计算这种新材料的原子堆垛因子? fcc 和 hcp 密排面的堆积顺序分别是ABCABC和 ABAB , 如果发现存在 ABACABAC堆积的晶体, 那应该是一种新的结构, 而堆积因子和 fcc 和 hcp 一 样,为 0.74。 3 2 r 2r 3 7. 在 FCC 、HCP和 BCC中最高密度面是哪些面?在这些面上哪些方向是最高密度方 向? 密排面密排方向 FCC 1 1 1) HCP (0 0 0 1) (1 1 2 0) BCC 1 1 0) 8. 在铁中加入碳形成钢。 BCC 结构的铁称铁素体, 在 912以下
5、是稳定的, 在这温度 以上变成 FCC结构,称之为奥氏体。 你预期哪一种结构能溶解更多碳?对你的答案作 出解释。 奥氏体比铁素体的溶碳量更大,原因是1、奥氏体为 FCC 结构,碳处于八面体间 隙中,间隙尺寸大( 0.414R) 。而铁素体为 BCC 结构,间隙尺寸小,四面体间隙 0.291R,八面体间隙 0.225R;2、FCC 的间隙是对称的, BCC 的间隙是非对称的, 非对称的间隙产生的畸变能大; 3、 奥氏体的形成温度比铁素体高, 固溶体温度高, 溶碳量大;所以奥氏体的溶碳量比铁素体溶碳量大。 9 试说明为何不能用描述宏观物质的运动方程来描述微观粒子的运动状态?描述 微观粒子状态变化的
6、基本方程是什么? 根据海森堡思维测不准原理,微观粒子由于具有玻粒两象性则对于经典力学中的 一对共轭参量 (如动量与位移, 能量与时间),原则上不可能同时精确确定,而宏 观物质的运动状态符合牛顿力学,原则上可以同时确定各个参量,描述微观粒子 的运动状态是波函数,而波函数的变化需满足薛定谔方程。 10设一能级的电子占据几率为1/4,另一能级为 3/4, (1)分别计算两个能级的能量比费米能高出多少KT; (2)应用计算结果说明费米分布的特点。 4 由费米分布函数得: (1) 11 1 4 F KT EE e 得:ln 3 F EEKTKT 31 1 4 F KT EE e 得:ln 3 F EEK
7、TKT (2)以上的计算结果说明能量低于费米能(EF)KT 的能级有 1/4 的电子发生了 跃迁,而 KT 是平均势能,通常情况下势能KT(如室温)要比势能小两个数量 级以上,可以在外场 (如温度 )的作用下,发生跃迁(跃过费米面)的电子需处于 费米面附近的能级上,离费米面越远的能级发生跃迁的概率越低。 11何为能带?请用能带理论解释金属、绝缘体、半导体的电学性能。 能带理论:当原子相互靠拢形成晶体时,原子的外层电子的能级发生了分裂和拓 宽,形成准连续的能级。由于这些外层电子在晶格中周期性的势场中运动,解电子运 动状态波函数的薛定谔方程时,方程中的外势场U 0,由此解得,晶体中价电子得 能带中
8、存在着禁带和导带,这即是能带理论。 金属的能带结构: 存在着两种情况,一是能带中存在着不完全价带,另一是能量 重叠,这都使得金属具有导电性。 绝缘体的能带结构: 能带结构中存在着宽的禁带,使价电子在外场作用下难以进 入导带。 半导体的能带结构: 能带结构中的禁带较窄,价电子在外场作用下能一定程度的 进入导带,导电率介于导体和绝缘体之间。 12试解释面心立方晶体和密排六方晶体结构不同、致密度相同的原因。 面心立方和密排六方晶体的堆垛都是最密排面(面配位数为6)的堆垛,层 与层都堆垛在相互的凹槽当中,但是堆垛的顺序不同(分别为ABCABC和 ABAB ) ,所以它们的致密度相同,结构不同。 5 1
9、3请解释名词:空间点阵、晶胞、晶系 空间点阵: 是实际晶体结构的数字抽象,它概括晶体结构的周期性,空间点阵中 的阵点(几何点)的周围环境是相同的,空间点阵有14 种。 晶胞:晶胞是晶格中的最小基本单元,它反映了晶格排列的规律性和对称性,为 一平行六面体。 晶系: 根据晶胞中的点阵常数(a,b,c, , , )的相互关系,可以把晶格分为7 大 晶系。 14. 试解释什么叫费米面和费米能。 费米能: 绝对零度时固体中电子所具有的最高能级,或者,在体积不变的条件 下,系统增加一个电子所需的自由能。 费米面: 在 K 空间中具有费米能的能级所处的面称为费米面。 15. 试分析晶体中的点缺陷是一种热力学
10、平衡缺陷的原因。 根据热力学公式GHT S 当晶体存在点缺陷时,系统的增加,也增加,点缺陷数量少时,每增加一个点缺 陷,系统的内能增加一份(缺陷形成能) ,而熵值(混乱度)的增加较多,使得 系统的自由能下降, 随着晶体的缺陷数量的增加,焓近似的成线性增加, 但是熵 值的增加变缓,从而使得系统的自由能GHTS存在着一个最小值,这时 所对应的晶体缺陷的数量即是平衡浓度。 16. 假设 1% (质量分数)的B加入 Fe中, a. B以间隙还是置换杂质存在? b. 计算被 B原子占据的位置(不论是间隙或者是置换)的分数。 c.若含 B的 Fe 进行气体渗碳,这个过程会比在不含B的 Fe中进行得快还是慢
11、?请 解释。 (a)B 是小分子,它在铁的晶格中以间隙的形式存在。 (b) (1)若 B 占据 -Fe(bcc)中的八面体间隙位置,则bcc 晶胞中有 2 个铁原 子,6 个八面体间隙, 所以 1 % / 1 0 . 8 12 (*) %1 . 7 4 % 9 9 % / 5 5 . 8 56 (2)若 B 占据 -Fe (fcc)中的八面体间隙位置,则 1*55.851 (* )%5.22% 99*10.811 (c)当铁中的 B 含量少时,少量的B 会使晶格产生畸变,系统能量升高,扩散系 数 D 增大,有利于渗碳时C 的扩散。 当铁中的 B 趋向于饱和时, C 在铁中的溶解度大大下降(畸变
12、能太大) ,即 C 在铁中的溶剂和扩散的化学驱动力大大下降,不利于碳的扩散。 17. 在室温下 SiO2可以是玻璃也可以是晶态固体。问在玻璃态的二氧化硅还是在晶 态二氧化硅中扩散更快?为什么? 玻璃态的二氧化硅系统自由能大于晶态的二氧化硅,所以玻璃态中的扩散系数更 大些。 18. 何为位错?它有哪些类型?什么叫滑移?什么叫攀移?在什么情况下会发生滑 移和攀移。 位错即是晶体中的线缺陷,基本类型有:刃位错,螺位错和混合位错。 滑移: 晶体的一部分相对于另一部分在切应力作用下沿一定的晶面进行相对滑 动。滑移是位错在滑移面上移动并移出表面而实现的。 攀移:刃位错在正应力作用下垂直于滑移面的运动,滑移
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 材料科学 工程 基础 第二 习题 答案 题目 整合 要点
链接地址:https://www.31doc.com/p-5198703.html