“材料科学与工程基础”第二章习题 答案题目整合版

所以，7.8g/1(cm)3=(55.85/6.022×1023)X/(0.287×10-X＝1.99≈2（个（a）[100]方向和[211]（b（011）（c）一平面与晶体两轴的截距a=0.5,b=0.75,并且与z2（a）[211]和[100]22

=35.2622+1222+12+1212+12 0212+12 02+1223

，q=23，q=2324/30R＝1.444A（177）R’=（a-fcc1：155.8512.0110、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）rr332所以

22r*r2p2r*r2ppr即纤维的最大体积分数为90.64％6、假设你发现一种材料，它们密排面以ABAC复堆垛。这种发现有意义吗？你能否计算这种新材fcchcp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fcchcp样，为0.74。FCC、HCP和BCC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？在铁中加入碳形成钢。BCC结构的铁称铁素体，在912℃以下是稳定的，在这温度以上变成结构，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（0.414R。而铁素体为BCC构，间隙尺寸小，四面体间隙0.291R，八面体间隙0.225R；2、FCC间隙是对称的，BCC间隙是非对称的，非对称的间隙产生的畸变能大；3、奥氏体的形成化的基本方程是什么？（如谔方程 （1） E-e E-e（）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）发生跃迁的概率越低何为能带？请用能带理论解释金属、绝缘体、半导体的电学性能程中的外势场Us0，由此解得，晶体中价电子得能带中存在着禁带和导带，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，导率介于导体和绝缘体之间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）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…，所以它请解释名词：空间点阵、晶胞、晶空间点阵：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。晶系：根据晶胞中的点阵常数（a,b,c,α,β,γ）的相互关系，可以把晶格分为7大晶系。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，系统增加一个子所需的自由能费米面：K间中具有费米能的能级所处的面称为费米面试分析晶体中的点缺陷是一种热力学平衡缺陷的原因根据热力学公式GH-T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G=H-TS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假设1%（质量分数）的B加入FeB间隙还是置换杂质存在计算被B原子占据的位置（不论是间隙或者是置换）的分数若含BFe行气体渗碳，这个过程会比在不含B的Fe进行得快还是慢？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）B占据α-Fe（bcc）中的八面体间隙位置，则bcc胞中有2铁原子，6八体间隙所以1% 所以*)%=99%/ （2）若Bα-Fe（fcc）中的八面体间隙位置，则1*55.85*1（c）当铁中的B量少时，少量的B使晶格产生畸变，系统能量升高，扩散系数D大，有利于渗碳时C扩散。当铁中的B向于饱和时，C铁中的溶解度大大下降（畸变能太大，即C铁中的溶剂在室温下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，滑移是位错在切应力作用下沿滑移面运并移出晶体表面实现的攀移 是刃位错在正应力作用下垂直于滑移 的运动，移只有刃位错才能进行并 借助于扩才能攀移所需的温度比位 的滑移高是一个柏氏矢量为b的位错环在剪切应力的作用下，求III）在?的作用下，该位错环在晶体中如何运动？运动结果如何IV)?=0时，该位错线是否会稳定存在，为什么答：Ⅰ.a为正刃，b为负刃，c为左螺，d为右螺Ⅱ.a半原子面在滑移面上方，b半原子面在滑移面下方Ⅲ.在切应力作用下，位错环沿着滑移面滑移，最终移出表面，在柏氏矢量方向产生一个柏氏矢长度的台阶一点而消失 为什么间隙固溶体中的溶质扩散要比置换固溶体中的溶质扩散快得多？请解释之同隙固溶体溶质的扩散所需的激活能（只要迁移能H而置换固溶体溶质的扩散所需激

H＋空位形成

H所以间隙固溶体溶质的扩散比置换的要快(D= )晶体在低温时的扩散以晶界扩散为主，高温时以体积扩散为主，试述理由由于扩散系数为D

。在低温时晶格的扩散系数很小（QT晶界的扩散系数较（QT。所以，低温时晶体扩散以晶界扩散为主，在高温时晶格的扩散系数D大增大（Q晶界的Q大些，T大，同时由于晶格的扩散路径比晶界要多得多，所以高温扩散以晶格扩散为主考察FCC金属Cu，其点阵常数a0.362nm计算这个材料最低能量的柏氏矢量的长度Cu子半径表达这一长度在这种材料中，滑移发生在那个晶面族最低能带的柏氏矢量即为晶格密排方向的原子间距所以b

a=222b=2R(R为Cu原子半23．钼（Mo）晶体的柏氏矢量长度是0.272nm。若Mo点阵常数是0.314nm，确定Mo具有BCCFCC体结构。M0为fcc构，则M0原子的直径DM0为若 结构，则

a=0.2723b23b所以具有结构 为什么柏氏矢量通常是处在密排方向由于密排方向上的位错的柏氏矢量最短，位错的能量最低，即位错生成和滑移所需的能量越2（Eµb为什么密排面通常是滑移面？因为密排面的晶面间距最大面和面之间的键的数量最少所以位错在滑移面上运动的晶格阻力小下面给 金属中的位错反应，说明在矢量运算上是正确的，在能量上它是有利的ī 1+)]左边左边a22[111] a22a32=42a2

右边所以上述的位错反应是自发的在 固体中柏氏矢量为（） 位错，位错平行于ī 位错的b ，位错线的方向为éL

两位错线的夹角为cosq=-1,q1200。该位错为22 晶面族中通过b=a[101]的晶面(11)，图略。该混合位错中的螺位错或刃位错的位错分量可沿(11)面进行滑移面移动。2为什么 金属的塑性 金属的大金属有 个滑移系滑移系由最密排面和最密排方向组成，所以 金属只有个滑移系，但滑移系由最密排的滑移面和滑移方向组成，所以金属的单晶体塑性好，多晶体塑性差。金属的滑移系很多（室温下有 ，移面不是最密排的面，所以塑性 的差，与相比，单晶 的塑性逊于，多 的塑性比要好讨论刃型位错和螺型位错的共同点和差异点共同点：都是线缺陷，滑移的结果都是由于其b决定，即滑移产生的台阶大小和方向仅取决于b大小和方向，与位错类型无关差异点：刃位错的b与位错线垂直，而螺位错是平行。刃位错的能量高于螺位错。刃位错可以滑移或攀移，而螺位错智能滑移。何为拐点分解，在什么情况下会发生拐点分解波动都将使系统的能量下降，最终自发的分解为两相f试使用相律指出右图的f二元相图的错误之处，并加以解释和 正在题目的错误相图中，纯组元A结晶 相率度不能是变量，所以 和b点该是同一点。Cde线 共晶线根据相率此三项的自 度是零a即温度和成分都不能 变。所cde为水平线，共晶温度不变，ac线和bc合并，增加ad什么叫固溶体？什么叫中间相？他们的结构和性能有哪些差异？试分析之固溶体:成分在一定范围可c续变化，结构d溶剂的结构e性能与溶剂晶体的性能相近。在相图中的位置：固溶体位于相图的端部，中间相位于相图的中间部位（非端部问题34与图下图的二元相图及X0合金有关。BTA和TBA代表AB平衡熔化温度，标出相图的各个相区这类平衡图的名称是什么如果组元A具有FCC构，组元B晶体结构是什么？为什么示意画出X0合金和纯组元B的平衡冷却曲线，解释为什么它们的形状不同X0合金的液相线温度和固相线温度是什么X0合金在1100℃时每一个平衡相的成分是什么？确定在1100℃液体的分数?L和固体的分数?SX0合金在平衡条件下从1200℃冷却到室温，画出它的?L和?S随温度的变化略图用图7-43的相图，当平衡冷却通过两相区时，说明液相和固相的成分怎样变化（a）该平衡图为均相相（b）B元的晶体结构与A元相同，也为fcc构（c）X0合金的冷却曲线纯组元B冷却曲 L-由于X0为二元合金在发生两相平衡时有一个自由度即温度是变量而纯组元B为两相平衡L-α

温度应该不变。（d）X0合金的液相线温度是约1110℃，而固相温度约为1070（e）X0合金在1100℃时，液相的成分约为33％B,固相成分约为54％此时

=50-33=81%,S54-S

054-0（g）平衡冷却f过两相时，液相的成分由X0浓度逐渐增大，固相的浓度由小（约29％B）逐渐增X0（50％35.考虑一个假设相，其中组元A900℃熔化，组元B1000℃熔化，在600℃有一个