晶体结构及相结构部分试题与答案.doc

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名词解释:相、固溶体、中间相、超结构、电子浓度、正常价化合物、电子化合物、间隙相、间隙化合物; 、说明间隙固溶体,间隙相,间隙化合物之间的区别 溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体为间隙固溶体,形成间隙固溶体的溶质原子通常是原子半径小于的非金属元素,如,,,,等。间隙固溶体保持母相溶剂的晶体结构,成分可在一定固溶度极限内波动,不能用分子式表示。间隙相和间隙化合物属于原子尺寸因素占主导地位的中间相,它们也是原子半径较小的非金属元素占据晶格间隙,然而间隙相,间隙化合物的晶格与组成它们的任一组员晶格都不相同;它们的成分可在一定范围内波动,但是组元具有一定的原子比组成,可用化学分子式表示。当时,形成间隙相,结构为简单晶体结构,具有极高的熔点和硬度;当》时,形成间隙化合物,结构为复杂的晶体结构。 、体心立方结构中八面体及四面体间隙半径分别为和(为原子半径),说明为什么间隙原子处在八面体间隙而不是四面体间隙中。 八面体间隙在各个方向的尺寸是不等同的,在方向和两个溶剂原子接触,尺寸为,而在方向和个溶剂原子接触,在这个方向间隙中心距原子中心的距离为,即在这个方向间隙的尺寸为,显然在此方向的尺寸比四面体间隙尺寸大得多。综合两个方向的尺寸知,溶质间隙原子处在八面体间隙时只有一个方向的畸变,其它两个方向的畸变要比处在四面体时小得多,所以溶质原子都处在八面体间隙中。 、β’黄铜的结构为简单立方。如图所示。如果和原子半径分别为和 ,试估计其密度(已知和的相对原子质量分别为及)。 、测得%的固溶体点阵常数,密度为,计算说明该合金是什么类型固溶体?(已知和的相对原子质量分别为及) 利用,得出≈,故为置换固溶体 、固溶体具有面心立方结构,和的质量分数为%和%,点阵常数为,密度为,请说明和在中各是什么固溶体? 计算过程及结果如下表: 组元 质量分数 原子量 合金中的摩尔数 摩尔分数 再计算固溶体中每个原子的平均重量 每个晶胞中的原子数为 因为合金固溶体具有面心立方结构,每个晶胞中含有个原子,现在计算得每个晶胞中含有个原子,说明其中一个或全部溶质组元都是间隙溶质原子。上面计算结果说明每个晶胞中含有个间隙原子,间隙原子的摩尔分数应该为,而的实际摩尔分数为,所以不是间隙组元,与形成置换固溶体,而实际的摩尔分数是,所以是间隙组元,与形成间隙固溶体。 、()原子半径为,计算和晶体中四面体间隙及八面体间隙的大小,并注明间隙中心坐标及数目。()指出溶解在γ中原子所处的位置,若此位置全部为原子所占据,则γ(晶体结构为)能溶解的质量分数为多少?而实际上在铁中的最大溶解度为%,二者在数值上的差异的原因是什么?(碳原子半径为,γ的原子半径为) ()八面体间隙半径:八面体中心到最近邻原子中心的方向是方向,在长度内包含一个原子半径和一个八面体间隙半径,所以 位置:(,,)及其等效位置,即晶胞各棱的中点。数目: 四面体间隙半径:四面体间隙中心到最近邻原子中心的方向是,在长度内包含一个原子半径和一个四面体半径,所以 位置:(,,)及其等效位置,即体对角线离顶点的处。数目: 八面体间隙半径:方向,八面体中心位置到最临近原子的距离为,故 方向,八面体中心位置到最临近原子的距离为,故 位置:(,,),晶胞的每个棱边中心及个面的中心都是其等效位置。数目: 四面体间隙半径:四面体间隙位置是(,,),最近邻原子中心位置是(,,),他们之间的距离为,。 位置:(,,)及其等效位置。数目: ()γ为结构,八面体间隙半径较大,故原子一般溶于八面体间隙中,由于中原子数目与八面体间隙数目相等,所以八面体间隙都被原子占据时,原子分数为%,质量分数%,实际中只能是%,因为原子半径为,大于八面体间隙半径,所以的溶入会引起晶格畸变,妨碍了原子的进一步溶入。 、铁在℃由结构转变为结构,体积减少%,根据结构的原子半径计算结构的原子半径,它们的相对变化为多少?如果假定转变前后原子半径不变,计算转变后的体积变化,这些结构说明了什么? ()%,得出 ()若转变前后原子半径不变,均设为,则 %,说明晶体结构不同,原子半径大小也不相同,由于原子配位数的降低,原子半径收缩。 、在和中的最大溶解度(原子百分数)分别为%和%,有多少个面心立方八面体间隙被占据?面心立方比体心立方结构致密度高,为什么在面心立方中的溶解度比在体心立方结构中大? ()在面心立方结构中,一个晶胞含有个原子,也含有个八面体间隙位置。当固溶体含%,则个原子中只有()个铁原子,即个间隙位置,处在八面体间隙位置中,所以有%的八面体间隙位置被占据。 ()在体心立方中,一个晶胞中含有个原子,但是含有个八面体间隙位置,当固溶体含有%时,个原子中只有个铁原子,即()*个八面体间隙位置,所以有%的八面体间隙位置被占据。 ()虽然面心立方结构的堆垛密度比体心立方结构大,,

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