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材料科学基础参考答案材料科学基础第一次作业
1.举例说明各种结合键的特点。
⑴金属键:电子共有化,无饱和性,无方向性,趋于形成低能量的密堆结构,金属受力变形时不会破坏金属键,良好的延展性,一般具有良好的导电和导热性。
⑵离子键:大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合,以离子为结合单元,无方向性,无饱和性,正负离子静电引力强,熔点和硬度均较高。常温时良好的绝缘性,高温熔融状态时,呈现离子导电性。
⑶共价键:有方向性和饱和性,原子共用电子对,配位数比较小,结合牢固,具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点,导电能力差。
⑷范德瓦耳斯力:无方向性,无饱和性,包括静电力、诱导力和色散力。结合较弱。
⑸氢键:极性分子键,存在于HF,HO,NF有方向性和饱和性,键能介于化学键和范德瓦尔
2 3
斯力之间。
2.在立方晶体系的晶胞图中画出以下晶面和晶向:(102)、(11-2)、(-21-3),[110],[1
1-1],[1-20]和[-321]。
[110][321][120][111](213)
[110]
[321]
[120]
[111]
(112)
(102)
3.写出六方晶系的{11-20},{10-12}晶面族和2-1-10,-1011晶向族中各等价晶面及等价晶向的具体指数。
{1120}的等价晶面:(1120)(2110)(1210)(120)(2110)(1210)
{1012}的等价晶面:
(1012)(102)(0112)(1012)(102)(0112)
(1012)(102)(0112)(1012)(102)(0112)
?2110?的等价晶向:[2110][1210][120][2110][1210][1120]
?1011?的等价晶向:[1011][101][0111][0111][1101][101]
[1011][1101][0111][0111][1101][101]
4立方点阵的某一晶面(hkl)的面间距为M / ,其中M为一正整数, 为晶格常数。
该晶面的面法线与a,b,c轴的夹角分别为119.0、43.3和60.9度。请据此确定晶面指数。h:k:l=cosα:cosβ:cosγ
d
hkl
? a
h2?k2?l2
Cu具有FCC结构,其密度为8.9g/cm3,相对原子质量为63.546,求铜的原子半径。
M 63.546?10?3 63.546?10?3
?? ? ? ?8.9?103
V N ?a3
A
6.02?1023?(4R/ 2)3
=R=0.128nm。
写出溶解在γ-Fe中碳原子所处的位置,若此类位置全部被碳原子占据,那么试问在这种情况下,γ-Fe能溶解多少重量百分数的碳?而实际上在γ-Fe中最大的溶解度是多少?两者在数值上有差异的原因是什么?
固溶于γ-Fe中的碳原子均处于八面体间隙中,且γ-Fe中的八面体间隙有4个,与一个晶胞中Fe原子个数相等,所以:Cwt%=12/(12+56)×100%=17.6%
实际上C在γ-Fe中的最大溶解度为2.11%
两者数值上有较大差异,是因为此固溶体中,碳原子尺寸比间隙尺寸大,会引起点阵晶格畸变,畸变能升高,限制了碳原子的进一步溶解。
a)经x射线衍射测定,在20℃时α-Ti的点阵常数a=0.295nm,c=0.468nm,在882.5℃时α-Ti转变为γ-Ti,其点阵常数a=0.331nm.按晶体的刚球模型,若球的直径不变,当Ti从室温的hcp转变为高温的bcc时,计算其体积膨胀多少?
b)计算从α-Ti转变为γ-Ti时,其实际体积膨胀为多少?与a)相比,说明其差别原因。
a)hcp:a
1
?2r,c/a
1
? 8/3?1.633,有6个原子
bcc: 3a
2
?4r,有两个原子,得
2a ? 2
2
a 3
1
,所以
1 1 3 3
a3? a2? ?c
?V%?2 2
1
6 1 2
3 3
?100%?8.87%
a2? ?c
6 1 2
方法二:直接用致密度算:?V%?
V V
?k k
?
2V 1=8.87%
k
b)实际上,?V%?(
a3
bcc
1
16? 3
16? 3?a2 ?c
6 4 hcp
差别原因:实际上c/a≠1.633,即hcp结构时不符合钢球模型,实际的原子间隙比钢球模型大,因此实际α-Ti转变为γ-Ti后,相对膨胀的百分比会变小。
已知 Cd,In,Sn,Sb等元素的原子直径分
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