材料科學基礎課后習題答案講解

1、1《材料科學基礎》課后習題答案《材料科學基礎》課后習題答案第一章第一章材料結構的基本知識材料結構的基本知識4.簡述一次鍵和二次鍵區(qū)別答：根據(jù)結合力的強弱可把結合鍵分成一次鍵和二次鍵兩大類。其中一次鍵的結合力較強，包括離子鍵、共價鍵和金屬鍵。一次鍵的三種結合方式都是依靠外殼層電子轉移或共享以形成穩(wěn)定的電子殼層，從而使原子間相互結合起來。二次鍵的結合力較弱，包括范德瓦耳斯鍵和氫鍵。二次鍵是一種在原子和分子之間，由誘導或永久電偶相互作用而產(chǎn)生

2、的一種副鍵。6.為什么金屬鍵結合的固體材料的密度比離子鍵或共價鍵固體為高？答：材料的密度與結合鍵類型有關。一般金屬鍵結合的固體材料的高密度有兩個原因：（1）金屬元素有較高的相對原子質量；（2）金屬鍵的結合方式?jīng)]有方向性，因此金屬原子總是趨于密集排列。相反，對于離子鍵或共價鍵結合的材料，原子排列不可能很致密。共價鍵結合時，相鄰原子的個數(shù)要受到共價鍵數(shù)目的限制；離子鍵結合時，則要滿足正、負離子間電荷平衡的要求，它們的相鄰原子數(shù)都不如金屬多，

3、因此離子鍵或共價鍵結合的材料密度較低。9.什么是單相組織？什么是兩相組織？以它們?yōu)槔f明顯微組織的含義以及顯微組織對性能的影響。答：單相組織，顧名思義是具有單一相的組織。即所有晶粒的化學組成相同，晶體結構也相同。兩相組織是指具有兩相的組織。單相組織特征的主要有晶粒尺寸及形狀。晶粒尺寸對材料性能有重要的影響，細化晶粒可以明顯地提高材料的強度，改善材料的塑性和韌性。單相組織中，根據(jù)各方向生長條件的不同，會生成等軸晶和柱狀晶。等軸晶的材料各方

4、向上性能接近，而柱狀晶則在各個方向上表現(xiàn)出性能的差異。對于兩相組織，如果兩個相的晶粒尺度相當，兩者均勻地交替分布，此時合金的力學性能取決于兩個相或者兩種相或兩種組織組成物的相對量及各自的性能。如果兩個相的晶粒尺度相差甚遠，其中尺寸較細的相以球狀、點狀、片狀或針狀等形態(tài)彌散地分布于另一相晶粒的基體內。如果彌散相的硬度明顯高于基體相，則將顯著提高材料的強度，同時降低材料的塑韌性。10.說明結構轉變的熱力學條件與動力學條件的意義，說明穩(wěn)態(tài)結構

5、和亞穩(wěn)態(tài)結構之間的關系。答：同一種材料在不同條件下可以得到不同的結構，其中能量最低的結構稱為穩(wěn)態(tài)結構或平衡太結構，而能量相對較高的結構則稱為亞穩(wěn)態(tài)結構。所謂的熱力學條件是指結構形成時必須沿著能量降低的方向進行，或者說結構轉變必須存在一個推動力，過程才能自發(fā)進行。熱力學條件只預言了過程的可能性，至于過程是否真正實現(xiàn)，還需要考慮動力學條件，即反應速度。動力學條件的實質是考慮阻力。材料最終得到什么結構取決于何者起支配作用。如果熱力學推動力起支

6、配作用，則阻力并不大，材料最終得到穩(wěn)態(tài)結構。從原則上講，亞穩(wěn)態(tài)結構有可能向穩(wěn)態(tài)結構轉變，以達到能量的最低狀態(tài)，但這一轉變必須在原子有足夠活動能力的前提下才能夠實現(xiàn)，而常溫下的這種轉變很難進行，因此亞穩(wěn)態(tài)結構仍可以保持相對穩(wěn)定。第二章第二章材料中的晶體結構材料中的晶體結構1.回答下列問題：（1）在立方晶系的晶胞內畫出具有下列密勒指數(shù)的晶面和晶向：（001）與[210]，（111）與[11]，（10）與[111]，（32）與[123]，（2

7、）與[236]21123（2）在立方晶系的一個晶胞中畫出（111）和（112）晶面，并寫出兩晶面交線的晶向指數(shù)。解：解：（1）38.回答下列問題：（1）通過計算判斷（10）、（132）、（311）晶面是否屬于同一晶帶？1（2）求（211）和（110）晶面的晶帶軸，并列出五個屬于該晶帶的晶面的密勒指數(shù)。17.簡述離子晶體的結構規(guī)則。答：離子晶體的結構規(guī)則［鮑林(LPauling)離子晶體的結構規(guī)則］（1）負離子配位多面體規(guī)則在離子晶體中，

8、正離子的周圍形成一個負離子配位多面體，正負離子間的平衡距離取決于離子半徑之和，而正離子的配位數(shù)則取決于正負離子的半徑比。（2）電價規(guī)則在一個穩(wěn)定的離子晶體結構中，每個負離子的電價Z－等于或接近等于與之鄰接的各正離子靜電強度S的總和：iiiiZZSn==式中Si為第i種正離子靜電鍵強度，Z為正離子的電荷，n為其配位數(shù)。這就是鮑林第二規(guī)則，也稱電價規(guī)則。（3）負離子多面體共用頂、棱和面的規(guī)則在分析離子晶體中負離子多面體相互間的連接方式時，電