武汉理工大学材料科学基础课后习题答案第二版张联盟副.docx

1、武汉理工大学材料科学基础课后习题答案第二版张联盟副作业答案晶体学二、解：（1）h:k:l=1/2:1/3:1/6=3:2:1,该晶面的米勒指数为（321）；（2）（321）5、解：MgO为NaCl型，O2-做密堆积，Mg2+填充间隙。rO2- =，rMg2+=，z=4，晶胞中质点体积：(4/3r O2-3+4/3rMg2+ 3)4，a=2(r+r-)，晶胞体积=a3，堆积系数=晶胞中MgO体积/晶胞体积=%，密度=晶胞中MgO质量/晶胞体积=cm3。6、解：体心：原子数 2，配位数 8，堆积密度 %； 面心：原子数 4，配位数 6，堆积密度 %； 六方：原子数 6，配位数 6，堆积密度 %。7

2、、解：u=z1z2e2N0A/r0(1-1/n)/40，e=10-19，0=10-12，N0=1023，NaCl：z1=1，z2=1，A=，nNa+=7，nCl-=9，n=8，r0=，u NaCl=752KJ/mol；MgO：z1=2，z2=2，A=，nO2-=7，nMg2+=，n=7，r0=，uMgO=392KJ/mol；uMgO uNaCl，MgO的熔点高。9、解：设球半径为a，则球的体积为4/3a3，求的z=4，则球的整体积（晶胞）44/3a3，立方体晶胞体积：(2a)3=16a3，空间利用率=球所占体积/空间体积=%，间隙率=%=%。10、解：=m/V晶=cm3，V=10-22。11、

3、解：Si4+4；K+12；Al3+6；Mg2+6。13、解：MgS中a=?，阴离子相互接触，a=2r-，rS2-=?；CaS中a=?，阴-阳离子彼此接触，a=2(r+r-)，rCa 2+=?；CaO中a=?， a=2(r+r-)，rO2-=?；MgO中a=?， a=2(r+r-)，rMg2+=?。14、解：LiF为NaCl型结构，z=4，V=a3，=m/V=cm3，a=?，按照离子半径a1=2(r+r-)=?，a?，O2-不能彼此接触;（2）体对角线=a=4(r+r-)，a=?；（3）=m/V=cm3. 17、解：rMg2+与rCa2+不同，rCa2+ rMg2+，使CaO结构较MgO疏松，H

4、2O易于进入，所以活泼。18. 19.20。（2）四面体间隙数/O2-数=2:1，八面体间隙数/O2-数=1:1；（3）(a)CN=4，z+/48=2，z+=1，Na2O，Li2O；(b)CN=6，z+/66=2，z+=2，FeO，MnO；（c）CN=4，z+/44=2，z+=4，ZnS，SiC；(d)CN=6，z+/63=2，z+=4，MnO2。21、解：岛状；架状；单链；层状（复网）；组群（双四面体）。22、解：（1）有两种配位多面体，SiO4，MgO6，同层的MgO6八面体共棱，如59MgO6和49MgO6共棱75O2-和27O2-，不同层的MgO6八面体共顶，如1MgO6和51MgO6

5、共顶是22O2-，同层的MgO6与SiO4共顶，如TMgO6和7SiO4共顶22O2-，不同层的MgO6与SiO4共棱，TMgO6和43SiO4共28O2-和28O2-；（3）z=4；（4）Si4+占四面体间隙=1/8，Mg2+占八面体间隙=1/2。23、解：透闪石双链结构，链内的Si-O键要比链5的Ca-O、Mg-O键强很多，所以很容易沿链间结合力较弱处劈裂成为纤维状；滑石复网层结构，复网层由两个SiO4层和中间的水镁石层结构构成，复网层与复网层之间靠教弱的分之间作用力联系，因分子间力弱，所以易沿分子间力联系处解理成片状。24、解：石墨中同层C原子进行SP2杂化，形成大键，每一层都是六边形网

6、状结构。由于间隙较大，电子可在同层中运动，可以导电，层间分子间力作用，所以石墨比较软。25、解：（1）Al3+可与O2-形成AlO45-；Al3+与Si4+处于第二周期，性质类似，易于进入硅酸盐晶体结构中与Si4+发生同晶取代，由于鲍林规则，只能部份取代；（2）Al3+置换Si4+是部份取代，Al3+取代Si4+时，结构单元AlSiO4ASiO5，失去了电中性，有多余的负电荷，为了维持电中性，将有一些半径较大而电荷较低的阳离子如K+、Ca2+、Ba2+进入结构中；（3）设Al3+置换了一半的Si4+，则O2-与一个Si4+一个Al3+相连，阳离子静电键强度=3/41+4/41=7/4，O2-电

7、荷数为-2，二者相差为1/4，若取代超过一半，二者相差必然1/4，造成结构不稳固。晶体结构缺点一、解：钠原子空位；钠离子空位，带一个单位负电荷；氯离子空位，带一个单位正电荷；最临近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心；Ca2+占据K.位置，带一个单位正电荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+处于晶格间隙位置。二、解：（1）NaClNaCa+ ClCl + VCl（2）CaCl2CaNa + 2ClCl + VNa（3）OVNa + VCl（4）AgAgVAg + Agi3、解：设有缺点的MgO晶胞的晶胞分子数为x，晶胞体积V=3，x=VN0/M=,单位晶胞的肖脱基缺点数=4-x=。4、解：

8、（a）按照热缺点浓度公式 n/N=exp(-E/2RT)，E=6eV=610-19=10-19J,T=298k：n/N=10-51，T=1873k：n/N=10-9；（b）在MgO中加入百万分之一的AL2O3，AL2O32ALMg + VMg + 3OO，AL2O3= 10-6，杂质缺点=310-6/2=10-6，比较可知，杂质缺点占优。五、解：n/N=exp(-E/2RT)，R=，T=1000k：n/N=10-3；T=1500k：n/N=10-2。六、解：Fe2O32FeFe + 3OO + VFey2yyFe3+2yFe2+1-3yO，X=1-y=,VFe=10-27、解：Zn(g)Zni

9、 + e, Zn(g) + 1/2O2 = ZnO , Zni + e+ 1/2O2 ZnO , ZnO=e，PO2ZniO2(g) OO + VFe + 2hk=OO VFeh/PO21/2=4OO VFe3/ PO21/2 , VFe PO2-1/6，PO2 VFe八、解：刃位错：位错线垂直于位错线垂直于位错运动方向；螺位错：位错线平行于 位错线平行于位错运动方向。10、解：排斥，张应力重叠，压应力重叠。1一、解：晶界对位错运动起阻碍作用。1二、解：不能，在大角度晶界中，原子排列接近于无序的状态，而位错之间的距离可能只有一、两个原子的大小，不适用于大角度晶界。13、解：（1）原子或离子尺寸

10、的影响，r30%很难或不能形成固溶体；r愈大，固溶度愈小；（2）晶体结构类型的影响，只有两种结构相同和r0kOVM+ VxMMMi+ VMMXMX只受温度控制固溶体无限，有限，置换，间隙搀杂溶解大小，电负性，电价，结构无：受温度控制有：搀杂量固溶度 受固溶度控制非化学计量化合物阳缺阴间阳间阴缺环境中气愤性质和压力变化Fe1-xOUO2+xZn1+xOTiO2_xhPO2-1/6Oi PO2-1/6Zni PO2-1/6VO PO2-1/617、解：设AL2O3、MgO总重量为100g，则AL2O318g，MgO82g，溶入MgO中AL2O3的mol数：AL2O3 mol%=8%, MgO mo

11、l%=1-8%=92%,固溶体组成：8% AL2O3，92%MgO，固溶体组成式：(a)AL2O32ALMg + 2OO + OiX2xx固溶体化学式：Al2xMg1-2xO1+x将化学式与组成式一一对应，求出待定参数x，由于O2-的量不同，将O2-的量化为1，化学式d理想=，=（b）AL2O32ALMg + 3OO + OMgx2xxAl2xMg1-3xO 1八、解：Fe1-xS中存在Fe空位，VFe非化学计量，存在h P型半导体；FeS1-x中金属离子多余，存在S2-空位，存在e，N型半导体；因Fe1-xS、FeS1-x分属不同类型半导体，通过实验肯定其半导体性质即可。19、解：（1）晶体

12、中间隙位置是有限的，容纳杂质质点能力10%；（2）间隙式固溶体的生成，一般都使晶格常数增大，增加到一定的程度，使晶格变得不稳定而离解；置换固溶体形成是同号离子交换位置，不会对接产生影响，所以可形成连续固溶体。20、解：TaWr大-r小/ r大=%15%电负性差=结构类型：面心立方形成有限固溶体CoNir大-r小/ r大=%15%电负性差：当T427，Co Zn结构类型相同可形成连续固溶体TiTar大-r小/ r大=%883，Ti Ta结构类型相同可形成连续固溶体2一、解：（a）r大-r小/ r大=10%90 ，不能润湿。9 、解： lg =500erg/cm 2 ，求氧化物表面张力 sg ，s

13、g =lgcos45 + ls，2xlscos45 =ss ss=1000dyn/cm=10-2 N/cm=1N/m=1J/m2 =103erg/cm2sg=500cos45 + =cm2。10 、解：(1)gs= +lsgs= +600=900erg/cm2(2)ss=2cos 900=cm2扩散二、解：扩散的大体推动力是化学位梯度，只不过在一般情形下以浓度梯度的方式表现出来；扩散是从高化学位处流向低化学位处，最终系统遍地的化学位相等。若是低浓度处化学势高，则可进行负扩散，如玻璃的分相进程。3、解：看成一维稳定扩散，根据菲克第一定律 扩散系数宏观表达式 D=D0exp(-Q/RT) D0=1

14、0-14m2/s Q=mol=103mol=104J/mol R=mol?K， T=300+273=573K D=10-14exp=10-14=10-17m2/s cx=1017/10-6=1023 c2=1019=10234、解： 20个Fe的晶胞体积：20a3m3 ， 30个Fe的晶胞体积：30a3m3 浓度差： J=1019个/S?m2 1个晶胞面积a2， n=Jx60a2=82个5、解：根据恒定源扩散深度 要取得两倍厚度的渗碳层，需4h。 6、解：不稳定扩散中恒定源扩散问题 已知x不变， D1t1=D2t2 已知D1，D2，t1，则可求t2=480s 7、解：不稳定扩散恒定源半无限扩散

15、 已知x=10-3cm，D，求解t=105s= 8、解：(1) D=D0exp(-Q/RT) T=563+273=836K时，D=310-14cm2/s T=450+273=723K时，D=10-14cm2/s 代入上式可求 Q=48875J，D0=10-15cm2/s (2)略。 10、解：晶界扩散 Dgb=10-10exp(-19100/T) 体扩散 DV=10-4exp(-38200/T) T增大，exp(-19100/T)减小，Dgb减小，DV减小； T减小，exp(-19100/T)增大，Dgb增大，DV增大； 计算有 T= Dgb= DV T时，DgbDV，高温时，体积扩散占优； T DV，低温时，晶界扩散占优。 11、解：T=800+273=1073K时 D=(-83600/RT)=10-7cm2/s D=(-141284/RT)=10-8 cm2/s D D 扩散介质结构对扩散有专门大影响，结构疏松，扩散阻力小而扩散系数大，体心较面心疏松；-Fe 体心立方，-Fe 面心立方。13 解：离子晶体一般为阴离子作密堆积，阳离子填充在四面体或八面体空隙中。所以阳离子较