1、1. 原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定？2. 在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？3. 在元素周期表中，同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点？从左到右或从上到下元素结构有什么区别？性质如何递变？4. 何谓同位素？为什么元素的相对原子质量不总为正整数？5. 铬的原子序数为 24，它共有四种同位素：4.31%的 Cr 原子含有 26 个中子，83.76% 含有28 个中子，9.55%含有 29 个中子，且 2.38%含有 30 个中子。试求铬的相对原子质量。6. 铜的原子序数为 29，相对原子质量为 63.54，它共有两种同位素 Cu63 和 Cu65，试求
2、两种铜的同位素之含量百分比。7. 锡的原子序数为 50，除了 4f 亚层之外其它内部电子亚层均已填满。试从原子结构角度来确定锡的价电子数。8. 铂的原子序数为 78，它在 5d 亚层中只有 9 个电子，并且在 5f 层中没有电子，请问在 Pt的 6s 亚层中有几个电子？9. 已知某元素原子序数为 32，根据原子的电子结构知识，试指出它属于哪个周期？哪个族？并判断其金属性强弱。10. S 的化学行为有时象 6 价的元素，而有时却象 4 价元素。试解释 S 这种行为的原因？11. Al2O3 的密度为 3.8g/cm3，试计算 a)1mm3 中存在多少原子？b)1g 中含有多少原子？12. 尽管
3、HF 的相对分子质量较低，请解释为什么 HF 的沸腾温度 (19.4) 要比 HCl 的沸腾温度(-85) 高？ 13. 高分子材料按受热的表现可分为热塑性和热固性两大类，试从高分子链结构角度加以解释之。14. 高密度的聚乙烯可以通过氯化处理即用氯原子来取代结构单元中氢原子的方法实现。若用氯取代聚乙烯中 8%的氢原子，试计算需添加氯的质量分数。答案：1. 主量子数 n、轨道角动量量子数 li、磁量子数 mi和自旋角动量量子数 Si。2. 能量最低原理、Pauli 不相容原理，Hund 规则。3. 同一周期元素具有相同原子核外电子层数，但从左右，核电荷依次增多，原子半径逐渐减小，电离能增加，失电
4、子能力降低，得电子能力增加，金属性减弱，非金属性增强；同一主族元素核外电子数相同，但从上下，电子层数增多，原子半径增大，电离能降低，失电子能力增加，得电子能力降低，金属性增加，非金属性降低；4. 在元素周期表中占据同一位置，尽管它们的质量不同，然它们的化学性质相同的物质称为同位素。由于各同位素的含中子量不同（质子数相同），故具有不同含量同位素的元素总的相对原子质量不为正整数。5. 52.0576. 73% (Cu63); 27% (Cu65)7. 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p2; 锡的价电子数为 4。8. 1s22s22p63s23p63d104s24p
5、64d104f145s25p65d96s1; 2+8+18+32+17=77; 78-77=19. 1s22s22p63s23p63d104s24p2; 第四周期； A 族； 亚金属 Ge10. S 的最外层电子为 3s23p4，与 H 结合成 H2S 时，接受个 2 电子,因 S 外层有个 6 价电子， 故为 6 价; 与 O 结合成 SO2时，此时 S 供给 4 个电子，故为 4 价。11. a) Al2O3的相对分子质量为 M=26.982+163=101.961mm3中所含原子数为 1.12*1020（个）b) 1g 中所含原子数为 2.95*1022（个）12. 由于 HF 分子间结
6、合力是氢键，而 HCl 分子间结合力是范德化力，氢键的键能高于范德化力的键能，故此 HF 的沸点要比 HCl 的高。13.热塑性：具有线性和支化高分子链结构，加热后会变软，可反复加工再成型；热固性：具有体型（立体网状）高分子链结构，不溶于任何溶剂，也不能熔融，一旦定型后不能再改变之形状，无法再生。14. 29.0%51. 标出面心立方晶胞中（111）面上各点的坐标，并判断-110是否位于(111)面上，然后计算-110方向上的线密度。2. 在立方晶系中画出001为晶带轴的所有晶面。3. 由标准的（001）极射赤面投影图指出在立方晶体中属于110晶带轴的晶带，在下列晶面中那些属于110晶带?(1
7、-12),(0-12),(-113),(1-32),(-221)。4. Ni 的晶体结构为面心立方结构，其原子半径为 r=0.1243nm，试求 Ni 的晶格常数和密度。5. Mo 的晶体结构为体心立方结构，其晶格常数 a=0.3147nm，试求 Mo 的原子半径 r。6. Cr 的晶格常数 a=0.2884nm，密度为 =7.19g/cm 3，试确定此时 Cr 的晶体结构。7. In 具有四方结构，其相对原子质量 Ar=114.82，原子半径 r=0.1625nm，晶格常数a=0.3252nm，c=0.4946nm，密度 =7.286g/cm 3，试问 In 的单位晶胞内有多少个原子? In
8、 致密度为多少？8. Mn 的同素异构体有一为立方结构，其晶格常数为 0.632nm， 为 7.26g/cm3，r 为0.112nm，问 Mn 晶胞中有几个原子，其致密度为多少？9. a)按晶体的钢球模型，若球的直径不变，当 Fe 从 fcc 转变为 bcc 时，计算其体积膨胀多少？b)经 x 射线衍射测定在 912时，-Fe 的 a=0.2892nm，-Fe 的 a=0.3633nm, 计算从 -Fe 转变为 -Fe 时，其体积膨胀为多少？与 a)相比，说明其差别原因。10. a) 根据下表所给之值，确定哪一种金属可作为溶质与钛形成溶解度较大的固溶体： Ti hcp a=0.295nmBe
9、hcp a=0.228nmAl fcc a=0.404nmV bcc a=0.304nmCr bcc a=0.288nmb) 计算固溶体中此溶质原子数分数为 10%时，相应质量分数为多少？11. Cu-Zn 和 Cu-Sn 组成固溶体最多可溶入多少原子数分数的 Zn 或 Sn？若 Cu 晶体中固溶入Zn 的原子数分数为 10%，最多还能溶入多少原子数分数的 Sn? 12. 含 w(Mo)为 12.3% ，w(C)为 1.34%的奥氏体钢，点阵常数为 0.3624nm，密度为7.83g/cm3，C，Fe，Mn 的相对原子质量分别为 12.01，55.85，54.94，试判断此固溶体的类型。13.
10、 渗碳体（Fe 3C）是一种间隙化合物，它具有正交点阵结构，其点阵常数a=0.4514nm，b=0.508nm，c=0.6734nm，其密度 =7.66g/cm3，试求 Fe3C 每单位晶胞中含 Fe 原子与 C 原子的数目。14. 铯与氯的离子半径分别为 0.167nm，0.181nm,试问 a)在氯化铯内离子在或方向是否相接触？b)每个单位晶胞内有几个离子？ c)各离子的配位数是多少？d) 和 K？15. K+和 Cl-的离子半径分别为 0.133nm，0.181nm，KCl 具有 CsCl 型结构，试求其 和 K？16. 试计算金刚石结构的致密度。答案：1. -110方向上的线密度为 1
11、。2. 晶带轴 uvw与该晶带的晶面( hkl)之间存在以下关系： hu+kv+lw=0；将晶带轴001代入，则 h0+k0+l1=0；当 l=0 时对任何 h,k 取值均能满足上式，故晶带轴001的所有晶带面的晶面指数一般形式为( hk0)，也即在立方晶系的(001)标准投影图外圆上的极点所代表的晶面均为该晶带面。3. (1-12),(-113),(-221)这三个晶面也属于此晶带。4. a=0.3516(nm); =8.967(g/cm 3) 5. r=0.1363(nm) 6. =1.9977,故为 bcc 结构。7. a)In 的单位晶胞中有 2 个原子。b) K=0.68738. 每
12、单位晶胞内 20 个原子,K=0.4669. a) 9%b) 0.87%c)差别原因：晶体结构不同，原子半径大小也不同；晶体结构中原子配位数降低时，原子半径收缩。10.a)Al 在 Ti 中可有较大的固溶度。b) w(Al)=5.9%11. Cu-Zn 固溶体最多可溶入 36% Zn；Cu-Sn 固溶体最多可溶入 12% Sn；若 Cu 已溶入 10% Zn 后，最多尚能固溶 8.67% Sn。12. 此固溶体为 C-间隙，Mn-置换式固溶体。13. Fe3C 化合物中每个晶胞内 C 原子为 4 个，Fe 原子为 12 个。14. =4.308(g/cm 3)，K=0.68315. =2.59
13、7(g/ cm 3),K=0.72816. K=0.3451. Nb 的晶体结构为 bcc，其晶格常数为 0.3294nm，密度为 8.57g/cm3, 试求每 106Nb 中所含空位数目。2. Pt 的晶体结构为 fcc，其晶格常数为 0.3923nm，密度为 21.45g/cm3，试计算其空位粒子数分数。3. 若 fcc 的 Cu 中每 500 个原子会失去一个，其晶格常数为 0.3615nm，试求 Cu 的密度。4. 由于 H 原子可填入 -Fe 的间隙位置，若每 200 个铁原子伴随着一个 H 原子，试求 -Fe 理论的和实际的密度与致密度（已知 -Fe a=0.286nm，r Fe=
14、0.1241nm， rH=0.036nm）。5. MgO 的密度为 3.58g/cm3,其晶格常数为 0.42nm，试求每个 MgO 单位晶胞内所含的 Schottky缺陷之数目。6. 若在 MgF2 中溶入 LiF，则必须向 MgF2 中引入何种形式的空位（阴离子或阳离子）？相反，若欲使 LiF 中溶入 MgF2，则需向 LiF 中引入何种形式的空位（阴离子或阳离子）？7. 某晶体的扩散实验中发现，在 500时，10 10 个原子中有一个原子具有足够的激活能可以跳出其平衡位置而进入间隙位置；在 600时，此比例会增加到 109。a) 求此跳跃所需要的激活能？b) 在 700时，具有足够能量的
15、原子所占的比例为多少？8. 某晶体中形成一个空位所需要的激活能为 0.3210-18J。在 800时，110 4 个原子中有一个空位，在何种温度时，10 3 个原子中含有一个空位？9. 已知 Al 为 fcc 晶体结构，其点阵常数 a=0.405nm，在 550式的空位浓度为 210-6，计算这些空位平均分布在晶体中的平均间距。10. 在 Fe 中形成 1mol 空位的能量为 104.675kJ，试计算从 20升温至 850时空位数目增加多少倍？11. 由 600降至 300时，Ge 晶体中的空位平衡浓度降低了六个数量级，试计算 Ge 晶体中的空位形成能。12. Al 的空位形成能(E V)和
16、间隙原子形成能(E i)分别为 0.76eV 和 3.0eV,求在室温（20）及500时 Al 空位平衡浓度与间隙原子平衡浓度的比值。13. 假定有一个 b 在0-10 晶向的刃型位错沿着（100）晶面滑动，a)如果有另一个柏氏矢量在010方向，沿着（001）晶面上运动的刃型位错，通过上述位错时该位错将发生扭折还是割阶？b)如果有一个 b 方向为100，并在（001）晶面上滑动的螺型位错通过上述位错，试问它将发生扭折还是割阶？14. 有一截面积为 1mm2，长度为 10mm 的圆柱状晶体在拉应力作用下，a) 与圆柱体轴线成45的晶面上若有一个位错线运动，它穿过试样从另一面穿出，问试样将发生多大
17、的伸长量（设 b=210-10m）？b)若晶体中位错密度为 1014m-2，当这些位错在应力作用下，全部运动并走出晶体，试计算由此而发生的总变形量（假定没有新的位错产生）。c)求相应的正应变。15. 铜单晶的点阵常数 a=0.36nm，当铜单晶样品以恒应变速率进行拉伸变形时， 3 秒后，试样的真应变为 6%，若位错运动的平均速度为 410-3cm/s，求晶体中的平均位错密度。16. 铜单晶中相互缠结的三维位错网络结点间平均距离为 D，a)计算位错增殖所需的应力 ；b)如果此应力决定了材料的剪切强度,为达到 G/100 的强度值，且已知G=50GPa，a=0.36nm ，D 应为何值？ c)计算
18、当剪切强度为 42MPa 时的位错密度 。17. 试描述位错增殖的双交滑移机制。如果进行双交滑移的那段螺型位错长度为 100nm，而位错的柏氏矢量为 0.2nm，试求实现位错增殖所必需的切应力（G=40GPa ）。18. 若由于嵌入一额外的（111）面，使得 -Fe 内产生一个倾斜 1的小角度晶界，试求错排间的平均距离。19. 设有两个 晶粒与一个 相晶粒相交于一公共晶棱，并形成三叉晶界，已知 相所张的两面角为 100，界面能 为 0.31Jm-2，试求 相与 相的界面能 。答案：1. 106个 Nb 中有 47313 个空位。2. 0.046%3. 8.915(g/cm3) 4. 7.927
19、6(g/cm3),7.9283(g/cm3),0.6844,0.68455. 0.03696. MgF2若要溶入 LiF，由 Mg2+取代 Li+，则需引入阳离子空位。因为被取代的离子和新加入的离子，其价电荷必须相等。相反，若欲使 LiF 溶入 MgF2，由 Li+取代 Mg2+，则需引入阴离子空位，使电荷平衡且不破坏原来的 MgF2结构。7. 2.14*10-19 ,6*10-98. 9289. 20.25nm10.6.23*101311.1.98(eV)12. 20：3.395*10 38,500：4.026*10 1413. a) 扭折; b) 割阶。（参阅课本图 3-18(b)和图 3
20、-19）14. a) 1.414*10-10b)0.226(m)c)1598.06%15. 1.964*10816.a) 位错网络中二结点和它们之间的位错段可作为 F-R 源，位错增值所需的切应力即为 F-R源开动所需的最小切应力：t=Gb/Db)25.5(nm) c)2.17*10917.80(MPa) 18. 18.9615(nm) 19. 0.241(J/m2)51. 有一硅单晶片，厚 0.5mm，其一端面上每 107个硅原子包含两个镓原子，另一个端面经处理后含镓的浓度增高。试求在该面上每 107个硅原子需包含几个镓原子，才能使浓度梯度成为21026原子/m 3.m 硅的点阵常数为 0.
21、5407nm。 2. 在一个富碳的环境中对钢进行渗碳，可以硬化钢的表面。已知在 1000下进行这种渗碳热处理，距离钢的表面 1mm 处到 2mm 处，碳含量从 5at%减到 4at%。估计在近表面区域进入钢的碳原子的流入量 J(atoms/m2s)。（-Fe 在 1000的密度为 7.63g/cm3，碳在 -Fe 中的扩散常数 D0=2.010-5m2/s,激活能 Q=142kJ/mol）。3. 为研究稳态条件下间隙原子在面心立方金属中的扩散情况，在厚 0.25mm 的金属薄膜的一个端面（面积 1000mm2）保持对应温度下的饱和间隙原子，另一端面为间隙原子为零。测得下列数据：温度（K） 薄膜
22、中间隙原子的溶解度（kg/m 3） 间隙原子通过薄膜的速率（g/s）1223 144 0.00251136 196 0.0014计算在这两个温度下的扩散系数和间隙原子在面心立方金属中扩散的激活能。4. 在 950下对纯铁进行渗碳，并希望在 0.1mm 的深度得到 0.9wt%的碳含量。假设表面碳含量保持在 1.20wt% ，扩散系数 D-Fe =10-10m2/s。计算为达到此要求至少要渗碳多少时间。5. 有两种激活能分别为 E1=83.7KJ/mol 和 E2=251KJ/mol 的扩散反应。观察在温度从 25升高到 600时对这两种扩散的影响，并对结果作出评述。6. 碳在 -Ti 中的扩散
23、速率在以下温度被确定: 测量温度 扩散系数 D（m 2/s）736 210-13782 510-13835 1.310-12(a) 试确定公式 D=D0exp(-Q/RT)是否适用；若适用，则计算出扩散常数 D0和激活能 Q。(b)试求出 500下的扩散速率。7. 在 NiO 中引入高价的 W6+。（a） 将产生什么离子的空位？（b） 每个 W6+将产生多少个空位？（c） 比较 NiO 和渗 W 的 NiO(即 NiO-WO3)的抗氧化性哪个好？8. 已知 Al 在 Al2O3 中扩散常数 D0=2.810-3(m2/s)，激活能 477（KJ/mol），而 O（氧）在Al2O3 中的 D0=
24、0.19(m2/s),Q=636(KJ/mol)。(a) 分别计算两者在 2000K 温度下的扩散系数 D；(b) 说明它们扩散系数不同的原因。9. 在 NaCl 晶体中掺有少量的 Cd2+，测出 Na 在 NaCl 的扩散系数与 1/T 的关系，如图所示。图中的两段折现表示什么，并说明 DNaCl与 1/T 不成线性关系的原因。答案：1. 22 个2. 2.451019at/（m 2s）3 1.2*10 5J/mol4. 327(s)5. 9.5*10286. （a）Q=175.9KJ/mol D0=2.62*10-4（b）D 500 =3.31*10-16 m2/s7. (a) 产生阳离子
25、（Ni）的空位。（电中性原理）（b）每个 W6+引入产生了 2 个 N2+空位。（c）W 的引入，增加了空位浓度，使空气中的氧和氧化物中 Ni2+离子在表面更容易相对迁入和迁出，因此增加氧化速度，抗氧化能力降低。8. 4.7*10-18(m2/s)9.（a）两段折线表示有两种不同的扩散机制控制 NaCl 中 Na 的扩散。(b) Cd2+取代 Na+将产生 Na+的空位，但在高温下（约 550）所产生的热力学平衡 Na+空位浓度远大于与 Cd2+所产生的空位，所以本征扩散占优，而在较低温度，热力学平衡 Na+空随温度降低而显著减小，由 Cd2+所产生的空位起着重要作用，有效降低了扩散的空位形成
26、能，从而加速了扩散速率，使 DNa与 1/T 的关系偏离线性关系。51. 有一根长为 5 m，直径为 3mm 的铝线，已知铝的弹性模量为 70GPa，求在 200N 的拉力作用下，此线的总长度。 2一 Mg 合金的屈服强度为 180MPa，E 为 45GPa，a）求不至于使一块 10mm2mm 的 Mg 板发生塑性变形的最大载荷；b） 在此载荷作用下，该镁板每 mm 的伸长量为多少？3. 已知烧结 Al2O3的孔隙度为 5%，其 E=370GPa。若另一烧结 Al2O3的 E=270GPa，试求其孔隙度。4. 有一 Cu-30%Zn 黄铜板冷轧 25%后厚度变为 1cm，接着再将此板厚度减少到
27、 0.6cm，试求总冷变形度，并推测冷轧后性能变化。5. 有一截面为 10mm10mm 的镍基合金试样，其长度为 40mm，拉伸实验结果如下：载荷（N） 标距长度（mm ） 43，100 40.186，200 40.2102，000 40.4104，800 40.8109，600 41.6113，800 42.4121，300 44.0126，900 46.0127，600 48.0113，800（破断） 50.2试计算其抗拉强度 b，屈服强度 0.2，弹性模量 以及延伸率 。6. 将一根长为 20m，直径为 14mm 的铝棒通过孔径为 12.7mm 的模具拉拔，求 a）这根铝棒拉拔后的尺寸；
28、b）这根铝棒要承受的冷加工率。7. Zn 单晶在拉伸之前的滑移方向与拉伸轴的夹角为 45，拉伸后滑移方向与拉伸轴的夹角为30，求拉伸后的延伸率。8 Al 单晶在室温时的临界分切应力 C =7.9105Pa。若室温下对铝单晶试样作为拉伸试验时，拉伸轴为123方向，试计算引起该样品屈服所需加的应力。9. Al 单晶制成拉伸试棒（其截面积为 9mm2）进行室温拉伸，拉伸轴与001交成 36.7，与011交成 19.1，与111交成 22.2，开始屈服时载荷为 20.40N，试确定主滑移系的分切应力。10. Mg 单晶体的试样拉伸时，三个滑移方向与拉伸轴分别交成 38、45、85，而基面法线与拉伸轴交
29、成 60。如果在拉应力为 2.05MPa 时开始观察到塑性变形，则 Mg 的临界分切应力为多少？11 MgO 为 NaCl 型结构，其滑移面为 110，滑移方向为，试问沿哪一方向拉伸（或压缩）不能引起滑移？12. 证明：bcc 及 fcc 金属产生孪晶时，孪晶面沿孪生方向的切变均为 0.707。13. 试指出 Cu 和 -Fe 两晶体易滑移的晶面和晶向，并求出他们的滑移面间距，滑移方向上的原子间及点阵阻力。（已知 GCu=48.3GPa，G -Fe=81.6GPa，v=0.3 ）14. 40 钢经球化退火后渗碳体全部呈半径为 10m 的球状，且均匀地分布在 Fe 基础上。已知Fe 的切变模量
30、G=7.9104Mpa， Fe 的点阵常数 a=0.28nm，试计算 40 钢的切变强度。15. 已知平均晶粒直径为 1mm 和 0.0625mm 的 -Fe 的屈服强度分别为 112.7MPa 和 196MPa,问平均晶粒直径为 0.0196mm 的纯铁的屈服强度为多少？16. 三点弯曲试验常用来检测陶瓷材料的力学行为。有一圆形截面 Al2O3 试样，其截面半径r=3.5mm，两支点间距为 50mm，当负荷达到 950N，试样断裂。试问当支点间距为 40mm时，具有边长为 12mm 正方形截面的另一同样材料试样在多大负荷会发生断裂?17.现有一 6mm 铝丝需最终加工至 0.5mm 铝材，但
31、为保证产品质量，此丝材冷加工量不能超过 85%，如何制定其合理加工工艺？18.铁的回复激活能为 88.9 kJ/mol，如果经冷变形的铁在 400进行回复处理，使其残留加工硬化为 60%需 160 分钟，问在 450回复处理至同样效果需要多少时间？19. Ag 冷加工后位错密度为 1012/cm2,设再结晶晶核自大角度晶界向变形基体移动，求晶界弓出的最小曲率半径（Ag: G=30GPa ，b=0.3nm ， =0.4J/m2）。20. 已知 H70 黄铜（30%Zn）在 400的恒温下完成再结晶需要 1 小时，而在 390完成再结晶需要 2 小时，试计算在 420恒温下完成再结晶需要多少时间？
32、21. 设有 1cm3 黄铜，在 700 退火，原始晶粒直径为 2.1610-3cm，黄铜的界面能为 0.5J/m2，由量热计测得保温 2 小时共放出热量 0.035J，求保温 2 小时后的晶粒尺寸。22. 设冷变形后位错密度为 1012/cm2 的金属中存在着加热时不发生聚集长大的第二相微粒，其体积分数 f=1%，半径为 1m，问这种第二相微粒的存在能否完全阻止此金属加热时再结晶（已知 G=105MPa，b=0.3nm，比界面能 =0.5J/m2）。答案：1 5002.02mm2a）3600(N)b）0.004 3. 19.61%4 55%5 1.276(GPa),172.4(GPa),25
33、.5%6a）24.3(m)b）18%7. 41.4%8. 1.69(MPa)9. 1.01(MPa)10. 0.8077(MPa)11. 对氧化镁，不存在任何不会引起滑移的拉伸（或压缩）方向。12. 0.70713.90.45(MPa),152.8(MPa)14. 0.465(MPa)15. 283.255(MPa)16. 10154.9(N)17. 因此，可先将 6mm 的铝丝冷拔至 2.324mm，接着进行再结晶退火，以消除加工硬化，然后冷拔至 0.9mm，再进行再结晶退火，最终冷拔至 0.5mm 即可。18. 59(分)19. 29(nm)20. 0.26 h。21. d2=8.910-
34、3(cm)22. 这种第二相微粒的存在不能完全阻止再结晶。51. 计算当压力增加到 500105Pa 时锡的熔点的变化时,已知在 105Pa 下,锡的熔点为 505K，熔化热 7196J/mol，摩尔质量为 118.810-3kg/mol，固体锡的体积质量密度 7.30103kg/m，熔化时的体积变化为+2.7%。 2. 考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即：T=1，10，100 和 200，计算：(a) 临界晶核尺寸；(b) 半径为 r*的晶核个数；(c) 从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化 G *（形核功）；(d) 从液态转变到固态时，临界尺寸 r*处的自由能的变
35、化 Gv。铝的熔点 Tm=993K，单位体积熔化热 Lm=1.836109J/m3，固液界面比表面能 =93mJ/m 2，书中表 6-4 是 121mJ/m2,原子体积 V0=1.6610-29m3。3. （a） 已知液态纯镍在 1.013105Pa(1 个大气压)，过冷度为 319时发生均匀形核。设临界晶核半径为 1nm，纯镍的熔点为 1726K，熔化热 Lm=18075J/mol，摩尔体积V=6.6cm3/mol，计算纯镍的液-固界面能和临界形核功。（b）若要在 2045K 发生均匀形核，需将大气压增加到多少?已知凝固时体积变化 V=-0.26cm3/mol(1J=9.87105 cm3.
36、Pa)。 4. 用示差扫描量热法研究聚对二甲酸乙二酯在 232.4的等温结晶过程，由结晶放热峰测得如下数据。 结晶时间 t(分) 7.6 11.4 17.4 21.6 25.6 27.6 31.6 35.6 36.638.1结晶度(%) 3.41 11.5 34.7 54.9 72.7 80.0 91.0 97.3 98.299.3试以 Avrami 作图法求出 Avrami 指数 n，结晶常数 K 和半结晶期 t1/2。5. 试说明结晶温度较低的高分子的熔限较宽，反之较窄。答案：1. 1.54K2. （a） 94.5nm(b) 2.12*108(个)(c) -1.97*106J/m3(d)3
37、.43*10-15J3. （a） 0.253(J/m 2),1.06*10-18(J)（b） 116365*10 5(Pa)4. 结晶常数 k=7.710-5,结晶期=20.5(min)5. 由于高分子在较低的温度下结晶时，分子链的活动能力差，形成的晶体较不完善，完善的程度差别也较大，因此，缺陷较多的晶体将在较低的温度下溶融，而缺陷较少的晶体将在较高的温度下熔融，因此导致较宽的溶限。反之，高分子在较高温度下结晶时，分子链活动能力较强，形成的结晶较完善，不同晶体完全程度的差异也较小，因此，溶限较窄。51. 组元 A 和 B 在液态完全互溶，但在固态互不溶解，且形成一个与 A、B 不同晶体结构的中
38、间化合物，由热分析测得下列数据： 含 B 量（wt%.%） 液相线温度（） 固相线温度（）0 100020 900 75040 765 75043 75050 930 75063 104080 850 64090 640100 800（a） 画出平衡相图，并注明个区域的相、各点的成分及温度，并写出中间化合物的分子式（原子量 A=28，B=24）。（b）100kg 的含 20wt.%B 的合金在 800平衡冷却到室温，最多能分离出多少纯 A。2. 假定我们在 SiO2中加入 10at%的 Na2O，请计算氧与硅之比值。如果 O:Si2.5 是玻璃化趋势的判据，则形成玻璃化的最大 Na2O 是多少
39、？3. 根据所示的 CaO-ZrO2 相图，做下列工作：（a）写出所有的三相恒温转变（b）计算 4wt%CaO-ZrO2 陶瓷在室温时为单斜 ZrO2 固溶体 (Monoclinic ZrO2 SS)和立方 ZrO2 固溶体(Cubic ZrO 2 SS)的相对量(用 mol%表示)。假定单斜 ZrO2 固溶体和立方 ZrO2 固溶体在室温的溶解度分别为 2mol%CaO 和 15mol%CaO。答案：1. (a) 中间化合物的分子式为 AB2(b) 53.5kg 2. x 小于等于 1/33. (a)所示的 ZrO2CaO 相图中共有三个三相恒温转变：. 包晶反应：L+TZrO 2CZrO
40、2共晶反应：LCZrO 2+ZrCaO3共析反应：T-ZrO 2MZrO 2+C-ZrO2其中 L 代表液相，T 代表四方，C 代表立方，M 代表单斜。（b）mol%单斜=53.8mol%，mol%立方=46.2mol%51. 某三元合金 K 在温度为 t1时分解为 B 组元和液相，两个相的相对量 WB/WL=2。已知合金 K 中A 组元和 C 组元的重量比为 3，液相含 B 量为 40%，试求合金 K 的成分。2. 三组元 A、B 和 C 的熔点分别是 1000、900和 750，三组元在液相和固相都完全互溶，并从三个二元系相图上获得下列数据： 成分（wt.%） 温度（）A B C 液相线
41、固相线50 50 975 95050 50 920 850 50 50 840 800（a） 在投影图上作出 950和 850的液相线投影；（b） 在投影图上作出 950和 850的固相线投影;(c)画出从 A 组元角连接到 BC 中点的垂直截面图；3. 成分为 40%A、30%B 和 30%C 的三元系合金在共晶温度形成三相平衡，三相成分如下： 液相： 50%A 40%B 10%C 相 85%A 10%B 5%C 相 10%A 20%B 70%C(a) 计算液相、 相和 相各占多少分数；(b)试估计在同一温度， 相和 相的成分同上，但各占 50%时合金的成分。答案：1. K 合金成分为：15
42、%A、80%B、5%C.2. 答案略。3. (a) 液相分数=57.4% 相分数=10% 相分数=100%-7.4%-10%=32.6%(b) B=14.5%，C=38%。51. 从内部微观结构角度简述纳米材料的特点。2. 试分析课本中图 9.11 所示 Ni3Al 粒子尺寸对 Ni-Al 合金流变应力影响的作用机制。3. 说明晶体结构为何不存在 5 次或高于 6 次的对称轴？4. 何谓准晶？如何描绘准晶态结构？5. 非晶态合金的晶化激活能可用 Ozawa 作图法，利用在不同的连续加热条件下测得的晶化温度 Tx 和加热速率 a 之间存在 lnTx/a1/Tx 呈线性关系求得，已测得非晶 Fe7
43、9B16Si5 合金预晶化相 -Fe 的 Tx 如下表，求激活能。 加热速率/K min -1 晶化温度/KTx1 (开始) Tx2 (结束)2.5 772 7865 781 79410 790 80320 800 8126. 1.2%C 钢淬火后获得马氏体和少量残留奥氏体组织，如果分别加热至 180，300和 680保温 2 小时，各将发生怎样变化？说明其组织特征并解释之。7. 某厂采用 9Mn2V 刚制造塑料模具，要求硬度为 5863HRC。采用 790油淬后 200220回火，使用时经常发生脆断。后来改用 790加热后在 260280的硝盐槽中等温 4 小时后空冷，硬度虽然降低至 50H
44、RC，但寿命大大提高，试分析其原因。答案：1. 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。按维数分，纳米材料的基本单元可分为三类：1) 零维，指在空间三维尺寸均在纳米尺度，如纳米粉体材料；2) 一维，指在空间有二维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等；3)二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。由于纳米微粒的超细尺寸，与光波波长、中子波长、平均自由程等为同一数量级，因此量子尺寸效应、小尺寸效应，表面效应和宏观量子隧穿效应以及体积分数超过 50%的晶界结构的影响使纳米材料呈现出特殊的力学、物理和化学性能。 2. 此例中 Ni3
45、Al 纳米颗粒是作为第二相分布于基体中，故应以第二相微粒的弥散强化机制来分析之。3. 5 次或高于 6 次对称轴不能满足阵点周围环境相同的条件，不具有平移对称性，不能实现有规则周期排列的晶体结构。4. 准晶系不具有平移对称性的然呈一定周期性有序排列的类似于晶态的一种原子聚集态固体。在三维空间中，它们除了具有 5 次对称轴外，还有 8、10 或 12 次对称轴，其衍射花样呈现出非晶体学对称性。大多数准晶相是亚稳的，只能用快速凝固的方法获得。众所周知，用正三角形、正方或正六边形可做平面的周期拼砌，然用正五边形来拼砌，不能无重叠或无任何间隙的铺满整个平面。因此，准晶态结构不能如同晶体那样取一个晶胞来
46、代表其结构，即无法通过平移操作实现周期性。目前较常用的是拼砌花砖方式的模型来表征准晶结构。例如 5 次对称的准周期结构可用边长相等、角度分别为 36和 144（窄）以及 72和 108（宽）的两种菱形，遵照特别的匹配法则构造出来。5. 按表中数据作 lnTx/a1/T x图，近似直线，利用最小二乘法拟合出各直线方程为lnTx/a=46/Tx-53lnTx/a=49/Tx-57从直线斜率，求得 -Fe 预晶化相析出阶段的激活能为 382407kJ/mol.6. 180回火：马氏体针叶中开始分解出微细碳化物，易浸蚀呈暗色。300回火：残留奥氏体发生分解转变成 +细碳化物，马氏体也分解成 +细碳化物
47、，原马氏体形态不太明显。680回火：碳化物呈粒状分布于铁素体基体中，组织为粒状珠光体。7. 9Mn2V 钢在淬火低温回火处理后得到的主要是片状马氏体的回火组织，由于片状马氏体的亚结构为孪晶，且在形成时有微裂纹存在，故脆性较大。硝盐等温淬火得到的是下贝氏体，其基体铁素体的亚结构是高密度的位错，且无微裂纹存在，故脆性大为减小。5一、判断题(每小题 2 分，共 14 分，正确的在括号中写“T”，错误的写“F”。)1、合金相可分为一次固溶体和中间相两大类。（ ）2、晶体中的每一个单个原子就是基元。（ ）3、体心立方结构不是密堆积结构。（ ）4、陶瓷晶体中正、负离子的堆积方式取决于其电荷的大小和离子半径
48、的相对大小。（ ）5、高聚物在不同的温度、压力下同样存在气态、固态、液态（ ）。6、热膨胀的本质是原子间平均距离随温度升高而增加。（ ）7、氢键、范德瓦尔斯力都没有极性。（ ）二、单项选择题（每小题 2 分，共 14 分，每题只有一个正确答案）1、 均匀形核时系统自由能的变化包括：（ ）（A）体自由能的变化 （B）界面能的变化 （C）A 和 B （D）以上都不对2、FeFe3C 合金中，合金具有最好流动性（ ）（A）C% = 4.00% （B）C% = 4.30%（C）C% = 4.80% （D）C% = 5.00% 3、凝固的热力学条件为：（ ）（A）形核率 (B)系统自由能增加（C）能量守衡 （D）过冷度4、固溶体的特点是：（ ）（A） 具有较高的强度，同时具有较高的硬度（B） 具有较高的强度，同时具有较高的塑性（C） 具有较高的强度、硬度，同时具有较高的塑性
