《材料科學(xué)與工程根底》習(xí)題和思考題及答案《材料科學(xué)與工程根底》習(xí)題和思考題及答案其次章2-1.依據(jù)能級寫出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的電子排布〔用方框圖表示。個中子，試計算鎂原子的原子量。2-3.N殼層內(nèi)的最大電子數(shù)。假設(shè)K、L、M、N殼層中全部能級都被電子填滿時，該原子的原子序數(shù)是多少？2-4.計算O殼層內(nèi)的最大電子數(shù)。并定出K、L、M、N、O殼層中全部能級都被電子填滿時該原子的原子序數(shù)。2-5.將離子鍵、共價鍵和金屬鍵按有方向性和無方向性分類，簡單說明理由。2-6.依據(jù)雜化軌道理論，說明以下的鍵合形式：〔1〕CO2的分子鍵合〔2〕甲烷CH4的分子鍵合〔3〕乙烯C2H4的分子鍵合〔4〕水H2O的分子鍵合〔5〕苯環(huán)的分子鍵合〔6〕羰基中C、O間的原子鍵合2-7.影響離子化合物和共價化合物配位數(shù)的因素有那些？2-8.試解釋表2-3-1中，原子鍵型與物性的關(guān)系？2-9.0℃1.0005g/cm3和0.95g/cm3，如何解釋這一現(xiàn)象？.當(dāng)6+離子的半徑為CN=4時，半徑是多少？(b)CN=82-11.(a)利用附錄的資料算出一個金原子的質(zhì)量？(b)每mm3的金有多少個原子？(c)依據(jù)金的密度，某顆含有1021個原子的金粒，體積是多少？(d)假設(shè)金原子是球形(rAu=0.1441nm),并無視金原子之間的空隙，則1021個原子占多少體積？(e)這些金原子體積占總體積的多少百分比？2-12.CaO4Ca2+4O2-離子，每0.478nmCaO的密度是多少？2-13.硬球模式廣泛2-14.〔a〕面心立方金屬的原子致密度；〔面心立方化合物l〔離子半徑，；〔C〕由計算結(jié)果，可以引出什么結(jié)論？2-15.鐵的單位晶胞為a=0.287nm，請由鐵的密度算出每個單位晶胞所含的原子個數(shù)。2-16.鈦的單位晶胞含有兩個原子，請問此單位晶胞的體積是多2-17.計算面心立方、體心立方和密排六方晶胞的致密度。2-18.在體心立方構(gòu)造晶胞的〔100〕面上按比例畫出該面上的原子以及八面體和四周體間隙。2-19鍵合類型是怎樣影響局部原子堆垛的？2-20厚度0.08mm、面積670mm2的薄鋁片(a其單位晶胞為立方體，鋁的密度，則每個單位晶胞的質(zhì)量是多少？2-21.(a)在每mm3的固體鋇中含有多少個原子？(b)其原子積存因子是多少？(c)鋇屬于哪一種立方體構(gòu)造？(原子序=56，原子質(zhì)量=137.3aum，原子半徑=0.22nm，離子半徑=0.143nm，密度=3.5Mg/m3)2-22.X射線衍射數(shù)據(jù)顯示，MgO立Mg2+O2-離子?2-23.鉆石構(gòu)造的晶格常數(shù)a為0.357nm，當(dāng)它轉(zhuǎn)變成石墨時，體積變化的百分比是多少？〔石墨密度2.25Mg/m3〕2-24.1/2，0，1/2點(diǎn)，則在此直線上的另外兩點(diǎn)的坐標(biāo)是什么？2-25.(a)是多少？(b)方向和方向的夾角是多少？2-26.一平面與晶體兩軸的截距為a=0.5,b=0.75,并且與Z軸平行，則此平面的米勒指標(biāo)是什么？2-27.一平面與三軸的截距為a=1,b=-2/3,c=2/3,則此平面的米勒指標(biāo)是什么？2-28.(a)111的那些)方向是在鐵的〔101〕平面上?(b)方向族110的那些)方向是在鐵的〔110〕平面上?2-29.Xd111間距2q為27°30′(a)X光的波長是多少？〔NaCl晶格常數(shù)為0.563nm〕(b)X0.058nm2q是多少？X0.058nmd200,2q為16.47°，求晶格常數(shù)為多少？2-31.請算出能進(jìn)入fcc銀的填隙位置而不擁擠的最大原子半徑。2-32.碳原子能溶入fcc鐵的最大填隙位置：(a)每個單元晶胞中(b)在此位置四周有多少鐵原子圍繞？2-33.30m/oMgO70m/oLiF：(a)Li+,Mg2+,F-O2-w/o是多少？(b)密度是多少？2-34.請找出能進(jìn)入bcc〔1/2，1/4，0位置。2-35.碳和氮在γ-Fe中的最大固溶度分別為8.9%和10.3%，原子占據(jù)的百分?jǐn)?shù)。2-36.fcc間隙位置的配位數(shù)是什么？假設(shè)每一個間隙位置都被小2-37.Fe3+/Fe2+比0.14FeO的密度是多少？〔FeONaCl構(gòu)造；〔r0+rFe〕0.215nm〕2-38.Zr離子中參與一個Ca2+離子，就可能形成ZrO2的立方體，因此陽離子形成c構(gòu)造，而離子位于四重對稱位置〔a〕每0個陽離子有多少個O2-離子存在？〔b〕有多少百分比的四重對稱位置被占據(jù)？2-39.912℃bccfcc的原子半徑分別是m和1求其構(gòu)造變化時的體積變化V/O〔2〕從室溫加熱鐵到1000℃，鐵的體積將如何變化？2-40.固體材料存在哪些構(gòu)造轉(zhuǎn)變類型？受哪些因素的影響？舉例說明。2-41.Pb-Sn50g加熱到200℃，則有多少克的錫能熔進(jìn)此焊錫中？〔參見圖2-7-13〕2-42.某65Cu-35Zn黃銅〔參見圖2-6-1〕由300℃加熱到1000℃，則每隔100℃有哪些相見消滅？2-43.為什么金屬、金屬氧化物、無機(jī)化合物〔氮化物等〕具有高的外表能，而有機(jī)物〔包括高聚物〕外表能很低？2-44.為什么外表能和外表張力具有一樣的量綱？影響材料外表能凹凸的實(shí)質(zhì)是什么？第三章3-1與金屬材料和無機(jī)非金屬3-2為什么會出現(xiàn)高分子鏈聚攏態(tài)構(gòu)造？高分子鏈聚攏態(tài)構(gòu)造包含哪些內(nèi)容？3-33-4什么是聚合物共混復(fù)合材料？3-5是否可以通過內(nèi)旋轉(zhuǎn)將無規(guī)立構(gòu)聚丙烯轉(zhuǎn)否呈無規(guī)線團(tuán)構(gòu)象？3-6.以下高聚物中哪些是結(jié)晶性的，哪些是非晶性的？〔1〕聚乙烯；1.3聚異戊二烯；6；聚碳酸酯；乙烯和丙烯的無規(guī)共聚物；全同立構(gòu)聚甲基丙烯酸甲酯；間同立構(gòu)聚氯乙烯；無規(guī)立構(gòu)聚丙烯；固化酚醛塑料；聚對苯二甲酸丁二醇酯；ABS；聚乙烯醇。3-7.總結(jié)一下，與低分子物質(zhì)相比，高聚物的分子構(gòu)造和分子聚集態(tài)構(gòu)造有哪些重要特點(diǎn)？3-8.以下s鍵的旋轉(zhuǎn)位能均小于H2C-CH2，請解釋H2C-OO=C-CH2H2C-NHN2C-SSi-OH2C-CH=3-9.簡要說明聚合物晶體與金屬晶體、離子晶體和無機(jī)共價晶體的主要差異。3-10影響多組分體系相分別有那些因素？3-11.聚合物共聚物形態(tài)構(gòu)造有那些根本類型？其構(gòu)造是怎樣的？各舉一個例子。3-12.高聚物有幾種主要結(jié)晶形式？其中的高分子鏈的構(gòu)象是怎樣的？3-13.從構(gòu)造分析，為什么PTFE具有極低的外表張力，并說明其粘結(jié)性能。3-14.為什么高分子鏈具有柔性？試比較以下各組內(nèi)高分子鏈柔〔〕聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯；聚乙烯、聚乙炔、聚甲醛；聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯；聚甲醛、聚苯醚；尼龍66、聚對苯二甲酰對苯二胺。3-15聚合物基復(fù)合材料的界面粘結(jié)劑的主要影響因素有哪些？如何提高復(fù)合材料的界面粘結(jié)性？3-16.增混劑和偶聯(lián)劑的作用是什么？有何異同點(diǎn)？3-17無機(jī)玻璃和網(wǎng)絡(luò)聚合物有何異同之處？從構(gòu)造及物理狀態(tài)的變化說明。3-18歸納金屬、陶瓷、高分子材料在組成和構(gòu)造方面的主要異同點(diǎn)。3-19.80%(wt)的SiO220%(wt)的Na2O，問非橋氧的分?jǐn)?shù)為多少？3-20簡述無機(jī)非金屬材料中不同鍵合類型對材料性能的影響，并舉例進(jìn)展說明。3-21在離子晶體中，密積存的負(fù)離子恰好相互接觸并與中心正離子也恰好相互接觸時，正負(fù)離子的半徑比為臨界半徑比〔1體配位〔2〕八面體配位；四周體配位；三角形配位。3-22.CaTiO3為標(biāo)準(zhǔn)鈣鈦礦型構(gòu)造，簡述其構(gòu)造特征，分析其中鈣離子、鈦離子和氧離子的配位數(shù)。3-23黏土、滑石和云母同為層狀構(gòu)造硅酸鹽，為什么它們卻表現(xiàn)出格外大的機(jī)械性能差異？3-24.簡要說明硅酸鹽的幾種構(gòu)造單元的主要特點(diǎn)。3-25〔a〕99.8Fe和0.2C鋼在800℃是什么相？〔b〕寫出這些,c這些相各是多少百分比？6解釋以下名詞晶格、晶胞、合金、組元、相、機(jī)械混合物、鐵素體、奧氏體、滲碳體、馬氏體、黃銅、青銅、形變鋁合金、非晶態(tài)3-27.最常見的金屬晶體構(gòu)造有哪幾種？3-28Fe-Fe3C點(diǎn)、線的意義，填出各相區(qū)的主要組織組成物。3-29總結(jié)鐵碳合金中滲碳體的形態(tài)對合金性能影響的特點(diǎn)？3-30鋼和鑄鐵在成分、組織和性能上的主要區(qū)分是什么？3-31什么是再結(jié)晶？如何選定再結(jié)晶退火溫度？鋼的再結(jié)晶退火溫度是多少？3-32試比較各類鑄鐵之間的性能差異？第四章4-1.鋁的彈性70GPa0.3483MPa的靜水壓時，此單位晶胞體積是多少？4-2.0.29β鐵0.37的黃銅？4-3.12.83mm50mm，軸向受200KN的作用力后拉長0.456mm，且直徑變成〔a〕此試棒的體積模量是多少？〔〕剪切模量是多少？4-4.1000psi1.2%，而75psi2.1%，則此橡膠棒的泊松比為多少？4-5.15-20%的丁苯橡膠后抗沖擊強(qiáng)PS的σ-ε曲線示意圖。4-6.25℃別是哪種高聚物，并說明緣由。a.拉伸強(qiáng)度伸長率沖擊強(qiáng)度〔懸臂梁〕MPa%N·mMPa×103〔1〕62.111019.042.415(2)51.800.416.90(3)27.6724.080.828(4)69.001.096.90〔5〕17.32005.440.414名稱：環(huán)氧b.指出上述樹脂哪些是不透亮的。4-7.212cm0.76mm。當(dāng)外加載荷8.7Kg〔a〔外加載荷時，此線的應(yīng)變是0.011，則除去載荷后，銅線的長度是多少？〔c〕此銅線的屈服強(qiáng)度是多少？4-810kg，自質(zhì)量中心到搖擺支點(diǎn)的距離是75cm，擺錘舉高到120。后釋放。打斷試904-9從拉伸試驗如何獲得常用的力學(xué)性能數(shù)據(jù)？4-10請分別說明三種彈性模量。陶瓷材料的力學(xué)性能有何特點(diǎn)并做出簡要的解釋。熱處理〔退火〕的實(shí)質(zhì)是什么？它對材料的拉伸強(qiáng)度、硬度、尺寸穩(wěn)定性、沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長率有什么影響？4-13有哪些方法可以改善材料的韌性，試舉例說明。4-14.有哪些途徑可以提高材料的剛性？4-15高聚物的實(shí)際強(qiáng)4-16孿生與滑移有何區(qū)分？在哪些狀況下可以看到金屬中的變形孿晶？4-17畫出bcc金屬的〔112〕111滑動方向在這平面上。請解釋雜質(zhì)原子會阻擋差排的移動。某鋼板的屈服強(qiáng)度為690MPa，KIC值為70MPa·m1/2，假設(shè)可容許最大裂縫是2.5mm性強(qiáng)度是多少？4-207000MPa在60MPa彎曲張力下破壞。我們假定裂紋尖端為氧離子尺寸〔即裂，問對應(yīng)這種低應(yīng)力4-21某鋼材的屈服強(qiáng)度為1100MPa,抗拉強(qiáng)度為1200MPa〔KIC〕為90MPa·m1/2〔a〕在一鋼板上有2mm〔b〕在屈服Y等于1.1，試樣的拉應(yīng)力與邊裂紋垂直〕4-22.簡要說明金屬斷裂的類型及其特征。4-23冷變形金屬在加熱過程中要發(fā)生哪些變化？簡要說明再結(jié)晶過程的一般規(guī)律。4-24.依據(jù)粘附摩擦的機(jī)理，說明為什么極性高聚物與金屬材料外表間的摩擦系數(shù)較大，而非極性高聚物則較小。4-25.SN曲線是怎樣得到的？它有何特點(diǎn)和用途？4-26.寫出以下1〕摩爾熱容；比熱容；線膨脹系數(shù)和體膨脹系數(shù)；熱導(dǎo)率4-27為什么非晶態(tài)高聚物在玻璃化轉(zhuǎn)變前后熱膨脹系數(shù)不同？4-28有一塊面積為0.25m2、厚度為10mm的25#鋼板，兩外表的溫度分別為300℃和100℃，試計算該鋼板每小時損失的熱量？4-29.熱容、熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率等性能方面的差異。4-30何為半分解溫度？它與高分子化學(xué)鍵之間有什么關(guān)系？4-31為什么耐熱塑料的分子主鏈上多有苯環(huán)或雜環(huán)？為什么自然橡膠、順丁橡膠不耐老化而乙丙橡膠卻具有良好的耐老化性能？4-32爭論影響材料熱膨脹性的主要因素？4-33為什么高分子材料是熱4-34高分子材料的阻燃性主要由哪幾個指標(biāo)表示？4-35增加高分子材料的阻燃性一般有哪些方法？4-36寫出以下物〔1〕電阻率；電導(dǎo)率；遷移率；禁帶寬度；極化率；相對介電常數(shù)；介電損耗；介電強(qiáng)度4-37試述導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的電子能帶構(gòu)造區(qū)分。硅和鍺在300K的電阻率分別為2.3×103μΩ·m和0.46μΩ·m250℃的電導(dǎo)率。為什么金屬材料的電導(dǎo)率隨溫度的上升而降低，半導(dǎo)體和絕緣材料的電阻率卻隨著溫度的上升而下降？為什么非本征半導(dǎo)體的電阻率對溫度的依靠性比本征半導(dǎo)體的電阻率對溫度的依靠性??？趨于全都？4-40與極化強(qiáng)度之間的關(guān)系。4-41分別畫出非極性分子和極性分子組成的介電材料與電場頻率的關(guān)系曲線，指出不同頻率范圍內(nèi)的極化機(jī)理。4-42.在以下高聚物材料中，哪些有可能利用高頻塑化法加工成型？〔1〕酚醛樹脂；聚乙烯；聚苯乙烯；聚氯乙烯4-43同一聚合物處在高彈態(tài)時的電阻率遠(yuǎn)低于玻璃態(tài)時的電阻率，從材料構(gòu)造因素解釋這一現(xiàn)象。4-44產(chǎn)生介電損耗的緣由是什么？主要的影響因素有哪些？51〕磁感應(yīng)強(qiáng)度；磁化強(qiáng)度；磁導(dǎo)率和相對磁導(dǎo)率；磁化率；4-46鐵磁性材料和稀土磁性材料的磁性來源有何異同點(diǎn)？4-47軟磁材料和硬磁材料在構(gòu)造上主要區(qū)分是什么？列舉幾種常見的軟磁材料和硬磁材料。4-48為什么金屬對可見光是不透亮的？元素半導(dǎo)體硅和鍺對可見光是否透亮？4-49Eg=2.26eV，它對哪一局部可見光透亮？4-50當(dāng)可見光垂直入射并透過20mm厚的某種透亮材料0.8540mm1.6。4-51金屬的顏色取決于什么？4-52為什么有些透亮材料是帶色的，有些是無色的？4-53為什么聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等非4-54為什么常見的很多陶瓷材料是不透亮的？4-55試述磷光和熒光的區(qū)分。有哪些方法可以改善材料的透亮性?；瘜W(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕有哪些區(qū)分？試舉例說明。何謂標(biāo)準(zhǔn)電極電位？如何用標(biāo)準(zhǔn)氫電極測定一種金屬的標(biāo)4-59將兩個鋅電極分別浸在氧含量較低和較高的水溶液中并用銅導(dǎo)線將兩個鋅電極連接起來時哪個電極受腐蝕？寫出兩個電極上的半電池反響。4-60什么樣的金屬氧化膜對金屬具有良好的防氧化保護(hù)作用？第五章5-15-25-3為什么在5-4煉鋼的過程有哪些？要去除鋼水中的雜質(zhì)，應(yīng)實(shí)行什么樣的工藝措施？5-5簡述銅制備原理及制備方法？5-65-7影響金屬材料可鍛性的因素有哪些？5-8怎樣評定金屬材料的可焊性？5-9簡述常用的焊接方法？5-10影響金屬材料切削加工性的因素有哪些？5-11簡述粉末冶金的加工工藝？5-125-13聚合物加工中可能產(chǎn)生哪些物理變化和化學(xué)變化？5-14聚合物加工一般要經(jīng)受哪些根本過程，舉例說明。5-15.將低分子單體變?yōu)榫酆衔?，可通過哪些聚合機(jī)理合成？采用哪些聚合實(shí)施方法實(shí)現(xiàn)？為什么？5-16.制備高分子材料包括哪些過程？每一過程的作用和把握因素是什么？5-17簡述陶瓷制備的根本過程。分析各工序?qū)μ沾尚阅艿挠绊?。玻璃的共性有哪些？簡述玻璃生成的一般過程。分析浮法玻璃生產(chǎn)線的工作原理。2-2：12Mg:25.11172-3:N殼層:32個電子；K、L、M、N全滿時：70個2-4O殼層：50個電子K、L、M、N、O全滿時：102個2-6：CO2：Csp雜化，CH4：Csp3雜化，CH2=CH2：Csp2雜化，H2O：Osp3雜化，苯環(huán)：Csp2雜化，羰基：Csp2雜化。2-10：假設(shè)(K+半徑不變)求負(fù)離子半徑,則：CN=6r-=0.321nmCN=4r-=0.591nmCN=8r-=0.182nma:一個u原子：3.274×10-22〔g〕〔b〕5.895×1019(個)〔c〕v=1.696×10-2〔cm3〕(d)v’=1.253×10-2(cm3)(e)v’/v=73.88%2-123.41(g/cm3)2-14〔a〕PF=0.74〔b〕PF=0.64結(jié)論:(1)同種原子晶體的致密度只與晶胞類型相關(guān),(2)化合物晶體的離子致密度與離子大小相關(guān)2-15x=2個)2-16:V=35.3(A0)32-17面心立方:0.74體心立方:0.68密排六方:0.742-18八面體間隙四周體間隙2-20(a)8.07×1020(個)(b)1.79×10-22(g)2-21(a)1.5346×1019個(b)0.6845mm(c)鋇屬于體心立方構(gòu)造(致密度0.68)2-22x=4(4Mg2+,4O2-)2-24過(0,-1/2,0),(1,1/2,1)點(diǎn)2-25(a)θ=35.3°(b)θ=35.3°2-26(320)2-27(233)2-28(a)[111] [111](b)[110]2-29(a)λ=0.154(nm)(b)2θ=10.24°2 -30d200=0.2×10-9ma=0.4nm2-310.598(A0)2-33Li:6.94F:19Mg:24.31O:16MgO:40(w%)LiF:60(w%)(a)Li+:16(w%)F-:44(w%)Mg2+:24.1(w%)O2-:15.9(w%)2-37ρ=5.73(g/cm3)2-3