材料科学基础复习提纲与习题

材料科学基础2014年复习题纲与习题第1章原子与原子间结合1）通过双原子作用模型，掌握固体材料质点间作用力与作用势能的概念。2）掌握强作用键有哪些类型，分析它们的主要特征；弱作用键有哪些类型，分析它们的主要特征。3）建立实际固体材料混合键的概念。第2章结晶学基础1）掌握名词概念：等同点、点群、空间群、平移群、布拉维点阵、晶胞。2）晶体的宏观对称要素、宏观对称要素的组合及导出的32种对称型（点群）。3）基于32种点群对称特征划分的晶族、晶系，各晶系具有的宏观对称要素特征，各晶系晶体常数特征。4）中级晶族对称型（点群）的推导（结合习题）。5）单形和聚形的概念，单形和聚形的几何形体特征。6）各晶系的晶体定向，晶面指数、晶向指数、单形符号、晶带符号的确定及其之间的相互联系。7）晶体的微观对称要素，所有对称要素组合引出的空间群概念。8）14种布拉维格子，各晶系对应的布拉维格子和晶格常数特征。9）点群国际符号的基本推导（结合习题），空间群国际符号的解读。10）等大球体最紧密堆积的堆积规律，堆积结构中的孔隙类型及其与堆积球数的关系。第6章表面与界面基础1)表面张力和表面能的概念。1）液体、固体降低表面能的主要途径。2）固体表面能理论计算的基本原理与方法。3）弯曲表面的附加压力，球面附加压力和表面张力的关系，非球面附加压力和表面张力的关系（拉普拉斯公式），弯曲表面上饱和蒸汽压和固体溶解度的变化。4）铺展润湿（Young’s方程）和实际固体表面的铺展润湿。5）晶界偏析、晶界迁移、界面热应力、晶界电荷与空间静电势的基本概念。6）多晶多相结构中的晶界、相界处界面张力的平衡关系。习题1.1．简要分析离子键、共价键和金属键之间的主要不同点。1.2．分子键存在哪几种作用力形式？各在什么条件下存在？1.3．两相邻离子间的净势能EN由下式表示：nNrBrAE求两相邻离子的结合能E0和平衡间距r0的表达式。1.4．在离子键与共价键的混合键中，离子键性百分比可用下式近似计算：10025.0exp1%2BAXX离子键式中XA、XB分别为组成元素的电负性。计算TiO2、MgO、ZnTe和InSb的离子键性百分比。第2章2.1．解释如下术语：等同点、单位平行六面体、空间格子、点群、平移群、空间群、布拉维点阵、晶胞。2.2．根据对称要素组合定理，分别确定下列各种情况下对称要素的组合：（1）L2⊥L2，L2⊥L4，L2⊥L6；（2）P⊥L2，P⊥L3，P⊥L4；（3）P∥L2，P∥L3，P∥L6；（4）Li3×P//，Li3×L⊥2，Li4×P//，Li4×L⊥2。2.3．点群分成两类推导出，A类为没有高次轴或仅有一个高次轴的对称要素组合形式。试推导A类中轴次n分别等于3和6的面轴式的点群组合式。2.4．一晶面在x、y、z轴上的截距为2a、3b和6c，另一晶面在x、y、z轴上的截距为a／3、b／2和c，分别求两晶面的米勒指数，并说明两晶面的空间几何关系。2.5．分别写出立方体单形｛100｝和八面体单形｛111｝的所有晶面符号。2.6．求由晶面(121)与(100)所决定的晶带指数和(100)与(010)所决定的晶带指数。2.7．求由晶向[001]与[111]所决定的晶面指数和[010]与[100]所决定的晶面指数。2.8．回答下面问题：（1）a≠b≠c、α=β=γ=90°的晶体属于什么晶族和晶系?其布拉维点阵有几种，名称是什么？（2）a≠b≠c、α≠β≠γ≠90°的晶体属于什么晶族和晶系?其布拉维点阵有几种，名称是什么？2.9．由点群组合式3L23PC导出其点群国际符号。2.10．由点群国际符号6mm导出其组合式。第6章6.1．任何表面系统都有自发降低其表面能的趋势。液体和固体分别采取什么方式来降低表面能？6.2．面心立方结构的纯金属材料的键能可从升华热LS估算，即LS=12NAε/2。试证明在温度很低时，其(111)面的比表面能γ可用下式表示：γ=0.577LS／(a2NA)式中：a为晶格常数；NA为阿伏加德罗常数。6.3．二维晶体内含有第二相粒子，粒子的平衡形貌是边长为l1和l2的矩形，矩形两边的界面能分别为γ1和γ2，若矩形的面积不变，证明矩形粒子的平衡形状为：γ1l1=γ2l26.4．纯金属面心立方晶格不同晶面（110）、（100）、（111）上原子密度不同，问哪一个晶面上表面能最低？为什么？6.5．试推导非球面曲面的拉普拉斯(Laplace)公式。6.6．将一熔体滴放于一陶瓷片上，已知该熔体的表面张力为900mN/m，熔体与瓷体的界面能为600mN/m，此时测得接触角为70.52°。问：（1）求陶瓷的表面张力？（2）将该陶瓷在高温下进行热处理，测得其热腐蚀的槽角为60°，求其晶粒间的界面能？6.7．一熔体的表面张力为0.5J/m2，与一多晶氧化物表面接触，其接触角θ=45°。如果与该氧化物混和，将在异相界面交汇处形成液滴，当测得该处两面角为90°，而氧化物/氧化物的界面张力为1J/m2，计算该氧化物的表面张力。6.8．什么是晶界偏析？其主要影响因素有哪些？教材勘误（针对2008版教材，2011版已部分改）1章1）图1-4双原子作用模型：势能图的纵坐标文字“吸引”和“排斥”对换。2）p20：公式（1-11）下段：原段为：式中，B是波尔排斥常数，其数值与离子的电子构型有关。当离子的构型相当于惰性气体He、Ne、Ar、Kr、Xe的电子构型时，B值分别可取5、7、9、10、12。如果正、负离子分别属于不同的电子构型，则B值可取正、负两种离子的平均值。例如，NaCl的值可取Ne和Ar的平均值，即(7+9)/2=8。更改为：式中，B是波尔排斥常数；n是斥力指数，其数值与离子的电子构型有关。当离子的构型相当于惰性气体He、Ne、Ar、Kr、Xe的电子构型时，n值分别可取5、7、9、10、12。如果正、负离子分别属于不同的电子构型，则n值可取正、负两种离子的平均值。例如，NaCl的值可取Ne和Ar的平均值，即(7+9)/2=8。3）p20：公式（1-14），（1-15）右边式中加“－”号。