石德珂材料科学简答题

《材料科学基础》

简答题

第一章 材料结构的基本知识

1、说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义。

答：结构转变的热力学条件决定转变是否可行，是结构转变的推动力，是转变的必要条件；动力学条件决定转变速度的大小，反映转变过程中阻力的大小。 2、说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。

答：稳态结构与亚稳态结构之间的关系：两种状态都是物质存在的状态，材料得到的结构是稳态或亚稳态，取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件)，阻力小时得到稳态结构，阻力很大时则得到亚稳态结构。稳态结构能量最低，热力学上最稳定，亚稳态结构能量高，热力学上不稳定，但向稳定结构转变速度慢，能保持相对稳定甚至长期存在。但在一定条件下，亚稳态结构向稳态结构转变。

3、说明离子键、共价键、分子键和金属键的特点。

答：离子键、共价键、分子键和金属键都是指固体中原子(离子或分子)间结合方式或作用力。离子键是由电离能很小、易失去电子的金属原子与电子亲合能大的非金属原于相互作用时，产生电子得失而形成的离子固体的结合方式。

共价键是由相邻原子共有其价电子来获得稳态电子结构的结合方式。 分子键是由分子(或原子)中电荷的极化现象所产生的弱引力结合的结合方式。

当大量金属原子的价电子脱离所属原子而形成自由电子时，由金属的正离子与自由电子间的静电引力使金属原子结合起来的方式为金属键。

4、原子中的电子按照什么规律排列？

答：原子核周围的电子按照四个量子数的规定从低能到高能依次排列在不同的量于状态下，同一原子中电子的四个量子数不可能完全相等。 第二章 材料的晶体结构

1、在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标。6个面心构成一个正八面体，指出这个八面体各个表

面的晶面指数、各个棱边和对角线的晶向指数。

解 八面体中的晶面和晶向指数如图所示。图中A、B、C、D、E、F为立方晶胞中6个表面的面心，由它们构成的正八面体其表面和棱边两两互相平行。

ABF面平行CDE面，其晶面指数为(111)； ABE面平行CDF面，其晶面指数为(111)； ADF面平行BCE面，其晶面指数为(111)；

1

ADE面平行BCF面，其晶面指数为(111)。

棱边AB//DC，AD//BC，BF//ED，AF//EC，EA//CF ，EB//DF ，其晶向指数分别为[110]，[110],[101]，[011]，[011]，[101]。 对角线分别为DB,AC,EF，其晶向指数分别为[100]，[010]，[001] 图 八面体中的晶面和晶向指数

2、标出图2中ABCD面的晶面指数，并标出AB、BC、AC、BD线的晶向指数。 解：晶面指数：

ABCD面在三个坐标轴上的截距分别为3/2a,3a,a, 截距倒数比为

21::1?2:1:3 33?ABCD面的晶面指数为 （213） 4分

晶向指数：

AB的晶向指数：A、B两点的坐标为

A（0，0，1），B（0，1,2/3） (以a为单位) 则 AB?(0,1,?)，化简即得AB的晶向指数[031] 二（2）图 同理：BC、AC、BD线的晶向指数分别为[302]，[111]，[331]。 各2分

3、如图所示立方晶胞晶格常数为a，AO的长度为2/3a， BD的长度为1/2a，CF的长度为1/3a，标出图中ABC面的晶面指数，并标出AB、BC、AC的晶向指数。 解：ABC面的晶面指数：

ABC面在x、y、z三个坐标轴上的截距分别为4，2，2/3，（1分） 截距倒数比为

13113::?1:2 : 6 （1分） 422?ABC面的晶面指数为 （126） （1分）

晶向指数：

AB的晶向指数：A、B、C点的坐标为

A（0，0，2/3），B（1，0，1/2），C（0，1，1/3） (以a为单位) 则AB的晶向指数[601]或[601] （1分） {AB?(1,0,?) }

161BC的晶向指数[661]或[661] （1分） {BC?(1,1,?) }

6

2

AC的晶向指数[031]或[031] （1分） {AC?(0,1,?) }

13

４、求图中所示立方晶胞中ＡＢＣＤ面的指数；并求该晶面与晶胞所交的四边形四条边和对角线的晶向指数。 解：晶面指数：

ABCD面在三个坐标轴上的截距分别为2a,a,2a 截距倒数比为

111::?1:2:1 212?ABCD面的晶面指数为 （121） 2分

晶向指数：

AB的晶向指数：A、B两点的坐标为

A（1，1/2，0），B（0，1,0） (以a为单位) 则 AB??1i?1j， AB的晶向指数[210] 2分 2同理：BC、AC、BD线的晶向指数分别为[012]，[101]，[111]。 各2分 回答下列问题：

(1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向：

(001）与[210]，(111）与[112]，(110)与 [111],(132)与[123],(322)与[236］

(2)在立方晶系的一个晶胞中画出（111)和 （112)晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 (3)在立方晶系的一个晶胞中画出同时位于（101). (011)和（112)晶面上的[111]晶向。 解：1、

(110)[123][111](132)[112](111)(001)[210](101)[236](111)(011)(101)(011)(101)(101)(112)(112)(322)[110](112)[111][111](112)[111]

3

面心立方结构和体心立方结构中有几种间隙，各有几个？

答：面心立方结构包含4个正八面体间隙和8个正四面体间隙；体心立方结构包含6个正八面体间隙和12个正四面体间隙。（数目：每个2分，类型：每个1分） 5、简述同素异构产生原因。

答：与该类原子的电子层结构的变化有关，即在不同的温度或压力下，通过参与键和的外层数分布状态的改变，而引起原子间结合能以致点阵的形式发生改变，过渡族金属多型性倾向较大，与此结构中的s能级和d能级十分接近有关

性能：发生多型性转变，由于晶体点阵致密度不同 ，伴随热涨，

6、在离子(陶瓷)晶体中正、负离子的堆积方式取决于哪些因素？

答：(1)正、负离子的电荷大小——晶体必须保持电的中性，即所有正离子的正电荷应等于所有负离子的负电荷。 (2)正、负离子的相对大小——由于正、负离子的外层电子形成闭合的壳层，因此可以把离子看成具有一定半径的刚性圆球。在离子晶体中，一些原子失去其外层电子而成为正离子另一些则得到外层电子而成为负离子。（答对（1）、（2）中的任一点5分） 7、简要说明硅酸盐的几种结构单元的主要特点。 答：

第三章 高分子材料的结构

1．简要说明加聚反应和缩聚反应的区别？

答：加聚反应是由不饱和的单体聚合成高分子的反应，其产物只有—种高分子化合物。参加缩聚反应的单体一般含有两种或两种以上能相互作用的官能团(两个或两个以上易断裂的共价键)的化合物，产物中除一种高分子化合物外，还生成有小分子。如H2O、HCl、NH3等。产物的组成与参加反应的任何一种单体均不相同。从反应机理上看，加聚反应是不饱和分子中的双键或叁键发生的，实质还是加成反应。所以，双键、叁键是发生加聚反应的内因。缩聚反应是通过单体中的官能团相互作用经缩合生成小分子，同时又聚合成大分子的双线反应。发生缩聚反应的内因是相互能作用的官能团(或较活动的原子)。发生加聚反应的单体不一定是一种物质，也可以是两种或两种以上。如丁苯橡胶就是由单体1，3－丁二烯和苯乙烯加聚而成，缩聚反应的单体不一定就是两种，也有一种的，如单糖缩聚成多糖、氨基酸缩聚成多肽，也可以是两种以上的。

2．写出下列化合物的链节结构，并指出有无氢键，若有，是分子内还是分子间的？ （1）聚氯乙烯；（2）聚乙烯醇；（3）尼龙-6；（4）涤纶；（5）纤维素 答：（1）-CH2CHCl- 、分子间氢键 （2）-CH2CHOH-、 分子间氢键 （3）-HN(CH)5CO-、 分子间氢键

（4） 分子间氢键

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