1、材料科学基础-5 及答案解析(总分：72.50，做题时间：90 分钟)一、B论述题/B(总题数：8，分数：72.50)1.绘出(110)、(112)、(113)晶面的晶带轴，并写出其具体的方向指数。（分数：2.50）_2.Cu-Sn-Zn 三元系相图在 600时的部分等温截面如图 8-5 所示。 （分数：10.00）_3.不用极射投影图，利用解析几何方法，如何确定立方品系中两晶向间的夹角 ；两晶面的夹角；两晶面交线的晶向指数；两晶向所决定的晶面指数。（分数：10.00）_4.画出 Al-4.0%Cu 合金在时效处理(130)中硬度随处理时间变化的曲线，并解释原因。（分数：10.00）_5.如图
2、 3-27 所示，某晶体滑移面上有一伯氏矢量为 b 的位错环，并受到一均匀剪应力 的作用，分析各段位错线所受力的大小并确定其方向。在 作用下，若要使它在晶体中稳定不动，其最小半径为多大? （分数：10.00）_6.假设所有的价电子都对电流有贡献，计算 Cu 中电子的迁移率和当在 100cm 长的铜线上加以 10V 的电压时，电子的迁移速率(铜的电导率为 5.98105(cm) -1)。（分数：10.00）_7.聚丙烯是由丙烯聚合而成的，其化学式是 C3H6，结晶态聚丙烯属单斜晶系，其晶格常数a=0.665nm，b=2.096nm，c=0.65nm，=90，=99.3，其密度 =0.91g/cm
3、 3。试计算结品态聚丙烯的单位晶胞中 C 原子和 H 原子的数目。（分数：10.00）_8.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，试计算须添加氯的质量分数。（分数：10.00）_材料科学基础-5 答案解析(总分：72.50，做题时间：90 分钟)一、B论述题/B(总题数：8，分数：72.50)1.绘出(110)、(112)、(113)晶面的晶带轴，并写出其具体的方向指数。（分数：2.50）_正确答案：(设晶带轴为u，v，w，则由晶带轴定理有： *故方向指数为*或*。 晶面及晶带轴如图所示。 *)解析：2.Cu-Sn-Zn
4、三元系相图在 600时的部分等温截面如图 8-5 所示。 （分数：10.00）_正确答案：(见图 39。 * 在 600时合金 P 由 + 相组成；合金 Q 由 + 相组成；合金 T 由 相组成。 设所求合金中铜、锡、锌的质量分数分别为 (Cu)，(Sn)，(Zn)。根据已知条件， P，Q，T 合金分别占新合金中的质量分数为 25%，25%，50%，由重心定律可得： (Ca)=25%63%+25%54%+50%66%=62.25% (Sn)=25%5%+25%6%+50%1%=3.25% (Zn)=25%62%+25%40%+50%33%=34.5% 即新合金的成分 Cu，Sn，Zn 的质量分
5、数分别为62.25%，3.25%，34.5%。)解析：3.不用极射投影图，利用解析几何方法，如何确定立方品系中两晶向间的夹角 ；两晶面的夹角；两晶面交线的晶向指数；两晶向所决定的晶面指数。（分数：10.00）_正确答案：( 设立方晶系中的两个晶向为u 1v1w1和u 2v2w2，由矢量数性积得知：u 1v1w1u2v2w2=|u1v1w1|u2v2w2|cos故此两晶向间夹角 就可从其余弦值求得：* 设立方晶系中有两个晶面(h 1k1l1)和(h 2k2l2)，它们之间的夹角 即为它们各自法线h 1k1l1和h 2k2l2之间的夹角，故可得*两晶面的夹角=arccos(cos) 设立方晶系中有
6、两个不平行晶面(h 1k1l1)和(h 2k2l2)，它们的交线为uvw，按几何关系得知，这个晶向应同时位于这两个晶面上，故可得*解上述方程组可得*或* 设晶体中有两个不平行的晶向u 1v1w1和u 2v2w2，它们所决定的晶面的晶面指数为(hkl)，按晶带定律有*解上述方程可得*或*)解析：4.画出 Al-4.0%Cu 合金在时效处理(130)中硬度随处理时间变化的曲线，并解释原因。（分数：10.00）_正确答案：(Cu-Al 合金在时效处理过程中硬度随时间的变化曲线示于下图。 * (1)由于原子偏聚或形成有序化区域，产生共格变形的晶格畸变。位错线切过析出物，会增加界面能、反相畴界能、再加上
7、位错线与高密度析出物的长程相互作用，使材料强度增加。变化曲线中第一个峰形(GP 区(GPI)和过渡相(GPII)就是这个原因的结果。 (2)析出物的形貌由片状最后到球状，且持续粗化。位错线与析出物的长程相互作用，位错线绕过析出物，从而使材料强化。随着析出物粗化，这种强化作用减弱。变化曲线中第二个峰形(过渡相()就是这个原因的结果。)解析：5.如图 3-27 所示，某晶体滑移面上有一伯氏矢量为 b 的位错环，并受到一均匀剪应力 的作用，分析各段位错线所受力的大小并确定其方向。在 作用下，若要使它在晶体中稳定不动，其最小半径为多大? （分数：10.00）_正确答案：(令逆时针方向为位错环线的正方向
8、，则 A 点为正刃型位错，B 点为负刃型位错，D 点为右螺旋位错，C 点为左螺旋位错，位错环上其他各点均为混合型位错。 各段位错线所受的力均为 f=b，方向垂直于位错线并指向滑移面的未滑移区。 在外力 和位错线的线张力 T 作用下，位错环最后在晶体中稳定不动，此时*，故*。)解析：6.假设所有的价电子都对电流有贡献，计算 Cu 中电子的迁移率和当在 100cm 长的铜线上加以 10V 的电压时，电子的迁移速率(铜的电导率为 5.98105(cm) -1)。（分数：10.00）_正确答案：(Cu 只有一个价电子，因此，材料中价电子的数目与 Cu 原子的数目一样。Cu 的点阵常数为3.615110
9、-8Cu 是面心立方，每个晶胞有 4 个原子。Cu 的电阻率=1/=1/(5.9810 5)=1.6710-6cm故*电场强度*电子迁移率为 44.2cm2/(Vs)，因此电子迁移速率*)解析：7.聚丙烯是由丙烯聚合而成的，其化学式是 C3H6，结晶态聚丙烯属单斜晶系，其晶格常数a=0.665nm，b=2.096nm，c=0.65nm，=90，=99.3，其密度 =0.91g/cm 3。试计算结品态聚丙烯的单位晶胞中 C 原子和 H 原子的数目。（分数：10.00）_正确答案：(设聚丙烯晶胞内 C 原子有 x 个，则 H 原子有 2x 个，而单胞体积V=abcsin*故 *2x=235=70因此，C 3H6晶胞中含有 35 个 C 原子，70 个 H 原子。)解析：8.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，试计算须添加氯的质量分数。（分数：10.00）_正确答案：(从上题得知聚乙烯的结构单元中含有 2 个 C 原子和 4 个 H 原子。若 8%H 原子被 Cl 原子所取代，则须添加 Cl 的质量分数为： *)解析：
