材料科学基础课后习题答案讲解

4. 聚合物的分子结构对主链的柔顺性有什么影响?

答:主链结构对聚合物的柔顺性有显著的影响。例如,由于Si-O-Si键角大,Si-O的键长大,内旋转比较容易,因此聚二甲基硅氧烷的柔性非常好,是一种很好的合成橡胶。芳杂环因不能内旋转,所以主链中含有芳杂环结构的高分子链的柔顺性较差,具有耐高温的特点。侧基极性的强弱对高分子链的柔顺性影响很大。侧基的极性愈弱其相互间的作用力愈大,单键的内旋转困难,因而链的柔顺性差。链的长短对柔顺性也有影响,若链很短,内旋转的单链数目很少,分子的构象数很少,必然出现刚性。

第四章 晶体缺陷

1.纯Cu的空位形成能为1.5aJ/atom,(1aJ=10-18J),将纯Cu加热至850℃后激冷至室温(20℃),若高温下得空位全部保留,试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。 答:850℃:C120℃:C2=Aexp(-DEV/kT1) =Aexp(-DEV/kT2)

DEV11C11.5′10-1811所以=exp(-)=exp?()=exp274=5.613

C2kT2T11.38′10-2329311233.空位对材料行为的主要影响是什么?

答:空位可以造成材料物理性能与力学性能的改变,引起电阻的增加,晶体中存在的空位破坏了原子排列的规律性,使电子在传导时的散射增加,从而增加电阻,此外,空位的存在还使晶体的密度下降,体积膨胀。 7.在图4-54所示的面心立方晶体的(111)滑移面上有两条弯折的位错线OS和O’S’,其中位错的台阶垂直于(111),它们的柏氏矢量如图中箭头所示。

(1)判断位错线上各段位错的类型。

(2)有一切应力施加于滑移面,且与柏氏矢量平行时,两条位错线的滑移特征有何差异? 答:(1)在两根位错线上12,34为刃位错,其余为螺位错。

(2)OS上的各段位错都可在该滑移面内滑移,O’S’上的12,34位错不能运动,其余各段都可在该滑移面内滑移。 10.判断下列位错反应能否进行:

aaa[101]+[121]?[111] 263aa(2)a[100]?[101][101]

22aaa[111]?[111] (3)[112]+362aa[111][111] (4)a[100]?22(1)

答:(1)√ (2)× (3)× (4)× 11. 若面心立方晶体中baa?[101]的全位错以及b?[121]的不全位错,此两位错相遇发生位错反应,试问: 26(1)此反应能否进行?为什么?

(2)写出合成位错的柏氏矢量,并说明合成位错的性质。

5

答:(1)此反应能够进行。因为其符合位错反应的几何条件和能量条件。位错反应时为:

aaa[101]+[121]?[111] 263aaa注意如果写成[101]?[121][212]时显然不合题意,此反应是不能进行的。

263a(2)合成位错的柏氏矢量是[111],是不全位错。

319.表面为什么具有吸附作用?物理吸附和化学吸附的主要起源于什么?举例说明现实生活中的吸附粒子?

答:(1)吸附是指外来的原子或分子气体在界面上富集的现象。气体分子或原子分子咋表面吸附可以不同程度上抵消表面原子的不平衡力场,使作用力的分布趋于对称,于是就降低了表面能,使体系处于较低的能量状态,体系更为稳定,所以吸附过程是自发进行的。

(2)物理吸附源自于范德华耳斯力作用而相互吸引,物理吸附无选择性;化学吸附则源自于剩余的不饱和键力,化学吸附有选择性。 第5章

1 按不同特点分类,固溶体可分为哪几种类型?影响置换固溶体固溶度的因素有哪些? 答:按溶质原子在溶剂晶格中所占位置,可以分为置换固溶体和间隙固溶体;

按固溶度的大小,固溶体又可分为有限固溶体和无限固溶体;

按溶质原子与溶剂原子的相对分布情况,可以分为无序固溶体和有序固溶体。

影响固溶体固溶度的因素有:尺寸因素、晶体结构因素、电负性差因素和电子浓度因素。

3 (1)间隙化合物与间隙固溶体有何根本区别?

(2) 下列中间相各属什么类型?指出其结果特点及主要控制因素 MnS、Fe3C、Mg2Si、SiC、Cu31Zn8、Fe4N、WC、Cr23C6

答:(1) 间隙固溶体仍保持着溶剂原子的金属结构;间隙化合物是指当溶质原子以间隙方式进入晶格,对溶剂晶格造成一定程度的畸变,畸变能增高至一定容限时,原来的结构变不稳定,会重新组合形成新的结构形式,即形成新相。 (2) MnS 正常价化合物,钢铁中的有害夹杂物,

Fe3C 间隙化合物,正交晶系结构,钢铁中的常见强化相

Mg2Si 正常价化合物,具有离子键特征,是铝合金中常见的强化相 SiC 正常价化合物,具有共价键特征,常用作复合材料的增强粒子 Cu31Zn8 电子化合物,复杂立方,具有金属键特征 Fe4N 间隙化合物,面心立方,强化相 WC 间隙化合物,简单立方,强化相 Cr23C6 间隙化合物,复杂立方,强化相

6

6.

9.

相组成:

wa=

6.69-0.2100%=97.33%

6.69-0.02180.2-0.0218100%=2.67%

6.69-0.0218wFe3C=组织组成:

wP=0.2-0.0218100%=23.8%

0.77-0.0218wF=1-23.8%=76.2%

10.

7

共晶转变后的组织为g初+Ldg初%=4.3-3.0?100Y.36%4.3-2.11Ld%=100%-59.36%=40.64%L'd=Ld=40.64%2.11-0.77Fe3CⅡ%最大=?100".6%6.69-0.77Fe3CⅡ%(由g初中析出)=g初%?22.6%=59.36%?22.6.41%P%=g初%-Fe3CⅡ%=59.36%-13.41%=45.95%

相组成物:a+Fe3Ca%=6.69-3.0?100U.17%

6.69Fe3C%=100%-55.17%=44.83%

13. L——>A+B;L——>B+C;L——>C+A; 第6章 1.

DGV=-LmDTTm,要使DGV<0才能凝固,因此需要过冷度

在熔点时,系统的界面能降低,自由能也降低是自发反应 在该过程中,gSL4.

1) 较慢凝固时,近似于平衡凝固,这样(CS)i 相应于相图上的固相线,(CL)i相应于相图上的液相线,则ke->K0。

较快凝固时,近似于非平衡凝固,由于速度快,来不及扩散,可看做液相成分与开始时变化不大,则(CL)b≈CL0,由于质量守恒定律,有(Cs)b≈CL0 ,所以ke->1。 5.

1) 平衡凝固,ke=K0

由于相图中液相线和固相线斜率不变,可知对任意温度,K0不变,

(CL)b =60%,(CS)i =30%, K0=XS/XL=0.3/0/6=0.5 Ke=0.5

2) 试样在2/3L处出现共晶体。

3) 500℃时,液相完全转化为共晶体,共晶体的百分数为:

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