材料科学基础A习题
1、在立方晶系晶胞中画出以下晶面和晶向：(102)、(11)、(1)、[110]、[11]、[10]和[21]。
3、写出六方晶系的{110}、{102}晶面族和<20>、<011>晶向族中的各等价晶面及等价晶向的具体指数。
4、在六方晶胞图中画出以下晶面和晶向：(0001)、（010）、（110）、（102）、（012）、[0001]、
[010]、[110]、和[011]。
(0001)
（010）
[010]
[011] （110）
[0001] 1/2 x y x z z z 1/3 x z z (11) z 1/2 1/2 x (102) y 1/3 (1) y 1/3 x [11] [21] [10] 1/2 [110] 2/3 y 2、标注图中所示立方晶胞中的各晶面及晶向指数。
(211) (111) y 1/2 x (323) 1/2 (121) y 5、标注图中所示的六方晶胞中的各晶面及晶向指数。
6、分别计算体心立方晶体中（001）、（111）晶面的原子面密度。
7、已知金刚石晶胞中（下图）最近邻的原子间距为0.1544nm，试求金刚石的点阵常数a，配位数CN和致密度K。
110）、8、判断（ （132）、（311）是否属于同一晶带？
（1210）
[22] [112]
（1102）
[010]
[110]
第二章 固体结构
1、面心立方、体心立方、密排六方晶格中，哪些是空间点阵，哪些不是空间点阵？
答：面心立方、体心立方晶格是空间点阵，密排六方晶格不是空间点阵。
2、为什么单晶体具有各向异性，而多晶体一般却不显示各向异性？
答：在单晶体中，不可能沿所有的晶体学方向，原子的排列都相同，从而使沿原子排列不同的晶体学方向，晶体的性质不同。一般情况下，在多晶体中，各晶粒空间取向随机分布，沿多晶体不同方向测出的其性质是沿各种晶体学取向的性质的平均值，故多晶体一般却不显示各向异性。
3、说明以下简单立方晶格中有几种宏观对称元素？
答：简单立方晶格中的宏观对称元素有：三次和四次旋转对称轴，反演对称中心，对称面。
4、在置换固溶体和间隙固溶体中，随着溶剂、溶质原子半径差增大，溶质的饱和固溶度如何变化，为什么？
答：在置换固溶体中，随着溶剂、溶质原子半径差增大，溶质的饱和固溶度下降，这是因为随着溶剂、溶质原子半径差增大，晶格的畸变增大，为维持溶剂晶格的稳定存在，溶剂中可溶入的溶质最大固溶度下降；在间隙固溶体中，随着溶剂、溶质原子半径差增大，溶质的饱和固溶度上升，这是因为随着溶剂、溶质原子半径差增大，溶剂晶格的畸变减小，致使溶剂中可溶入的溶质最大固溶度上升。
5、有序合金的原子排列有何特点？有序合金的形成和结合键能有什么关系？为什么许多有序合金在高温下变成无序？
答：有序合金中原子排列的特点是各组元原子按一定的排列规则和周期性占据各自的晶格结点，长程有序。其形成与组元之间结合键强度的大小有关，当合金组元原子之间的结合键强度高于每个组元各自的原子之间结合键强度时，则将形成有序合金。随温度升高，原子的热运动增强，当温度足够高时，热运动将使原子脱离原来的结点位置，破坏原子的有序排列，则合金的原子由有序排列转变为无序排列。
6、有A、B两种元素形成了合金，该合金较其组元具有熔点高、硬度高的特点，问该合金是固溶体还是中间相，为什么？若该合金较其组元硬度高，但熔点低于其一组元，问该合金是固溶体还是中间相，为什么？
答：该合金是中间相，因为所形成的合金熔点高于其组元，说明合金的结合键较其组元更强，应含有离子键或共价键，故其为中间相。若该合金较其组元硬度高，但熔点低于其一组元，说明该合金的结合键并未得到增强，其硬度高是固溶强化的结果，所以合金应为固溶体。
7、有一种晶体物质，其化学成分可在一定范围内变化，问是否可以由此判断该物质为中间相或固溶体，为什么？
答：不能由此判断该物质为中间相或固溶体，因为固溶体成分可在一定范围内变化，而中间相若形成二次固溶体，其成分也可在一定范围内变化。
8、为什么拓扑密堆相可以具有很高的配位数？
答：拓扑密堆相晶体是以半径大小不同的原子匹配所形成的密堆结构，故可具有很高的配位数。
9、鲍林第三规则从什么角度反映了离子晶体的结构稳定性？
答：鲍林第三规则反映了在离子晶体中，相邻正离子之间的距离不能太近，否则，因其之间的静电排斥力将使晶体结构的稳定性下降。
10、为什么金属往往具有较高的密度，而陶瓷却具有较低的密度？
答：金属以金属键结合，金属键无方向性、无饱和性，使得金属原子可以实现密堆排列，因而使得金属往往具有较高的密度。陶瓷以离子键或共价键结合，离子键结合的陶瓷中，同号离子之间具有排斥性，使得离子晶体中离子不能达到密堆排列；共价键具有饱和性和方向性，使得共价键晶体中的原子也不能实现密堆排列，故以离子键或共价键结合的陶瓷具有较低的密度。
11、按照硅氧四面体的不同组合，硅酸盐的晶体结构可分为哪几种类型？
答：分为孤岛状、组群状、链状、层状和架状结构几种类型。
12、为什么在镁橄榄石晶体（Mg2[SiO4]）中，硅氧四面体是通过镁氧八面体而连接？其物理意义为何？
答：根据鲍林第四规则，在镁橄榄石晶体（Mg2[SiO4]）中，具有高电价、配位数较低的正离子硅氧四面体趋于不结合，因此，硅氧四面体通过镁橄榄石中的镁氧八面体而结合。其
物理意义在于高电价、配位数较低的硅氧四面体之间的正离子静电排斥力较强，因此，硅氧四面体直接结合将导致晶体能量升高。若硅氧四面体通过具有较低电价、配位数较高的正离子镁氧八面体相连，则将降低正离子配位多面体之间的静电排斥力，提高晶体结构的稳定性。
13、在ZrO2离子晶体中，若以一个Ca2+置换一个Zr4+，则在Ca2+附近将形成一个什么离子空位，为什么？
答：在ZrO2离子晶体中，若以一个Ca2+置换一个Zr4+，则在Ca2+附近将形成一个氧离子空位。这是为了保持晶体局部正、负电荷的平衡所需。
14、为什么高分子材料不能在较高的温度下使用？
答：高分子材料的大分子之间是依靠分子键或氢键结合，由于分子键或氢键结合力较小，很容易受到高温的破坏，故高分子材料不能在较高的温度下使用
第三章 晶体缺陷
1、为什么说点缺陷是热力学平衡缺陷，而位错则不是？
答：在晶体中形成点缺陷将导致晶格畸变，使内能增加△U，并导致自由能增加 ，同时点缺陷形成也可使熵增加△S，导致自由能降低。由于在一定点缺陷浓度范围内，熵增△S导致的负的自由能增量可抵消内能增量△U导致的正的自由能增量，由△G=△U-T△S，△U-T△S可在点缺陷为某浓度时达到平衡，二者共同作用可使晶体自由能在晶体中存在一定浓度的点缺陷时最低，故点缺陷是热力学平衡缺陷。对于位错而言，其存在也使内能和熵增加，但熵增△S远低于内能增量△U，熵增△S导致的负的自由能增量不能抵消内能增量△U导致的正的自由能增量，故位错不是热力学平衡缺陷。
2、同一金属中，间隙原子的平衡浓度和空位的平衡浓度哪一个高？金属与陶瓷相比，哪一个中的点缺陷浓度高？为什么？
答：由于形成一个间隙原子所产生的晶格畸变能高于产生一个空位的畸变能，由点缺陷平衡浓度公式可知，同一金属中，间隙原子的平衡浓度比空位的平衡浓度高。金属与陶瓷相比，由于陶瓷为键能高于金属键的离子键或共价键结合，因此，在陶瓷中形成一个点缺陷所产生的畸变能高于金属中，同时，在离子陶瓷晶体中，点缺陷还必须成对出现，其形成较金属中更为困难，故陶瓷中的点缺陷浓度低于金属中。
3、为什么在固溶体中，当溶剂、溶质原子半径相差太大时，不能形成置换固溶体？，而当溶剂、溶质原子半径相差不大时，不能形成间隙固溶体？
答：在固溶体中，当溶剂、溶质原子半径相差太大时，以小原子置换大原子造成的晶格畸变高于小原子处于大原子构成的晶格间隙中时所造成的晶格畸变，故二者不能形成置换固溶体。而当溶剂、溶质原子半径相差不大时，若小原子处于大原子晶格的间隙中，造成的晶
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