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1、1、已知Mg2+半径为0.072nm，O2-半径为0.140nm，计算MgO晶体结构的堆积系数与密度。解：MgO为NaCl型，O2-做密堆积，Mg2+填充空隙。 =0.140nm，=0.072nm，=4，晶胞中质点体积：，晶胞体积=，堆积系数=晶胞中MgO体积/晶胞体积=68.5%，密度=晶胞中MgO质量/晶胞体积=3.49g/cm3。2、（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的米勒指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的米勒指数。解：（1） h：k：l=1/2：1/3：1/6=3：2：1， 该晶面的米勒指数为（321）；（2
2、）（321）3、设原子半径为R，试计算体心立方堆积结构的（100）、（110）、（111）面的面排列密度和晶面族的面间距。解：在体心立方堆积结构中：（100）面：面排列密度= 面间距=（110）面：面排列密度= 面间距= （111）面：面排列密度=面间距= 4、临界半径比的定义是：紧密堆积的阴离子恰好互相接触，并与中心的阳离子也恰好接触的条件下，阳离子半径与阴离子半径之比。即每种配位体的阳、阴离子半径比的下限。计算下列配位的临界半径比：（a）立方体配位；（b）八面体配位；（c）四面体配位；（d）三角形配位。解：（1）立方体配位在立方体的对角线上正、负离子相互接触，在立方体的棱上两个负离子相互接
3、触。因此：（2）八面体配位在八面体中，中心对称的一对阴离子中心连线上正、负离子相互接触，棱上两个负离子相互接触。因此：（3）四面体配位在四面体中中心正离子与四个负离子直接接触，四个负离子之间相互接触（中心角）。因此：底面上对角中心线长为： （4）三角体配位在三角体中，在同一个平面上中心正离子与三个负离子直接接触，三个负离子之间相互接触。因此：ro2-=0.132nm rSi4+=0.039nm rK+=0.133nm rAl3+=0.057nm rMg2+=0.078nm5、证明等径圆球面心立方最密堆积的空隙率为25.9。解：设球半径为a，则球的体积为4/3a3，求的z=4，则球的总体积（晶胞
4、）44/3a3，立方体晶胞体积：，空间利用率=球所占体积/空间体积=74.1%，空隙率=1-74.1%=25.9%。6、一个面心立方紧密堆积的金属晶体，其原子量为M，密度是8.94g/cm3。试计算其晶格常数和原子间距。解：根据密度定义，晶格常数原子间距= 7、试根据原子半径R计算面心立方晶胞、六方晶胞、体心立方晶胞的体积。解：面心立方晶胞：六方晶胞（1/3）：体心立方晶胞：8、什么叫表面张力和表面能 ? 在固态下和液态下这两者有何差别 ? 答：表面张力：垂直作用在单位长度线段上的表面紧缩力或将物体表面增大一个单位所需作的功。表面能：恒温、恒压、恒组成情况下，可逆地增加物系表面积须对物质所做的
5、非体积功称为表面能；液体：不能承受剪应力，外力所做的功表现为表面积的扩展，因为表面张力与表面能数量是相同的；固体：能承受剪切应力，外力的作用表现为表面积的增加和部分的塑性形变，表面张力与表面能不等。9、一般说来，同一种物质，其固体的表面能要比液体的表面能大，试说明原因。 解：同一种物质，其液体固体的表面结构不同，液体分子可自由移动，总是通过形成球形表面来降低其表面能；固体则不能，固体质点不能自由移动，只能通过表面质点的极化、变形、重排来降低系统的表面能，固体表面处于高能量状态（由于表面力的存在）。10、MgOAl2O3SiO2系统的低共熔物放在Si3N4 陶瓷片上，在低共熔温度下，液相的表面张
6、力为90010-3N/m，液体与固体的界面能为60010-3N/m，测得接触角为70.52，求（1）Si3N4的表面张力。（2）把Si3N4在低共熔温度下进行热处理，测试其热腐蚀的槽角60，求Si3N4的晶界能？ 解：（1）已知LV=90010-3N/m SL=60010-3N/m =70.52 SV=SL+LVcos=60010-3+90010-3cos70.25=900.1310-3N/m （2）已知=60 SS=2SV cos/2 =290010-3cos60/2 =1.559N/m 11、真空中Al2O3的表面张力约为900Nm-1，液态铁的表面张力为1729 Nm-1，同样条件下，界
7、面张力 ( 液态铁氧化铝 ) 约为 2300 Nm-1，问接触角有多大 ? 液态铁能否润湿氧化铝 ?解： sg = lg cos + ls =144 7 90 ，不能润湿。12、名词解释：非稳定扩散：扩散过程中任一点浓度随时间变化；稳定扩散：扩散质点浓度分布不随时间变化。无序扩散：无化学位梯度、浓度梯度、无外场推动力，由热起伏引起的扩散。质点的扩散是无序的、随机的。本征扩散：主要出现了肖特基和弗兰克尔点缺陷，由此点缺陷引起的扩散为本征扩散（空位来源于晶体结构中本征热缺陷而引起的质点迁移）；非本征扩散：空位来源于掺杂而引起的质点迁移。一级相变：相变时两相化学势相等，但化学势的一级偏微商不相等。发
8、生一级相变时有潜热和体积的变化；二级相变：相变时两相化学势相等，其一阶偏微商也相等，但二阶偏微商不相等。发生二级相变时无潜热和体积变化，只有热容量、膨胀系数和压缩系数的变化。（1）烧结：粉料受压成型后在高温作用下而致密化的物理过程。烧成：坯体经过高温处理成为制品的过程，烧成包括多种物理变化和化学变化。烧成的含义包括的范围广，烧结只是烧成过程中的一个重要部分。（2）晶粒生长：无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。二次再结晶：少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大过程。（3）固相烧结：固态粉末在适当的温度、压力、气氛和时间条件下，通过物质与气孔之间的传质，变为坚硬、
9、致密烧结体的过程。液相烧结：有液相参加的烧结过程。13、浓度差会引起扩散，扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行?为什么?解：扩散的基本推动力是化学位梯度，只不过在一般情况下以浓度梯度的方式表现出来；扩散是从高化学位处流向低化学位处，最终系统各处的化学位相等。如果低浓度处化学势高，则可进行负扩散，如玻璃的分相过程。14、当锌向铜内扩散时，已知在x点处锌的含量为2.51017个锌原子/cm3， 300时每分钟每mm2要扩散60个锌原子，求与x点相距2mm处锌原子的浓度。（已知锌在铜内的扩散体系中D0=0.3410-14m2s；Q=18.5kJmol）解：看成一维稳定扩散，根据菲克第一定律：，,Cx
10、=2.51017个/cm3，x-x2=2mm，Jx=60个/60Smm2，扩散系数宏观表达式 ，D0=0.3410-14m2/s，Q=1.85104J/mol，R=8.314J/molK，T=300+273=573K，D=0.3410-14exp（-3.88）=0.3410-140.02=6.810-17m2/s，Cx=2.51017/10-6=2.51023，C2=cx-2.941019=2.5102315、在恒定源条件下820时，钢经1小时的渗碳，可得到一定厚度的表面渗碳层，若在同样条件下，要得到两倍厚度的渗碳层需要几个小时?解：根据恒定源扩散深度，所以要得到两倍厚度的渗碳层，需4h。16
11、、在不稳定扩散条件下 800时，在钢中渗碳100分钟可得到合适厚度的渗碳层，若在1000时要得到同样厚度的渗碳层，需要多少时间（D0=2.410-12m2sec；D1000 =310-11m2sec）?解：不稳定扩散中恒定源扩散问题，已知x不变，x1=x2，D1t1=D2t2 ，已知D1，D2，t1，则可求t2=480s。17、在制造硅半导体器体中，常使硼扩散到硅单晶中，若在1600K温度下，保持硼在硅单晶表面的浓度恒定（恒定源半无限扩散），要求距表面10-3cm深度处硼的浓度是表面浓度的一半，问需要多长时间（已知D1600 =810-12cm2/sec）？解：不稳定扩散恒定源半无限扩散，已知
12、，已知x=10-3cm，D，求解t=1.25105s=34.7h。18、Zn2+在ZnS中扩散时，563时的扩散系数为310-14cm2/sec；450 时的扩散系数为1.010-14cm2/sec ，求：（1）扩散的活化能和D0；（2）750 时的扩散系数。 解：（1）D=D0exp（-Q/RT）T=563+273=836K时，D=310-14cm2/sT=450+273=723K时，D=1.010-14cm2/s代入上式可求 Q=48875J，D0=3.3910-15cm2/s（2）略。19、假定碳在-Fe（体心立方）和-Fe（面心立方）中的扩散系数分别为： D=0.0079exp-836
13、00（J/mol）/RTcm2/sec ；D=0.21exp-141284（J/mol）/RTcm2/sec，计算 800时各自的扩散系数并解释其差别。解：T=800+273=1073K时，D=0.0079exp（-83600/RT）=6.7710-7cm2/s，D=0.21exp（-141284/RT）=2.110-8 cm2/s，D D，扩散介质结构对扩散有很大影响，结构疏松，扩散阻力小而扩散系数大，体心较面心疏松；-Fe 体心立方，-Fe 面心立方。20、马氏体相变具有什么特征？特征：（1）母相与马氏体之间不改变结晶学方位关系（新相总是沿一定的结晶学面形成，新相与母相之间有严格的取向关系
14、）；（2）相变时不发生扩散，是一种无扩散相变，马氏体在化学组成上与母体完全相同；（3）转变速度极快；（4）马氏体相变过程需要成核取动力，有开始温度和终了温度21、当一种纯液体过冷到平衡凝固温度 （T0）以下时，固相与液相间的自由焓差越来越负。试证明在温度T0附近随温度变化的关系近似地为：，式中为凝固潜热。解：，平衡温度T0时，TT0时，。22、为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变 ? 什么情况下需过冷，什么情况下需过热。 解：由热力学，平衡时， Tm：相变平衡温度；H相变热，温度T时，系统处于不平衡状态，则，要使相变自发进行，对放热过程如结晶，凝聚H0,Tm0，必须过冷
15、；对吸热过程如蒸发，熔融H0，则T0，必须过热。23、如在液相中形成边长为 a 的立方体晶核时，求出“临界核胚”立方体边长 a*和 G*。为什么立方体的 G*大于球形 G*? 解：, ，而，当形成体积相同的核时（），立方体表面积（6a3）球形的表面积（），则，。24、如下图为晶核的半径与间的关系，现有不同温度的三条曲线，请指出哪条温度最高? 哪条温度最低? 你的根据是什么？ 解：晶核的半径相同时G1G2G3， T1T2T3。25、试证明均相成核临界状态下，新相界面能与单位体积中旧相和新相之间的自由能差Gv有如下关系：=-r*/（2Gv）（晶胚为球形，r*为晶胚的临界半径）解：单位体积中半径为r的晶胚数为n，则，得临界半径：26、说明影响固相反应的因素？解：反应物化学组成与结构的影响；颗粒度和分布影响；反应温度、压力、气氛影响；矿化剂的影响。27、试比较杨德尔方程和金斯特林
