材料科学基础课后习题(2)

12. 一陶瓷绝缘体在烧结后含有1％（以容积为准）的孔，其孔长为13.7mm的立方体。若在制造过程中，粉末可以被压成含有24％的孔，则模子的尺寸应该是多少？

13. 一有机化合物，其成分为

，

，

。试写出可能的化合物名称。

的4种可能的异构体。

14. 画出丁醇

15. 一普通聚合物具有元素相对原子质量为1) 求其单体的质量； 2) 其聚合度为多少？

作为单体，其平均分子质量为60000u（取其各

。

16. 聚氯乙烯键的数目

。

被溶在有机溶剂中，设其C- C键长为0.154nm,且链中

1) 分子质量为28500g的分子，其均方根的长度为多少？ 2) 如果均方根的长度只有⑴中的一半，则分子质量为多少？

17. 一聚合材料含有聚氯乙烯，其1个分子中有900个单体。如果每一个分子均能被伸展成直线分子，则求此聚合物可得到理论上的最大应变为多少（设C- C键中每1键长是0.154nm）？ 18. 有一共聚物ABS，每一种的质量分数均相同，则单体的比为多少（A——丙烯晴；B——丁二烯；S——苯乙烯）？ 19. 尼龙-6是

1) 给出此分子的结构。 2) 说明缩合聚合是如何发生的。

的缩合聚合物。

3) 当每摩尔的形成时，所放出的能量为多少？已知不同的键：C-O，

H-N，C-N，H-O，其键能（kJ/mol）分别为360，430，305，500。

20. 试述硅酸盐结构的基本特点和类型。

21. 为什么外界温度的急剧变化可以使许多陶瓷器件开裂或破碎？ 22. 陶瓷材料中主要结合键是什么？从结合键的角度解释陶瓷材料所具有的特殊性能。

1. 试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。 2. 如果纯镍凝固时的最大过冷度与其熔点（tm＝1453℃）的比值为0.18，试求其凝固驱动力。（ΔH＝-18075J/mol） 3. 已知Cu的熔点tm＝1083℃，熔化潜热Lm＝1.88×103J/cm3，比表面能σ＝1.44×105 J/cm3。 （1） 试计算Cu在853℃均匀形核时的临界晶核半径。

（2） 已知Cu的相对原子质量为63.5，密度为8.9g/cm3,求临界晶核中的

原子数。 4. 试推导杰克逊（K.A.Jackson）方程

5. 铸件组织有何特点？

6. 液体金属凝固时都需要过冷，那么固态金属熔化时是否会出现过热，为什么？ 7. 已知完全结晶的聚乙烯（PE）其密度为1.01g/cm3,低密度乙烯（LDPE）为0.92 g/cm3，而高密度乙烯（HDPE）为0.96 g/cm3，试计算在LDPE及HDPE中“资自由空间”的大小。

8. 欲获得金属玻璃，为什么一般选用液相线很陡，从而有较低共晶温度的二元系？ 9. 比较说明过冷度、临界过冷度、动态过冷度等概念的区别。 10. 分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。

11. 什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？ 12. 简述纯金属晶体长大的机制。 13. 试分析单晶体形成的基本条件。 14. 指出下列概念的错误之处，并改正。

(1) 所谓过冷度，是指结晶时，在冷却曲线上出现平台的温度与熔点之差；

而动态过冷度是指结晶过程中，实际液相的温度与熔点之差。 (2) 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减少，

因此是一个自发过程。 (3) 在任何温度下，液体金属中出现的最大结构起伏都是晶胚。 (4) 在任何温度下，液相中出现的最大结构起伏都是核。

(5) 所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能的增加时

的晶胚的大小。 (6) 在液态金属中，凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能成核，但

是只要有足够的能量起伏提供形核功，还是可以成核的。 (7) 测定某纯金属铸件结晶时的最大过冷度，其实测值与用公式ΔT=0.2Tm

计算值基本一致。 (8) 某些铸件结晶时，由于冷却较快，均匀形核率N1提高，非均匀形核率

N2也提高，故总的形核率为N= N1 +N2。 (9) 若在过冷液体中，外加10 000颗形核剂，则结晶后就可以形成10

000颗晶粒。

(10) 从非均匀形核功的计算公式A非＝A均

当润湿角θ＝00时，非均匀形核的形核功最大。

中可以看出，

(11) 为了生产一批厚薄悬殊的砂型铸件，且要求均匀的晶粒度，则只要在

工艺上采取加形核剂就可以满足。 (12) 非均匀形核总是比均匀形核容易，因为前者是以外加质点为结晶核心，

不象后者那样形成界面，而引起自由能的增加。 (13) 在研究某金属细化晶粒工艺时，主要寻找那些熔点低、且与该金属晶

格常数相近的形核剂，其形核的催化效能最高。 (14) 纯金属生长时，无论液－固界面呈粗糙型或者是光滑型，其液相原子

都是一个一个地沿着固相面的垂直方向连接上去。 (15) 无论温度如何分布，常用纯金属生长都是呈树枝状界面。

(16) 氮化铵和水溶液与纯金属结晶终了时的组织形态一样，前者呈树枝晶，

后者也呈树枝晶。 (17) 人们是无法观察到极纯金属的树枝状生长过程，所以关于树枝状的生

长形态仅仅是一种推理。 (18) 液体纯金属中加入形核剂，其生长形态总是呈树枝状。

(19) 纯金属结晶时若呈垂直方式长大，其界面时而光滑，时而粗糙，交替

生长。 (20) 从宏观上观察，若液－固界面是平直的称为光滑界面结构，若是金属

锯齿形的称为粗糙界面结构。 (21) 纯金属结晶时以树枝状形态生长，或以平面状形态生长，与该金属的

熔化熵无关。

(22) 金属结晶时，晶体长大所需要的动态过冷度有时还比形核所需要的临

界过冷度大。

1.在Al-Mg合金中，xMg=0.05，计算该合金中Mg的质量分数(wMg)(已知Mg的相对原子质量为24.31，Al为26.98)。

2．已知Al-Cu相图中，K＝0.16，m＝3.2。若铸件的凝固速率R＝3×10-4 cm/s，温度梯度G＝30℃/cm，扩散系数D＝3×10-5cm2/s，求能保持平面状界面生长的合金中WCu的极值。

3．证明固溶体合金凝固时，因成分过冷而产生的最大过冷度为：

最大过冷度离液—固界面的距离为：

式中

m —— 液相线斜率； wC0Cu —— 合金成分； K —— 平衡分配系数； G —— 温度梯度； D —— 扩散系数； R —— 凝固速率。

说明：液体中熔质分布曲线可表示为：

4．Mg-Ni系的一个共晶反应为：

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