1、1、 共價鍵與金屬鍵有何異同？從它們的差異性簡要說明共價鍵型晶體材料與金屬型晶體材料的性能差異？答：共價鍵：原子間通過共用電子對（電子云重疊）形成的化學鍵，有方向性，有飽和性。金屬鍵：金屬晶體中金屬原子（或離子）與自由電子形成的化學鍵，無方向性，無飽和性。二者的相同點是：都是外層電子公有化的結果。共價鍵型晶體材料與金屬鍵型晶體材料由于共價鍵和金屬鍵的存在將表現出不同的性能，共價鍵材料由于晶體內各個鍵之間有確定的方位、配位數外，公用的電子對不能移動，此類材料表現出 結構穩定、熔點高、質硬脆、導電性差，一般為絕緣體。 金屬材料由于晶體內自由電子的存在使得材料具有良好的導電性和導熱性，晶體中的原子在

2、受外力作用時，有可能形成低能量的密堆結構而不易受到破壞，使金屬具有良好的延展性。2、 分別示意性畫出描述材料結構的五種空間正多面體模型，他們分別屬于哪三類群？以此進一步分析C60分子的結構特點？滿足的組合只有三種233、432、532三種，分別為四面體類群、八面體類群、二十面體類群C60分子：講二十面體的頂角全部削去得截角二十面體，出現20個正五邊形得到C60結構,因為原先的20個三角形變成20個正五邊形，頂點共有60個，棱邊共有90根，仍保留二十面體群的對稱性。3、 何為居里點溫度Tc？從磁性材料的Tc溫度處的性能轉變模式分析材料結構的有序無序突變？答：在高溫下，原子自旋的取向完全無序，表現

3、出順磁性。當低于某溫度時，磁矩作順向排列呈現鐵磁性，此時，我們將該臨界溫度稱為居里點Tc。 高溫的順磁相中，自旋取向具有任意性，對稱性表現為三維空間內的球面對稱，而轉變為鐵磁性后，自旋具有特定的方向，喪失無窮多個對稱元素，產生對稱破缺，導致有序相的產生，因為對稱性的改變不是漸變式的，故使得有序無序轉變也是突變的。4、 分別畫出CuZn及AuCu3合金的可能的晶體結構圖，從熱力學定律F=U-TS分析這種結構轉變的突變性的物理本質。CuZn合金在742K時存在有序無序轉變，無序相是體心立方結構，有序相則為原點和體心分別是銅、鋅原子。AuCu3合金在665k時存在有序無序轉變，無序相是面心立方結構，

4、有序相是原點為Au,6個面心為Cu對于F=U-TS，F為自由能，當系統與環境取得熱平衡狀態，F取得最小值，U為內能，T為絕對溫度，S為無序度。物質的平衡態取決于能量和熵相互競爭的結果，這是有序無序轉變的物理根源。當溫度T很大時，為無序相；當溫度很低時，形成有序相。1、 解釋下列概念（1） 準晶準晶是一種介于晶體和非晶體之間的固體。準晶具有完全有序的結構，然而又不具有晶體所應有的平移對稱性，因而可以具有晶體所不允許的宏觀對稱性。（2） TCP結構四面體密堆結構，四面體合金的往往有一種大原子和一種小原子構成高配位的環，有12個14個原子環繞一個原子。若用同樣的方式堆積不能填滿整個空間，利用合金結構

5、，有些四面體發生扭曲來滿足這個要求。（3） 玻璃化溫度Tg指過冷液體轉變為玻璃態時的溫度，即結構無序的液體轉變成結構無序的固體的溫度。（4） 無規網絡模型結構的基本單元為4個氧原子構成的四面體，并與處于中心處的四價硅原子鍵合，而相鄰的四面體是其共頂點，因而無限結構形成后，化學式保持為SiO2，這樣的結構稱為無規網絡結構（5） 空位形成能從晶內正常點陣位置上取出一個原子并放到晶體表面上所需要的能量。（6） 空位遷移激活能以空位機制為例，當移動原子達到相鄰平衡位置中間時，所引起的點陣畸變最大，被稱為鞍點組態，鞍點組態與正常空位組態之間的勢能差稱為空位遷移激活能。（7） 向錯分為楔型向錯和扭型向錯，

6、剖面兩岸作一剛體式的旋轉時產生的線缺陷稱為向錯。（8） 位錯核心寬度位錯兩側原子沿滑移面的相對位移量的b/43b/4區域來界定位錯寬度，這一概念是基于這一相對位移從0到b不是突變而是漸變的。（9） 派-納力位錯核心的錯排能可隨位置變化，因而引起對位錯滑移的阻力，位錯在翻越勢壘時所要克服的阻力稱為派-納力。2、 晶體的密堆結構形式主要有哪幾種結構模型？畫出并計算其堆積系數及間隙半徑。答：3、 以C元素為例，描述其建聯結構模式，分析其構成的四類先進的材料的結構特點。（1） 金剛石結構：四配位的鍵聯結構，每個原子有四個最近鄰，且分處在以該原子為中心的正四面體的頂角的位置上。（2） 石墨結構：三配位的

7、鍵聯結構，原子層之間是弱的范德瓦爾斯鍵，層狀結構中原子團由強鍵結合在一起并在二維上無限延伸。（3） 納米碳管：將是有明顯層狀結構的單個石墨片構成的六角網絡卷成直徑為納米量級的碳管。（4） C60團族：零維體系鍵聯結構，具有20個六邊形和120個五邊形構成，是系統能量最低的C60團族。4、 非晶態材料與晶態材料有何本質區別？用C曲線原理分析非晶形成的物理過程？非晶態材料：長程無序，無平移對稱性。短程有序晶態材料：原子周期性排列，原子的取向和位置長程有序。當液體具有一定過冷度時，晶核才逐漸長大。如果從液相冷卻下來的速度夠快，冷卻曲線將不與C曲線的鼻尖相接觸，避免了結晶過程，形成玻璃態。5、 影響非

8、晶形成的因素有哪些？制備非晶金屬材料有哪些方法？因素：（1）過冷度（2）冷卻速度（3）擴散速率（4）熔融態粘度方法：（1）氣相沉積法（2）能量泵入法（3）潑濺淬火技術（4）熔融淬火法（5）激光玻璃化（6）溶膠-凝膠法6、 以石英玻璃為例，畫出SiO2玻璃結構的無規網絡模型，分析其與二氧化硅晶體結構的區別？答：無規性的引入使SiOSi鍵角可以對平均值產生偏離，鍵長也可以相應的予以伸縮，還可以沿SiO鍵來旋轉四面體的方位，但化學式保持為SiO2.二氧化硅晶體的原子排布與金剛石中碳原子排列方式相同，只是每兩個Si原子相互獨立，他們之間插入一個氧原子，并且鍵長鍵角固定，二氧化硅晶體結構與二氧化硅玻璃結

9、構明顯不同。7、 從熱力學觀點，推出并分析點缺陷平衡濃度模型:C=2Aexp(-U/kT)在較低溫度下，列舉并分析引入非平衡點缺陷的一些方法。低溫時，引入非平衡缺陷的辦法有：（1） 輻照：通過輻照使原子或離子產生電離損失，產生大量的點缺陷。（2） 離子注入：用高能離子轟擊材料將其嵌入近表面區域，注入組分離子，產生空位和填隙離子，注入雜質原子，則產生代位或填隙雜質。（3） 非化學配比：特定條件下，用化學的方法按照非化學配比度來得到大量的缺陷。（4） 塑性形變：產生形變的本質是晶體中位錯的大量滑移，因此能產生大量空位和填隙原子。8、 從位錯核心結構理論及P-N力模型，分析金屬晶體、共價晶體、復雜氧

10、化晶體的力學性質的本質區別？答：位錯核心結構理論是指，位錯寬度取決于彈性畸變能或錯排能這兩個相反因素的平衡作用。彈性畸變能減小，位錯寬度增大，但是錯排能增大，位錯寬度會減小。PN力模型：位錯核心的錯排能可隨位置變化，因而引起對位錯滑移的阻力，位錯在翻越勢壘時所要克服的阻力稱為PN力。金屬晶體：無方向性，錯排對位錯能量影響相對較弱，所以位錯較寬，PN力較小，位錯易滑移，因此具有良好的塑性和延展性。共價晶體：強方向性，使錯排能比彈性畸變能對位錯寬度產生更大的影響，PN力很大，位錯寬度較窄，位錯難以發生滑移，因此只有在高溫時才有一定的塑性。復雜結構氧化物晶體：由于它們點陣參數大，位錯具有大柏氏矢量，

11、PN力很大，所以位錯不易滑移，某些這種類型的晶體甚至在高溫時難以滑移，塑性很差。1、 解釋概念或行為（1） 小角度晶界相鄰晶粒的位向差小于10°，亞晶界均屬于小角度晶界。（2） 大角度晶界相鄰晶粒的位向差大于10°，多晶體中的晶界大多為大角度晶界。（3） 共格界面具有不同結構的兩固相之間的相界以完全有序、兩相完全匹配的部分稱為共格界面。（4） 反相疇界：無序有序相變時，產生許多有序核，相鄰的有序核中的原子以占據無序相的同等位置或不同等位置的方式會合，使得界內分成了許多區域，相鄰區域間有一非點陣平移，但仍保持共格，只有界面處由正常的配對狀態轉為非正常配對狀態，這種界面稱為反相

12、疇界。（5） 堆垛層錯正常堆垛順序中引入不正常順序堆垛的原子面而產生的一類面缺陷（6） 熱電效應：當受熱物體中的電子(空穴)，因隨著溫度梯度由高溫區往低溫區移動時，所產生電流或電荷堆積的一種現象。（7） 霍爾效應：當電流通過一個位于磁場中的導體的時候，磁場會對導體中的電子產生一個垂直于電子運動方向上的作用力，從而在導體的兩端產生電壓差。（8） 能隙：泛指半導體或絕緣體的價帶頂端至導帶底端的能量差距。（9） 磁滯回線：磁場中，鐵磁體的磁感應強度B與磁場強度的的關系可用曲線來表示，當磁化磁場作周期性變化時，鐵磁體中的磁感應強度B與磁場強度的關系是一條閉合線，稱為磁滯回線。（10） 磁致伸縮效應：當

13、強磁體被磁場磁化時，它的形狀和體積隨之變化，稱為磁致伸縮。（11） 超彈性：指物體彈性模量小，宏觀變形特別大的性質。（12） 蠕變：高溫時，金屬或非金屬在恒定應力下，除發生瞬時形變外，還要發生緩慢而持續的形變，這種形變是隨著時間的延長而逐漸增加的現象。（13） 斷裂韌性：表征材料阻止裂紋擴展的能力，度量材料韌性好壞的指標。2、 若拉伸試樣的橫截面面積為A，拉伸載荷為P，針對超塑性變形力學方程Ó=Km，試證明：截面縮減率與A（1-1/m）成比例關系，并說明m的物理意義。m的意義：抵抗局部變形或產生均勻變形的能力3、 由題2結果，結合蠕變或高溫變形機理進一步分析材料實現超塑性微觀模型及主

14、要機制答 ：超塑性：在高溫下某些粒度極細的金屬材料中，一定條件下發現其具有非常大的延展性，即在很大的拉伸性變下也不發生縮頸和斷裂現象。實現超塑性的條件是：0.3m1，當m0.3時，就不會出現超塑性；超塑性形變特點：材料在變形前后，晶粒基本上保持等軸，晶界滑動產生的應變在總應變中占50%70%比例，這說明晶界滑動在超塑形變中起了主要作用，也需要晶界遷移與頸內位錯相配合。蠕變的主要機制在于位錯的攀移，這需要位錯在晶體中的擴散，只有在高溫區（T>0.4Tm）才實現。高溫變形的機理：位錯攀移、回復再結晶；晶界滑移；擴散蠕變。4、 金屬的電阻率p隨溫度的變化可由下列經驗公式描述：p=p0(1+a(

15、T-T0)。從輸運理論分析并建立金屬材料的這一經驗模型，并解釋其結構機理。進一步分析添加合金元素對金屬導電性的影響。答：在較低溫度范圍內(T<T0)，材料的電阻率不隨溫度改變，該電阻率稱為剩余電阻率剩。在較高溫度范圍內(T>T0)，電阻隨溫度的升高而成線性上升。得如下經驗公式： 結構機理：由多種彼此獨立的散射過程產生的電阻率應等于各散射過程所產生的電阻率之和，晶體結構的不完整性和晶格振動是晶體中兩類彼此獨立的散射源，有=不完整性+晶格振動 剩余電阻率由不完整性引起，不隨溫度改變，則有剩余=不完整性=雜質+缺陷經淬火的材料存在大量的缺陷，所以此時電阻率較高，若再進行退火再結晶，使缺陷

16、大量消失，完整性提高，電阻率下降。合金元素的影響：1.加入合金元素后，因增加了材料的不完整性，所以將對剩余電阻率產生顯著影響。2.合金元素的原子與金屬導體的原子大小不同，從而改變了晶格參數，使得散射作用增強。3.合金原子與金屬原子由于電子價不同，電子濃度有所改變，從而影響費米能，繼而影響N(Ef)的值。5、 從半導體導電性質與溫度的關系分析題4中的規律是否適應半導體材料，為什么？答：不適用，半導體中有兩種載流子即電子和空穴，隨著溫度的升高，價帶中的部分電子躍遷到導帶，并在價帶中留下等量空穴，它們具有相反的電荷，因其導電率,所以載流子的濃度和遷移速率成為其重要影響因素，溫度越高晶格振動越劇烈，晶

17、格散射越強，使得載流子遷移速度降低，但是另一方面載流子的濃度隨溫度的升高按指數規律迅速增加，最終本征半導體的電阻率隨溫度的升高呈上升趨勢，這與金屬情況截然相反，所以上述題不適用于半導體材料。6、 軟磁材料/永磁材料的磁滯回線有何區別？用磁性形成機理分析之。答：軟磁材料的磁滯回線窄，矯頑力小(Hc約為1A/m)，磁導率與磁感應強度大，易磁化和去磁，因此磁滯回線呈細長狀。永磁材料的磁滯回線寬，所圍的面積較大。剩磁與矯頑力大(Hc>100A/m)，因而磁化后，磁感應強度能保持不變。7、 推導經典電導的導電率模型，分析量子導電理論與之主要區別。區別：1.前者認為，在外電場的作用下，所有自由電子對電流都有貢獻，而后者認為，只有費米級附近的電子才對電流有貢獻。2.前者認為非周期性元素如晶格振動、缺陷、雜質原子對電子的散射作用是晶體材料電阻產生的根源，而后者認為理想周期性排列的晶格對能帶中電子沒有散射作用。前者認為電子流動的阻力來源于晶格原子的相互作用。8、 分別描述晶體塑性形變的幾何學關系及結晶學關系，以此說明非晶材料、晶體材料的形變差異？答：幾何關系：塑性材料發生塑性形變時，常有與拉伸方向成45度角傾斜的傾向滑移形變帶，這種現象在高聚物、金屬晶體和非金屬晶體中