《材料科学基础》习题与思考题电子教案
《材料科学基础》习题与思考题
《材料科学基础教程》复习题与思考题
一、选择与填空
1-1下列组织中的哪一个可能不是亚稳态，即平衡态组织？
a）马氏体+残余奥氏体b）上贝氏体c）铁素体+珠光体d）奥氏体+贝氏体
1-2下列组织中的哪一个可能不是亚稳态？
a）铁碳合金中的马氏体b）铁碳合金中的珠光体+铁素体
c）铝铜合金中的a +GPZ d铁碳合金中的奥氏体+贝氏体
1-3单相固溶体在非平衡凝固过程中会形成成分偏析：
a）若冷却速度越大，则成分偏析的倾向越大；
b）若过冷度越大，则成分偏析的倾向越大；
c）若两组元熔点相差越大，则成分偏析的倾向越小；
d）若固相线和液相线距离越近，贝U成分偏析的倾向越小。
1-4有两要平等右螺旋位错，各自的能量都为E1，当它们无限靠近时，总能量为—a）2E1 b） 0 c） 4E1
1-13两根具有反向柏氏矢量的刃型位错在一个原子面间隔的两个平行滑移面上相向运动以后，在相遇处___________ 。
a）相互抵消b）形成一排间隙原子c）形成一排空位
1-15位错运动方向处处垂直于位错线，在运动过程中是可变的，晶体做相对滑动的方向—。
a）随位错线运动方向而改变b）始终是柏氏矢量方向c）始终是外力方向
1-16位错线张力是以单位长度位错线能量来表示，则一定长度位错的线张力具有—
纲。
a）长度的b）力的c）能量的
1-17位错线上的割阶一般通过—形成。
a）位错的交割b）共格界面c）小角度晶界
1-7位错上的割阶一般通过 _形成。
a）孪生b）位错的交滑移c）位错的交割
1-23刃形位错的割阶部分—。
a）为刃形位错b）为螺形位错c）为混合位错
1-24面心立方晶体中Frank不全位错最通常的运动方式是 _。
a）沿｛111｝面滑移b）沿垂直于｛111｝的面滑移c）沿｛111｝面攀移
1-25位错塞积群的一个重要效应是在它的前端引起______ 。
a）应力偏转b）应力松弛c）应力集中
1-26面心立方晶体中关于Shcockley分位错的话，正确的是_____ 。
a）Shcockle y分位错可以是刃型、螺型或混合型；
b）刃型Shcockley分位错能滑移和攀移；
c）螺型Shcockley分位错能交滑移。
1-27汤普森四面体中罗-罗向量、不对应罗-希向量、希-希向量分别有个。
a）12, 24, 8，12 b）24, 24, 8，12 c）12，24, 8，6
1-32 ______ ，位错滑移的派—纳力越小。
a）相邻位错的距离越大b）滑移方向上的原子间距越大c）位错宽度越大
1 —33层错和不全位错之间的关系是__ 。
a）层错和不全位错交替出现；b）层错和不全位错能量相同；
c）层错能越高，不全位错柏氏矢量模越小；d）不全位错总是出现在层错和完整晶体的交界处。
1 —34位错交割后原来的位错线成为折线，若—。
a）折线和原来位错线的柏氏矢量相同，则称之为扭折，否则称之为割阶;
b）折线和原来位错线的柏氏矢量不同，则称之为扭折，否则称之为割阶；
c）折线在原来的滑移面上，则称之为扭折；折线和原来的滑移面垂直称之为割阶;
d）折线在原来的滑移面上，则称之为割阶；折线和原来的滑移面垂直称之为扭折。
1-18在单相组织中存在着大小不等的晶粒，在长大过程中会发生
a）小晶粒将移向大晶粒一方，直至晶粒大小相等；
b）界面将移向小晶粒一方，最后小晶粒将消失；
c）大小晶粒借吞并相邻晶粒同时长大。
1-5在单相组织中存在着大小不等的晶粒，由界面曲率驱动界面移动的规律可知
a）小晶粒将移向大晶粒一方，直到晶粒大小相等；
b）大小晶粒吞并相邻晶粒，同时长大；
c）晶界将移向小晶粒一方，最后小晶粒将消失。
1-6界面能量最低的相界面是 _。
a）共格界面b）孪晶界面c）小角度界面
1-8许多面心立方金属，在___ 过程中会形成孪晶。
a）塑性变形b）从高温急冷到室温c）再结晶退火
1-11在具有FCC、BCC、HCP三种晶体结构的材料中，塑性变形时最容易生成孪晶的是。
a） FCC b） BCC c） HCP
1-55经过冷塑性变形和再结晶过程，在下列何种情况下必定会得到粗大的晶粒组织
a）在临界变形量进行塑性变形加工b）大变形量c）较长的退火时间d）较高的退火温度1-56对面心立方晶体而言，表面能最低的晶面是
a）（100） b）（110） c）（111） d）（121）
1-56经冷变形后的金属在回复过程中，位错会发生_______
a）增殖b）大量消失c）部分重排d）无变化
1-57位错上的割阶是在____ 过程中形成的。
a）交滑移b）复滑移c）孪生d）交割
1-9冷变形金属中产生大量的空位、位错等晶体缺陷，这些缺陷的存在，_______ 。
a）阻碍原子的移动，减慢扩散过程；
b）对扩散过程无影响；
c）加速了原子的扩散过程。
1-14 A和A-B合金焊合后发生柯肯达尔效应，测得界面向A试样方向移动，则—。
a） A组元的扩散速率大于B组元；b） A组元的扩散速率小于B组元；
c） A和B组元的扩散速率相同。
1-28原子的扩散具有结构敏感性。因此，在多晶金属和合金中有—o （Q为扩散激活能，下标体积、晶界、表面分别代表体扩散、晶界扩散和表面扩散）
a） Q体积晶界表面b） Q表面体积晶界c） Q晶界表面体积
1-31CU-AI合金和Cu焊接成的扩散偶发生柯肯达尔效应，其原始标记面向Cu-AI合金一侧漂移，则两元素的扩散通量关系为 _____ o
a） J CU V J AI b= J cu> J AI C=J CU=J AI
1-36原子扩散过程的驱动力是—o
a）组元的浓度梯度b）组元的化学势梯度c）扩散的温度d）扩散的时间
1-48下列过程与晶体中空位迁移过程关系不大的是：
a）形变孪晶b）自扩散c）回复d）位错攀移
1-49下列有关固体中扩散的说法中，正确的是—o
a）原子扩散的驱动力是存在着浓度梯度；
b）空位扩散是指间隙固溶体中溶质原子从一个空位间隙跳到另一个空位间隙;
c）晶界上点阵畸变较大，因而原子迁移阻力较大，所以比晶内的扩散系数要小；
d）成分均匀的材料中也存在着扩散。
1-10既能提高金属的强度，又能降低其脆性的手段是—o
a）加工硬化b）固溶强化c）晶粒细化d）第二相强化
1-29加工硬化是一种有效的强化手段，其缺点是—o
a）只适用于双相材料b）材料在高温下不适用c）只适用于单晶体
1-30复相合金中，当一相为脆性相分布在另一相基体上时，对材料的强韧性比较有利的组织形态是________ o
a）—相呈网状分布在另一相晶界上；b）—相以颗粒状弥散分布在另一相基体上;
c）一相以大块状分布在另一相基体上。
1-12如下说法哪个是正确的，—o
a）形成点缺陷所引起的熵的变化使晶体能量增加；
b）晶体总是倾向于降低点缺陷的浓度；
c）当点缺陷浓度达到平衡值时，晶体自由能最低。
1-21金属中点缺陷的存在使热导率—o
a）增大b）减小c）不受影响
1-22过饱和点缺陷（如淬火空位、辐照缺陷）—金属的屈服强度。
a）降低b）提高c）不改变
1-19单晶体的临界分切应力与—有关。
a）外力相对于滑移系的取向b）拉伸时的屈服应力c）金属的类型与纯度
1-20在金相试样表面上几组交叉滑移线的产生是由于—o
a）交滑移b）多系滑移c）单滑移
1 - 35再结晶过程包含晶粒的形核与长大
a）形核与长大的驱动力都来源于形变储存能；
b）形核与长大的驱动力都来源于晶界能；
c）形核的驱动力来源于储存能，长大的驱动力来源于晶界能；
d）形核的驱动力来源于晶界能，长大的驱动力来源于储存能。
1 —37在___ 情况下再结晶后若在更咼文书保温还可能发生异常晶粒长大。
a）金属在临界变形量进行冷变形b）冷变形金属中存在着弥散分布的第二相微粒c）冷变形前的原始晶粒粗大d）冷变形金属纯度非常高
1 —38 14种布拉菲点阵 ____ 。
a）按其对称性分类，可归结为七大晶系；b）按其点阵常数分类，可归结为七大晶系；
c）按阵点所在位置分类，可归结为七大晶系；d）按其几何形状分类，可归结为七大晶系。
1-39如果某一晶体中若干晶面同属于某晶带，则—。
a）这些晶面必定是同族晶面b）这些晶面必定相互平行
c）这些晶面上原子排列相同d）这些晶面之间的交线相互平行
1-40与（113）和（112）同属一晶带的有：
a）（112）b）（221）c）（110）d）（211）
1-41晶体点阵的对称性越高，贝U —。
a）独立的点阵常数越少b）晶体中原子排列越紧密
c）晶胞中原子越多d）晶体结构越复杂
1-42拓扑密排与几何密排相比—。
a）几何密排的配位数高，致密度大b）几何密排的配位数高，致密度小
c）拓扑密排的配位数高，致密度大d）拓扑密排的配位数高，致密度小
1-43 TiC和CaO都具有NaCI型结构，但 _。
a） TiC属离子晶体，CaO属共价晶体b） TiC属共价晶体，CaO属离子晶体
c） TiC属间隙化合物，CaO属离子晶体d） TiC属间隙相，CaO属离子晶体
1-44引入点阵概念是为了—。
a）描述原子在晶胞中的位置b）描述晶体的对称性
c）描述晶体结构的周期性d）同时描述晶体结构的周期性和对称性
1-45 A、B两晶体，如果—。
a）所属的空间点阵相同，贝吐匕两晶体的结构相同；
b）晶体结构相同，它们所属的空间点阵可能不同；
c）晶体结构相同，它们所属的空间点阵必然相同；
d）所属的空间点阵不同，两晶体的结构可能相同。
1-46体心立方（BCC）晶体中间隙半径比面心立方（FCC）中的小，但BCC的致密度却比FCC 低，这是因为—。
a）BCC中原子半径小；
b）BCC中的密排方向＜111＞上的原子排列比FCC密排方向上的原子排列松散；
c）BCC中的原子密排面｛110｝的数量太少；
d）BCC中原子的配位数比FCC中原子配位数低。
1-47组成固溶体的两组元完全互溶的条件是。
a）两组元的电子浓度相同b）两组元的晶体结构相同
c）两组元的原子半径相同d）两组元电负性相同
1-50晶体结构和空间点阵的相互关系是—。
a）空间点阵的每一个阵点代表晶体中的一个原子；
b）每一种空间点阵代表唯一的一种晶体结构；；
c）晶体结构一定，它所属的空间点阵也唯一地确定；
d）每一种晶体结构可以用不同的空间点阵表示。
1-51晶体中配位数和致密度之间的关系是 _。
a）配位数越大，致密度越大b）配位数越小，致密度越大
c）配位数越大，致密度越小d）两者之间无直接关系
1-52间隙相和间隙固溶体的区别之一是—。
a）间隙相结构比间隙固溶体简单b）间隙相中的间隙原子尺寸比间隙固溶体中的大
c）间隙相的固溶度比间隙固溶体大d）间隙相的结构和其组元的结构不同
1-53在离子晶体中__ o
a）阳离子半径大于阴离子半径；b）阴离子半径大于阳离子半径；
c）阳离子半径与阴离子半径相等；d）阳离子半径可以大于阴离子半径，也可以小于阴离子半径。
1-54硅氧四面体中的氧离子___ o
a）只属于一个硅氧四面体；b）可以被多个硅氧四面体共用；
c）只能被两个硅氧四面体共用；d）可以被四个硅氧四面体共用。
6-1位错有____ 和_____ 两种基本的运动方式，刃型位错由于多余的_____ ，因此它既能做
运动，也能做—运动，而螺型位错只能做—运动。在常温或低温下，位错的运动非常困难，因为这种运动需要原子的—才能发生，显然，升高温度可以_____________________________ 这种
运动。
6-2刃型位错的滑移方向与柏氏矢量_____ ，与使该位错滑移的外分切应力 ;螺位错
滑移方向与柏氏矢量_____ ，与使该位错滑移的外分切应力。但是，无论什么位错在
外应力作用下滑移时，其运动方向总是与位错线，就好像在位错线作用一个力，它的大小与及____________ 成正比，并指向 ________________ 区。
6-3冷变形金属的再结晶虽然是—与—过程，但是在这个过程中，金属的—不变化。
6-4金属铸锭的组织从表面到心部一般由____ 、_、__________ 三个晶区所组成。
6-5螺位错的应力场只有___ 应力分量，无_____ 应力分量；刃位错的应力场既有____ 应力分量，又有____ 应力分量。
6-6外力作用在位错线上的力始终指向位错线的—方向，其大小与位错的—成正比，而位错的弹性应变能与位错的___________ 成正比。
6-7不全位错是____ 的边界线，面心立方金属中的肖克莱不全位错可以在滑移面上在做
运动，不能做_____ 运动；弗兰克不全位错只能在层错面上做_____ 运动，不能做_____ 运动，运动导致层错区的扩大或缩小。
6-8 ___ 位错不能发生交滑移，但可以在正应力作用下发生—运动，扩展位错在发生交滑
移前必须先发生________ 。
6-9金属在常温或低温下主要塑性变形方式是________ ，其次是—。位错滑移方向总是指
向方向，位错的滑移面是_________ 与_____ 决定的平面，只有那些位错的滑移面与晶体的
面一致的位错才能做滑移运动。
6-10再结晶的驱动力是____ ，再结晶完成后的晶粒长大的驱动力是_______ 。金属在高温下塑性变形时会发生______ 或_____ 。
6-11三元合金相图中的四相水平面与单相区交成_______ ，与三相区交成_____ 。
6-12位错的滑移面是由____ 和_______ 决定的平面，刃型位错的滑移面有个，螺型位
错的滑移面理论上有—个，刃型位错既可以做运动，又可以做___________ 运动，但不能进行_____ 运动，其易动性比螺位错的—。
6-13不全位错是____ 与______ 不相等的位错，其位错线晶体中
的_____ 区和____ 区的交界线，在通常情况下，不全位错 _____ 单独滑移。
二、回答与论述
2-0简述 材料科学与工程（MSE ） ”的定义及其六面体五要素之间的关系。
2-1陶瓷材料一般由哪些相组成？
2-2布拉菲点阵一共有多少种？它们分属于哪几大晶类？铜属于哪种布拉菲点阵？
2-3点阵平面（110）、（ 311 ）和（132）是否发球同一晶带？若是的话，试指出其晶带轴, 另外再指出属于该晶带的任一其它点阵平面；若不是的话，为什么？
2-4晶体的宏观对称元素有哪几种？并画图示意其中一种。
2-5什么是固溶体？它是如何分类的？
2-6晶体的微观对称元素有哪几种？并画图示意其中一种。
2-7常见金属晶体结构中哪些是密排结构？它们能不能分别看作一种独立的布拉菲点阵？为 什么？
2-8什么是化合物？它可分为哪几类？
2-9按照硅氧四面体在空间的组合情况，硅酸盐结构可以分成哪几类?
2-10二元相图中的三相平衡反应为什么是在恒温下进行的？
2-11三远相图中的四相平衡反应为什么是在恒温下进行的？
2-12纯金属凝固和平衡凝固是否相同？说明两者的相同或不同之处。
2-13单相固溶体正常凝固时是否会出现成分过冷？为什么?
2-14判断下列位错反应能否进行:
2-15在面心立方晶体中有下述位错反应: i
[111]
判断该反应能否进行 2-16在室温下对铁板（其熔点为1538E ）和锡板（其熔点为232E ），分别进行来回弯折, 随着弯折的进行，各会发生什么现象？为什么?
a
a 尹01忖i [110]
2-17何谓上坡扩散？其产生的条件是什么？何谓柯肯达尔效应？
2-18何谓超塑性？其产生的条件是什么？
2-19试从柏氏矢量、位错类型、位错线形状和可能的运动方式比较面心立方晶体全位错、弗兰克分位错、肖克莱分位错和面角位错的特点。
2-20试比较单晶铜与多晶铜的加工硬化特性。
2-21试比较单晶锌与多晶锌的塑性变形特性。
2-22试述孪生与滑移的异同，比较它们在塑变过程中的作用。
2-23选择结晶？什么是区域熔炼？
何谓珠光体转变？请简述这一转变过程及其所得到的组织与性能。
四、绘图与计算
4-0根据铁碳平衡相图，回答下列问题。写出Fe-C合金在1495C、1154C、1148C、738C
和727E发生的三相平衡反应的反应式。
4-1指出下图中各二元相图中的错误，说明为什么是错的，并在图上予以纠正。
（缺图，在书中P24第十题）
4-2在铜单晶体中（111 ）和（111）滑移面上各存在一个柏氏矢量为-［110］和旦［011］的全
2 2
位错，当它们分解为扩展位错时，其领先位错分别为a［211］和-［121］。
6 6
1?求它们可能的位错分解反应。
2.当两领先位错在各自的滑移面上运动相遇时，发生了新的位错反应。试写出其位错反应式，判断该反应能否自发进行？并分析该新生成的位错其位错特性和运动性质。
3?已知铜单晶aa=0.36nm切变模量G=4X104MPa,层错能尸0.04J/m2，试求上述柏氏矢量为|［1 10］的位错形成扩展位错的宽度。
4-3写出下列晶面指数。（图在P78第七题和P81第七题）
4-4什么是全位错及不全位错？为什么面心立方晶体中的全位错a[110]可以分解成两个不全位错a[121]及a[211]，试从几何条件和能量条件两个方面给以说明。
6 6
4-5试分析在面心立方金属中（点阵常数为a），下列位错反应能否进行，并指出这些位错各属什么类型？反应后生成的新位错能否在滑移面上运动？
a a a
[101] + [121] T [111]
2 6 3
4- 6假定某立方晶体中的活动滑移系为（111）[110]:
1?给出引起滑移的单位位错的柏氏矢量，加以说明。
2?若引起滑移的为刃型位错，指明位错线方向及其滑移方向。
3?若引起滑移的为螺型位错，指明位错线方向及其滑移方向。
五、判断与纠错
5- 1扩展位错之间常夹有一片层错区，因此扩展位错是面缺陷。（）
5-2金属中点缺陷的存在使电阻率增大。（）
5-3经过冷变形后再结晶退火的金属，晶粒都可得到细化。（）
5-4两个相互平等的位错，一个为纯螺型，另一个为纯刃型，则这两个位错之间没有相互作用。（）
5-5在面心立方晶体结构的置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为空位机制。（）
5-6多边化使分散分布的位错集中在一起形成位错墙，因位错应力场的叠加，使点阵畸变增大。（）
5-7在合金中，第二相与基体之间界面能的大小决定了第二相的形貌和分布。（）
5-8晶粒长大过程就是晶界迁移过程，也就是晶界的平直化过程，所以只要晶界平直了，晶
粒就不长大了。（）
5-9 一个不含空位的完整晶体在热力学上是不稳定的。（）
5-10间隙固溶体中溶质浓度越高，则溶质所占据的间隙越多，供扩散的空位间隙越少，导致扩散系数下降。（）
5-11变形金属只有在通常定义的再结晶温度以上才能发生再结晶，此温度以下不可能发生再结晶。（）
5-12位错受力方向处处垂直于位错线，位错运动过程中，晶体发生相对滑动的方向始终是柏氏矢量方向。（）
5-13渗碳处理常常在钢的奥氏体区域进行，这是因为碳在奥氏体中的浓度梯度比在铁素体中的大。（）
5-14回复、再结晶及晶粒长大三个过程均是形核及核长大过程，其驱动力增色为变形储能。
（）
5-15由于陶瓷粉末烧结时难以避免的显微空隙，在随后成型过程中产生微裂纹，导致陶瓷的实际拉伸强度低于理论的屈服强度。（）
5-16晶体中的滑移和孪生都不改变原有的晶体结构，但孪生变形却使晶体的变形部分发生了位向变化。（）
5-17再结晶织构是再结晶过程中被保留下来的变形织构。（）
5-18 一个位错环不可能处处都是螺位错，也不可能处处都是刃位错。（）
5-19陶瓷晶体的变形除与结合键的本性有关外，还与晶体的滑移系少、位错的柏氏矢量大有关。
（）
5-20为了消除硫化物在钢中的热脆，其两面角要大。（）
5-21再结晶结束后发生晶粒长大时的驱动力主要来自高的总晶界能。（）
5-22扩散过程中，原子的流量直接正经于扩散时间。（）
5-23由于碳在奥氏体中的扩散系数比铁素体中大，故钢的渗碳处理常常在奥氏体相区进行。
材料的化学组成（分）通过相结构而决定材料的性能。（）
在氯化钠晶体中，NaCI这样的分子是不存在的。（）
对离子化合物而言，不可将化学式与分子式和结构式混为一谈。（）
金刚石与石墨都是碳的单质，但它们在硬度、光学性质与电学性质方面表现了巨大的分歧。
（）
在金刚石晶体中，每个碳原子可与相邻的四个碳原子公用4对价电子，形成一个庞大的无限分子（晶体）。（）
在非金属元素单质中，原子一般先通过共价键形成一个有限的或无限的分子，然后再由范氏力把这些分子连成一个晶体。（）
在非金属元素单质中，原子首先通过共价结合形成分子，然后再由分子通过分子间力形成晶体。（）
A4型点阵结构相当于空间利用率（堆积密度）为34%的正四面体堆积。（）
从堆积密度来看，A7型点阵结构近似地相当于空间利用率仅为52.4%的立方体堆积。（）惰性气体原子具有完整的电子层（构型），它们并不形成化学键，而是通过微弱的没有方向性的范氏力直接凝聚成晶体。因此，这类元素的单质和金属相仿，亦具有与圆球的最密堆集相应的结构。（）
氦的晶体具有A3型式的结构，氖、氩、氪、氙均以A1型结构存在于晶体中。（）
六、解释与辨析
物质与物相，物相与组织
物质与材料，材料科学与材料工程，结构与性能
点阵与阵点，晶体结构与空间点阵，晶胞与晶格，晶带与晶轴，结构基元与点阵单位,
基元与阵点，点阵与平移群。
周期性与对称性，对称元素与对称操作，旋转轴与反映面，反演与反映，
点群与空间群，
相组成与相结构，
固溶体合金与化合物合金，中间相与间隙相，间隙固溶体与间隙化合物，
位错与层错，堆垛层错与扩展位错，位错反应与位错交割，位错的割结与扭折，位错的攀移与滑移，
高分子链的构型与构象，高分子链的进程结构与远程结构，
均聚物与共聚物
半共格相界与非共格相界，
重合位置点阵与超点阵（或重合位置点阵与大角度晶界）
结晶体与非晶体，准晶与非晶，液晶、准晶与非晶，
上坡扩散与下坡扩散，稳态扩散与非稳态扩散，互扩散与自扩散，
孪生与孪晶，滑移与孪生，交滑移与多滑移，丝织构与板织构，滑移、孪生与扭折，多滑移与交滑移，固溶强化与形变强化，细晶强化与弥散强化，丝织构与板织构，形变织构与再结晶织构，
织构（texture ）与（结构）组织（microstructure），
相律与相图，
凝固与结晶，晶胚与晶核，能量起伏、结构起伏与成分起伏，
均匀形核与非均匀形核，过冷度与临界晶核半径，形核与长大，选择结晶与区域熔炼，过冷度与晶粒度，
均匀化（扩散）退火与再结晶（软化）退火，
组织组成物与相组成物，
平衡结晶与非平衡结晶，共晶转变与共析转变，伪共晶与离异共晶，
枝晶偏析与比重偏析，
固溶体的脱溶转变与多形性转变，脱溶分解与调幅分解，珠光体、马氏体与贝氏体
，托氏体与索氏体和珠光体，铁素体、奥氏体和莱氏体，中间相与渗碳体。
七、绘图与标示（作图时必须在晶胞中标出基矢a,b,c）
7-1.在立方晶胞中画出如下晶面和晶向：（021）,（2 31）和［2 10］。
7-2.在六方晶胞中画出（1212）晶面。
材料科学基础习题与答案
第二章思考题与例题 1. 离子键、共价键、分子键和金属键的特点，并解释金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高的原因 2. 从结构、性能等方面描述晶体与非晶体的区别。 3. 何谓理想晶体何谓单晶、多晶、晶粒及亚晶为什么单晶体成各向异性而多晶体一般情况下不显示各向异性何谓空间点阵、晶体结构及晶胞晶胞有哪些重要的特征参数 4. 比较三种典型晶体结构的特征。（Al、α-Fe、Mg三种材料属何种晶体结构描述它们的晶体结构特征并比较它们塑性的好坏并解释。）何谓配位数何谓致密度金属中常见的三种晶体结构从原子排列紧密程度等方面比较有何异同 5. 固溶体和中间相的类型、特点和性能。何谓间隙固溶体它与间隙相、间隙化合物之间有何区别（以金属为基的）固溶体与中间相的主要差异（如结构、键性、性能）是什么 6. 已知Cu的原子直径为A，求Cu的晶格常数，并计算1mm3Cu的原子数。 7. 已知Al相对原子质量Ar（Al）=，原子半径γ=，求Al晶体的密度。 8 bcc铁的单位晶胞体积，在912℃时是；fcc铁在相同温度时其单位晶胞体积是。当铁由bcc转变为fcc时，其密度改变的百分比为多少 9. 何谓金属化合物常见金属化合物有几类影响它们形成和结构的主要因素是什么其性能如何
10. 在面心立方晶胞中画出[012]和[123]晶向。在面心立方晶胞中画出（012）和（123）晶面。 11. 设晶面（152）和（034）属六方晶系的正交坐标表述，试给出其四轴坐标的表示。反之，求（3121）及（2112）的正交坐标的表示。（练习），上题中均改为相应晶向指数，求相互转换后结果。 12.在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标，6个面心构成一个正八面体，指出这个八面体各个表面的晶面指数，各个棱边和对角线的晶向指数。 13. 写出立方晶系的{110}、{100}、{111}、{112}晶面族包括的等价晶面，请分别画出。 14. 在立方晶系中的一个晶胞内画出（111）和（112）晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 15 在六方晶系晶胞中画出[1120]，[1101]晶向和（1012）晶面，并确定（1012）晶面与六方晶胞交线的晶向指数。 16.在立方晶系的一个晶胞内同时画出位于（101），（011）和（112）晶面上的[111]晶向。 17. 在1000℃，有W C为%的碳溶于fcc铁的固溶体，求100个单位晶胞中有多少个碳原子（已知：Ar(Fe)=，Ar(C)=） 18. r-Fe在略高于912℃时点阵常数a=，α-Fe在略低于912℃时a=，求：（1）上述温度时γ-Fe和α-Fe的原子半径R；（2）γ-Fe→α-Fe转变时的体积变化率；（3）设γ-Fe→α-Fe转变时原子半径不发生变化，求此转变时的体积变
最新材料科学基础总结
材料科学基础复习总结填空 1.过冷奥氏体发生的马氏体转变属于（非扩散型相变）。 2.碳钢淬火要得到马氏体组织，其冷却速度要（大于）临界冷却速度(vk)。 3.珠光体型的组织是由铁素体和渗碳体组成的（机械混合物）。 4.工件淬火后需立即回火处理，随着回火温度的提高，材料的硬度（越低）。 5.共析成分的液态铁碳合金缓慢冷却得到的平衡组织是P（铁碳相图） 6.表征材料表面局部区域内抵抗变形能力的指标为（硬度）。 7.下列原子结合键既具有方向性又具有饱和性的是（共价键）。 8.下面哪个不属于大多数金属具有的晶体结构（面心立方、体心立方、密排六方）。 9.面心立方结构晶胞中原子数个数是（ 4 ）。 10.如图1所示的位错环中，属于刃型位错的是（）。 11.A为右螺旋位错，B为左螺旋位 错，C为正刃位错，D为负刃位错， E为混合位错。 判断方法是根据柏氏矢量与位错线 所形成的角度，图中位错环所标的 方向为位错线的规定方向，柏氏矢 量垂直于位错的是刃型位错，然后 将柏氏矢量按顺时针方向旋转90°，与位错方向相同的为正，相反的为负，叫做顺正逆负。柏氏矢量与位错方向平行的是螺型位错，方向相同的为右螺，方向相反为左螺，这叫做顺右逆左。除ABCD四点之外位错环上其他任意一点均是混合位错。 12.固体材料中物质传输的方式为（扩散）。液态是对流。 13.纯铁在室温下的晶体结构为（面心立方）。 14.由一种成分的液相同时凝固生成两种不同成分固相的过程称为（共晶）。 15.共析包晶 16.碳原子溶于α-Fe中形成的固溶体为（铁素体）。 17.钢铁材料的热加工通常需要加热到（奥氏体）相区。 18.成分三角形中标出了O材料的成分点( )。三元相图 19.白铜是以（镍）为主要合金元素的铜合金。 20.45钢和40Cr钢比较，45钢的（淬透性低（合金），淬硬性高（含碳量））。 21.金属塑性变形方式的是（滑移）。孪生 22.高分子大分子链的柔顺性决定了高分子材料独特的性能。 23.在置换型固溶体中，两组元原子扩散速率的差异引起的标记面漂移现象称为柯肯达耳效应。 24.为减少铸造缺陷，铸造合金需要熔点低、流动性好，因此一般选择共晶点附近的合金。 25.根据相律，对于三元合金，最大的平衡相数为4个。 26.调质处理是淬火+高温回火的复合热处理工艺。 27.材料塑性常用断后伸长率和断后收缩率两个指标表示。
《材料科学基础》教学教案
《材料科学基础》教学教案导论 一、材料科学的重要地位 生产力发展水平，时代发展的标志 二、各种材料概况 金属材料 陶瓷材料 高分子材料 电子材料、光电子材料和超导材料 三、材料性能与内部结构的关系 原子结构、结合键、原子的排列方式、显微组织 四、材料的制备与加工工艺对性能的影响 五、材料科学的意义
第一章材料结构的基本知识 §1-1 原子结构 一、原子的电子排列 泡利不相容原理 最低能量原理 二、元素周期表及性能的周期性变化§1-2 原子结合键 一、一次键 1．离子键 2．共价键 3．金属键 二、二次键 1．范德瓦尔斯键 2．氢键 三、混合键 四、结合键的本质及原子间距 双原子模型 五、结合键与性能 §1-3 原子排列方式 一、晶体与非晶体 二、原子排列的研究方法 §1-4 晶体材料的组织 一、组织的显示与观察
二、单相组织 等轴晶、柱状晶 三、多相组织 §1-5 材料的稳态结构与亚稳态结构 稳态结构 亚稳态结构阿累尼乌斯方程 第二章材料中的晶体结构§ 2-1 晶体学基础 一、空间点阵和晶胞 空间点阵，阵点（结点）晶格、晶胞 坐标系 二、晶系和布拉菲点阵 7 个晶系 14 个布拉菲点阵 表2-1 三、晶向指数和晶面指数 1．晶向指数 确定方法，指数含义，负方向，晶向族2．晶面指数 确定方法，指数含义，负方向，晶向族3．六方晶系的晶向指数和晶面指数 确定方法，换算 4．晶面间距
密排面间距大 5．晶带 相交和平行于某一晶向直线的所有晶面的组合晶带 定律：hu+kv+lw=0 ? 晶向指数和晶面指数确定练习，例题 §2-2 纯金属的晶体结构 一、典型金属晶体结构 体心立方bcc 面心立方fcc 密排六方hcp 1．原子的堆垛方式 面心立方：ABCABCAB—C— 密排六方：ABABA—B — 2．点阵常数 3．晶胞中的原子数 4．配位数和致密度 晶体结构中任一原子周围最邻近且等距离的原子数 晶体结构中原子体积占总体积的百分数 5．晶体结构中的间隙 四面体间隙，八面体间隙 二、多晶型性 :-Fe, :-Fe, :-Fe 例：
材料科学基础作业
Fundamentals of Materials Science 1. Determine the Miller indices for the planes shown in the following unit cell: A:(2 1 -1) B:(0 2 -1) 2. Show that the atomic packing factor for HCP is 0.74. Solution: This problem calls for a demonstration that the APF for HCP is 0.74. Again, the APF is just the total sphere-unit cell volume ratio. For HCP, there are the equivalent of six spheres per unit cell, and thus Now, the unit cell volume is just the product of the base area times the cell height, c. This base area is just three times the area of the parallelepiped ACDE shown below.
The area of ACDE is just the length of CD times the height BC. But CD is just a or 2R, and 3. For both FCC and BCC crystal structures, the Burgers vector b may be expressed as
《材料科学基础》课后答案(1-7章)
第一章 8．计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例 (1)NaF (2)CaO (3)ZnS 解：1、查表得：X Na =0.93,X F =3.98 根据鲍林公式可得NaF 中离子键比例为：21(0.93 3.98)4[1]100%90.2%e ---?= 共价键比例为：1-90.2%=9.8% 2、同理，CaO 中离子键比例为：21(1.00 3.44)4[1]100%77.4%e ---?= 共价键比例为：1-77.4%=22.6% 3、ZnS 中离子键比例为：21/4(2.581.65)[1]100%19.44%ZnS e --=-?=中离子键含量 共价键比例为：1-19.44%=80.56% 10说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义．说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。 答：结构转变的热力学条件决定转变是否可行，是结构转变的推动力，是转变的必要条件；动力学条件决定转变速度的大小，反映转变过程中阻力的大小。 稳态结构与亚稳态结构之间的关系：两种状态都是物质存在的状态，材料得到的结构是稳态或亚稳态，取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件)，阻力小时得到稳态结构，阻力很大时则得到亚稳态结构。稳态结构能量最低，热力学上最稳定，亚稳态结构能量高，热力学上不稳定，但向稳定结构转变速度慢，能保持相对稳定甚至长期存在。但在一定条件下，亚稳态结构向稳态结构转变。 第二章 1．回答下列问题： (1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向： (001）与[210]，(111）与[112]，(110)与 [111],(132)与[123],(322)与[236］ (2)在立方晶系的一个晶胞中画出（111)和 （112)晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 (3)在立方晶系的一个晶胞中画出同时位于（101). (011)和（112)晶面上的[111]晶向。 解：1、 2．有一正交点阵的 a=b, c=a/2。某晶面在三个晶轴上的截距分别为 6个、2个和4个原子间距，求该晶面的密勒指数。 3．立方晶系的 ｛111}, 1110}, {123）晶面族各包括多少晶面？写出它们的密勒指数。 4．写出六方晶系的{1012}晶面族中所有晶面的密勒指数，在六方晶胞中画出[1120]、[1101]晶向和(1012)晶面，并确定(1012)晶面与六方晶胞交线的晶向指数。 5．根据刚性球模型回答下列问题： (1)以点阵常数为单位，计算体心立方、面心立方和密排六方晶体中的原子半径及四面体和八面体的间隙半径。 (2）计算体心立方、面心立方和密排六方晶胞中的原子数、致密度和配位数。 6．用密勒指数表示出体心立方、面心立方和密排六方结构中的原子密排面和原子密排方向，并分别计算这些晶面和晶向上的原子密度。 解：1、体心立方 密排面：{110}2114 1.414a -+? =
材料科学基础总结
材料基础 一、名词解释 1、塑形变形： 2、滑移：晶体一部分相对另一部分沿着特定的晶面和晶向发生的平移滑动。滑移后再晶体表面留下滑移台阶，且晶体滑移是不均匀的。 3、滑移带：单晶体进行塑性变形后，在光学显微镜下，发现抛光表面有许多线条，称为滑移带。 4、滑移线：组成滑移带的相互平行的小台阶。 5、滑移系：一个滑移面和其上的一个滑移方向组成一个滑移系，表示晶体滑移是可能采取的一个空间方向。滑移系越多，晶体的塑形越好。 6、单滑移：当只有一组滑移系处于最有利的取向时，分切应力最大，便进行单系滑移。 7、多滑移：至少有两组滑移系的分切应力同时达到临界值，同时或交替进行滑移的过程。 8、交滑移：至少两个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移，这种滑移叫交滑移。（会出现曲折或波纹状滑移带\最易发生交滑移的是体心立方晶体\纯螺旋位错） 9、孪生变形：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面和一定的晶向相对于另一部分作均匀的切变所产生的变形。（相邻晶面的相对位移量相等） 10、孪晶：孪生后，均匀切变区的取向发生改变，与未切变区构成镜面对称，形成孪晶。 11、晶体的孪晶面和孪生方向：体心，{112}【111】，面心立方{111}【112-】，密排六方{101-2} 【1-011】。 12、软取向，硬取向：分切应力最大时次取向是软取向；当外力与滑移面平行或垂直时，晶体无法滑移，这种取向称为硬取向。 13、几何软化、硬化：在拉伸时，随着晶体的取向的变化，滑移面的法向与外力轴的夹角越来越远离45度时滑移变得困难的这种现象是几个硬化；当夹角越来愈接近45度，使滑移越来越容易进行的现象叫做几何软化。 14、细晶强化：晶体中，用细化晶粒来提高材料强度的方法为细晶强化。也能改善晶体的塑形和韧性。 15、固熔强化：当合金由单相固熔体构成时，随熔质原子含量的增加，其塑性变形抗力大大提高，表现为强度，硬度的不断增加，塑性、韧性的不断下降，的这种现象称为固熔强化。（单相） 16、（多相）沉淀强化、时效强化：相变热处理 17、（多相）弥散强化：粉末冶金 18、纤维组织：随变形量的增加，晶粒沿变形方向被拉长扁平晶粒，变形量很大时，各晶粒一不能分辨而成为一片如纤维状的条纹称为纤维组织。 19、带状组织:当金属中组织不均匀，如有枝晶偏析或夹杂物时，塑性变形会使这些区域伸长，在热加工后或随后的热处理中会出现带状组织。 20、变形织构：多晶体材料中，岁变形度的增加，多晶体中原先取向的各个晶粒发生转动，从而使取向趋于一致，形成择优取向。丝织构【***】平行于线轴，板织构{***}【***】平行于扎制方向。 21、制耳：用有织构的扎制板材深冲成型零件时，将会因为板材各方向变形能不同，使深冲出来工件边缘不齐，壁厚不均的现象。 22、应变硬化、加工硬化：金属塑性变形过程中，随着变形量的增加，金属强度，硬度上升，塑性、韧性下降的现象。作用：变形均匀，均衡负载，增加安全性，提高强度 23、冷拉：试样在拉断前卸载，或因试样因被拉断二自动卸载，则拉伸中产生的大变形除少量可恢复外，大部分变形将保留下来的过程。
《材料科学基础》教学教案
《材料科学基础》教学教案 导论 一、材料科学的重要地位 生产力发展水平，时代发展的标志 二、各种材料概况 金属材料 陶瓷材料 高分子材料 电子材料、光电子材料和超导材料 三、材料性能与内部结构的关系 原子结构、结合键、原子的排列方式、显微组织 四、材料的制备与加工工艺对性能的影响 五、材料科学的意义
第一章材料结构的基本知识 §1-1 原子结构 一、原子的电子排列 泡利不相容原理 最低能量原理 二、元素周期表及性能的周期性变化 §1-2 原子结合键 一、一次键 1．离子键 2．共价键 3．金属键 二、二次键 1．范德瓦尔斯键 2．氢键 三、混合键 四、结合键的本质及原子间距 双原子模型 五、结合键与性能 §1-3 原子排列方式
一、晶体与非晶体 二、原子排列的研究方法 §1-4 晶体材料的组织 一、组织的显示与观察 二、单相组织 等轴晶、柱状晶 三、多相组织 §1-5 材料的稳态结构与亚稳态结构稳态结构 亚稳态结构 阿累尼乌斯方程
第二章材料中的晶体结构 §2-1 晶体学基础 一、空间点阵和晶胞 空间点阵，阵点（结点） 晶格、晶胞 坐标系 二、晶系和布拉菲点阵 7个晶系 14个布拉菲点阵 表2-1 三、晶向指数和晶面指数 1．晶向指数 确定方法，指数含义，负方向，晶向族2．晶面指数 确定方法，指数含义，负方向，晶向族3．六方晶系的晶向指数和晶面指数 确定方法，换算 4．晶面间距 密排面间距大 5．晶带 相交和平行于某一晶向直线的所有晶面的组合 晶带定律：hu+kv+lw=0
●晶向指数和晶面指数确定练习，例题 §2-2 纯金属的晶体结构 一、典型金属晶体结构 体心立方bcc 面心立方fcc 密排六方hcp 1．原子的堆垛方式 面心立方：ABCABCABC—— 密排六方：ABABAB—— 2．点阵常数 3．晶胞中的原子数 4．配位数和致密度 晶体结构中任一原子周围最邻近且等距离的原子数晶体结构中原子体积占总体积的百分数 5．晶体结构中的间隙 四面体间隙，八面体间隙 二、多晶型性 α-Fe, γ-Fe, δ-Fe 例： 碳在γ-Fe 中比在α-Fe中溶解度大
材料科学基础习题
查看文本 习题 一、名词解释 金属键; 结构起伏; 固溶体; 枝晶偏析; 奥氏体; 加工硬化; 离异共晶; 成分过冷; 热加工; 反应扩散 二、画图 1在简单立方晶胞中绘出（）、（210）晶面及[、[210]晶向。 2结合Fe-Fe3C相图，分别画出纯铁经930℃和800℃渗碳后，试棒的成分－距离曲线示意图。 3如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。试画出轧制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图。 4画出简单立方晶体中（100）面上柏氏矢量为［010］的刃型位错与（001）面上柏氏矢量为［010］的刃型位错交割前后的示意图。 5画图说明成分过冷的形成。 三、Fe-Fe3C相图分析 1用组织组成物填写相图。 2指出在ECF和PSK水平线上发生何种反应并写出反应式。 3计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。 四、简答题 1已知某铁碳合金，其组成相为铁素体和渗碳体，铁素体占82%，试求该合金的含碳量和组织组成物的相对量。 2什么是单滑移、多滑移、交滑移？三者的滑移线各有什么特征，如何解释？。 3设原子为刚球，在原子直径不变的情况下，试计算g-Fe转变为a-Fe时的体积膨胀率;如果测得910℃时g-Fe和a-Fe的点阵常数分别为0.3633nm和0.2892nm,试计算g-Fe转变为a-Fe的真实膨胀率。 4间隙固溶体与间隙化合物有何异同？ 5可否说扩散定律实际上只有一个？为什么？ 五、论述题 τC 结合右图所示的τC（晶体强度）—ρ位错密度 关系曲线，分析强化金属材料的方法及其机制。 晶须 冷塑变 六、拓展题 1 画出一个刃型位错环及其与柏士矢量的关系。 2用金相方法如何鉴别滑移和孪生变形？ 3 固态相变为何易于在晶体缺陷处形核？ 4 画出面心立方晶体中(225)晶面上的原子排列图。 综合题一：材料的结构 1 谈谈你对材料学科和材料科学的认识。 2 金属键与其它结合键有何不同，如何解释金属的某些特性？ 3 说明空间点阵、晶体结构、晶胞三者之间的关系。 4 晶向指数和晶面指数的标定有何不同？其中有何须注意的问题？ 5 画出三种典型晶胞结构示意图，其表示符号、原子数、配位数、致密度各是什么？ 6 碳原子易进入a-铁，还是b-铁，如何解释？ 7 研究晶体缺陷有何意义？ 8 点缺陷主要有几种？为何说点缺陷是热力学平衡的缺陷？
材料科学基础总结
材料科学基础总结 铸造C081 张云龙 一、名词解释 1、空间点阵：由周围环境相同的阵点在空间排列的三维列阵称为空间点阵。 2、晶体结构：由实际原子、离子、分子或各种原子集团，按一定规律的具体排列方式称为 晶体结构，或称为晶体点阵。 3、晶格常数：（为了便于分析晶体中的粒子排列，可以从晶体的点阵中取一个具有代表性 的基本单元作为点阵的基本单元，称为晶胞。）晶格常数就是指晶胞的边长。 4、晶向指数：（在晶格中，穿过两个以上结点的任一直线，都代表晶体中一个原子阵列在 空间的位向，称为晶向。）为了确定晶向在晶体中的相对取向，需要一种符号，这种符号称为晶向指数。 5、晶面指数：（在晶格中，由结点组成的任一平面都代表晶体的原子平面，称为晶面）为 了确定晶面在晶体中的相对取向，需要一种符号，这种符号称为晶面指数。 6、晶向族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称为晶向族。 7、配位数：每个原子周围最近邻且等距离的原子的数目称为配位数。 8、致密度：计算单位晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比，比值称为致密度。 9、各向异性：晶体的某些物理和力学性能在不同方向上具有不同的数值，此为晶体的各向 异性。 10、晶体缺陷：通常把晶体中原子偏离其平衡位置而出现不完整性的区域称为晶体缺陷。 11、点缺陷：在三维方向上尺寸都有很小的缺陷。 12、线缺陷：在两个方向上尺寸很小、令一个尺寸上尺寸较大的缺陷。（指各种类型的位错， 是晶体中某处一列或若干列原子发生了有规律的错排现象） 13、面缺陷：在一个方向上尺寸很小，令两个方向上尺寸较大的缺陷。 14、刃型位错：位错线与滑移方向垂直的位错。 15、螺型位错：位错线与滑移方向平行的位错。 16、混合型位错：位错线与滑移方向既不垂直也不平行而成任意角度的位错。 17、位错的滑移：在切应力的作用下，位错沿滑移面的运动称为位错的滑移。 18、位错的攀移：刃型位错在正应力的作用下，位错垂直于滑移面的运动。 19、单位位错：柏氏矢量的模等于该晶向上原子的间距的位错则为单位位错。 20、部分位错：柏氏矢量的模小于该晶向上原子的间距的位错则为部分位错。 21、扩展位错：两个肖克莱部分位错中间夹一层错，这样的位错组态称为扩展位错。 22、肖克莱部分位错：层错区与完整晶体区的交线。 23、弗克莱部分位错：层错区与右半部分完整晶体之间的边界。 24、上坡扩散：扩散由低浓度向高浓度进行而导致成分偏析或形成第二相的扩散。 25、下坡扩散：扩散由高浓度向低浓度进行而导致成分均匀的扩散。 26、原子扩散：扩散中只形成固溶体而无其它新相形成的扩散。 27、反应扩散：扩散中有新相形成的扩散。 28、自扩散：在均匀的固溶体或纯金属中原子的扩散，此种扩散不伴有浓度的变化。 29、互扩散：在不均匀的固溶体中异类原子的相对扩散，此种扩散伴有浓度的变化。 30、体扩散：通过均匀介质的扩散。 31、扩散能量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位面积的扩散物质流量。
材料科学基础知识点总结
金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。 基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。 相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。 变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。 过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看，
无机材料科学基础教案
《无机材料科学基础》 绪论 1、材料的发展动向及本课程的重要地位； 2、本课程的特色及基本要求。 3、无机材料物理化学的科学内涵 4、无机材料物理化学的研究方法 5、参考文献 第一章结晶学基础 §1-1—§1-6内容在结晶学课程中讲授 §1-7 晶体化学基本原理 一、结晶化学定律（Goldschmidt——哥希密特定律） 1、数量关系 2、大小关系 3、极化性能 二、决定晶体结构的基本因素 （一）原子半径和离子半径 （二）球体紧密堆积原理 1、等径球的最紧密堆积及其空隙 （1）六方最紧密堆积 1）六方最紧密堆积方式 2）六方最紧密堆积特点 （2）面心立方最紧密堆积 1）立方最紧密堆积方法 2）立方最紧密堆积特点 （a）最紧密堆积的堆积系数 （b）紧密堆积中的空隙类型与数目 2、不等径球的堆积 一、配位数与配位多面体 1、配位数（CN） 2、配位多面体 二、离子极化 三、电负性（X） 四、鲍林规则（L.Pauling） （一）第一规则——配位多面体规则 1、第一规则的意义 2、配位数与临界半径比（极限半径比） （二）第二规则——电价规则（最重要的规则） 1、电价规则的意义——可确定负离子的CN或电价 2、可分析晶体结构是否稳定并分析结构中配位多面体的连接方式（三）第三规则—共顶、共面、共棱规则 （四）第四规则——岛式规则 （五）第五规则——节约规则
作业：P37 1-10 四面体键角109.28； 思考题： P37 1-7； 1-9； 第二章 晶体结构与结构缺陷 §2-1 典型结构类型 一、金刚石结构与石墨结构 （一）描述晶体结构的方法 1．点坐标法—描述结构基元的位置 2．投影法—也叫标高法。 3、球体紧密堆积法—反映质点的堆积特点和充填情况； 4．多面体的连接方式——对复杂的晶体结构，其质点数目多，用其他方法表示不易找出特点，而用此法则简单明了地描述其结构特点。 （二）金刚石结构 （三）石墨结构 金刚石是目前硬度最大的材料，石墨则是最软的材料。性质差异的原因是结构上的差异。 二、NaCl 型结构 NaCl 从化学式上说是属于AX 型化合物： （一）NaCl 型结构分析 NaC 晶体的空间群：Fm3m F ——表示布拉格点阵类型（面心立方） m ——表示对称面[在（001）面上有一对称面]； 3——对称轴[在（111）面上有一个三次轴； m ——表示倒转轴[在垂直于（110）方向有对称面） [2- =m] 1、从堆积方式上分析 2、Na ＋、Cl －在晶体中的位置分布规律 （二）具有NaCl 型结构的物质有32种 氧化物：MgO 、CaO 、SrO 、BaO 、MnO 、FeO 、CoO 、NiO 氮化物：TiN 、LaN 、TiC 、ScN 、CrN 、ZrN 这些物质其晶系、堆积方式、正负离子配位数、点阵类型均相同，仅晶格常数不同。 三、闪锌矿型结构——（ZnS -β） 1、立方型ZnS 结构分析 2、具有闪锌矿结构的晶体——有27种 四、纤锌矿型结构——（ZnS -α） 1、六方ZnS 结构分析 2、具有六方ZnS 结构的晶体——有23种如： BeO 、ZnO 、AlN 五、萤石型（CaF 2）结构 （一）萤石结构 1、萤石结构分析 2、结构特点 （1）内部空隙较大——1/2有立方体空隙是空的 （2）可看作是正离子作面心立方堆积，F-离子充填在四面体中；
《材料科学与工程基础》教案.doc
川大学教案【理、工科】
掌握疲劳 强度的概 念 4.1.8.3疲劳极限和疲劳强度
图 4-49 难点 了解并理 解疲劳断 裂机理 高分了材料宏观疲劳断裂过程:
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DTA ——差热分析 Fig 17.2 图 4-51 难点 （2）与温度T 相关 T —Tg Cp 发生突变 DSC ——示差扫描量热仪 测 试原 理示意图。 比热容与温度 比热容与相变 一级相变，二级相变 3. 比热容（C P ）或Cv 定义：IKg 质量的固体（或液体）升高（或降低）PC 时，所增加 （或减 少）的（振动能量）热量。固体多用Cp 。单位： J - mol'1 - K 」。 Cp 〉 Cv 。 比热=热容/原子量,单位J ?Kg-I ?K 1 比热容的大小：主要取决于化学结构 等容热容 内能对温度的曲线上的斜率等压热容：嬉对温度的曲线 上的斜率 同体热容理论 经典理论 量了理论 原子的振动---晶格的振动 谐振了 随机振动 德拜模型 金属C P <1, 容易加热、容易冷却。单原子 晶体24.9；银24.3；铝 25.1。 银 C P =0.25 Fe C P =0.50 热容小，很快冷 要点 区分：热 容和比热 Fig 17.1 高分子 C P 1.0?2.0 例 / HDPE LDPE PS 天然橡胶 PVC 环氧树脂 热容大 2.31 1.90 1.20 1.92 1.05 1.05 影响高分了比热容Cp 的因素 （1）分了链柔顺性 温度的升高是由于分子过 其间内摩擦引起的，柔性 链，运动单元小内摩擦小, 反上升慢，热高量大，热 能动能 难点:理解 热容的宏 观效应，及 影响因素
(完整版)材料科学基础练习题
练习题 第三章晶体结构，习题与解答 3-1 名词解释 （a）萤石型和反萤石型 （b）类质同晶和同质多晶 （c）二八面体型与三八面体型 （d）同晶取代与阳离子交换 （e）尖晶石与反尖晶石 答：（a）萤石型：CaF2型结构中，Ca2+按面心立方紧密排列，F-占据晶胞中全部四面体空隙。 反萤石型：阳离子和阴离子的位置与CaF2型结构完全相反，即碱金属离子占据F-的位置，O2-占据Ca2+的位置。 （b）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。 同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 （c）二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。 （d）同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。 阳离子交换：在粘土矿物中，当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、半径大的阳离子（如K+、Na+等）将进入晶体结构来平衡多余的负电荷，它们与晶体的结合不很牢固，在一定条件下可以被其它阳离子交换。 （e）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶体结构中，若A2+分布在四 面体空隙、而B3+分布于八面体空隙，称为正尖晶石； 反尖晶石：若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分布于四面体空 隙另一半分布于八面体空隙，通式为B(AB)O4，称为反尖晶石。 3-2 （a）在氧离子面心立方密堆积的晶胞中，画出适合氧离子位置 的间隙类型及位置，八面体间隙位置数与氧离子数之比为若干？四 面体间隙位置数与氧离子数之比又为若干？ （b）在氧离子面心立方密堆积结构中，对于获得稳定结构各需何 种价离子，其中： （1）所有八面体间隙位置均填满； （2）所有四面体间隙位置均填满； （3）填满一半八面体间隙位置； （4）填满一半四面体间隙位置。 并对每一种堆积方式举一晶体实例说明之。 解：（a）参见2-5题解答。1:1和2:1 （b）对于氧离子紧密堆积的晶体，获得稳定的结构所需电价离子 及实例如下： （1）填满所有的八面体空隙，2价阳离子，MgO； （2）填满所有的四面体空隙，1价阳离子，Li2O； （3）填满一半的八面体空隙，4价阳离子，TiO2； （4）填满一半的四面体空隙，2价阳离子，ZnO。 3-3 MgO晶体结构，Mg2+半径为0.072nm，O2-半径为0.140nm，计算MgO晶体中离子堆积系数（球状离子所占据晶胞的体积分数）；计算MgO的密度。并说明为什么其体积分数小于74.05%？
2019年材料科学基础期末总结复习资料
材料科学基础期末总结复习资料 1、名词解释 （1）匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。 （2）共晶转变：合金系中某一定化学成分的合金在一定温度下，同时由液相中结晶出两种不同成分和不同晶体结构的固相的过程称 为共晶转变。 （3）包晶转变：成分为H点的δ固相，与它周围成分为B点的液相L，在一定的温度时，δ固相与L液相相互作用转变成成分是J 点的另一新相γ固溶体，这一转变叫包晶转变或包晶反应。即HJB---包晶转变线，LB+δH→rJ （4）枝晶偏析：合金以树枝状凝固时，枝晶干中心部位与枝晶间的溶质浓度明显不同的成分不均匀现象。 （5）晶界偏析：晶粒内杂质原子周围形成一个很强的弹性应变场,相应的化学势较高,而晶界处结构疏松,应变场弱,化学势低,所以晶粒内杂质会在晶界聚集,这种使得溶质在表面或界面上聚集的现象称为晶界偏析 （6）亚共晶合金：溶质含量低于共晶成分，凝固时初生相为基体相的共晶系合金。 （7）伪共晶：非平衡凝固时，共晶合金可能获得亚（或过）共晶组织，非共晶合金也可能获得全部共晶组织，这种由非共晶合金所获得的全部共晶组织称为伪共晶组织。
（8）离异共晶：在共晶转变时，共晶中与初晶相同的那个相即附着在初晶相之上，而剩下的另一相则单独存在于初晶晶粒的晶界处，从而失去共晶组织的特征，这种被分离开来的共晶组织称为离异共晶。 （9）纤维组织：当变形量很大时，晶粒变得模糊不清，晶粒已难以分辨而呈现出一片如纤维状的条纹，这称为纤维组织。 （10）胞状亚结构：经一定量的塑性变形后，晶体中的位错线 通过运动与交互作用，开始呈现纷乱的不均匀分布，并形成位错缠结，进一步增加变形度时，大量位错发生聚集，并由缠结的位错组成胞状亚结构。 （11）加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬 度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降。 （12）结构起伏：液态结构的最重要特征是原子排列为长程无序、短程有序，并且短程有序原子集团不是固定不变的，它是一种此消彼长、瞬息万变、尺寸不稳定的结构，这种现象称为结构起伏。 （13）能量起伏：能量起伏是指体系中每个微小体积所实际具 有的能量，会偏离体系平均能量水平而瞬时涨落的现象。 （14）垂直长大：对于粗糙界面，由于界面上约有一半的原子 位置空着，故液相的原子可以进入这些位置与晶体结合起来，晶体便连续地向液相中生长，故这种长大方式为垂直生长。 （15）滑移临界分切应力：晶体的滑移是在切应力作用下进行的，但其中许多滑移系并非同时参与滑移，而只有当外力在某一滑移
材料科学基础习题及答案
《材料科学基础》习题及答案 第一章 结晶学基础 第二章 晶体结构与晶体中的缺陷 1 名词解释：配位数与配位体，同质多晶、类质同晶与多晶转变，位移性转变与重建性转变，晶体场理论与配位场理论。 晶系、晶胞、晶胞参数、空间点阵、米勒指数（晶面指数）、离子晶体的晶格能、原子半径与离子半径、离子极化、正尖晶石与反正尖晶石、反萤石结构、铁电效应、压电效应. 答：配位数：晶体结构中与一个离子直接相邻的异号离子数。 配位体：晶体结构中与某一个阳离子直接相邻、形成配位关系的各个阴离子中心连线所构成的多面体。 同质多晶：同一化学组成在不同外界条件下（温度、压力、pH 值等），结晶成为两种以上不同结构晶体的现象。 多晶转变：当外界条件改变到一定程度时，各种变体之间发生结构转变，从一种变体转变成为另一种变体的现象。 位移性转变：不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子从原来位置发生少许位移，使次级配位有所改变的一种多晶转变形式。 重建性转变：破坏原有原子间化学键，改变原子最邻近配位数，使晶体结构完全改变原样的一种多晶转变形式。 晶体场理论：认为在晶体结构中，中心阳离子与配位体之间是离子键，不存在电子轨道的重迭，并将配位体作为点电荷来处理的理论。 配位场理论：除了考虑到由配位体所引起的纯静电效应以外，还考虑了共价成键的效应的理论 图2-1 MgO 晶体中不同晶面的氧离子排布示意图 2 面排列密度的定义为：在平面上球体所占的面积分数。 （a ）画出MgO （NaCl 型）晶体（111）、（110）和（100）晶面上的原子排布图； （b ）计算这三个晶面的面排列密度。 解：MgO 晶体中O2-做紧密堆积，Mg2+填充在八面体空隙中。 （a ）（111）、（110）和（100）晶面上的氧离子排布情况如图2-1所示。 （b ）在面心立方紧密堆积的单位晶胞中，r a 220= （111）面：面排列密度= ()[] 907.032/2/2/34/222==?ππr r
材料科学基础-名词解释讲课教案
材料科学基础-名词解 释
材料科学基础名词解释 第一章晶体学基础 空间点阵晶体中原子或原子集团排列的周期性规律，可以用一些在空间有规律分布的几何点来表示，这样的几何点集合就构成空间点阵。 （每个几何点叫结点；每个结点周围的环境相同，则都是等同点。） 晶格在三维空间内表示原子或原子集团的排列规律的结点所构成的阵列，设想用直线将各结点连接起来，就形成空间网络，称为晶格。 晶胞空间点阵可以看成是由最小的单元——平行六面体沿三维方向重复堆积而成，这样的平行六面体就叫晶胞。 晶系按照晶胞的大小和形状的特点（点阵的对称性）对晶体进行的分类。 晶格常数（点阵常数）决定晶胞形状和大小的6个参数。 布拉维点阵结点都是等同点的点阵就叫布拉维点阵。 晶面穿过晶体的原子面称为晶面。 晶向连接晶体中任意原子列的直线方向称为晶向。 晶面(间)距两个相同晶面间的垂直距离。 晶面族在高度对称的晶体中，特别是在立方晶体中，往往存在一些位向不同、但原子排列情况完全相同的晶面，这些晶体学上等价的晶面就构成一个晶面族。 晶向族……晶体学上等价的晶向构成晶向族。 配位数晶体结构中一个原子周围的最近邻且等距离的原子数。 堆垛密度/紧密系数/致密度晶胞中各原子的体积之和与晶胞的体积之比。 晶体是具有点阵结构的，由长程有序排列的原子、离子、分子或配位离子等组成的固体。 非晶体是无点阵结构的和长程有序排列的结构基元组成的固体。 晶体结构指晶体中原子在三维空间排列情况。 *同素异构体化合物有相同的分子式，但有不同的结构和性质的现象。 原子半径包括共价半径：两原子之间以共价键键合时，两核间距离的一半，实际上核间距离是共价键的键长。金属半径：金属晶体中相邻两金属原子核间距离的一半。范德瓦尔斯半径：靠范德华力相互吸引的相邻不同分子中的两个相同原子核间距离的一半。 晶体原子数某一晶体结构的一个晶胞中所含有的原子个数。 第二章固体材料的结构 结合键指由原子结合成分子或固体的方式和结合力的大小。 离子键当一正电性元素和一负电性元素相接触时，由于电子一得一失，使它们各自变成正离子和负离子，二者靠静电作用相互结合起来的化学键。 共价键由俩个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。 金属键自由电子与原子核之间静电作用而产生的键合力。
材料科学基础作业解答分析
第一章 1.简述一次键与二次键各包括哪些结合键？这些结合键各自特点如何？ 答：一次键——结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。 二次键——结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。 ①离子键：由于正、负离子间的库仑（静电）引力而形成。特点：1）正负离子相间排列，正负电荷数相等；2）键能最高，结合力很大； ②共价键：是由于相邻原子共用其外部价电子，形成稳定的电子满壳层结构而形成。特点：结合力很大，硬度高、强度大、熔点高，延展性和导电性都很差，具有很好的绝缘性能。 ③金属键：贡献出价电子的原子成为正离子，与公有化的自由电子间产生静电作用而结合的方式。特点：它没有饱和性和方向性；具有良好的塑性；良好的导电性、导热性、正的电阻温度系数。 ④范德瓦耳斯键：一个分子的正电荷部位和另一个分子的负电荷部位间的微弱静电吸引力将两个分子结合在一起的方式。也称为分子键。特点：键合较弱，易断裂，可在很大程度上改变材料的性能；低熔点、高塑性。 2.比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料在结合键上的差别。 答：①金属材料：简单金属（指元素周期表上主族元素）的结合键完全为金属键，过渡族金属的结合键为金属键和共价键的混合，但以金属键为主。 ②陶瓷材料：陶瓷材料是一种或多种金属同一种非金属（通常为氧）相结合的化合物，其主要结合方式为离子键，也有一定成分的共价键。 ③高分子材料：高分子材料中，大分子内的原子之间结合方式为共价键，而大分子与大分子之间的结合方式为分子键和氢键。④复合材料：复合材料是由二种或者二种以上的材料组合而成的物质，因而其结合键非常复杂，不能一概而论。 3. 晶体与非晶体的区别？稳态与亚稳态结构的区别？ 晶体与非晶体区别： 答：性质上，(1)晶体有整齐规则的几何外形；(2)晶体有固定的熔点,在熔化过程中,温度始终保持不变；(3)晶体有各向异性的特点。
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#名词解释（5*4） 1、萤石结构:Ca2+作立方紧密堆积 ,F-充填于全部的四面体空隙,八面体空隙全部空着，因此在八个F-之间存在有较大的空洞，为阴离子F-的扩散提供条件。 2、反萤石结构：晶体结构与萤石完全相同，只是阴、阳离子的位置完全互换。 3、正尖晶石 答：在尖晶石AB2O4型结构中，如果A离子占据四面体空隙，B离子占据八面体 空隙，则称为正尖晶石。(A)[B2]O4。 4、反尖晶石型结构 答：如果半数的B离子占据四面体空隙，A离子和另外半数的B离子占据八面体空隙，则称为反尖晶石。 (B)[AB]O4。 5、二八面体：在层状结构硅酸盐晶体中，二八面体以共棱方式相连，但八面体中的离子被其他两个阳离子所共用，因而称为二八面体。 6、三八面体：仍共棱方式相连，但八面体中的离子被其他三个阳离子所共用，因此成为三八面体。 7、位移性转变：这种改变不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子位置发生少许位移。是高低温转变，所需能量低，属于可逆转变，转变速度快。 8、重建性转变：是破坏原有原子间的化学键，改变原子最邻近的配位数，是晶体结构完全改变。使晶体结构完全改变原样的一种多晶转变形式。需要破坏化学键，所需能量高，有些是不可逆转变，转变速率慢。 9、同质多晶现象：相同的化学组成，在不同的热力学条件下却能形成不同的晶体的结构，表现出不同的物理、化学性质。 10、类质同晶现象：化学组成相似或相近，在相同的热力学条件下，形成的晶体具有相同的结构。 11、弗仑克尔缺陷：正常格点离子和间隙位置反应生成间隙离子和空位的过程。特征：当晶体中剩余空隙比较大时，如萤石CaF2型结构等，容易产生弗仑克尔缺陷。 12、肖特基缺陷：正常格点位置的离子跃迁到晶体表面的位置上，在原来的各点留下空位。 特征：当晶体中剩余空隙比较小，如NaCl型结构，容易形成肖特基缺陷。 13、置换式固溶体：亦称替代固溶体，其溶质原子位于点阵结点上，替代（置换）了部分溶剂原子。 14、间隙式固溶体，亦称填隙式固溶体，其溶质原子位于点阵的间隙中