清华大学材料科学基础物理化学专业课核心资料剖析

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目录

第一讲清华大学材料系综合信息介绍 (5)

第二讲复习规划指导 (7)

第三讲重难点分析 (9)

第一部分材料科学基础 (9)

第一章晶体学基础及晶体结构 (9)

1.1 要点扫描9

1.1.1 空间点阵和晶胞 (9)

1.1.2 常见纯金属（FCC、BCC、HCP）的晶体结构（★★★★★常考点） (11)

1.1.3 晶面指数和晶向指数及其标注（★★★★★一定要熟练掌握多做练习） (14)

1.1.4 标准投影 (17)

1.1.5 倒易点阵和晶体学公式 (18)

1.1.6 离子晶体结构 (20)

1.2 难点释疑22

1.2.1 7大晶系包含的点阵类型为什么不是28种，而是14种？ (22)

1.2.2 为什么没有底心正方和面心正方点阵？ (22)

1.2.3 确定晶面指数时应注意哪些问题？ (23)

1.3 解题示范24

第二章晶体的范性形变 (26)

2.1 要点扫描26

2.1.1 金属及合金的变形 (26)

2.1.2 单晶体的塑性变形 (26)

2.1.3 多晶体的塑性变形与细晶强化 (32)

第三章晶体中的缺陷 (33)

3.1 要点扫描33

3.1.1 点缺陷及其平衡浓度（★★） (33)

3.1.2 位错的基本类型及柏氏矢量 (35)

3.1.3 位错的应力场（若考到，会给出应力场公式） (39)

3.1.4 位错的弹性能和线张力 (41)

3.1.5 作用在位错上的力和Peach-Koehler公式 (42)

3.1.6 位错间的交互作用（★★★★） (45)

3.1.7 位错交割 (51)

3.1.8 合金的塑性变形与固溶强化和第二相强化 (54)

3.1.9 FCC晶体中的位错（★★★★） (56)

3.1.10 位错反应 (60)

第四章相图与材料热力学 (61)

4.1 材料热力学61

4.2 相图（★★★）61

4.2.1 相图的定义及类型结构 (61)

4.2.2 相图的建立（热分析法-画冷却曲线） (61)

4.2.3 相律和杠杆定律 (62)

4.2.4 匀晶相图 (63)

4.2.5 二元共晶相图 (64)

4.2.6 离异共晶及伪共晶 (65)

4.2.7 相图与性能的关系 (66)

4.2.8 相区接触法则（用于判断相图正误。★★★） (66)

4.3 铁碳合金相图（★★★★★）66

第五章扩散 (69)

5.1 扩散定律69

5.1.1菲克第一定律 (69)

5.1.2菲克第二定律 (70)

5.2 扩散方程的解及应用 71

5.2.1 稳态扩散 (71)

5.2.2 非稳态扩散 (73)

5.3 克根达耳效应及达肯公式（★★★★★）74

5.4 扩散的微观机制 76

5.5 反应扩散（★★★★）77

5.5.1 反应扩散动力学 (77)

5.5.2 反应扩散（多相扩散）的特点 (77)

5.5.3 反应扩散实例 (77)

第六章凝固与结晶 (78)

6.1 结晶的一般过程78

6.2 纯金属晶体的长大78

6.3 单相固溶体晶体的长大79

6.4 金属和合金铸锭组织的形成与控制82

第七章回复与再结晶 (83)

7.1 回复过程的特征83

7.2 回复动力学83

7.3 再结晶过程的特征84

7.4 再结晶动力学84

7.5 再结晶温度84

7.6 在实际生产的应用84

第八章固态相变 (86)

8.1 时效 86

8.2 时效先析出亚稳相的原因87

8.3 Al-Cu时效过程硬度变化与位错理论的关系87

第二部分物理化学（材料化学） (89)

第一章热力学第一定律 (89)

1.1 热力学概论（名词解释常考点★★★）89

1.1.1 体系与环境 (89)

1.1.2 体系的性质 (89)

1.1.3 状态函数 (89)

1.1.4 热和功 (89)

1.1.5 准静态过程和可逆过程 (90)

1.2 热力学第一定律 90

1.3 热容 91

1.3.1 定义 (91)

1.3.2 理想气体的p C 与V C 之差 (91)

1.3.3 绝热过程的功和过程方程式 (91)

1.3.4 赫斯定律 (92)

1.4 几种热效应 92

1.4.1 化合物的生成焓 (92)

1.4.2 燃烧焓 (93)

1.4.3 溶解热 (93)

1.4.4 稀释热 (93)

第二章 热力学第二定律 (93)

2.1 什么是热力学第二定律

93

2.2 熵变S 93 2.3 克劳修斯不等式与熵增加原理 93

2.3.1 克劳修斯不等式 (93)

2.3.2 熵增加原理 (94)

2.4 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能 94

2.4.1 亥姆霍兹自由能 (94)

2.4.2 吉布斯自由能 (94)

2.5 几个热力学函数的关系(★★★★)（常出热力学证明题） 95

2.5.1 基本公式 (95)

2.5.2 麦克斯韦关系式 (95)

2.5.3 吉布斯-亥姆霍兹方程式 (96)

2.5.4 克拉贝龙方程式（★★★★） (97)

2.6 热力学证明题的常用方法 97

2.7 体系中的偏摩尔量和化学势 98

2.7.1 偏摩尔量 (98)

2.7.2 化学势 (98)

第三章 溶液 (99)

3.1 拉乌尔定律和亨利定律 100

3.1.1 拉乌尔定律 (100)

3.1.2 亨利定律 (100)

3.2 理想溶液 100

3.2.1 定义 (100)

3.2.2 通性 (100)

3.2.3 化学势 (100)

3.3 稀溶液的依数性 101

第四章 化学平衡 (101)

4.1 化学平衡的概念 101

4.2 化学反应的平衡常数（只考虑理想气体或溶液） 101

4.2.1 气体反应的平衡常数 (101)

4.2.2 复相化学平衡 (102)

4.2.3 体系平衡的特点 (102)

(清华大学)材料科学基础真题2002年

(清华大学)材料科学基础真题2002年 (总分：100.00，做题时间：90分钟) 一、论述题(总题数：10，分数：100.00) 1.已知面心立方合金α-黄铜的轧制织构为110＜112＞。 1．解释这种织构所表达的意义。 2．用立方晶体001标准投影图说明其形成原因。 （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 正确答案：(1．为板织构。{110}＜112＞织构表示{110}∥轧面，＜112＞∥轧向。 2．α-黄铜为FCC结构，滑移系统为{111}＜101＞。沿轧向受到拉力的作用，晶体滑移转动。如图所示， 在晶体学坐标系中，设拉力轴T1位于001-101-111取向三角形中，则始滑移系为[011]，拉力轴转向[011]方向，使拉力轴与滑移方向的夹角λ减小。当力轴到达两个取向三角形的公共边，即T2时，开始发 生双滑移，滑移系[101]也启动，拉力轴既转向[011]方向，又转向[101]方向，结果沿公共边转动。到达[112]方向时，由于[101]、[112]、[011]位于同一个大圆上，两个λ角同时减小到最小值，故[112] 为最终稳定位置，从而使＜112＞方向趋向于轧向；在轧面上受到压力作用，设压力轴Pl位于取向三角形中，则始滑移系为[101]，压力轴转向面，使压力轴与滑移面的夹角减小。当力轴到达两个取向三角形的公共边，即P2时，开始发生双滑移，滑移系也启动，压力轴既转向面，又转向面，结果沿公共边转动。到达面时，由于、、位于同一大圆上，两 个角同时减小到最小值，故为最终稳定位置，从而使面趋于平行于轧面。其结果，{110}∥轧面，＜112＞∥轧向。 ) 解析： 2.证明：对立方晶系，有[hkl]⊥(hkl)。 （分数：5.00） __________________________________________________________________________________________ 正确答案：(根据晶面指数的确定规则并参照下图，(hkl)晶面ABC在a、b、c坐标轴上的截距分别是 根据晶向指数的确定规则，[hkl]晶向L=ha+kb+lc。 利用立方晶系中a=b=c，α=β=γ=90°的特点，有

2016年清华大学物理化学考研参考书目经验分享

2016年清华大学物理化学考研参考书目经验分享 清华考研已经结束啦。俺在考清华时，走过许多弯路，犯过许多错误，最后终于考上了，给师弟师妹一点建议啦。说一下考清华的一些大的原则呀 1.考清华就跟高考一样，没啥神秘呢。但不变的是你的执着，你的努力，你的坚持 2 .不管简章说招几个呀，近5年都是清华本部化工要7个左右；深圳可能要十几个，深圳的具体不清楚呢。只要是进了复试，最后被刷的都可调剂到清华化学系，核研究院，生物工程系呀等，都可以留在清华呀。所以要全力以赴呀~~ 3.政治英语性价比不高，都要考个60多分。数学性价比高呢，一般要考个135哈，不难呢；清华专业课比较重要，如果有机会可以上一个新祥旭辅导机构的专业课辅导。新祥旭老师告诉我清华物化原题多，只要复习方向对了，可以考个120左右哈，不难。 物理化学：题目越来越偏向基础,题型每年都在变，但考点不变呢。清华物化每年重复率很大，从10年开始，每年题型都在变。比如说13年新增的选择题27分，我就在清华本科物化复习资料里见过。清华物化方向是概念型的判断和基本型小计算为主，千万别把方向弄错了呢。考清华你得好好研究物化历年真题及答案，录取各科分数及复试时面试组老师的情况，面试时老师所提的一些问题等等，清华本科物化复习集﹙这个很重要的，朱文涛喜欢从里面出题﹚。清华跟其他学校考的不同，先认真研究这些，你就能找出清华出题的胃口啦，再针对清华方向复习。不要瞎复习呢，大家有梦想是好样的，但得在正确的方向上坚持。正确准备物化方向是：先看题，找方向，再看书，后做题。别把方向弄错了呢。 一般来说复习最开始阶段是最慢的，因为难以进入状态呀所以呀我建议，专业课早先最好报个新祥旭机构的专业课，听听老师怎么讲的呢，在老师的带领下就比较容易进入状态呀。 物化的概念都是演绎型的，像熵呀，自由能呀，都是数学公式退出来的，不好理解呢。也是新祥旭老师推荐一个视频网站，搜“可汗学院，里面有一个基础化学，多听听，跟着可汗把公式推导一遍，物化概念就懂了呢 有师弟师妹为了我这2个问题，我简单回答一下呀 ①学姐，清华看本科成绩么？ 答：不太看。很简单的道理呀，你高考时看过你的一摸成绩单了么？！只要初试名次靠前，就有机会录取呀。 ②学姐，我不是211的呀，清华有没有歧视啊？ 答：有，复试时有一点点歧视，尤其是你自我介绍自报家门时，大家都是成年人了呢，这个简单道理能想明白哈。但是你只要初试成绩足够高，复试前找老师聊会，混个面熟啦，老师也不会刻意去为难你呢，就没有歧视了哈。 并且清华的老师人很好啦，复试的时候还帮我呢。举个例子，我复试时在办公室外面等着，我是最后一个面试的，在我之前有个老师出门上厕所，我向他问了一下好，老师朝我点头微微笑，等到我进去面试时，有一个问题把我卡住了，有个老师问我“煤分子中是长链多点还是短链多？我是真的不知道呀，急死啦，快哭了，但就是这个出门尿尿的老师帮我解围呢，帮我回答了这个问题，还对那个提问老师说“这是煤化工专业才学到的，你别为难他。我就这样过了清华复试。

清华大学材料科学基础-物理化学考研心得

考研专业课之清华大学材料科学基础-物理化学(1) 第一讲清华大学材料系综合信息介绍 一．系专业信息 清华大学材料科学与工程系在全国学科排名前茅，研究生培养设有材料物理与化学、材料学（无机非金属材料、金属材料）、核燃料循环与材料等博士点和硕士点，并设有材料科学与工程博士后流动站。系中拥有一支学术造诣高，极富创造力而又为人师表的强大研究生导师队伍，关于各位导师的情况，在材料系主页https://www.sodocs.net/doc/d01386119.html,/上有详细说明，有兴趣的同学不妨先了解一下。在硬件方面，材料系拥有各种先进的实验仪器设备，为进行材料的合成与加工、微观结构分析及性能特征研究创造了良好的条件。 此外，与国际学术的交流频繁，为准备出国留学的有志之士提供了很好的机会。我想一个人在优越的平台中，可以极大的提高其能力。我相信材料系可以给大家提供这个平台，同样，这也将会是大家施展才能的大舞台。 二．历年报考录取情况 作为材料专业的本科生，大家应该都知道清华材料系在全国举足轻重的地位，也正因为他的实力，使其成为全国材料系考研的热门。 由于她的特殊性，校内保研直博的占了相当大一部分的名额，导致其对外招生名额相比于其他学校，可以用极少来形容。一般来说，报名人数：录取人数≥10：1。录取人数上从06年的18个，到07年15个（最后录14个），再到08年14个（最后录16个），可以看出，官方公布的招生名额有递减的趋势，但最终录取人数可能会根据生源质量有所微调。比如07年由于数一难度较大，再加之专业课改革，使总体成绩偏低，成绩的偶然性偏大，生源质量有所降低，系里抱着清华研招宁缺毋滥的原则，从公布的15个减至14个。 招生人数少是少，但并不是没招。大家要报着必胜的信心去努力为自己的梦想拼搏。拥有自信，你就会是众多考研高手中的最强者。 订阅收藏考研专业课之清华大学材料科学基础-物理化学 三．出题老师情况

【精品】清华材料科学基础习题及答案

《晶体结构与缺陷》 第一章习题及答案 1-1.布拉维点阵的基本特点是什么？ 答：具有周期性和对称性，而且每个结点都是等同点。 1-2.论证为什么有且仅有14种Bravais点阵。 答：第一，不少于14种点阵。对于14种点阵中的任一种，不可能找到一种连接结点的方法，形成新的晶胞而对称性不变. 第二,不多于14种。如果每种晶系都包含简单、面心、体心、底心四种点阵，七种晶系共28种Bravais点阵。但这28种中有些可以连成14种点阵中的某一种而对称性不变。例如体心单斜可以连成底心单斜点阵,所以并不是新点阵类型。 1-3.以BCC、FCC和六方点阵为例说明晶胞和原胞的异同. 答:晶胞和原胞都能反映点阵的周期性，即将晶胞和原胞无限堆积都可以得到完整的整个点阵。但晶胞要求反映点阵的对称性，在此前提下的最小体积单元就是晶胞；而原胞只要求体积最小，布拉维点阵的原胞都只含一个结点。 例如：BCC晶胞中结点数为2，原胞为1;FCC晶胞中结点数为4，原胞为1； 六方点阵晶胞中结点数为3,原胞为1。见下图，直线为晶胞,虚线为原胞。

BCCF CC六方点阵 1-4.什么是点阵常数?各种晶系各有几个点阵常数? 答：晶胞中相邻三条棱的长度a、b、c与这三条棱之间的夹角α、β、γ分别决定了晶胞的大小和形状，这六个参量就叫做点阵常数。 晶系a、b、c，α、β、γ之间的关系点阵常数的个数 三斜a≠b≠c，α≠β≠γ≠90o6（a、b、c、α、β、γ) 单斜 a≠b≠c，α=β=90≠γ或 α=γ=90≠β4(a、b、c、γ或a、b、c、 β） 斜方a≠b≠c,α＝β＝γ＝90o3(a、b、c)

(清华大学)材料科学基础真题2006年

(清华大学)材料科学基础真题2006年 (总分：150.00，做题时间：90分钟) 一、论述题(总题数：9，分数：150.00) 1.什么是Kirkendall效应？请用扩散理论加以解释。若Cu-Al组成的互扩散偶发生扩散时，界面标志物会向哪个方向移动？ （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 正确答案：(Kirkendall效应：在置换式固溶体的扩散过程中，放置在原始界面上的标志物朝着低熔点元素的方向移动，移动速率与时间成抛物线关系。 Kirkendall效应否定了置换式固溶体中扩散的换位机制，而证实了空位机制；系统中不同组元具有不同的分扩散系数；相对而言，低熔点组元扩散快，高熔点组元扩散慢，这种不等量的原子交换造成了Kirkendall 效应。 当Cu-AI组成的互扩散偶发生扩散时，界面标志物会向着Al的方向移动。) 解析： 2.标出图a、b(立方晶体)和c、d(六方晶体，用四指数)中所示的各晶面和晶向的指数： 1．图a中待求晶面：ACF、AFI(Ⅰ位于棱EH的中点)、BCHE、ADHE。 2．图b中待求晶向：BC、EC、FN(N点位于面心位置)、ME(M点位于棱BC的中点)。 3．图c中待求晶面：ABD′E′、ADE′F′、AFF′A′、BFF′B′。 4．图d中待求晶向：A′F、O′M(M点位于棱AB的中点)、F′O、F′D。 （分数：16.00） __________________________________________________________________________________________ 正确答案：(1．ACF(111)、AFI、BCHE、ADHE(010) 2．BC、EC、FN、ME 3．ABD′E′、ADE′F′、AFF′A′、BFF′B′ 4．A′F′、D′M、F′O、F′D) 解析： 3.已知金刚石晶胞中最近邻的原子间距为0.1544nm，试求出金刚石的点阵常数a、配位数C.N.和致密度ξ。 （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 正确答案：(，所以a=0.3566nm C.N.=8-N=4 )

清华大学2014考研物理化学化试题

1．有一绝热的刚性密闭容器内抽成真空，通过阀门和大气隔离，当阀门打开 时，空气(可视为理想气体)进入容器，此时容器内气体的温度将： (A)升高 (B)降低 (c)不变 (D)不能确定 2．在标准压力P θ和383．15 K 时，水变为同温下的蒸气。则该相变过程中，下 列哪个关系式不能成立? (A) ΔG<0 (B) ΔH>0 (C)△S iso

清华大学材料科学基础教学大纲

材料科学基础(II) 课程大纲(2004/9) 【课程名称】材料科学基础(II) 【课程号】30350074 英文名称：Fundamentals of Materials Science (II) 开课学期：春季 课程类别：必修 课程性质：专业基础课 先修课程：普通物理，物理化学，材料科学基础(I) 教材：材料科学基础，潘金生, 仝健民, 田民波, 清华大学出版社, 1998 学时：64 ，学分4 二课程简介： 本课程的作为材料科学与工程的专业基础课，其内容主要包括：相图和相平衡、材料中的界面、扩散、液－固相变（结晶）、回复与再结晶和固－固相变的基本知识和理论方法。本课知识可应用于理解和研究材料的问题，也是后续材料工艺和性能等专业课学习、以及材料科研文献阅读的基础。在具体内容选择上侧重基础理论，在讲授方式上注重对学生理解和研究材料的能力培养。 三课程要求： 1 ．掌握课程内容的基本知识 2 ．灵活运用知识分析问题分析材料中的有关现象 3 ．初步具备金相组织观察和分析能力（实验课） 四内容概要 第一章相图和相平衡 §1 二元相图的基本结构 1. 定义和基本概念 2. 二元相图的结构和分类 3 杠杆定理

§2. 相图的实验测定 1 ．动态（变温）热分析法、膨胀法、电阻法等 2 ．静态金相法、X- 光法、硬度法等 §3. 相图热力学 1 ．溶液的自由能计算， 2 ．相图的作图法 3 ．化学位和活度 4. 相图的计算 §6. 相律和相区接触规律 1 ．相律 2 ．相区接触规律 §7. 二元相图的应用 1 ．相图实例 2. 平衡冷却和平衡组织 3 ．Fe-C (Fe-Fe3C) 相图详细分析 实验I. Fe-C 合金的显微结构 4 ．非平衡冷却 5. 利用相图指导成分和工艺温度的设计的例子§8. 三元相图 ?成分的表示和特征线 ?杠杆定律和相律 ?匀晶系统 ?共晶系统 ?含3 相区的三元相图

清华大学材料科学基础第9章再结晶简本

9. 回复和再结晶 学习的意义： ?物理冶金的基本过程； ?特殊的组织、性能变化规律；与相变的异同点； 发生的原因： ?金属形变后的变化（组织、性能）； ?热力学不稳定性；动力学条件，向低能状态转变； 退火过程三个阶段： 回复、再结晶、晶粒长大。 ?回复的特点 ?再结晶的特点： 主要通过大角晶界的迁动来完成。 ?长大的特点 分：正常晶粒长大和异常晶粒长大（二次再结晶）。

9.1 回复 要点： 回复阶段不涉及大角度晶面的迁动； 通过点缺陷消除、位错的对消和重新排列来实现的； 过程示意 研究方法①量热法②电阻法③硬度法④位错密度法⑤X 射线法 难以直接观察到 9.1.1储存能的释放 功率差随加热温度的变化

9.1.2电阻和密度的回复 表9-1 铜和金电阻率回复的基本过程 基本过程阶段温度范围 /K激活能/eV过程的基本机制回复： 点缺陷消失 Ⅰ 30~40(0.03T m)0.1间隙原子?空位对重新结合 Ⅱ 90~200[(0.1~0.15)T]0.2~0.7间隙原子迁移 Ⅲ 210~320[(0.16~0.20)T m]0.7空位迁移到阱,空位对迁移 回复：多边形化Ⅳ 350~400[(0.27~0.35)T m] 1.2空位迁移到位错,位错重新分布 (形成小角度界面)和部分消失 一次再结晶Ⅴ 400~500[(0.35~0.40)T m] 2.1位错攀移和热激活移动而部分消 失以及形成大角度界面*金属的纯度变化可改变过程的温度范围

不同温度下电阻随保温时间的变化/铜9.1.3机械性能的回复

9.1.4回复动力学 I 型动力学符合如下关系： t a t r =d d b t a r +=ln )exp(d d RT Q A t a t r ?==RT Q A t a t r ?==ln ln d d ln ?50°C 切变的单晶锌应变硬化回复 到不同的r 值所需时间与温度的关系 多晶体铁在0°C 形变5%的回复动力学 (a)应变硬化回复程度r 与ln t 间的函数关系；(b)回复激活能Q 与回复分数间的关系 II 型回复动力学符合如下关系： m r c t r 1d d ?=t c m r r m m 1)1(0 ) 1()1(?=?????

清华大学2014考研物理化学化试题

清华大学2014考研物理化学化试题

1．有一绝热的刚性密闭容器内抽成真空，通过阀门和大气隔离，当阀门打开 时，空气(可视为理想气体)进入容器，此时容器内气体的温度将： (A)升高 (B)降低 (c)不变 (D)不能确定 2．在标准压力P θ和383．15 K 时，水变为同温下的蒸气。则该相变过程中，下 列哪个关系式不能成立? (A) ΔG<0 (B) ΔH>0 (C)△S iso

的体积Vm 或压力p 有关 4．1mol 理想气体经历绝热膨胀过程温度从T1变化到T2，则下列关于功的计算 式中哪一个是正确的? 0 21()Q V U Q W W C T T =?=+???→=- (A) 21()Cv T T - (B) 21 ()Cp T T - (c) 22111p V p V γ-- (D) 21 ()1R T T γ-- 5．已知C(石墨)和C(金刚石)在25℃和101325 Pa 下的标准摩尔燃烧焓 分别为-393．4 kJ ·mol -1和-395.3 kJ ·mol -1 ，则该条件下金刚石的标准生成焓 f m H Θ?为： (A)-395．3 kJ ?mol -1 (B)395．3 kJ ?mol -1 (C)-1．9 kJ ?mol -1 (D)1．9 kJ ?mol -1 6．C02在临界点处的自由度等于： (A)0 (B)1 (C)2 (D)3 7．对稀溶液的依数性产生的主要原因，下列表述中错误的是： (A)溶液的蒸气压较纯溶剂低 (B)溶液中溶剂的化学势较纯溶剂低

清华大学材料科学基础教学大纲

材料科学基础(1) 课程编号: 30350064 课程名称：材料科学基础（1） 英文名称：Fundamentals of Materials Science 学分：4 先修课程：普通物理、物理化学、工程力学 教材：材料科学基础，潘金生、仝健民、田民波，清华大学出版社，1998 一、课程简介： “材料科学基础”是在原来“金属学”、“物理冶金”、“材料科学”、“金属物化”、“陶瓷物化”、“固体材料结构基础”等课程的基础上，为强化基础，突出共性，拓宽专业而向我系本科生开设的专业基础课。本课程以材料科学与工程的基础理论，如晶体学、合金相理论、固体缺陷理论、热力学和动力学等为纲，讲授材料科学的基本概念和基础理论，是学生学习其他专业课的基础，也是今后从事材料研究工作的基础。《材料科学基础1》重点讲授晶体学、固体材料的结构、晶体缺陷和范性形变、固体中的扩散等材料科学基础理论。 二、基本要求： 本课程是材料系最重要的专业基础课之一，内容多，覆盖面广，理论和概念比较集中，要求学生掌握材料科学的基本概念、基础理论及其应用。 三、内容提要： 第一章晶体学基础12学时 1.1 引言 1.2 空间点阵、晶胞和原胞、点阵常数 1.3 晶面指数和晶向指数 1.4 常见的晶体结构及其几何特征、配位数、紧密系数和间隙 1.5 晶体的堆垛方式、FCC、HCP和菱方晶体的比较 1.6 晶体的投影* 1.7 倒易点阵* 1.8 菱方晶系的两种描述：菱方轴和六方轴 1.9 晶体的宏观对称性--点群* 1.10 晶体的微观对称性--空间群：意义、表示、应用* 第二章金属材料14学时 2.1 引言 2.2 原子结构 2.3 结合键 2.4 分子的结构 2.5 晶体的电子结构 2.6 元素的晶体结构和性质 2.7 合金相结构概念 2.8 影响合金相结构的主要因素：原子/离子半径、电负性、电子价态 2.9 固溶体：意义、分类、特点、规律、性质等

(清华大学)材料科学基础真题2003年-1.doc

(清华大学)材料科学基础真题2003年-1 (总分：100.00，做题时间：90分钟) 一、论述题(总题数：9，分数：100.00) 1.简述单晶体塑性形变的施密特定律(Schmid's law)，画图并写出表达式，说明每一个量所代表的物理意义。 （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 2.参照所示的Cu-Zn相图，有一铜棒较长时间置于400℃的Zn液中，请画出从铜棒表面到内部沿深度方向的： 15.00） __________________________________________________________________________________________ 3.写出面心立方(FCC)晶体中全位错分解为扩展位错的反应式，并分析反应的可能性。 （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 4.画出Al-4.0%Cu合金在时效处理(≈130℃)中硬度随处理时间变化的曲线，并解释原因。 （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 5.出合金强化的四种主要机制，解释强化原因。 （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 6.画出下列晶胞(unit cell)图： 1．金刚石(C)。 2．纤锌矿(ZnO)。 3．钙钛矿(BaTiO3)。 4．方石英(SiO2)。 （分数：12.00） __________________________________________________________________________________________ 7.解释典型铸锭组织的形成原因。 （分数：8.00） __________________________________________________________________________________________ 8.针对FCC、BCC和HCP晶胞： 1．分别在晶胞图上画出任一个四面体间隙的位置。 2．指出该四面体间隙的中心坐标。 3．写出每种晶胞中四面体间隙数量。 （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________

清华大学1998硕士研究生入学物理化学

清华大学1998年研究生入学考试：物理化学试题 试题内容： 一、填空题（每空2分、共24分） 1、1mol理想气体经节流膨胀（即Joule-Tomson实验）压力自Ｐ1降低到Ｐ2，此过程的△Ａ________0，△Ｕ______0 。（填>，=或<） 2、298K时，HCl(g)的标准摩尔生成焓△fＨm=-92.31kJ/mol ,HCl(g)的无限稀释摩尔溶解焓（即1molHCl(g)溶于水形成无限稀薄溶液时的△H）为-75.13kJ/mol。若以b=ｂ(θ)但仍遵守亨利定律的溶液作标准态，则HCl(aq)的标准摩尔生成焓△fＨm（HCl,aq）=_______。 3、下图为Bi-Zn二组分体系的固液平衡相图， （１）A区的平衡相态为______, B区的平衡相态为________。 （２）527K时，纯Bi(s)和含93%Bi（质量百分数）的溶液成相平衡。若以纯Bi(s)作标准态，则上述溶液中Bi的活度为_________，活度系数为__________。（Bi和Zn的相对原子质量分别为209和65.39） 4、某原子基态与第一激发态的能级是非简并的，第一激发态的简并度为3，若其他能级可被忽略，且以基态作为能量的零点，298K时，此原子的电子配分函数ｑe=______。当体系平衡时，在此二能级上的粒子数之比Ｎ2／Ｎ1=___________。（玻尔兹曼常数k=１.３８×１０-23Ｊ／Ｋ）。 5、对大多数纯物质的液体来说，当温度升高时，其表面张力__________。 6、实验测得反应2A+B=C+D的速率方程式为r=ｋ1[A][A][B]，若反应物的起始浓度为[Ａ]0=2[Ｂ]0，则速率方程式可写为：ｒ＝ｋ2[Ａ][Ａ][Ａ]，ｋ1与ｋ2的关系为ｋ1＝________ｋ2。

清华大学2018年硕士学位研究生入学考试物理化学试题

清华大学 2018年硕士学位研究生入学考试试题 （物理化学） ■需使用计算器□不使用计算器 一、选择题（每小题 2 分，共60 分，答案必须写在答题纸上） 1、从统计热力学的观点看，该图表示( ) (A) 体系吸热(B) 体系放热 (C) 体系对环境作功(D) 环境对体系作功 2、已知1mol HCl的无限稀释溶液与1mol NaOH 的无限稀释溶液在恒温恒压下完全反应，热效应Δr H m?=-55.9 kJ·mol-1，则1mol HNO3的无限稀释溶液与1mol KOH的无限稀释溶液在恒温恒压下完全反应的热效应Δr H m?为( ) (A) > -55.9 kJ·mol-1(B) < -55.9 kJ·mol-1 (C) = -55.9 kJ·mol-1(D) 不能确定 3、理想气体从相同始态分别经绝热可逆膨胀和绝热不可逆膨胀到达相同的压力，则其终态的温度、体积和体系的焓变必定是( ) (A) T可逆> T不可逆，V可逆> V不可逆，ΔH可逆> ΔH不可逆 (B) T可逆< T不可逆，V可逆< V不可逆，ΔH可逆< ΔH不可逆 (C) T可逆< T不可逆，V可逆> V不可逆，ΔH可逆< ΔH不可逆 (D) T可逆< T不可逆，V可逆< V不可逆，ΔH可逆> ΔH不可逆

4、已知均相纯物质的平衡稳定条件为(?p/?V)T < 0，则任一物质绝热可逆膨胀后压力必( ) (A)升高(B)降低(C)不变(D)不确定 5、273 K，0.5×101.3 kPa 时，水的化学势比冰的化学势( ) (A) 高(B) 低(C) 相等(D) 不可比较 6、沸点升高,说明在溶剂中加入非挥发性溶质后,该溶剂的化学势比纯溶剂的化学势( ) (A) 升高(B) 降低(C) 相等(D) 不确定 7、液体A与B混合形成非理想混合物，当A与B分子之间作用力大于同种分子之间作用力时，该混合物对拉乌尔定律而言（） (A) 产生正偏差；(B) 产生负偏差； (C) 不产生偏差；(D) 无法确定。 8、关于标准态的选择，下列说法中错误的是( ) (1) 溶质选取不同的标准态，溶质的化学势也不同； (2) 实际气体与理想气体选取的标准态相同； (3) 液态理想混合物与液体非理想混合物选取的标准态相同； (4) 实际稀溶液的溶质，选取不同的标准态，得到得活度与活度系数也不同； (5) 纯液体与其蒸气选择的标准态相同。 (A) (1)(4) (B) (1)(5) (C) (2)(3) (D) (4)(5) 9、甲、乙、丙三个小孩共吃一支冰棍，三人约定：⑴各吃质量的三分之一；⑵只准吸，不准咬；⑶按年龄由小到大顺序先后吃。结果，乙认为这只冰棍没有放糖，甲则认为这冰棍非常甜，丙认为他俩看法太绝对化。则三人年龄( ) (A) 甲最大，乙最小；(B) 甲最小，乙最大； (C) 丙最大，甲最小；(D) 丙最小，乙最大。 10、有一形成不稳定化合物的双组分A与B凝聚体系，系统的组成刚巧与不稳定化合物 的组成相同，当其从液态冷却到不相称熔点，系统内建立如下平衡： 液相+ A(s) = A x B y(不稳定化合物) 如果在此时系统由外界吸取热时，则上述的平衡将( ) (A) 向左移动；(B) 向右移动；(C) 不移动；(D) 无法判定。 11、如图A与B是两组分恒压下固相部分互溶凝聚体系 相图，有几个两固相平衡区( ) (A) 1个； (B) 2个； (C) 3个； (D) 4个。

【精品】清华大学材料科学基础试卷及答案

《材料科学基础（1)》试卷及参考答案 2007年1月10日 一、（共40分，每小题5分) 1。指出下面四个图中A 、B 、C 、D 所代表的晶向和晶面 2。写出镍(Ni ，FCC ）晶体中面间距为0.1246nm 的晶面族指数。镍的点阵常数为0。3524nm 。 3.根据位错反应必须满足的条件，判断下列位错反应在FCC 中能否进行，并确定无外力作用时的反应方向： x B

（1)]211[61 ]112[61]110[21+? (2）]111[61 ]111[21]112[31?+ （3）] 111[3 1 ]110[61]112[61?+

4。指出下列材料所属的点阵类型。 γ—Fe ；碱金属；Mg ；Cu; NaCl ；贵金属；金刚石；Cr 。 5.在FCC 、BCC 和HCP 晶胞中分别画出任一个四面体间隙;并指出其中心的坐标： FCC ；BCC ；HCP ； 每个晶胞中的八面体间隙数量为： FCC 个；BCC 个；HCP 个。 6.体心单斜是不是一种独立的布拉菲点阵,请说明理由。 7.GaAs 和GaN 分别为闪锌矿和纤锌矿结构，请分别画出二者的一个晶胞。 8.由600℃降至300℃时，锗晶体中的空位平衡浓度降低了六个数量级.试计算锗晶体中的空 位形成能(波尔兹曼常熟κ＝8。617×10－5 eV/K ） 二、（15分）有一单晶铝棒，棒轴为]312[，今沿棒轴方向拉伸，请分析： （1）初始滑移系统; (2)双滑移系统 （3）开始双滑移时的切变量γ； （4）滑移过程中的转动规律和转轴; （5）试棒的最终取向（假定试棒在达到稳定取向前不断裂）。 三、(10分）如图所示，某晶体滑移面上有一柏氏矢量为b 的圆环形位错环,并受到一均匀切 应力τ的作用。 （1）分析各段位错线受力情况，并在图上标示受力方向； (2）在τ作用下，若要使该位错环在晶体中稳定不动，其最小半径为多大？ （提示：位错线张力T ＝αGb 2）

清华大学材料科学基础

第二章目录 2.1 要点扫描 (1) 2.1.1 点缺陷及其平衡浓度 (1) 2.1.2 位错的基本类型及柏氏矢量 (6) 2.1.3 位错的应力场 (14) 2.1.4 位错的弹性能和线张力 (17) 2.1.5 作用在位错上的力和Peach-Koehler公式 (19) 2.1.6 位错间的交互作用 (24) 2.1.7 位错的起动力——Peirls-Nabarro力 (31) 2.1.8 FCC晶体中的位错 (32) 2.1.9 位错反应 (38) 2.1.10 HCP、BCC及其他晶体中的位错 (41) 2.1.11 晶体中的界面与表面 (43) 2.1.12 位错的观察及位错理论的应用 (46) 2.2 难点释疑 (48) 2.2.1 柏氏矢量的守恒性 (48) 2.3 解题示范 (49) 2.4 习题训练 (54)

第二章晶体中的缺陷 2.1 要点扫描 2.1.1 点缺陷及其平衡浓度 1.点缺陷的类型 在实际情况中，晶体内并不是所有原子都严格地按照周期性规律排列。因为晶体中总存在一些微笑区域，这些区域的原子排列周期收到破坏。这些偏离原子周期性排列的区域，都称为缺陷。 如果在任何方向上缺陷区的尺寸都远小于晶体或晶粒的线度，因而可以忽略不计，那么这种缺陷就叫做点缺陷。 点缺陷有以下三种基本类型： ①空位 实际晶体中某些晶格结点的原子脱离原位，形成的空着的结点位置就叫做空位，如图2-1所示。空位的形成于原子的热振动有关。在一定温度下，晶体中的原子都是围绕其平衡位置做热振动的，由于热振动的无规性，一些原子在某一瞬间获得足以克服周围原子束缚的振动能，因而脱离其平衡位置，在原有位置出现空位。因此，温度越高，原子脱离平衡位置的几率也越大，空位也越多。 ②间隙原子 进入点阵间隙中的原子称为间隙原子，如图2-2所示。间隙原子的形成使其周围的原子偏离平衡位置，造成晶格胀大而产生晶格畸变。

清华大学2007年材料科学基础试卷与答案

《材料科学基础（1）》试卷及参考答案 2007年1月10日 一、（共40分，每小题5分） 1. 指出下面四个图中A 、B 、C 、D 所代表的晶向和晶面 2. 写出镍（Ni ，FCC ）晶体中面间距为0.1246nm 的晶面族指数。镍的点阵常数为0.3524nm 。 3. 根据位错反应必须满足的条件，判断下列位错反应在FCC 中能否进行，并确定无外力作用时的反应方向： （1）]211[61 ]112[61]110[21+? （2）]111[61 ]111[21]112[31?+ （3）]111[3 1 ]110[61]112[61?+ 2 B

4. 指出下列材料所属的点阵类型。 γ-Fe ；碱金属 ；Mg ；Cu ； NaCl ；贵金属 ；金刚石 ；Cr 。 5. 在FCC 、BCC 和HCP 晶胞中分别画出任一个四面体间隙；并指出其中心的坐标： FCC ；BCC ；HCP ； 每个晶胞中的八面体间隙数量为： FCC 个；BCC 个；HCP 个。 6. 体心单斜是不是一种独立的布拉菲点阵，请说明理由。 7. GaAs 和GaN 分别为闪锌矿和纤锌矿结构，请分别画出二者的一个晶胞。 8. 由600℃降至300℃时，锗晶体中的空位平衡浓度降低了六个数量级。试计算锗晶体中的 空位形成能（波尔兹曼常熟κ＝8.617×10－5 eV/K ） 二、（15分）有一单晶铝棒，棒轴为]312[，今沿棒轴方向拉伸，请分析： （1）初始滑移系统； （2）双滑移系统 （3）开始双滑移时的切变量γ； （4）滑移过程中的转动规律和转轴； （5）试棒的最终取向（假定试棒在达到稳定取向前不断裂）。 三、（10分）如图所示，某晶体滑移面上有一柏氏矢量为b ? 的圆环形位错环，并受到一均匀 切应力τ的作用。 （1）分析各段位错线受力情况，并在图上标示受力方向； （2）在τ作用下，若要使该位错环在晶体中稳定不动，其最小半径为多大？ （提示：位错线张力T ＝αGb 2 ）

清华大学朱文涛物理化学教材答案第一章

第一章 气体 1．对于理想气体，有PV nRT =成立 其中任意气体A ，有A A P V n RT =成立 所以 A A P n P n = 即 A A n P P n = 而 A A n x n = 所以 221013250.780379064N N n P P Pa Pa n ==?= 221013250.209921268O O n P P Pa Pa n ==?= 1013250.0093942Ar Ar n P P Pa Pa n ==?= 221013250.00033CO CO n P P Pa Pa n ==?= 2．AB 气体有10%的已经分解，其反应方程式为 AB A B →+ 反应前 1mol 0 0 反应后 所以反应后气体总的物质的量为n=

由于 PV nRT = 所以容器中的压力为 1.18.314400914540.040 nRT P Pa V ??=== 3．如图所示 有A 和B 两个连通的容器，它们内部的压力P 相同，所以 { A A B B P V n RT P V n RT == 又由于 A B V V = 假设将A 浸入400K 的油浴中，所以有 40043003 B A A B n T K n T K === 0.7A B n n mol += 所以 0.3A n mol = 0.4B n mol = A 容器在加热之前有 000A A A P V n RT = 即 000A A A n RT V P = A 容器在加热之后有

000 00 0.38.314400 0.5101325578970.358.314300 A A A A A A A A n RT A A A P n RT n RT n RT P P V n RT Pa ===??=??=?? 4．对O 2的P-PV 作图如下 用外推法可知，当P →0时，PV= 由于理想气体 PV nRT = 而O 2的物质的量为 110.0312532m g n mol M g mol -===? 所以 70.97308.313089 0.03125273.2 PV R nT ===?

清华材料科学基础习题及答案.doc

《晶体结构与缺陷》第一章习题及答案 1-1.布拉维点阵的基本特点是什么？ 答：具有周期性和对称性，而且每个结点都是等同点。 1-2.论证为什么有且仅有14种Bravais点阵。 答：第一，不少于14种点阵。对于14种点阵中的任一种，不可能找到一种连接结点的方法，形成新的晶胞而对称性不变。 第二，不多于14种。如果每种晶系都包含简单、面心、体心、底心四种点阵，七种晶系共28种Bravais点阵。但这28种中有些可以连成14种点阵中的某一种而对称性不变。例如体心单斜可以连成底心单斜点阵，所以并不是新点阵类型。 1-3.以BCC、FCC和六方点阵为例说明晶胞和原胞的异同。 答：晶胞和原胞都能反映点阵的周期性，即将晶胞和原胞无限堆积都可以得到完整的整个点阵。但晶胞要求反映点阵的对称性，在此前提下的最小体积单元就是晶胞；而原胞只要求体积最小，布拉维点阵的原胞都只含一个结点。例如：BCC晶胞中结点数为2，原胞为1；FCC晶胞中结点数为4，原胞为1；六方点阵晶胞中结点数为3，原胞 为1。见下图，直线为晶胞，虚线为原胞。

BCC FCC 六方点阵 1-4.什么是点阵常数？各种晶系各有几个点阵常数？ 答：晶胞中相邻三条棱的长度a、b、c与这三条棱之间的夹角α、β、γ分别决定了 1-5.分别画出锌和金刚石的晶胞，并指出其点阵和结构的差别。 答：点阵和结构不一定相同，因为点阵中的结点可以代表多个原子，而结构中的点只能代表一个原子。锌的点阵是六方点阵，但在非结点位置也存在原子，属于HCP结构；金刚石的点阵是FCC点阵，但在四个四面体间隙中也存在碳原子，属于金刚石结构。 见下图。

清华材料科学基础答案1

清华大学《材料科学基础（1）》试卷及参考答案 考试科目：材料力学基础1 考试时间：2007年1月10日 考试类型：本科期末 一、（共40分，每小题5分） 1. 指出下面四个图中A、B、C、D所代表的晶向和晶面 2. 写出镍（Ni，FCC）晶体中面间距为0.1246nm的晶面 清华大学《材料科学基础（1）》试卷及参考答案 考试科目：材料力学基础1 考试时间：2007年1月10日 考试类型：本科期末 一、（共40分，每小题5分） 1. 指出下面四个图中A、B、C、D所代表的晶向和晶面 2. 写出镍（Ni，FCC）晶体中面间距为0.1246nm的晶面族指数。镍的点阵常数为0.3524nm。 3. 根据位错反应必须满足的条件，判断下列位错反应在FCC中能否进行，并确定无外力作用时的反应方向： （1） （2） （3） 4. 指出下列材料所属的点阵类型。 γ-Fe ；碱金属；Mg ；Cu ； NaCl ；贵金属；金刚石；Cr 。 5. 在FCC、BCC和HCP晶胞中分别画出任一个四面体间隙；并指出其中心的坐标： FCC ；BCC ；HCP ； 每个晶胞中的八面体间隙数量为： FCC 个；BCC 个；HCP 个。 6. 体心单斜是不是一种独立的布拉菲点阵，请说明理由。 7. GaAs和GaN分别为闪锌矿和纤锌矿结构，请分别画出二者的一个晶胞。 8. 由600℃降至300℃时，锗晶体中的空位平衡浓度降低了六个数量级。试计算锗晶体中的空位形成能（波尔兹曼常熟κ＝8.617×10－5eV/K）

二、（15分）有一单晶铝棒，棒轴为，今沿棒轴方向拉伸，请分析： （1）初始滑移系统； （2）双滑移系统 （3）开始双滑移时的切变量γ； （4）滑移过程中的转动规律和转轴； （5）试棒的最终取向（假定试棒在达到稳定取向前不断裂）。 三、（10分）如图所示，某晶体滑移面上有一柏氏矢量为的圆环形位错环，并受到一均匀切应力τ的作用。 （1）分析各段位错线受力情况，并在图上标示受力方向； （2）在τ作用下，若要使该位错环在晶体中稳定不动，其最小半径为多大？ （提示：位错线张力T＝αGb2） 四、（15分）有一面心立方晶体，在面滑移的柏氏矢量为的右螺型位错，与在面上滑移的柏氏矢量为的另一右螺型位错相遇于此两滑移面交线并形成一个新的全位错。 （1）求生成全位错的柏氏矢量和位错线方向。 （2）说明新生成的全位错属哪类位错？该位错能否滑移？为什么？ （3）若沿晶向施加大小为17.2MPa的拉应力，试计算该新生全位错单位长度的受力大小，并说明方向（设晶格常数为a＝0.2nm）。 五、（10分）一根多晶Zn（）棒和一根多晶镁（）棒受压缩变形，分析二者的变形特征，比较二者的塑性。（提示：从分析滑移和孪生入手） 六、（10分）工业纯铁在927℃下渗碳，设工件表面很快达到渗碳饱和（1.3％的碳），然后保持不变，同时碳原子不断向工件内部扩散。求渗碳10h后渗碳层中碳浓度分布的表达式。 【参考答案】 一、 1. （1）A：B：C：D： （2）A：B：C： （3）A：B：C： （4）A：B：C： 2. 解： 由得 ∴晶面族指数为{220} 3. 解： （1）可以，向右进行