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材料科学基础思考题

材料科学基础思考题
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材料科学基础思考题

第二章

1.什么是点阵参数?正方晶系和立方晶系的空间点阵的特征是什么?

点阵参数是描述点阵单胞几何形状的基本参数,由六个参数组成,即三个边长a、b、c和它们之间的三个夹角αβγ。

正方晶系的点阵参数特征是a≠b≠c,α=β=γ=90

立方晶系的点阵参数特征是a=b=c α=β=γ=90

2.划分大角度晶界和小角度晶界的依据是什么?并讨论构成小角度晶界的结构模型?

依据是按界面两侧晶粒间的取向差,小于15度称小角度晶界,大于15度称大角度晶界。小角度晶界的结构模型是位错模型,比如对称倾转晶界用一组平行的刃位错来描述。

3.为什么固溶体的强度常比纯金属高?

因为合金中两类原子尺寸不同,引起点阵畸变,阻碍位错运动,造成固溶强化。

4.固溶体与中间相的主要差异

固溶体保持纯金属的晶体结构,中间相的结构一般与两组元的结构都不同;固溶体原子间以金属键为主,中间相以共价键以及离子键为主;固溶体塑韧性好,,中间相的强度高,韧性较差。

5.小角度晶界由位错构成,其中对称倾转晶界由刃型位错构成,扭转晶界由螺型位错构成。

第三章

1.晶体中若是有较多的线缺陷、面缺陷,其强度会明显上升,这些现象称为什么?强度提高的原因?

称为形变强化和晶界强化。原因是两类缺陷的增多都明显阻碍位错的运动,从而提高强度。

2.

第四章

1.写出非稳态扩散方程式的表达式,说明影响方程式中扩散系数的主要原因,扩散系数的物理意义

扩散系数——表示气体(或固体)扩散程度的物理量。扩散系数是指当浓度为一个单位时,单位时间内通过单位面积的气体量,

影响方程中扩散系数的主要原因有温度、晶体结构、晶体结构、晶体缺陷、固溶体类型、扩散元素性质、扩散组元浓度。

2.扩散系数的物理意义?扩散系数的一般表达式,指出各个符号的意义,并指出固溶体类型和晶体类型对扩散有和影响?

扩散系数的物理意义是:

第五章

1、指出影响冷变形后金属再结晶温度的主要因素。要获得细小的再结晶晶粒,有哪些主要的措施?

①变形程度的影响:随着冷变形程度的增加,储能也增加,再结晶的驱动力就越大,因此再结晶温度越低,同时等温退火时的再结晶速率也越快。

注意:在给定温度下发生再结晶需要一个最小变形量(临界变形度)。低于此温度,不再发生再结晶。

②原始晶粒尺寸:在其他条件相同的情况下,金属的原始尺寸晶粒越细小,则变形的抗力越大,冷变形后储存的能量较高,再结晶温度则较低。

③微量溶质原子:微量溶质原子的存在能显著提高再结晶温度。(原因是:可能是溶质原子与位错及晶界间存在这交互作用,使溶质原子倾向于在位错及晶界处偏聚,对位错的滑移和攀移和晶界的迁移起着阻碍作用,从而不利于再结晶的形核和长大,阻碍了再结晶的过程)

④第二相粒子:第二相粒子的存在既可能促进基体金属的再结晶,也可能阻碍再结晶,这主要取决于基体上分散相粒子的大小及其分布。

⑤再结晶退火工艺参数:加热速度、加热温度、保温时间对再结晶都有不同程度的影响。若加热速度过于缓慢时,变形金属在加热过程中有足够的时间进行回复,使点阵畸变度降低,再结晶温度上升,但是,极快速度的加热也会因在各温度下停留时间过短而来不及形核和长大,致使再结晶温度上升。在变形程度和退火保温时间一定时,退火温度越高,再结晶速度越快,产生一定体积分数的再结晶所需要的时间也越短,再结晶后的晶粒越粗大。

措施:加大冷变形程度、加入魏亮元素、提高加热速度、采用细晶粒金属。

2.再结晶和二次再结晶的区别

再结晶将冷压力加工以后的金属加热到一定温度后,在变形的组织中重新产生新的无畸变的等轴晶粒,性能恢复到冷压力加工前的软化状态过程。

二次再结晶是指再结晶退火后的金属在更高的温度或者更长的时间的保温下,会有极少数的晶粒迅速吞并其他晶粒长大,结果整个金属由少数比再结晶后晶粒大几十倍至几百倍的特大晶粒所组成的现象。

二者的本质区别:再结晶时形核与长大的过程,二次再结晶只是长大过程。发生再结晶的驱动力为储存能,二次再结晶为界面能。再结晶后强度,硬度下降而塑韧性提高,二次再结晶后材料的强度、塑韧性都会下降。

3.简述形变金属在加热时的回复和再结晶过程及其组织与性能的变化。

①强度和硬度:回复阶段的硬度变化很小,约占总变化的五分之一,而再结晶阶段则下降较大,强度具有和硬度相似的变化。

②电阻:变形金属的电阻在回复阶段一表现明显的下降趋势。

③内应力:在回复阶段,大部和全部的宏观内应力可以消除,而微观内应力则只是通过再结晶方可全部消除。

④亚晶粒尺寸:在回复的前期,亚晶粒尺寸变化不大,,但是在后期,尤其在接近再结晶时,亚晶粒尺寸就显著增大。

⑤密度:变形金属的密度在再结晶阶段发生急剧增加。

⑥储能释放:当冷变形金属加热到足以引起应力松弛的温度时,储能就被释放出来。

4.金属材料的变形

金属材料在拉伸变形中通常经历弹性变形、塑性变形、最终可能断裂。

金属材料的每一个单晶体中主要变形形式以滑移为主,部分金属在变形中也会出现孪生变形。滑移和孪生变形的微观机制可以用位错的观点进行解释。

多晶体材料则是由于晶界的阻滞作用和相邻晶粒位相差的不同通常会影响位错

运动,导致多晶体材料变形相对单晶体材料困难。

单相固溶体合金则因为溶质原子的作用出现固溶强化,体心立方金属在拉伸过程中有屈服现象和应变时效现象。

多相合金

第的塑性变形特点与第二相的数量、尺寸和分布有关,一般细小弥散、均匀分布的第二相会增强合金强度,是变形困难。

5.二次再结晶

造成二次再结晶的原因是:原料粒径不均匀、烧结温度偏高、烧结速率太快。防止二次再结晶的方法:控制烧结温度,烧结时间,控制原料粒径的均匀性,引入烧结添加剂。

6.低碳钢出现屈服现象的原因是

当拉伸试样开始屈服时,应力随即突然下降,并在应力基本恒定的情况下继续发生屈服伸长,所以拉伸曲线出现应力平台区。开始屈服与下降时所对应的应力值分别是上下屈服点,在发生屈服延伸阶段,试样的应变是不均匀的。当应力达到下屈服点时,首先在试样的应力集中处开始塑性变形,并在试样表面产生一个与拉伸轴成45度交角的变形带----吕德斯带,与此同时,应力下降到屈服点,随后,这种变形带沿试样长度方向不断形成与扩展,从而产生拉伸曲线平台的屈服伸长。

六章

1.论述纯金属与固溶体合金在凝固过程中表现出的异同点,并解释原因

纯金属在结晶时其界面是粗糙的,在正温度梯度下进行长大。由于晶体长大时通过固相模壁散热,固液界面是等温的,若取得动态过冷度界面就向前移动。如果面局部有小的凸起伸向过热的液相中,小凸起将被融化,界面一直保持平直,晶体以平面状长大。

固溶体结晶时会出现成分过冷,固液界面前出现成分过冷区,此时界面如有任一小的凸起,它将伸入成分过冷区面获得过冷就能继续长大下去。界面不能保持平稳而出现树枝晶。

2.凝固过程中形核和长大与再结晶过程中形核和长大主要区别是什么?简述再结晶过程中核心的产生方式。

凝固时形核和长大的驱动力是新、旧相化学位差,再结晶形核和长大的驱动力只是形变储存能。

凝固时的形核常为均匀形核;再结晶形核常在现有的形变不均匀区中,如晶界附近、切变带、形变带、第二相粒子周围;凝固长大时与母相不会有取向关系,再结晶长大时可能有一定的取向关系。

3.简述凝固过程的宏观特征

凝固时宏观特征是:要有一定的过冷度,会放出明显的结晶潜热。

4.相同过冷度下比较均匀形核与非均匀形核的临界半径、临界形核功、临界晶核体积,哪个大?

临界半径相同;临界形核功是均匀形核高;临界晶核体积也是均匀形核时大。5.金属材料的凝固过程

金属结晶通常分为两个阶段,即形核和形核后的长大阶段。

金属的形核通常在金属熔体中的小尺寸有序原子集团基础上,通过原子扩散而形成能够稳定长大的晶核,即纯金属的形核过程一般需要满足能量条件和结构条件,而合金的形核还要一定的成分条件。

金属形核后的长大通常需要一个较小的过冷度,原子向晶核扩散而长大,在长大过程中结晶界面是粗糙界面,因此金属长大速度一般很快,而结晶界面结构、温度梯度和结晶速度会影响到长大后的晶核形状和大小,,对于合金通常还会造成合金结晶后出现成分偏析等问题。

6.为什么多元合金凝固时候会出现成分过冷

多元合金凝固过程中熔点高的元素先凝固,如果合金搅拌不够充分,将会降低熔点的元素富集在凝固界面前沿,降低凝固界面前沿液相的实际凝固温度,这时即使是正的温度梯度,凝固界面前沿也可能出现过冷度随离开界面距离增加而增大的现象,这种现象称为成分过冷现象。成分过冷现象的出现将使国院金属即使在正的温度梯度下也可能出现胞状组织或者枝晶组织。

7.简述铸锭表面细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区产生的机理和性能特点。答:①表面细晶区:组织是很细小的等轴晶粒,形成原因是型壁形成很大的过冷。主要影响因素有模壁形核能力和模壁处所能达到的过冷度。

性能特点:该区晶粒十分细小,组织致密,机械性能好,但是很薄,没有多大的实际意义。

②柱状晶区:组织是垂直于模壁的柱状晶,形成的原因主要是晶粒的择优生长,外因:传热的方向性。内因:晶体生长的各向异性。生长方向垂直模壁指向中心区。

也可以答:①金属凝固后的收缩,空气层,冷却减缓。

②过冷度小,形核困难,依附原有晶核,继续长大。

③横向发展困难,纵向发展。

性能特点:组织致密,有方向性,但易形成杂质、气泡等脆弱界面。

③中心等轴晶区:组织是等轴晶,形成原因一方面是心部液态金属温度低,另一方面杂质原子在结晶时被排斥到结晶前沿分布中心形成晶核。生长方式是枝晶间相互交叉。

性能特点:性能好,各向同性,无明显脆弱界面,但易产生缩孔、缩松等缺陷。第七章

1.离异共晶:失去共晶组织,特征的两粗大晶粒的混合体。(可能在平衡凝固得到,也可能在非平衡凝固得到)

出现:成分点远离共晶点的亚共晶合金。

2. 若是退火前预先进行变形加工,是否有助于加速均匀化过程,为什么?

冷加工会造成铸件表层加工硬化,合金存储了畸变能,这是一种不稳定的热力学状态,在高温下,原子获得了足够的活动能力,开始扩散,这种畸变能应该是扩散的动力之一,所以是加速了均匀化的过程。

但是,由于均匀化退火的时间长、温度高,合金被氧化的很严重,所以表层都被氧化掉了。从这个角度说,影响非常有限吧。

3.平衡分配系数

平衡分配系数k0定义为平衡凝固时固相的质量分数w s和液相质量分数w t 之比。如图

图一是k0<1的情况,也就是随着溶质增加合金凝固的开始温度和终结温度降低;随溶质的增加,合金凝固的开始温度和终结温度升高,此时k0>1。

4.伪共晶

在平衡条件下,只是共晶成分的合金才能得到全部的共晶组织。然而在非平衡凝固的条件下,某些亚共晶或者过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织,这种由非共晶成分的合金说得到的共晶组织成为伪共晶。

随着过冷度的增加,伪共晶区也扩大。

伪共晶区在相图中的配置对于不同的合金可能有很大的差别,。若当合金中两组元熔点相近时,伪共晶区一般呈现对称分布;若合金中两住院熔点相差很大时,则伪共晶区将偏向高熔点组元一侧,一般认为其原因是,由于共晶中两组成相的成分和液态合金不同,它们的形核和长大都需要两组元的扩散,而以低熔点为基的组成相的成分与液态合金成分差别较小,则通过扩散而能达到该组成的成分较为容易,其结晶速度较大,所以,在共晶点偏于低熔点相时,为满足两组成相形成对扩散的要求,伪共晶区的位置必须偏向高熔点相一侧。

4.关于低碳钢的渗碳

①为什么低碳钢渗碳在950摄氏度

低碳钢渗碳温度在950°,是因为950是奥氏体化温度区间。

a-Fe中的最大碳溶解度只有0.0218%,对于含碳质量分数大于0.0218%的钢铁,在渗碳是零件中的碳溶度梯度为零,渗碳无法进行,即使是纯铁,在a相渗碳是铁中的溶度梯度很小,在表面也不能获得高含炭层;如果温度渗碳温度过低,扩散系数也很小,渗碳过程极慢,没有实际意义。而γ-Fe中的碳溶度高,渗碳时在表层可以获得较高的碳溶度梯度,使渗碳顺利进行。此外,γ-Fe的温度较高(超过了800),加速了渗碳过程。因此,低碳钢渗碳在950度。

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%?

材料科学基础习题及参考答案复习过程

材料科学基础习题及 参考答案

材料科学基础参考答案 材料科学基础第一次作业 1.举例说明各种结合键的特点。 ⑴金属键:电子共有化,无饱和性,无方向性,趋于形成低能量的密堆结构,金属受力变形时不会破坏金属键,良好的延展性,一般具有良好的导电和导热性。 ⑵离子键:大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合,以离子为结合单元,无方向性,无饱和性,正负离子静电引力强,熔点和硬度均较高。常温时良好的绝缘性,高温熔融状态时,呈现离子导电性。 ⑶共价键:有方向性和饱和性,原子共用电子对,配位数比较小,结合牢固,具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点,导电能力差。 ⑷范德瓦耳斯力:无方向性,无饱和性,包括静电力、诱导力和色散力。结合较弱。 ⑸氢键:极性分子键,存在于HF,H2O,NF3有方向性和饱和性,键能介于化学键和范德瓦尔斯力之间。 2.在立方晶体系的晶胞图中画出以下晶面和晶向:(1 0 2)、(1 1 -2)、(-2 1 -3),[1 1 0],[1 1 -1],[1 -2 0]和[-3 2 1]。

(213) (112) (102) [111] [110] [120] [321] 3. 写出六方晶系的{1 1 -20},{1 0 -1 2}晶面族和<2 -1 -1 0>,<-1 0 1 1>晶向族中各等价晶面及等价晶向的具体指数。 {1120}的等价晶面:(1120)(2110)(1210)(1120)(2110)(1210) {1012}的等价晶面: (1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112) 2110<>的等价晶向:[2110][1210][1120][2110][1210][1120] 1011<>的等价晶向: [1011][1101][0111][0111][1101][1011][1011][1101][0111][0111][1101][1011] 4立方点阵的某一晶面(hkl )的面间距为M /,其中M 为一正整数,为 晶格常数。该晶面的面法线与a ,b ,c 轴的夹角分别为119.0、43.3和60.9度。请据此确定晶面指数。 h:k:l=cos α:cos β:cos γ l k h d a 2 22hk l ++= 5. Cu 具有FCC 结构,其密度为8.9g/cm 3,相对原子质量为63.546,求铜的原子半径。

《材料科学基础》复习提纲剖析

《材料科学基础》复习提纲 一、(共20分)名词解释(每个名词2分) 简单正交点阵、晶向族、无限固溶体、配位数、交滑移、大角度晶界、上坡(顺)扩散、形核功、回复、滑移系 底心正交点阵、晶面族、有限固溶体、致密度、攀移、小角度晶界、下坡(逆)扩散、形核率、再结晶、孪生 二、(共30分)简要回答下列问题 1、计算面心立方晶体的八面体间隙尺寸。 2、简述固溶体与中间相的区别。 3、已知两个不平行的晶面(h1k1l1)和(h2k2l2),求出其所属的晶带轴。 4、计算面心立方晶体{111}晶面的面密度。 5、简述刃型位错线方向、柏氏矢量方向、位错运动方向及晶体运动方向之间的关系。 6、简述刃型位错攀移的实质。 7、简述在外力的作用下,螺型位错的可能运动方式。 8、当碳原子和铁原子在相同温度的 -Fe中进行扩散时,为何碳原子的扩散系数大于铁原子的扩散系数? 9、简述单组元晶体材料凝固的一般过程。 10、如图,已知A、B、C三组元固态完全不互溶,成分为80%A、10%B、10%C的O 合金在冷却过程中将进行二相共晶反应和三相共晶反应,在二元共晶反应开始时,该合金液相成分(a点)为60%A、20%B、20%C,而三元共晶反应开始时的液相成分(E点)为50% A、10%B、40%C,写出图中I和P合金的室温平衡组织。 1、计算体心立方晶体的八面体间隙尺寸。 2、简述决定组元形成固溶体与中间相的因素。 3、已知二晶向[u1v1w1]和[u2v2 w2],求出由此二晶向所决定的晶面指数。· 4、计算体心立方晶体{110}晶面的面密度。 5、简述螺型位错线方向、柏氏矢量方向、位错运动方向及晶体运动方向之间的关系。 6、简述刃型位错滑移的实质。 7、简述在外力的作用下,刃型位错的可能运动方式。 8、当碳原子和铁原子在相同温度的a-Fe 中进行扩散时,为何碳原子的扩散系数大于铁原子的扩散系数? 9、简述纯金属凝固的基本条件。 10、如图,已知A、B、C三组元固态完全不互溶,成分为80%A、10%B、10%C的O合 金在冷却过程中将进行二相共晶反应和三相共晶反应,在二元共晶反应开始时,该合金液相成分(a点)为60%A、20%B、20%C,而三元共晶反应开始时的液相成分(E点)为 %、(A+B)%和(A+B+C)%的相对量。 50% A、10%B、40%C,试计算A 初

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

材料科学基础复习题

第一章原子结构 一判断题 1.共价键是由两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。 2. 范德华力既无方向性亦无饱和性,氢键有方向性但无饱和性。 3. 绝大多数金属均以金属键方式结合,它的基本特点是电子共有化。 4. 离子键这种结合方式的基本特点是以离子而不是以原子为结合单元。 5. 范德华力包括静电力、诱导力、但不包括色散力。 二、简答题 原子间的结合键对材料性能的影响 第二章晶体结构 一、填空 1.按晶体的对称性和周期性,晶体结构可分为7 空间点阵,14 晶系, 3 晶族。 2.晶胞是能代表晶体结构的最小单,描述晶胞的参数是 a ,b ,c ,α,β,γ。 3. 在立方,菱方,六方系中晶体之单位晶胞其三个轴方向中的两个会有相等的边长。 4. 方向族<111>的方向在铁的(101)平面上,方向族<110>的 方向在铁的(110)平面上。 5. 由hcp(六方最密堆积)到之同素异形的改变将不会产生体积的改变,而由体心最密堆积变成即会产生体积效应。 6. 晶体结构中最基本的结构单元为,在空间点阵中最基本的组元称之为。 7.某晶体属于立方晶系,一晶面截x轴于a/2、y轴于b/3、z轴于c/4,则该晶面的指标为 8. 硅酸盐材料最基本的结构单元是,常见的硅酸盐结构有、、、。 9. 根据离子晶体结构规则-鲍林规则,配位多面体之间尽可能和 连接。

二判断题 1.在所有晶体中只要(hkl)⊥(uvw)二指数必然相等。 2. 若在晶格常数相同的条件下体心立方晶格的致密度,原子半径都最小。 3. 所谓原子间的平衡距离或原子的平衡位置是吸引力与排斥力的合力最小的位置。 4.晶体物质的共同特点是都具有金属键。 5.若在晶格常数相同的条件下体心立方晶格的致密度,原子半径都最小。 6. 在立方晶系中若将三轴系变为四轴系时,(hkIl)之间必存在I=-(h+k)的关系与X1,X2,X3,X4间夹角无关。 7.亚晶界就是小角度晶界,这种晶界全部是由位错堆积而形成的。 8.面心立方与密排六晶体结构其致密度配位数间隙大小都是相同的,密排面上的堆垛顺序也是相同的。 9.柏氏矢量就是滑移矢量。 10.位错可定义为柏氏回路不闭合的一种缺陷,或说:柏氏矢量不为0的缺陷。 11.线缺陷通常指位错,层错和孪晶。 12实际金属中都存在着点缺陷,即使在热力学平衡状态下也是如此。 三选择题 1.经过1/2,1/2,1/2之[102]方向,也经过。 (a) 1,.0,2, (b) 1/2,0,1, (c) –1,0,-2, (d) 0, 0,0, (e) 以上均不是 2. 含有位置0,0,1之(112)平面也包含位置。 (a)1,0,0, (b)0,0,1/2, (c)1,0,1/2。 3.固体中晶体与玻璃体结构的最大区别在于。 (a)均匀性(b)周期性排列(c)各向异性(d)有对称性 4.晶体微观结构所特有的对称元素,除了滑移面外,还有 (a)回转轴(b)对称面(c)螺旋轴(d)回转-反映轴 5.按等径球体密堆积理论,最紧密的堆积形式是。 (a)bcc; (b)fcc; (c)hcp 6.在MgO离子化合物中,最可能取代化合物中Mg2+的正离子(已知各正离子半径 (nm)分别是:(Mg2+)0.066、(Ca2+)0.099、(Li+)0.066、(Fe2+)0.074)是_(c)____。 (a)Ca2+; (b)Li+; (c)Fe2+ 7.下对晶体与非晶体描述正确的是:

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《材料科学基础》上半学期容重点 第一章固体材料的结构基础知识 键合类型(离子健、共价健、金属健、分子健力、混合健)及其特点;键合的本质及其与材料性能的关系,重点说明离子晶体的结合能的概念; 晶体的特性(5个); 晶体的结构特征(空间格子构造)、晶体的分类; 晶体的晶向和晶面指数(米勒指数)的确定和表示、十四种布拉维格子; 第二章晶体结构与缺陷 晶体化学基本原理:离子半径、球体最紧密堆积原理、配位数及配位多面体; 典型金属晶体结构; 离子晶体结构,鲍林规则(第一、第二);书上表2-3下的一段话;共价健晶体结构的特点;三个键的异同点(举例); 晶体结构缺陷的定义及其分类,晶体结构缺陷与材料性能之间的关系(举例); 第三章材料的相结构及相图 相的定义 相结构 合金的概念:

固溶体 置换固溶体 (1)晶体结构 无限互溶的必要条件—晶体结构相同 比较铁(体心立方,面心立方)与其它合金元素互溶情况(表3-1的说明) (2)原子尺寸:原子半径差及晶格畸变; (3)电负性定义:电负性与溶解度关系、元素的电负性及其规律;(4)原子价:电子浓度与溶解度关系、电子浓度与原子价关系;间隙固溶体 (一)间隙固溶体定义 (二)形成间隙固溶体的原子尺寸因素 (三)间隙固溶体的点阵畸变性 中间相 中间相的定义 中间相的基本类型: 正常价化合物:正常价化合物、正常价化合物表示方法 电子化合物:电子化合物、电子化合物种类 原子尺寸因素有关的化合物:间隙相、间隙化合物 二元系相图: 杠杆规则的作用和应用; 匀晶型二元系、共晶(析)型二元系的共晶(析)反应、包晶(析)

型二元系的包晶(析)反应、有晶型转变的二元系相图的特征、异同点; 三元相图: 三元相图成分表示方法; 了解三元相图中的直线法则、杠杆定律、重心定律的定义; 第四章材料的相变 相变的基本概念:相变定义、相变的分类(按结构和热力学以及相变方式分类); 按结构分类:重构型相变和位移型相变的异同点; 马氏体型相变:马氏体相变定义和类型、马氏体相变的晶体学特点,金属、瓷中常见的马氏体相变(举例)(可以用许教授提的一个非常好的问题――金属、瓷马氏体相变性能的不同――作为题目) 有序-无序相变的定义 玻璃态转变:玻璃态转变、玻璃态转变温度、玻璃态转变点及其黏度按热力学分类:一级相变定义、特点,属于一级相变的相变;二级相变定义、特点,属于二级相变的相变; 按相变方式分类:形核长大型相变、连续型相变(spinodal相变)按原子迁动特征分类:扩散型相变、无扩散型相变

材料科学基础试题及答案考研专用

一、名词: 相图:表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 匀晶转变:从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。 平衡结晶:合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。 成分起伏:液相中成分、大小和位置不断变化着的微小体积。 异分结晶:结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 枝晶偏析:固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象。 共晶转变:在一定温度下,由—定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。 脱溶:由固溶体中析出另一个固相的过程,也称之为二次结晶。 包晶转变:在一定温度下,由一定成分的固相与一定成分的液相作用,形成另一个一定成分的固相的转变过程。 成分过冷:成分过冷:由液相成分变化而引起的过冷度。 二、简答: 1. 固溶体合金结晶特点? 答:异分结晶;需要一定的温度范围。 2. 晶内偏析程度与哪些因素有关? 答:溶质平衡分配系数k0;溶质原子扩散能力;冷却速度。 3. 影响成分过冷的因素? 答:合金成分;液相内温度梯度;凝固速度。

三、书后习题 1、何谓相图?有何用途? 答:相图:表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 相图的作用:由相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。 2、什么是异分结晶?什么是分配系数? 答:异分结晶:结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 分配系数:在一定温度下,固液两平衡相中溶质浓度之比值。 3、何谓晶内偏析?是如何形成的?影响因素有哪些?对金属性能有何影响,如何消除? 答:晶内偏析:一个晶粒内部化学成分不均匀的现象 形成过程:固溶体合金平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同,实际生产中,液态合金冷却速度较大,在一定温度下扩散过程尚未进行完全时温度就继续下降,使每个晶粒内部的化学成分布均匀,先结晶的含高熔点组元较多,后结晶的含低熔点组元较多,在晶粒内部存在着浓度差。 影响因素:1)分配系数k0:当k0<1时,k0值越小,则偏析越大;当k0>1时,k0越大,偏析也越大。2)溶质原子扩散能力,溶质原子扩散能力大,则偏析程度较小;反之,则偏析程度较大。3)冷却速度,冷却速度越大,晶内偏析程度越严重。 对金属性能的影响:使合金的机械性能下降,特别是使塑性和韧性显著降低,

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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%?

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简答题 1?空间点阵与晶体点阵有何区别?晶体点阵也称晶体结构,是指原子的具体排列;而空间点阵则是忽略了原子的体积,而把它们抽象为纯几何点。 2?金属的3种常见晶体结构中,不能作为一种空间点阵的是哪种结构?密排六方结构。 3?原子半径与晶体结构有关。当晶体结构的配位数降低时原子半径如何变化?原子半径发生 收缩。这是因为原子要尽量保持自己所占的体积不变或少变,原子所占体积2人=原子的体积(4/3 n3r间隙体积),当晶体结构的配位数减小时,即发生间隙体积的增加,若要维持上述方程的平衡,则原子半径必然发生收缩。 4?在晶体中插入柱状半原子面时能否形成位错环?不能。因为位错环是通过环内晶体发生滑 移、环外晶体不滑移才能形成。 5?计算位错运动受力的表达式为,其中是指什么?外力在滑移面的滑移方向上的分切应力。6?位错受力后运动方向处处垂直于位错线,在运动过程中是可变的,晶体作相对滑动的方向 应是什么方向?始终是柏氏矢量方向。 7. 位错线上的割阶一般如何形成?位错的交割。 8?界面能最低的界面是什么界面?共格界面。 9?小角度晶界都是由刃型位错排成墙而构成的”这种说法对吗?否,扭转晶界就由交叉的 同号螺型位错构成 10.为什么只有置换固熔体的两个组元之间才能无限互溶,而间隙固熔体则不能?这是因为形成固熔体时,熔质原子的熔入会使熔剂结构产生点阵畸变,从而使体系能量升高。熔质与熔剂原子尺寸相差越大,点阵畸变的程度也越大,则畸变能越高,结构的稳定性越低,熔解度越小。一般来说,间隙固熔体中熔质原子引起的点阵畸变较大,故不能无限互溶,只能有 限熔解。 综合题 1. 作图表示立方晶体的(123) ( 0 -1 -2) (421)晶面及卜102]卜211][346]晶向。 2. 写出立方晶体中晶向族<100>, <110>, <111>等所包括的等价晶向。 3. 写出立方晶体中晶面族{100}, {110}, {111}, {112}等所包括的等价晶面。 4. 总结3种典型的晶体结构的晶体学特征。 5. 在立方晶系中画出以[001]为晶带轴的所有晶面。 6. 面心立方晶体的(100),(110),(111)等晶面的面间距和面密度,并指出面间距最大的面。 7. Ni的晶体结构为面心立方结构,其原子半径为r =0.1243求Ni的晶格常数和密度。 8. Mo的晶体结构为体心立方结构,其晶格常数a=0.3147nm,试求Mo的原子半径r。 9. 在Fe中形成1mol空位的能量为104. 67kJ,试计算从20C升温至850C时空位数目增加多少倍? 10. 判断下列位错反应能否进行。 1) a/2[10-1]+a/6卜121]宀a/3[11-1] 2) a[100]宀a/2[101]+a/2[10-1] 3) a/3[112]+a/2[111] 宀a/6{1]1 4) a[100] a/2[111]+a/2[1-1-1] 11. 若面心立方晶体中有b=a/2[-101]的单位位错及b=a/6[12-1]的不全位错,此二位错相遇 产生位错反应。 1) 问此反应能否进行?为什么? 2) 写出合成位错的柏氏矢量,并说明合成位错的类型。 12. 已知柏氏矢量b=0.25nm,如果对称倾侧晶界的取向差=1及10°求晶界上位错之间的距 离。从计算结果可得到什么结论? 13. ①计算fee和bee晶体中四面体间隙及八面体间隙的大小(用原子半径尺表示),并注明间

材料科学基础 复习题及部分答案

单项选择题: 第1章原子结构与键合 1.高分子材料中的C-H化学键属于。 (A)氢键(B)离子键(C)共价键 2.属于物理键的就是。 (A)共价键(B)范德华力(C)离子键 3.化学键中通过共用电子对形成的就是。 (A)共价键(B)离子键(C)金属键 第2章固体结构 4.以下不具有多晶型性的金属就是。 (A)铜(B)锰(C)铁 5.fcc、bcc、hcp三种单晶材料中,形变时各向异性行为最显著的就是。 (A)fcc (B)bcc (C)hcp 6.与过渡金属最容易形成间隙化合物的元素就是。 (A)氮(B)碳(C)硼 7.面心立方晶体的孪晶面就是。 (A){112} (B){110} (C){111} 8.以下属于正常价化合物的就是。 (A)Mg2Pb (B)Cu5Sn (C)Fe3C 第3章晶体缺陷 9.在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子,这样的缺陷称为。 (A)肖特基缺陷(B)弗仑克尔缺陷(C)线缺陷 10.原子迁移到间隙中形成空位-间隙对的点缺陷称为。 (A)肖脱基缺陷(B)Frank缺陷(C)堆垛层错 11.刃型位错的滑移方向与位错线之间的几何关系就是? (A)垂直(B)平行(C)交叉 12.能进行攀移的位错必然就是。 (A)刃型位错(B)螺型位错(C)混合位错 13.以下材料中既存在晶界、又存在相界的就是 (A)孪晶铜(B)中碳钢(C)亚共晶铝硅合金 14.大角度晶界具有____________个自由度。 (A)3 (B)4 (C)5 第4章固体中原子及分子的运动 15.菲克第一定律描述了稳态扩散的特征,即浓度不随变化。 (A)距离(B)时间(C)温度 16.在置换型固溶体中,原子扩散的方式一般为。 (A)原子互换机制(B)间隙机制(C)空位机制 17.固体中原子与分子迁移运动的各种机制中,得到实验充分验证的就是 (A)间隙机制(B)空位机制(C)交换机制 18.原子扩散的驱动力就是。(4、2非授课内容) (A)组元的浓度梯度(B)组元的化学势梯度(C)温度梯度 19.A与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)B组元的扩散速率大于A组元 (C)A、B两组元的扩散速率相同 20.下述有关自扩散的描述中正确的为。

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一、单项选择题(请在每小题的4个备选答案中,选出一个最佳答案, 共10小题;每小题2分,共20分) 1、材料按照使用性能,可分为结构材料和 。 A. 高分子材料; B. 功能材料; C. 金属材料; D. 复合材料。 2、在下列结合键中,不属于一次键的是: A. 离子键; B. 金属键; C. 氢键; D. 共价键。 3、材料的许多性能均与结合键有关,如大多数金属均具有较高的密度是由于: A. 金属元素具有较高的相对原子质量; B. 金属键具有方向性; C. 金属键没有方向性; D.A 和C 。 3、下述晶面指数中,不属于同一晶面族的是: A. (110); B. (101); C. (011- );D. (100)。 4、 面心立方晶体中,一个晶胞中的原子数目为: A. 2; B. 4; C. 6; D. 14。 5、 体心立方结构晶体的配位数是: A. 8; B.12; C. 4; D. 16。 6、面心立方结构晶体的原子密排面是: A. {111}; B. {110}; C. (100); D. [111]。 7、立方晶体中(110)和(211)面同属于 晶带 A. [110]; B. [100]; C. [211]; D. [--111]。 6、体心立方结构中原子的最密排晶向族是: A. <100>; B. [111]; C. <111>; D. (111)。 6、如果某一晶体中若干晶面属于某一晶带,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。 7、金属的典型晶体结构有面心立方、体心立方和密排六方三种,它们的晶胞中原子数分别为:A. 4, 2, 6; B. 6, 2, 4; C. 4, 4, 6; D. 2, 4, 6 7、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子,这样的缺陷称为: A. 肖脱基缺陷; B. 弗兰克缺陷; C. 线缺陷; D. 面缺陷 7、两平行螺旋位错,当柏氏矢量同向时,其相互作用力:

《材料科学基础》练习题集01

《材料科学基础》复习题 第1章原子结构与结合键 一、判断题: 4、金属键具有明显的方向性和饱和性。( F) 5、共价键具有明显的方向性和饱和性。( T) 6、组成固溶体的两组元完全互溶的必要条件是两组元的电负性相同。两组元的晶体结构相同( F) 7、工程材料的强度与结合键有一定的关系,结合键能越高的材料,通常其弹性模量、强度和熔点越低。(F) 8、晶体中配位数和致密度之间的关系是配位数越大,致密度越小。(F ) 二、选择题: 1、具有明显的方向性和饱和性。 A、金属键 B、共价键 C、离子键 D、化学键 2、以下各种结合键中,结合键能最大的是。 A、离子键、共价键 B、金属键 C、分子键 D、化学键 3、以下各种结合键中,结合键能最小的是。 A、离子键、共价键 B、金属键 C、分子键 D、化学键 5、已知铝元素的电负性为1.61,氧元素的电负性为3.44,则Al 2O 3 中离子键结合的比 例为。 A、28% B、45% C、57% D、68% 6、以下关于结合键的性质与材料性能的关系中,是不正确的。P54 A、结合键能是影响弹性模量的主要因素,结合键能越大,材料的弹性模量越大。 B、具有同类型结合键的材料,结合键能越高,熔点也越高。 C、具有离子键和共价键的材料,塑性较差。 D、随着温度升高,金属中的正离子和原子本身振动的幅度加大,导电率和导热率 都会增加。(应该是自由电子的定向运动加剧) 7、组成固溶体的两组元完全互溶的必要条件是。 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 11、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 三、填空题: 2、构成陶瓷化合物的两种元素的电负性差值越大,则化合物中离子键结合的比例越大。 3、体心立方结构的晶格常数为a,单位晶胞原子数为 2 、原子半径为

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名词解释 1. 空间点阵:是表示晶体结构中质点周期性重复规律得几何图形. 2. 同素异构:是指某些元素在t和p变化时,晶体结构发生变化得特征. 3. 固溶体:当一种组分(溶剂)内溶解了其他组分(溶质)而形成的单一、均匀的晶态固体,其晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时,这种相就称固溶体。 4. 电子浓度:固溶体中价电子数目e 与原子数目之比。 5. 间隙固溶体:溶质原子溶入溶剂间隙形成的固溶体 6. 晶胞: 能完全反映晶格特征得最小几何单元 7. 清洁表面:是指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理化学效应得表面,这种表面的化学组成与体内相同,但周期结构可以不同于体内。 8. 润湿:是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程。 9. 表面改性:是利用固体表面的吸附特性,通过各种表面处理来改变固体表面得结构和性质以适应各种预期要求。 10. 晶界:凡结构相同而取向不同的晶体相互接触,其接触面称为晶界。 11. 相平衡:一个多相系统中,在一定条件下,当每一相的生成速度与它的消失速度相等时,宏观上没有任何物质在相间传递,系统中每一个相的数量均不随时间而变化,这时系统便达到了相平衡。 12. 临界晶胚半径rk :新相可以长大而不消失的最小晶胚半径. 13.枝晶偏析: 固溶体非平衡凝固时不同时刻结晶的固相成分不同导致树枝晶内成分不均匀的现象(或树枝晶晶轴含高熔点组元较多,晶枝间低熔点组元较多的现象). 14. 扩散:由构成物质的微粒得热运动而产生得物质迁移现象。扩散的宏观表现为物质的定向输送。 15. 反应扩散: 在扩散中由于成分的变化,通过化学反应而伴随着新相的形成(或称有相变发生)的扩散过程称为“反应扩散”,也称为“相变扩散。 16. 泰曼温度:反应开始温度远低于反应物熔点或系统低共熔温度,通常相当于一种反应物开始呈现显著扩散作用的温度,此温度称为泰曼温度或烧结温度。 18. 相变:随自由能变化而发生的相的结构变化。 19. 什么是相律:表示材料系统相平衡得热力学表达式,具体表示系统自由能、组元数和相数之间得关系。 20. 二次再结晶:指少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大得过程,又称晶粒异常长大和晶粒不连续生长。 21. 均匀成核:组成一定,熔体均匀一相,在结晶温度下析晶,发生在整个熔体内部,析出物质组成与熔体一致。 22. 固溶强化:溶质原子加入到溶剂原子中形成固溶体,固溶体在 23. 相:化学成分相同,晶体结构相同并有界面与其他部分分开的均匀组成部分。 24. 过冷度: 实际开始结晶温度与理论结晶温度之间的差。 25. 固态相变:固态物质在温度、压力、电场等改变时,从一种组织结构转变成另一种组织结构。 26. 稳定分相:分相线和液相线相交(分相区在液相线上), 分相后两相均为热力学的稳定相。 27. 马氏体相变:一个晶体在外加应力的作用下通过晶体的一个分立体积的剪切作用以极迅速的速率而进行的相变。 28. 无扩散型固态相变:在相变过程中并不要求长程扩散,只需要原子作一些微量

【考研】材料科学基础试题库答案

Test of Fundamentals of Materials Science 材料科学基础试题库 郑举功编

东华理工大学材料科学与工程系 一、填空题 0001.烧结过程的主要传质机制有_____、_____、_____ 、_____,当烧结分别进行四种传质时,颈部增长x/r与时间t的关系分别是_____、_____、_____ 、_____。 0002.晶体的对称要素中点对称要素种类有_____、_____、_____ 、_____ ,含有平移操作的对称要素种类有_____ 、_____ 。 0003.晶族、晶系、对称型、结晶学单形、几何单形、布拉菲格子、空间群的数目分别是_____、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 。 0004.晶体有两种理想形态,分别是_____和_____。 0005.晶体是指内部质点排列的固体。 0006.以NaCl晶胞中(001)面心的一个球(Cl-离子)为例,属于这个球的八面体空隙数为,所以属于这个球的四面体空隙数为。 0007.与非晶体比较晶体具有自限性、、、、和稳定性。 0008.一个立方晶系晶胞中,一晶面在晶轴X、Y、Z上的截距分别为2a、1/2a 、2/3a,其晶面的晶面指数是。 0009.固体表面粗糙度直接影响液固湿润性,当真实接触角θ时,粗糙度越大,表面接触角,就越容易湿润;当θ,则粗糙度,越不利于湿润。 0010.硼酸盐玻璃中,随着Na2O(R2O)含量的增加,桥氧数,热膨胀系数逐渐下降。当Na2O含量达到15%—16%时,桥氧又开始,热膨胀系数重新上升,这种反常现象就是硼反常现象。 0011.晶体结构中的点缺陷类型共分、和三种,CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为。 0012.固体质点扩散的推动力是________。 0013.本征扩散是指__________,其扩散系数D=_________,其扩散活化能由________和_________ 组成。0014.析晶过程分两个阶段,先______后______。 0015.晶体产生Frankel缺陷时,晶体体积_________,晶体密度_________;而有Schtty缺陷时,晶体体积_________,晶体密度_________。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时,_________是主要的;两种离子半径相差大时,_________是主要的。 0016.少量CaCl2在KCl中形成固溶体后,实测密度值随Ca2+离子数/K+离子数比值增加而减少,由此可判断其缺陷反应式为_________。 0017.Tg是_________,它与玻璃形成过程的冷却速率有关,同组分熔体快冷时Tg比慢冷时_________ ,淬冷玻璃比慢冷玻璃的密度_________,热膨胀系数_________。 0018.同温度下,组成分别为:(1) 0.2Na2O-0.8SiO2 ;(2) 0.1Na2O-0.1CaO-0.8SiO2 ;(3) 0.2CaO-0.8SiO2 的三种熔体,其粘度大小的顺序为_________。 0019.三T图中三个T代表_________, _________,和_________。 0020.粘滞活化能越_________ ,粘度越_________ 。硅酸盐熔体或玻璃的电导主要决定于_________ 。 0021.0.2Na2O-0.8SiO2组成的熔体,若保持Na2O含量不变,用CaO置换部分SiO2后,电导_________。0022.在Na2O-SiO2熔体中加入Al2O3(Na2O/Al2O3<1),熔体粘度_________。 0023.组成Na2O . 1/2Al2O3 . 2SiO2的玻璃中氧多面体平均非桥氧数为_________。 0024.在等大球体的最紧密堆积中,六方最紧密堆积与六方格子相对应,立方最紧密堆积与_______ 相对应。0025.在硅酸盐晶体中,硅氧四面体之间如果相连,只能是_________方式相连。

(完整版)材料科学基础期末考试

期末总复习 一、名词解释 空间点阵:表示晶体中原子规则排列的抽象质点。 配位数:直接与中心原子连接的配体的原子数目或基团数目。 对称:物体经过一系列操作后,空间性质复原;这种操作称为对称操作。 超结构:长程有序固溶体的通称 固溶体:一种元素进入到另一种元素的晶格结构形成的结晶,其结构一般保持和母相一致。 致密度:晶体结构中原子的体积与晶胞体积的比值。 正吸附:材料表面原子处于结合键不饱和状态,以吸附介质中原子或晶体内部溶质原子达到平衡状态,当溶质原子或杂质原子在表面浓度大于在其在晶体内部的浓度时称为正吸附; 晶界能:晶界上原子从晶格中正常结点位置脱离出来,引起晶界附近区域内晶格发生畸变,与晶内相比,界面的单位面积自由能升高,升高部分的能量为晶界能; 小角度晶界:多晶体材料中,每个晶粒之间的位向不同,晶粒与晶粒之间存在界面,若相邻晶粒之间的位向差在10°~2°之间,称为小角度晶界; 晶界偏聚:溶质原子或杂质原子在晶界或相界上的富集,也称内吸附,有因为尺寸因素造成的平衡偏聚和空位造成的非平衡偏聚。 肖脱基空位:脱位原子进入其他空位或者迁移至晶界或表面而形成的空位。 弗兰克耳空位:晶体中原子进入空隙形而形成的一对由空位和间隙原子组成的缺陷。 刃型位错:柏氏矢量与位错线垂直的位错。 螺型位错:柏氏矢量与位错线平行的位错。 柏氏矢量:用来表征晶体中位错区中原子的畸变程度和畸变方向的物理量。 单位位错:柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错 派—纳力:位错滑动时需要克服的周围原子的阻力。 过冷:凝固过程开始结晶温度低于理论结晶温度的现象。 过冷度:实际结晶温度和理论结晶温度之间的差值。 均匀形核:在过冷的液态金属中,依靠金属本身的能量起伏获得成核驱动力的形核过程。 过冷度:实际结晶温度和理论结晶温度之间的差值。 形核功:形成临界晶核时,由外界提供的用于补偿表面自由能和体积自由能差值的能量。 马氏体转变:是一种无扩散型相变,通过切变方式由一种晶体结构转变另一种结构,转变过程中,表面有浮凸,新旧相之间保持严格的位向关系。或者:由奥氏体向马氏体转变的

材料科学基础试卷(一)与答案

材料科学基础试卷(一) 一、概念辨析题(说明下列各组概念的异同。任选六题,每小题3分,共18分) 1 晶体结构与空间点阵 2 热加工与冷加工 3 上坡扩散与下坡扩散 4 间隙固溶体与间隙化合物 5 相与组织 6 交滑移与多滑移 7 金属键与共价键8 全位错与不全位错9 共晶转变与共析转变 二、画图题(任选两题。每题6分,共12分) 1 在一个简单立方晶胞内画出[010]、[120]、[210]晶向和(110)、(112)晶面。 2 画出成分过冷形成原理示意图(至少画出三个图)。 3 综合画出冷变形金属在加热时的组织变化示意图和晶粒大小、内应力、强度和塑性变化趋势图。 4 以“固溶体中溶质原子的作用”为主线,用框图法建立与其相关的各章内容之间的联系。 三、简答题(任选6题,回答要点。每题5分,共30 分) 1 在点阵中选取晶胞的原则有哪些? 2 简述柏氏矢量的物理意义与应用。 3 二元相图中有哪些几何规律? 4 如何根据三元相图中的垂直截面图和液相单变量线判断四相反应类型? 5 材料结晶的必要条件有哪些? 6 细化材料铸态晶粒的措施有哪些? 7 简述共晶系合金的不平衡冷却组织及其形成条件。 8 晶体中的滑移系与其塑性有何关系? 9 马氏体高强度高硬度的主要原因是什么? 10 哪一种晶体缺陷是热力学平衡的缺陷,为什么? 四、分析题(任选1题。10分) 1 计算含碳量w=0.04的铁碳合金按亚稳态冷却到室温后,组织中的珠光体、二次渗碳体和莱氏体的相对含量。 2 由扩散第二定律推导出第一定律,并说明它们各自的适用条件。 3 试分析液固转变、固态相变、扩散、回复、再结晶、晶粒长大的驱动力及可能对应的工艺条件。 五、某面心立方晶体的可动滑移系为(111) [110].(15分) (1) 指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量. (2) 如果滑移由纯刃型位错引起,试指出位错线的方向. (3) 如果滑移由纯螺型位错引起,试指出位错线的方向. (4) 在(2),(3)两种情况下,位错线的滑移方向如何? (5) 如果在该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力,试确定单位刃型位错和螺型位错线受力的大小和方向。(点阵常数a=0.2nm)。 六、论述题(任选1题,15分) 1 试论材料强化的主要方法、原理及工艺实现途径。 2 试论固态相变的主要特点。 3 试论塑性变形对材料组织和性能的影响。

材料科学基础复习题及答案

单项选择题:(每一道题1分) 第1章原子结构与键合 1.高分子材料中的C-H化学键属于。 (A)氢键(B)离子键(C)共价键 2.属于物理键的是。 (A)共价键(B)范德华力(C)氢键 3.化学键中通过共用电子对形成的是。 (A)共价键(B)离子键(C)金属键 第2章固体结构 4.面心立方晶体的致密度为 C 。 (A)100% (B)68% (C)74% 5.体心立方晶体的致密度为 B 。 (A)100% (B)68% (C)74% 6.密排六方晶体的致密度为 C 。 (A)100% (B)68% (C)74% 7.以下不具有多晶型性的金属是。 (A)铜(B)锰(C)铁 8.面心立方晶体的孪晶面是。 (A){112} (B){110} (C){111} 9.fcc、bcc、hcp三种单晶材料中,形变时各向异性行为最显著的 是。 (A)fcc (B)bcc (C)hcp 10.在纯铜基体中添加微细氧化铝颗粒不属于一下哪种强化方式?

(A)复合强化(B)弥散强化(C)固溶强化 11.与过渡金属最容易形成间隙化合物的元素是。(A)氮(B)碳(C)硼 12.以下属于正常价化合物的是。 (A)Mg2Pb (B)Cu5Sn (C)Fe3C 第3章晶体缺陷 13.刃型位错的滑移方向与位错线之间的几何关系? (A)垂直(B)平行(C)交叉 14.能进行攀移的位错必然是。 (A)刃型位错(B)螺型位错(C)混合位错 15.在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子,这样的缺陷称 为。 (A)肖特基缺陷(B)弗仑克尔缺陷(C)线缺陷 16.原子迁移到间隙中形成空位-间隙对的点缺陷称为 (A)肖脱基缺陷(B)Frank缺陷(C)堆垛层错 17.以下材料中既存在晶界、又存在相界的是 (A)孪晶铜(B)中碳钢(C)亚共晶铝硅合金18.大角度晶界具有____________个自由度。 (A)3 (B)4 (C)5 第4章固体中原子及分子的运动 19.菲克第一定律描述了稳态扩散的特征,即浓度不随变 化。

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