076材料科学与工程学导论习题@北工大

1、、、被称为人类社会的三大支柱。

2、、、、是材料的四要素

二、简答题：

1、什么是材料？如何进行分类？

2、为什么说材料是人类社会进步的里程碑？

3、进入21世纪有哪些新技术是迅猛发展的热点，主要在那些方面？

1、材料、信息、能源

2、被称为人类社会的三大支柱。

使用性能、材料的性质、结构与成分、合成与制备

二、简答题：

是材料的四要素

1、什么是材料？如何进行分类？

答：材料是人类用于制造机器、构件和产品的物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。

材料可分为：金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料四大类。

2、为什么说材料是人类社会进步的里程碑？

答：纵观人类利用材料的历史，每一种重要新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。材料科学技术的每一次重大突破都会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次世界性的技术革命，大大地加速社会发展的进程，把人类物质文明推向前进。3、进入21世纪有哪些新技术是迅猛发展的热点，主要在那些方面？

答：主要有信息技术、生物技术、航天技术、能源技术、先进制造技术、新材料技术等

信息技术主要在通信网络、宽带、半导体技术、计算机智能技术等方面。

生物技术主要在蛋白质科学、干细胞及再生医学、生物芯片、转基因技术等方面。

航天技术主要在太空探索技术、小卫星技术、太空攻防技术等

能源技术主要在核能技术、氢能技术、新能源及再生能源技术等

先进制造技术主要在光机电一体化技术、微电子光刻技术、重大装备制造技术等

新材料技术主要在纳米技术、新型功能材料及其应用技术、新型结构材料等。

第二章材料科学与工程的四个基本要素

作业一

第一部分填空题（10个空共10分，每空一分）

1．材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、和。2．材料性质的表述包括、物理性质和化学性质。

3．强度可以用弹性极限、和比例界限等来表征。

4．三类主要的材料力学失效形式分别是：、磨损和腐蚀。

5．材料的结构包括键合结构、和组织结构。

6．晶体结构有三种形式，它们分别是：晶体、和准晶体。

7．化学分析、物理分析和是材料成分分析的三种基本方法。

8．材料的强韧化手段主要有、加工强化、弥散强化、和相变增韧。

第二部分判断题（10题共20分，每题2分）

1．材料性质是功能特性和效用的描述符，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的反应。（）2．疲劳强度材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。（）

3．硬度是指材料在表面上的大体积内抵抗变形或破裂的能力。（）

4．性能是包括材料在内的整个系统特征的体现；性质则是材料本身特征的体现。（）5．晶体是指原子排列短程有序，有周期。（）

6．材料的热处理是指通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的相组成情况，达到改变材料性能的方法。（）

7．材料表面工程包括表面改性和表面保护两个方面。（）

8．材料复合的过程就是材料制备、改性、加工的统一过程。（）

9．材料合成与加工过程是在一个不限定的空间，在给定的条件下进行的。（）

10．材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题。（）

第三部分简答题（4题共40分，每题10分）

1．材料性能的定义是什么？

2．金属材料的尺寸减小到一定值时，材料的工程强度值不再恒定，而是迅速增大，原因有哪两点？

3．流变成型包括哪几个方面？

4．材料改性的目的和内容是什么？

第四部分论述题（2题共30分，每题15分）

1．材料的成分和结构主要的测试手段有哪些？它们使用于哪些范围？

2．加工与合成的定义和主要内容是什么？以及它们的关系是什么？发展方向是什么？

作业二

第一部分填空题（10题共10分，每题1分）

1．材料的物理性质表述为、磁学性质、和热学性质。

2．材料的硬度表征为、洛氏硬度和维氏硬度等。

3．材料的化学性质主要表现为和。

4．、熔炼与凝固、粉末烧结和是四种主要的材料制备方法。

5．如果按材料的流变特性来分析，则材料的成型方法可分为三种：液态成型、和流变成型。

6．金属材料的改性包括以及材料的热处理

7．典型热处理工艺有、退火、回火和正火。

第二部分选择题（5题共10分，每题2分）

1．分析材料的相组成你会选取何种测试手段（）

A 扫描电镜 B透射电镜 C 红外吸收光谱

2．分析各相之间的位相关系选取何种测试手段（）

A红外吸收光谱 B X射线衍射 C 扫描电镜

3．进行断口形貌观察最好用何种仪器（）

A 扫描电镜 B透射电镜 C X射线衍射 D 红外吸收光谱

4．观察原子结构采用何种仪器（）

A光学显微镜 B隧道扫描线微镜 C 扫描电镜 D 红外吸收光谱

５．下列仪器中分辨率最高的是（）

A 体式显微镜 B光学显微镜 C 隧道扫描线微镜 D 电子扫描显微镜

第三部分判断题（10题共10分，每题1分）

1．材料性能是随着外因的变化而不断变化，是个渐变过程，在这个过程中发生量变的积累，而性质保持质的相对稳定性；当量变达到一个“度”时，将发生质变，材料的性质发生根本的变化。（）

2．疲劳强度是材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。（）

3．韧性指材料从塑性变形到断裂全过程中吸收的能量。（）

4．在材料使用性能（产品）设计的同时，力求改变传统的研究及设计路线，将材料性质同时考虑进去，采取并行设计的方法。（）

5．准晶体的特点是原子排列长程有序，有周期。（）

6．现代材料科学家对材料成分、结构的认识是由分析、检测实现的。（）

7．热处理是指通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的组织组成的情况，达到改变材料性能的方法。（）

8．淬火通过快速冷却，获得远离平衡态的不稳定组织，达到强化材料的目的。（）

9．正火是在奥氏体状态下，空气或保护气体冷却获得珠光体均匀组织，提高强度，降低韧性。（）

10．材料表面工程有：表面改性、表面防护和薄膜技术。（）

第四部分简答题（4题共40分，每题10分）

1．从事材料工程的人们为什么必须注重材料性能数据库。

2．什么是材料的组织组成。

3．“材料设计”构想始于50年代，80年代后实现“材料设计”的条件渐趋成熟。表现在哪三个方面。

4．新型材料设计的内容。

第五部分论述题（2题共30分，每题15分）

1．材料科学与工程的四要素是什么，它们之间的关系如何？

2．你认为材料工作者需要具备什么样的条件？你认为哪些方面是新技术新材料的代表？

一、名词解释（6题共30分，每题5分）

(1).晶体：

(2).硬度：

(3).疲劳强度：

(4).材料组织：

(5).韧性：

(6).材料的“合金化”：

二、填空题 （10个空共10分，每空1分）

(1).固体中的结合键可以分为（）种，它们是（）、离子键、（）、共价键。

(2).共晶反应式为：( )，共晶反应的特点为：()。

(3).材料力学性能的硬度表征：布氏硬度、()、维氏硬度等。

(4).马氏体的显微组织形态主要有：（）、（）两种。其中（）的韧性较好

(5).液态金属结晶时，结晶过程的推动力是：（）。

三、是非题 （5题共10分，每题2分）

(1).材料性质是功能特性和效用的描述符，是材料对电、磁、光、热、机械载

荷的反应。

(2).一个合金的室温组织为α+βⅡ

+（α+β），它由三相组成。

(3).三束表面改性是指：激光束、电子束、离子束

(4).材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题。

(5).不论含碳量的高低，马氏体的硬度都很高，脆性都很大。）

四、选择题 （5题共10分，每题2分）

(1).决定晶体结构和性能最本质的因素是：a. 原子间的结合能b.原子间的距离c.

原子的大小。

(2).固溶体的晶体结构： a.与溶剂相同b.与溶质相同.c.为其它晶型

(3).材料的刚度和有关：a.弹性模量b屈服强度c抗拉强度

(4).间隙相的性能特点是：a.熔点高，硬度低；b 硬度高，熔点低c 硬度高、熔点

高

(5).珠光体是一种：a.单相固溶体b 两相混合物c. Fe和C的化合物

五、简答题（4题共20分，每题5分）

(1).何为粉末烧结？影响烧结的因素有哪些？

(2).简述纤维增强复合材料的机理。

(3).简述从事材料工程的人们必须注重材料性能数据库。

(4).简述材料设计的主要内容

六、综合分析题（2题共20分，每题10分）

(1).材料的四大要素是什么？叙述材料四大要素之间的关系。

(2).试述材料的强韧化的主要方法及其各自原理。

一、名词解释（6题共30分，每题5分）

(1).塑性：

(2).刚度：

(3).抗蠕变性：

(4).马氏体：

(5).断裂韧性：

(6).材料的热处理：

二、填空题 （10个空共10分，每空1分）

(1).材料的物理性质主要包括：( )、磁学性质、( )、热学性质等

(2).三类主要的材料力学失效形式：( )、( )、腐蚀。

(3).材料物理性能的电学性能表征有：（）、（）、介电常数等。

(4).三大类材料的成型技术在材料工程中是内容最为丰富的一部分。如果按材料的流变

特性来分析，则材料的成型方法可分为三种：（）、（）、流变成型。

(5).三束表面改性是指：（）、（）、离子束等。

三、是非题 （5题共10分，每题2分）

(1).结构材料是指工程上要求机械性能的材料。（）

(2).表面淬火既能改变钢的表面化学成分，也能改善心部的组织和性能。（）

(3).材料的加工与合成主要内容包括材料制备、材料加工、表面工程、材料复合。

（）

(4).有许多种薄膜技术能够在基材表面覆盖薄膜材料层，其中最重要的两种方法是：物

理气相沉积PVD和化学气相沉积CVD。（）

(5).合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。（）

四、选择题 （5题共10分，每题2分）

(1).晶体中的位错属于：a.体缺陷.b面缺陷.c.线缺陷（）

(2).奥氏体是：a.碳在γ-Fe中的间隙固溶体；b. 碳在α-Fe中的间隙固溶体c. 碳在β

-Fe中的间隙固溶体（）

(3).在发生L→α+β共晶反应时，三相的成分：a. 确定b.相同c.不定（）

(4).设计纤维复合材料时，对于韧性较低的基体，纤维的膨胀系数可（）；对于塑性较

好的基体，纤维的膨胀系数可（）

a.略低b相差很大c略高d相同

五、简答题（4题共20分，每题5分）

(1).何为复合材料？简述材料复合的目的。

(2).简述性质与性能的关系和区别。

(3).简述材料的加工的主要范畴

(4).简述材料改性的目的以及其主要内容

六、综合分析题（2题共20分，每题10分）

(1).材料的成分和结构主要的测试手段有哪些？

(2).试述材料热处理的常见工艺及其目的。

第二章 材料科学与工程的四个基本要素

作业一

第一部分 填空题（10个空共10分，每空一分）

1． 材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、结构与成份和合成与加工2． 材料性质的表述包括。 力学性质3． 强度可以用弹性极限、、物理性质和化学性质。 屈服强度4． 三类主要的材料力学失效形式分别是：和比例界限等来表征。 断裂5． 材料的结构包括键合结构、、磨损和腐蚀。 晶体结构6． 晶体结构有三种形式，它们分别是：晶体、和组织结构。 非晶体7． 化学分析、物理分析和和准晶体。 谱学分析8． 材料的强韧化手段主要有是材料成分分析的三种基本方法。 固溶强化、加工强化、弥散强化、第二相强化第二部分 判断题（10题共20分，每题2分）

和相变增韧。 1． 材料性质是功能特性和效用的描述符，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的反应。（√ ）

2． 疲劳强度材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。（√ ）

3． 硬度是指材料在表面上的大体积内抵抗变形或破裂的能力。（错）

4． 性能是包括材料在内的整个系统特征的体现；性质则是材料本身特征的体现。（√）

5． 晶体是指原子排列短程有序，有周期。（错）

6． 材料的热处理是指通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的相组成情况，达到改变材料性能的方法。（√）

7． 材料表面工程包括表面改性和表面保护两个方面。（错）

8． 材料复合的过程就是材料制备、改性、加工的统一过程。（√）

9． 材料合成与加工过程是在一个不限定的空间，在给定的条件下进行的。（错）

10． 材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题。（√） 第三部分 简答题（4题共40分，每题10分）

1． 材料性能的定义是什么？答：在某种环境或条件作用下，为描述材料的行为或结果，按照特定的规范所获得的表征参量。

2． 金属材料的尺寸减小到一定值时，材料的工程强度值不再恒定，而是迅速增大，原因有哪两点？答：1）按统计学原理计算单位面积上的位错缺陷数目，由于截面减小而不能

满足大样本空间时，这个数值不再恒定；2）晶体结构越来越接近无缺陷理想晶体，强度值也就越接近于理论强度值。

3． 流变成型包括哪几个方面？答：金属的半固态成型、高分子材料的熔融成型、陶瓷泥料、

浆料成型和玻璃的熔融浇注。

4． 材料改性的目的和内容是什么？答：目的：通过改变材料的成分、组织与结构来改变材

料的性能。内容: １. 材料的“合金化”2 .材料的热处理

第四部分 论述题（2题共30分，每题15分）

1． 材料的成分和结构主要的测试手段有哪些？它们使用于哪些范围？

答：

2． 加工与合成的定义和主要内容是什么？以及它们的关系是什么？发展方向是什么？ 答：“合成”与“加工”是指建立原子、分子和分子团的新排列，在所有尺度上（从原子尺寸到宏观尺度）对结构的控制，以及高效而有竞争力地制造材料与元件的演化过程。 合成是指把各种原子或分子结合起来制成材料所采用的各种化学方法和物理方向。 加工 检测仪器 分辨率 体视显微镜 mm(毫米)--μm （微米） 光学显微镜 μm （微米） 电子扫描显微 微米--纳米（nm ）达0.7nm 透射电镜 观察到原子排列面，达0.2nm 场离子显微镜 形貌观察 0.2--0.3nm 隧道扫描显微镜 观察到原子结构0.05--0.2nm

可以同样的方式使用，还可以指较大尺度上的改变，包括材料制造。提高材料合成与加工的技术水平是我们的最重要的课题。

作业二

第一部分 填空题（10题共10分，每题1分）

1． 材料的物理性质表述为电学性质、磁学性质、光学性质2． 材料的硬度表征为和热学性质。 布氏硬度3． 材料的化学性质主要表现为、洛氏硬度和维氏硬度等。 催化性质和防化性质4． 。 冶金过程、熔炼与凝固、粉末烧结和高分子聚合5． 如果按材料的流变特性来分析，则材料的成型方法可分为三种：液态成型、是四种主要的材料制备方法。 塑变成型6． 金属材料的改性包括和流变成型。 材料的合金化7． 典型热处理工艺有以及材料的热处理 淬火第二部分 选择题（5题共10分，每题2分）

、退火、回火和正火。

1． 分析材料的相组成你会选取何种测试手段（B ）

A 扫描电镜

B 透射电镜

C 红外吸收光谱

2． 分析各相之间的位相关系选取何种测试手段（B ）

A 红外吸收光谱

B X 射线衍射

C 扫描电镜

3． 进行断口形貌观察最好用何种仪器（A ）

A 扫描电镜

B 透射电镜

C X 射线衍射

D 红外吸收光谱

4． 观察原子结构采用何种仪器（Ｂ）

A 光学显微镜

B 隧道扫描线微镜

C 扫描电镜

D 红外吸收光谱

５．下列仪器中分辨率最高的是（Ｃ）

A 体式显微镜

B 光学显微镜

C 隧道扫描线微镜

D 电子扫描显微镜

第三部分 判断题（10题共10分，每题1分）

1． 材料性能是随着外因的变化而不断变化，是个渐变过程，在这个过程中发生量变的积累，而性质保持质的相对稳定性；当量变达到一个“度”时，将发生质变，材料的性质发生根本的变化。（√）

2． 疲劳强度是材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。（√）

3． 韧性指材料从塑性变形到断裂全过程中吸收的能量。（错）

4． 在材料使用性能（产品）设计的同时，力求改变传统的研究及设计路线，将材料性质同时考虑进去，采取并行设计的方法。（√）

5．准晶体的特点是原子排列长程有序，有周期。（错）

6．现代材料科学家对材料成分、结构的认识是由分析、检测实现的。（√）

7．热处理是指通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的组织组成的情况，达到改变材料性能的方法。（错）

8．淬火通过快速冷却，获得远离平衡态的不稳定组织，达到强化材料的目的。（√）9．正火是在奥氏体状态下，空气或保护气体冷却获得珠光体均匀组织，提高强度，降低韧性。（错）

10．材料表面工程有：表面改性、表面防护和薄膜技术。（√）

第四部分简答题（4题共40分，每题10分）

1．从事材料工程的人们为什么必须注重材料性能数据库。

答：材料性能数据库是材料选择的先决条件；材料性能数据库是实现计算机辅助选材（CAMS）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）的基础

2．什么是材料的组织组成。

答：组成材料的不同物质表示出的某种形态特征

3．“材料设计”构想始于50年代，80年代后实现“材料设计”的条件渐趋成熟。表现在哪三个方面。

答：1）基础理论的形成和发展2）计算机科学技术的发展3）合成与加工新技术的涌现4．新型材料设计的内容。

◆成分结构设计

◆性质性能预测

◆合成加工过程的控制与优化

第五部分论述题（2题共30分，每题15分）

1．材料科学与工程的四要素是什么，它们之间的关系如何？

a)使用性能

b)材料的性质

c)结构与成分

d)合成与加工

2． 你认为材料工作者需要具备什么样的条件？你认为哪些方面是新技术新材料的代表？ 答：在材料科学研究及工程化应用中，材料人员应具备这样一种能力：能针对不同的使用环境，提取出关键的材料性质并选择优良性能的材料。

准晶、纳米材料和界面科学等是新的研究课题，都主要是围绕成分与结构展开的，向上追溯到材料的合成与加工，向下则牵联到材料的特征性质。可以说，这些研究是新材料新技术的代表。

具产

提供

作业三

一、名词解释（6题共30分，每题5分）

(1).晶体：原子在空间呈有规则的周期性的重复排列。

(2).硬度：材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的能力。

(3).疲劳强度：材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。

(4).材料组织：材料的组织是对材料的类型、形状、数量、大小、分布等特征的

描述，特征相同的部分归为一种组织组成物。

(5).韧性：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力。

(6).材料的“合金化”：通过改变材料的成分，达到改变材料性能的方法。这种方法

在金属材料和现代高分子材料的改性方面有广泛的应用。

二、填空题 （10个空共10分，每空1分）

(1).固体中的结合键可以分为（4）种，它们是（金属键）、离子键、（分子键）、共

价键。

(2).共晶反应式为：( L→α+β)，共晶反应的特点为：(一个液相生成两个固相)。

(3).材料力学性能的硬度表征：布氏硬度、(洛氏硬度)、维氏硬度等。

(4).马氏体的显微组织形态主要有：（板条马氏体）、（片状马氏体）两种。其中（板

条马氏体）的韧性较好

(5).液态金属结晶时，结晶过程的推动力是：（液相和固相之间存在过冷度）。

三、是非题 （5题共10分，每题2分）

(1).材料性质是功能特性和效用的描述符，是材料对电、磁、光、热、机械载

荷的反应。（√）

(2).一个合金的室温组织为α+βⅡ

+（α+β），它由三相组成。（×）

(3).三束表面改性是指：激光束、电子束、离子束（√）

(4).材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题。（√）

(5).不论含碳量的高低，马氏体的硬度都很高，脆性都很大。（×）

四、选择题 （5题共10分，每题2分）

(1).决定晶体结构和性能最本质的因素是：a. 原子间的结合能b.原子间的距离c.

原子的大小。（a）

(2).固溶体的晶体结构：（a）a.与溶剂相同b.与溶质相同.c.为其它晶型

(3).材料的刚度和（a）有关：a.弹性模量b屈服强度c抗拉强度

(4).间隙相的性能特点是：a.熔点高，硬度低；b 硬度高，熔点低c 硬度高、熔点

高（c）

(5).珠光体是一种：a.单相固溶体b 两相混合物c. Fe和C的化合物（b）

五、简答题（4题共20分，每题5分）

(1).何为粉末烧结？影响烧结的因素有哪些？

烧结是陶瓷何粉末冶金工艺中最重要的工序。所谓烧结就是指在高温作用下，

坯体发生一系列物理化学变化，由松散状态逐渐密化，且机械强度大大提高的

过程。

影响烧结的因素有很多，如坯体的初始密度、物相组成、烧结气氛、压力以及

添加剂等。

(2).简述纤维增强复合材料的机理。

纤维复合材料强度高的原因是：纤维尺寸小强度高韧性改善，纤维表面受基体

保护，基体有止裂作用，断裂时纤维拔出要克服粘结力，以及纤维处于三向受

力状态等。

(3).简述从事材料工程的人们必须注重材料性能数据库。

材料性能数据库是材料选择的先决条件；材料性能数据库是实现计算机辅助选

材（CAMS）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）的基础。

(4).简述材料设计的主要内容

材料设计贯穿于材料“四要素”的各个方面，即：

成分结构设计

性质性能预测

合成加工过程的控制与优化

六、综合分析题（2题共20分，每题10分）

(1).材料的四大要素是什么？叙述材料四大要素之间的关系。

提示：

?材料四要素：

使用性能、材料的性质、结构与成分、合成与加工

关系：略

(2).试述材料的强韧化的主要方法及其各自原理。

提示：

固溶强化、加工硬化、弥散强化、第二相强化、相变增韧

原理：略

作业四

一、名词解释（6题共30分，每题5分）

(1).塑性：外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能力。

(2).刚度：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。

(3).抗蠕变性：材料在恒定应力（或恒定载荷）作用下抵抗变形的能力。

(4).马氏体：碳在α-Fe的过饱和固溶体。

(5).断裂韧性：工程上使用的各种材料，本身不可避免地存在着微裂纹，在应力的作用

下，这些裂纹进行扩展，一旦达到失稳扩展状态，便会发生低应力脆断。

(6).材料的热处理：通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的相组成情况，

达到改变材料性能的方法。

二、填空题 （10个空共10分，每空1分）

(1).材料的物理性质主要包括：(电学性质)、磁学性质、(光学性质)、热学性质等

(2).三类主要的材料力学失效形式：(断裂)、(磨损)、腐蚀。

(3).材料物理性能的电学性能表征有：（导电率）、（电阻率）、介电常数等。

(4).三大类材料的成型技术在材料工程中是内容最为丰富的一部分。如果按材料的流变

特性来分析，则材料的成型方法可分为三种：（液态成型）、（塑变成型）、流变成型。

(5).三束表面改性是指：（激光束）、（电子束）、离子束等。

三、是非题 （5题共10分，每题2分）

(1).结构材料是指工程上要求机械性能的材料。（×）

(2).表面淬火既能改变钢的表面化学成分，也能改善心部的组织和性能。（×）

(3).材料的加工与合成主要内容包括材料制备、材料加工、表面工程、材料复合。

（√）

(4).有许多种薄膜技术能够在基材表面覆盖薄膜材料层，其中最重要的两种方法是：物

理气相沉积PVD和化学气相沉积CVD。（√）

(5).合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。（×）

四、选择题 （5题共10分，每题2分）

(1).晶体中的位错属于：a.体缺陷.b面缺陷.c.线缺陷（c）

(2).奥氏体是：a.碳在γ-Fe中的间隙固溶体；b. 碳在α-Fe中的间隙固溶体c. 碳在β

-Fe中的间隙固溶体（a）

(3).在发生L→α+β共晶反应时，三相的成分：a. 确定b.相同c.不定（b）

(4).设计纤维复合材料时，对于韧性较低的基体，纤维的膨胀系数可（a ）；对于塑性

较好的基体，纤维的膨胀系数可（ c ）

a.略低b相差很大c略高d相同

五、简答题（4题共20分，每题5分）

(1).何为复合材料？简述材料复合的目的。

复合材料为由两种以上不同性质的材料组成的多相固体材料，具有其组成材料所，

没有的优越性能，材料复合的主要目的就是依据不同材料性能的优势互补、协调作

用的原则，进行材料的设计与制备。因此材料复合的过程就是材料制备、改性、加

工的统一过程。

(2).简述性质与性能的关系和区别。

材料性质：是功能特性和效用的描述符，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的反应。

使用性能：是指材料在最终使用状态（产品、元件）下表现出的行为。

性能是包括材料在内的整个系统特征的体现；性质则是材料本身特征的体现

(3).简述材料的加工的主要范畴

传统意义上，材料的加工范畴包括四个方面：

材料的切削：车、铣、刨、磨、切、钻

材料的成型：铸造、拉、拔、挤、压、锻

材料的改性：合金化、热处理

材料的联接：焊接、粘接

(4).简述材料改性的目的以及其主要内容

目的：通过改变材料的成分、组织与结构来改变材料的性能。

内容: １. 材料的“合金化”

2 . 材料的热处理

六、综合分析题（2题共20分，每题10分）

(1).材料的成分和结构主要的测试手段有哪些？

提示：

成分分析

化学分析：化验

物理分析：物理量间接测定

谱学分析：红外光谱、光电子能谱，等

结构分析

光学显微镜、SEM、TEM、场离子显微镜、隧道扫描显微镜等

(2).试述材料热处理的常见工艺及其目的。

提示：

典型热处理工艺

淬火、退火、回火、正火

目的：略

第三章结构材料

一、填空题：

1、碳的质量分数的铁碳合金称之为铸铁，通常还含有较多的、Mn、、等

元素。

2、优质碳素结构钢的钢号是以来表示的。

3、碳钢常规热处理有、、、四种

4、碳在铁碳合金中的存在形式有、、。

5、高分子材料分子量很大，是由组成，并以的形式重复连接而成。

6、、、被称为三大合成高分子材料。

7、高分子按结构单元的化学组成可分为、、、。

8、聚合物分子运动具有和。

9、聚乙烯可分为、、、、。

10、陶瓷材料的晶体缺陷有、、，其中导电性与有直接关系。

11、陶瓷材料的和较低，这是陶瓷材料的最大弱点。

12、陶瓷材料热膨胀系数小，这是由和决定的。

13、由两种或两种以上、、不同的物质，经人工组合而成的叫

做复合材料。

14、复合材料可分为和两大类。

15、颗粒增韧的增韧机理主要包括、、和。

16、界面是复合材料中与之间发生和而形成的结合面。

17、复合材料界面结合的类型有、、、。

二、判断题：

1、不锈钢中含碳量越低，则耐腐蚀性就越好。（）

2、纯铝中含有Fe、Si等元素时会使其性能下降。（）

3、正火是在保温一段时间后随炉冷却至室温。（）

4、受热后软化，冷却后又变硬，可重复循环的塑料称为热塑性塑料。（）

5、聚乙烯从是目前产量最大，应用最广泛的品种。（）

6、陶瓷材料在低温下热容小，在高温下热容大。（）

7、陶瓷材料中位错密度很高。（）

8、陶瓷材料一般具有优于金属材料的高温强度，高温抗蠕变能力强。（）

9、纤维增强金属基复合材料的目标是，提高基体在室温和高温下的强度和弹性模量。（）

10、复合材料有高的强度和弹性模量、良好的减震性。（）

11、界面的特性对复合材料起着举足轻重的作用。（）

三、简答题：

1、碳钢按照不同的分发可以分为哪几类？

2、什么叫做退火，退火的作用是什么？

3、石墨的存在对铸铁有着什么样的作用？简述其原因。

4、简述镁合金的主要优缺点。

5、与小分子相比高分子有什么特点？

6、高分子有哪三种力学状态？各有什么特点？

7、什么是玻璃化转变温度，有何特点？

8、高分子的废弃物造成了环境问题，可采取什么措施？

9、举例说明陶瓷材料的结合键主要有哪两种，各有什么特点？

10、陶瓷材料主要有哪些相组成，各有什么作用？

11、简述陶瓷材料的力学性能特点。

12、什么是水泥，水泥的种类主要有哪些？

13、衡量耐火材料性能的指标主要有哪些？

14、简述复合材料的发展趋势。

15、简述纤维增强机理，并说明增强纤维起到强化基体作用需要具备哪些条件。

16、什么是颗粒增强复合材料？简述其增强机理。

17、简述短纤维增韧机理。

材料科学基础Ι_课程教学大纲

材料科学基础Ι课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：材料科学基础 所属专业：材料物理，材料化学 课程性质：专业基础课 学分：8 （二）课程简介、目标与任务； 课程简介： 本课程是材料学科本科生的一门专业基础课。它的主要任务是使学生对材料的生产、科研、应用以及它的过去、现在和未来有初步了解，以及对材料科学与工程有一个较全面而又概括的了解同时，使学生掌握较完整全面的材料科学基础知识。本课程的覆盖面较宽，要介绍工程材料的结构与性能，生产制备，科研和应用的概况，材料的发展历史，目前状况和发展趋势。各章节除介绍有关材料的基本知识外，尽可能反映该领域的新成果、新发展及其在新技术中的应用。用必要的例子生动地描述出该领域的基本情况、动态和趋势。从这个意义上说，它不是一门传统的导论课，而是学生掌握材料科学基础知识的基础课。它让学生了解这一领域的基础、现状和前景。课程对材料研究的若干方法也做一些简介。 目标与任务： 通过本课程教学，使学生对材料科学基础知识以及材料的生产过程有一个较全面、较概括的了解；对当前材料科学研究的前沿有初步了解；培养学生对材料科学的兴趣。初步掌握各类工程材料的基本概念，包括组织结构、性能、生产过程和应用等；初步了解材料科学的研究前沿以及我校材料学科的科研工作简况。 （三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接； 本课程是材料专业的专业基础课，本课程的学习需要学生具备高等数学、大学物理、大学化学作基础，同时又是材料专业的专业课（如金属材料学、陶瓷材料学、高分子材料、功能材料等）的基础。 （四）教材与主要参考书。 1. W.D. Callister, Jr., Materials Science and Engineering: An Introduction，6th edition, John Wiley and Sons, Inc., New York,2003.

北工大07 08 09 13材料科学基础-真题及答案

北京工业大学 试卷七 2007年攻读硕士学位研究生入学考试试题 考试科目：材料科学基础 适用专业：材料科学与工程 一、名词解释 1．脱溶(二次结晶) 2．空间群 3．位错交割 4．成分过冷 5．奥氏体 6．临界变形量 7．形变织构 8．动态再结晶 9．调幅分解 10．惯习面 二、填空 1．晶体宏观对称要素有 (1) 、 (2) 、 (3) 、 (4) 和 (5) 。 2．NaCl型晶体中Na+离子填充了全部的 (6) 空隙，CsCl晶体中Cs+离子占据的是 (7) 空隙，萤石中F-离子占据了全部的 (8) 空隙。 3．非均匀形核模型中晶核与基底平面的接触角θ=π/2，表明形核功为均匀形核功的 (9) ，θ= (10) 表明不能促进形核。 4．晶态固体中扩散的微观机制有 (11) 、 (12) 、 (13) 和 (14) 。 5．小角度晶界由位错构成，其中对称倾转晶界由 (15) 位错构成，扭转晶界由 (16) 位错构成。 6．发生在固体表面的吸附可分为 (17) 和 (18) 两种类型。 7．固态相变的主要阻力是 (19) 和 (20) 。 三、判断正误 1．对于螺型位错，其柏氏矢量平行于位错线，因此纯螺位错只能是一条直线。 2．由于Cr最外层s轨道只有一个电子，所以它属于碱金属。 3．改变晶向符号产生的晶向与原晶向相反。 4．非共晶成分的合金在非平衡冷却条件下得到100%共晶组织，此共晶组织称伪共晶。 5．单斜晶系α=γ=90°≠β。 6．扩散的决定因素是浓度梯度，原子总是由浓度高的地方向浓度低的地方扩散。 7．再结晶完成后，在不同条件下可能发生正常晶粒长大和异常晶粒长大。 8．根据施密特定律，晶体滑移面平行于拉力轴时最容易产生滑移。 9．晶粒越细小，晶体强度、硬度越高，塑性、韧性越差。

“材料科学与工程导论”——课程教学大纲

北京工业大学 “材料科学与工程导论”——课程教学大纲 英文名称：Introduction to Materials Science and Engineering 课程编号：0000274 课程类型：学科基础必修课 学时：32 学分：2.0 适用对象：材料类本科生 先修课程：大学物理、高等数学、工程力学 使用教材及参考书： [1] 许并社，材料科学概论，北京工业大学出版社，2002 [2] 冯端、师昌绪、刘治国，材料科学导论，化学工业出版社，2002 [3] 张钧林、严彪、王德平、袁华，材料科学基础，化学工业出版社，2006 [4] 周达飞，材料概论，化学工业出版社，2001 [5] William D. Callister, David G. Rethwisch, Fundamentals of Materials Science and Engineering: An Integrated Approach, John Wiley & Sons INC, 2008 [6] 美国国家研究委员会，90年代的材料科学与材料工程，航空工业出版社，1992 [7] 李恒德、师昌绪，中国材料发展现状及迈入新世纪对策，山东科学技术出版 社，2002 一、课程性质、目的和任务 《材料科学与工程导论》是面向材料学院二年级本科生开设的专业基础必修课。其目的是使学生了解材料科学在经济社会发展中的作用以及材料科学与工程学的形成与学科发展趋势。以材料“四要素”及其相互关系为中心，使学生建立从材料设计、组织控制、制备加工到性能评价与工程应用的概念体系，在掌握材料共性规律与特点的基础上，使学生理解材料科学与工程内涵，学会分析材料问题的方法。以案例的形式，介绍典型金属及无机非金属的结构与功能材料的研究规律，强化学生对“四要素”的理解。 二、课程教学内容及要求

新材料科学导论期末复习题(有答案版)

一、填空题： 1.材料性质的表述包括力学性能、物理性质和化学性质。 2.化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。 3.材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。 4.材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、制备/加工和结构/成分。 5.按组成和结构分，材料分为金属材料，无机非金属材料，高分子材料和复合材料。 6.高分子材料分子量很大，是由许多相同的结构单元组成，并以共价键的形式重复连接而成。 7.复合材料可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。 8.聚合物分子运动具有多重性和明显的松弛特性。 9.功能复合材料是指除力学性能以外，具有良好的其他物理性能并包括部分化学和生物性能的复合材料。如有 光，电，热，磁，阻尼，声，摩擦等功能。 10.材料的物理性质表述为光学性质、磁学性质、电学性质和热学性质。 11.由于高分子是链状结构，所以把简单重复（结构）单元称为链节，简单重复（结构）单元的个数称为聚 合度。 12.对于脆性的高强度纤维增强体与韧性基体复合时，两相间若能得到适宜的结合而形成的复合材料，其性能显示 为增强体与基体的互补。（ppt-复合材料，15页） 13.影响储氢材料吸氢能力的因素有：（1）活化处理；（2）耐久性（抗中毒性能）； （3）抗粉末化性能；（4）导热性能；（5）滞后现象。 14.典型热处理工艺有淬火、退火、回火和正火。 15.功能复合效应是组元材料之间的协同作用与交互作用表现出的复合效应。复合效应表现线性效应和非线性效 应，其中线性效应包括加和效应、平均效应、相补效应和相抵效应。 16.新材料发展的重点已经从结构材料转向功能材料。 17.功能高分子材料的制备一般是指通过物理的或化学的方法将功能基团与聚合物骨架相结合的过程。功能高 分子材料的制备主要有以下三种基本类型： ①功能小分子固定在骨架材料上； ②大分子材料的功能化； ③已有功能高分子材料的功能扩展； 18.材料的化学性质主要表现为催化性能和抗腐蚀性。 19.1977年，美国化学家MacDiarmid，物理学家Heeger和日本化学家Shirakawa首次发现掺杂碘的聚乙炔具有金 属的导电特性，并因此获得2000年诺贝尔化学奖。 20.陶瓷材料的韧性和塑性较低，这是陶瓷材料的最大弱点。 第二部分名词解释

《材料科学基础》课程简介

《材料科学基础》课程简介 1、课程代码 2、课程名称 材料科学基础 3、授课对象 金属材料工程专业本科生 4、学分 3.5 5、修读期 第4学期 6、课程组负责人 彭志方教授、雷燕讲师 7、课程简介 材料科学基础是材料科学与工程专业一级学科公共主干专业课。本课程将系统、全面地介绍材料基础理论知识，诸如材料的结合键、材料的晶体结构、晶体结构缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固、材料中的扩散，材料的塑性变形与强化、材料的亚稳态。本课程着眼于材料基本问题、从金属材料的基本理论出发，将高分子聚合物材料、陶瓷材料、复合材料等结合在一起，使学生能把握材料的共性，熟悉材料的个性。通过理论教学与实验教学，使学生不仅能掌握基本理论，善于分析和解决问题，同时也培养学生的动手能力、验证理论、探索新知识的能力。本课程也是材料科学与工程专业的技术基础课，它为该专业学生的后续课程，如材料加工成型、材料热处理、材料的性能、工程材料学、材料测试、材料的近代研究方法、计算机在材料科学中的应用等提供基础。 8、实践环节学时与内容或辅助学习活动 材料科学基础综合实验1周 9、课程考核 布置课后作业，作为平时成绩，占30％。 期末考试为闭卷考试，卷面考试成绩占70％。 10、指定教材 石德珂，材料科学基础，机械工业出版社，2006 11、参考书目 [1] 物理冶金基础，冶金工业出版社，唐仁正，1997 [2] 材料科学基础，哈尔滨工业大学出版社，赵品，谢辅洲，孙文山.，2000 [3] 材料科学基础，清华大学出版社，潘金生等，1998 [4] 金属学，上海科技出版社，胡庚祥，钱苗根.，1980 12、网上资源

075材料科学基础习题@北工大

1. 有一硅单晶片，厚0.5mm ，其一面上每107个硅原子包含两个镓原子，另一个面经处理后含镓的浓度增高。试求在该面上每107 个硅原子需包含几个镓原子，才能使浓度梯度为2×10-26原子/m 3 2. 为研究稳态条件下间隙原子在面心立方金属中的扩散情况，在厚0.25mm 的金属薄膜的一个端面(面积1000mm m 硅的晶格常数为0.5407nm 。 2 ) 保持对应温度下 的饱和间隙原子，另一端面 3. 一块含0.1%C 的碳钢在930℃渗碳，渗到0.05cm 的地方碳的浓度达到0.45%。在t>0的全部时间，渗碳 气氛保持表面成分为1%， 4. 根据上图4-2所示实际测定lgD 与1/T 的关系图，计算单晶体银和多晶体银在低于700℃温度范围的扩散激活能，并说明两者扩散激活能差异的原因。 5. 设纯铬和纯铁组成扩散偶，扩散1小时后，Matano 平面移动了1.52×10-3cm 。已知摩尔分数C Cr =0.478时，dC/dx=126/cm ，互 扩散系数为1.43×10-9cm 2/s ，试求Matano 面的移动速度和铬、铁的本征扩散系数D Cr ，D Fe 。(实验测得Matano 面移动距离的平方与扩散时间之比为常数。D Fe =0.56×10-9(cm 2 6. 对于体积扩散和晶界扩散，假定Q /s) ) 晶界≈1/2Q 体积7. γ铁在925℃渗碳4h ，碳原子跃迁频率为1.7×10，试画出其InD 相对温度倒数1/T 的曲线，并指出约在哪个温度范围内，晶界扩散起主导作用。 9/s ，若考虑碳原子在γ铁中的八面体间隙跃迁，(a)求碳原子总迁移路程S ； (b)求碳原子总迁移的均方根位移；(c)若碳原子在20℃时跃迁频率为Γ=2.1×10-98.假定聚乙烯的聚合度为2000，键角为109.5°，求伸直链的长度为L /s ，求碳原子的总迁移路程和根均方位移。 max 与自由旋转链的均方根末端距之比值，并解释某些高分 子材料在外力作用下可产生很大变形的原因。(l=0.154nm, h 2=nl 29.已知聚乙烯的Tg=-68℃，聚甲醛的Tg=-83℃,聚二甲基硅氧烷的Tg=-128℃,试分析高分子链的柔顺性与它们的Tg 的一般规律。 ) 10.试分析高分子的分子链柔顺性和分子量对粘流温度的影响。 11.有两种激活能分别为E 1=83.7KJ/mol 和E 2=251KJ/mol 的扩散反应。观察在温度从25℃升高到600℃时对这两种扩散的影响，并 对结果作出评述。

新材料科学导论期末复习题(有答案版)

、填空题： 1.材料性质的表述包括力学性能、物理性质和化学性质。 2.化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。 3.材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。 4.材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、制备/加工和结构/成分。 5.按组成和结构分，材料分为金属材料，无机非金属材料，高分子材料和复合材料。 6.高分子材料分子量很大，是由许多相同的结构单元组成，并以共价键的形式重复连接而成。 7.复合材料可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。 8.聚合物分子运动具有多重性和明显的松弛特性。 9.功能复合材料是指除力学性能以外，具有良好的其他物理性能并包括部分化学和生物性能的复合材料。如有光， 电，热，磁，阻尼，声，摩擦等功能。 10.材料的物理性质表述为光学性质、磁学性质、电学性质和热学性质。 11.由于高分子是链状结构，所以把简单重复（结构）单元称为链节，简单重复（结构）单元的个数称为聚合 度。 12.对于脆性的高强度纤维增强体与韧性基体复合时，两相间若能得到适宜的结合而形成的复合材料，其性能显示为 增强体与基体的互补。（ppt-复合材料，15 页） 13.影响储氢材料吸氢能力的因素有：（1）活化处理；（2）耐久性（抗中毒性能）； （3）抗粉末化性能；（4）导热性能；（5）滞后现象。 14.典型热处理工艺有淬火、退火、回火和正火。 15.功能复合效应是组元材料之间的协同作用与交互作用表现出的复合效应。复合效应表现线性效应和非线性效 应，其中线性效应包括加和效应、平均效应、相补效应和相抵效应。 16.新材料发展的重点已经从结构材料转向功能材料。 17.功能高分子材料的制备一般是指通过物理的或化学的方法将功能基团与聚合物骨架相结合的过程。功能高分 子材料的制备主要有以下三种基本类型： ①功能小分子固定在骨架材料上； ②大分子材料的功能化； ③已有功能高分子材料的功能扩展； 18.材料的化学性质主要表现为催化性能和抗腐蚀性。 19.1977 年，美国化学家MacDiarmid ，物理学家Heeger 和日本化学家Shirakawa 首次发现掺杂碘的聚乙炔具 有金属的导电特性，并因此获得2000 年诺贝尔化学奖。 20.陶瓷材料的韧性和塑性较低，这是陶瓷材料的最大弱点。 第二部分名词解释 1.高分子的柔顺性

材料科学基础课程教学大纲

材料科学基础课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分 课程名称：材料科学基础 所属专业：材料化学 课程性质：专业基础课 学分：4学分（72学时） （二）课程简介、目标与任务、先修课与后续相关课程 课程简介： 本课程是材料专业的一门重要的专业理论基础课。本课程围绕材料化学成分、组织结构、加工工艺与使用性能之间的关系及其变化规律，系统介绍材料的晶体结构、晶体缺陷、弹塑性变形及回复和再结晶、材料中的扩散、结晶与凝固、材料中的相变、相结构与相图等内容及其相互联系。 目标与任务： 学习本课程的目的是为了使学生认识材料的本质，了解金属、无机非金属材料的化学成分、热加工工艺、组织结构与性能之间的关系及其变化规律，为以后学习和工作中如何控制材料的化学成分和生产工艺以提高材料的性能、改进和发展各种热加工工艺以及合理地选材打下系统而坚实的理论基础。 先修课与后续相关课程： 先修课：数学、物理、化学、物理化学等。 后续相关课程：其他相关专业课程。 （三）教材与主要参考书。 教材： (1) 石德柯，材料科学基础，机械工业出版社，第二版。 (2) 胡赓祥，蔡珣，材料科学基础，上海交通大学出版社，第二版。 主要参考书： (1) 赵品，材料科学基础教程，哈尔滨工业大学出版社，年第二版。 (2) 刘智恩，材料科学基础，西北工业大学出版社，年第二版。

二、课程内容与安排 绪论1学时 第一章材料结构的基本知识 第一节原子结构 第二节原子结合建 第三节原子排列方式 第四节晶体材料的组织 第五节材料的稳态与亚稳态结构 （一）教学方法与学时分配 讲授，1学时。 （二）内容及基本要求 主要内容： 【掌握】：熟悉金属键、离子键、共价键、范德华力和氢键的定义、特点。 【了解】：了解原子结构及键合类型；掌握物质的组成、原子的结构、电子结构和元素周期表； 【一般了解】：对什么是材料科学、材料的结构与内部性能之间的关系等知识进行概论。 第二章晶体结构 第一节晶体学基础 第二节纯金属的晶体结构 第三节离子晶体的结构 第四节共价晶体的结构 （一）教学方法与学时分配 讲授，10学时。 （二）内容及基本要求 主要内容： 【重点掌握】：熟悉晶体的特点、空间点阵、晶胞、晶系和布拉菲点阵，晶向和晶面的表示方法，晶体的对称性。 【掌握】：掌握材料的结合方式、晶体学基础、三种典型的金属晶体结构，致密度和配位数，点阵常数和原子半径，晶体的原子堆垛方式和间隙，多晶型性。

材料科学与工程导论课后习题答案-杨瑞城-蒋成禹

第一章 材料与人类 1.为什么说材料的发展是人类文明的里程碑？ 材料是一切文明和科学的基础，材料无处不在，无处不有，它使人类及其赖以生存的社会、环境存在着紧密而有机的联系。纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每一种重要材料的发现和利用，都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产和人类生活带来巨大的变化。 2.什么是材料的单向循环？什么是材料的双向循环？两者的差别是什么？ 物质单向运动模式：“资源开采-生产加工-消费使用-废物丢弃” 双向循环模式：以仿效自然生态过程物质循环的模式，建立起废物能在不同生产过程中循环，多产品共生的工业模式，即所谓的双向循环模式（或理论意义上的闭合循环模式）。 差别：单向循环必然带来地球有限资源的紧缺和破坏，同时带来能源浪费，造成人类生存环境的污染。 无害循环：流程性材料生产中，如果一个过程的输出变为另一个过程的输入，即一个过程的废物变成另一个过程的原料，并且经过研究真正达到多种过程相互依存、相互利用的闭合的产业“网”、“链”，达到了清洁生产。 地球 原材料 工业原料 废料 产品 工程材料 资源开采 冶金等初加工 进一步加工 人类使用后失效 组合加工制造 地球 综合利用变为无害废物 综合利用变为无害废物 废料 工业用原料 原材料 产品 工程材料 经过人类处理重新利用后的无害废物

3.什么是生态环境材料？ 生态环境材料是指同时具有优良的使用性能和最佳环境协调性能的一大类材料。这类材料对资源和能源消耗少，对生态和环境污染小，再生利用率高或可降解化和可循环利用，而且要求在制造、使用、废弃直到再生利用的整个寿命周期中，都必须具有与环境的协调共存性。因此，所谓环境材料，实质是赋予传统结构材料、功能材料以特别优异的环境协调性的材料，它是材料工作者在环境意识指导下，或开发新型材料，或改进、改造传统材料，任何一种材料只要经过改造达到节约资源并与环境协调共存的要求，它就应被视为环境材料。 4.为什么说材料科学和材料工程是密不可分的系统工程？ 材料科学与工程的材料科学部分主要研究材料的结构与性能之间所存在的关系，即集中了解材料的本质，提出有关的理论和描述，说明材料结构是如何与其成分、性能以及行为相联系的。而另一方面，与此相对应，材料工程部分是在上述结构-性能关系的基础上，设计材料的组织结构并在工程上得以实施与保证，产生预定的种种性能，即涉及到对基础科学和经验知识的综合、运用，以便发展、制备、改善和使用材料，满足具体要求。两者只是侧重点不同，并没有明显的分界线，一般在使用材料科学这一术语时，通常都包含了材料工程的许多方面；而材料工程的具体问题的解决，毫无疑问，都必须以材料科学作为基础与理论依据，所以材料科学与材料工程是一个整体。 5.现代材料观的六面体是什么？怎样建立起一个完整的材料观？ 材料科学与工程研究材料组成、性能、生产流程和使用效能四个要素，构成四面体。 成分、合成与加工、结构、性能及使用效能连接在一起组成一个六面体。 6.什么是材料的使用效能？ 指材料在使用条件下的表现，如使用环境、受力状态对材料特征曲线以及寿命的影响。效能往往决定着材料能否得到发展和使用。 7.试讲一下材料设计与选用材料的基本思想与原则？ 材料设计是应用已知理论与信息，预报具有预期性能的材料，并提出其制备合成方案。材料设计可根据设计对象所涉及的空间尺度划分为显微结构层次、原子分子层次和电子层次设计，以及综合考虑各个层次的多尺度材料设计。 从工程角度，材料设计是依据产品所需材料的各项性能指标，利用各种有用信息，建立相关模型，制定具有预想的微观结构和性能的材料及材料生产工艺方法，以满足特定产品对新材料的需求。 选材原则：1）胜任某一特定功能；2）综合性能比较好；3）材料性能差异定量化；4）成本、经济与社会效益；5）与环境保护尽可能地一致，即对环境尽可能友好。 选材思想：设计-工艺-材料-用户最佳组合的结果 第二章工程材料概述 工程材料分为：金属材料、陶瓷材料、聚合物材料、复合材料以及不宜归入上述四类的“其他材料”。 1.什么是黑色金属？什么是有色金属？

材料科学基础课后习题答案

《材料科学基础》课后习题答案 第一章材料结构的基本知识 4. 简述一次键和二次键区别 答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。 6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？ 答：材料的密度与结合键类型有关。一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。 9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。 答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。两相组织是指具有两相的组织。单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。 10. 说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义，说明稳态结构和亚稳态结构之间的关系。 答：同一种材料在不同条件下可以得到不同的结构，其中能量最低的结构称为稳态结构或平衡太结构，而能量相对较高的结构则称为亚稳态结构。所谓的热力学条件是指结构形成时必须沿着能量降低的方向进行，或者说结构转变必须存在一个推动力，过程才能自发进行。热力学条件只预言了过程的可能性，至于过程是否真正实现，还需要考虑动力学条件，即反应速度。动力学条件的实质是考虑阻力。材料最终得到什么结构取决于何者起支配作用。如果热力学推动力起支配作用，则阻力并不大，材料最终得到稳态结构。从原则上讲，亚稳态结构有可能向稳态结构转变，以达到能量的最低状态，但这一转变必须在原子有足够活动能力的前提下才能够实现，而常温下的这种转变很难进行，因此亚稳态结构仍可以保持相对稳定。 第二章材料中的晶体结构 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： 32）与[236] （001）与[210]，（111）与[112]，（110）与[111]，（132）与[123]，（2 （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。 解：（1）

北京工业大学2017年《材料科学基础》硕士考试大纲_北京工业大学考研大纲

北京工业大学2017年《材料科学基础》硕士考试大纲一、考试要求 材料科学基础考试大纲适用于北京工业大学材料科学与工程学院（0805）材 料科学与工程和（085204）材料工程（专业学位）；激光工程研究院（0803）光 学工程与（085202）光学工程（专业学位）；以及固体微结构与性能研究所（0805） 材料科学与工程学科的硕士研究生入学考试。此课程是材料科学与工程学科的重 要基础理论课，是理解并学习各种材料其结构、加工工艺与性能之间联系的基础。 材料科学基础的考试内容主要包括各类材料共性基础知识部分（原子结构与结合 键、晶体结构、晶体缺陷、相图与相平衡、材料的凝固）、金属材料基础知识部 分（金属晶体中位错、表面与界面、塑性变形与再结晶、金属晶体中扩散、固态 相变、金属材料强韧化）和无机材料基础知识部分（无机材料化学键结构与晶体 结构、无机材料的缺陷、无机材料的相图与相变过程、无机材料的基本制造加工 原理、无机材料的机械性能、无机材料的光学和电学性能），要求考生对其中的 基本概念和基础理论有深入的理解，系统掌握各类基本概念、理论及其计算和分 析的方法，具有综合运用所学知识分析和解决材料科学与工程实际问题的能力。 二、考试内容 考试内容分为材料共性知识、金属材料基础知识和无机材料基础知识三大部 分，总分150分。其中，材料共性知识部分所有学生均需作答，共105分；金属 材料基础知识部分和无机材料基础知识部分考生需根据自己的专业背景二选一 作答，不能混做，共45分。题型一般包括名词解释、填空、判断正误、问答、 计算、分析题等。 （一）材料共性知识部分 1.原子结构与结合键 (1)熟练掌握电离能、电子亲和能、电负性、金属间化合物、电子化合物等 概念，熟练掌握原子核外电子排布，理解光的波粒二象性、测不准原理、泡利不 相容原理、洪特规则、能量最低原理、电子能带结构理论； (2)熟练掌握各种结合键的概念、特点、代表材料，通过结合键及原子间作 用力和键能分析材料的物理化学性质。 2.晶体结构 (1)掌握空间点阵、晶胞、空间群等晶体学基本概念，三大晶族与七大晶系 分类，理解晶体的宏观对称性； (2)熟练掌握简单立方、体心立方、面心立方、密排六方等结构的堆积方式、 配位数、致密度、晶胞原子数、点阵常数与原子半径之间的关系，熟练掌握各种 结构中晶向指数和晶面指数的表征，晶向族、晶面族的确定，晶面间距的计算， 晶带定律的应用。 3.晶体缺陷 (1)熟练掌握晶体缺陷的分类，点缺陷的平衡浓度计算，固溶体的分类、概 念、特点、形成条件及影响因素，缺陷反应方程计算； (2)熟练掌握各类位错的定义及相关的基本概念，如滑移、滑移面、滑移方 向、滑移系、临界分切应力、全位错、不全位错、位错密度等；掌握刃位错、螺 位错的特点及其柏氏矢量的概念、确定与表征方法，掌握发生位错反应的条件及 其产物；

材料科学与工程导论重点

《材料科学与工程》期末复习题 一、填空题（每空 1 分，共 24 分） 1.根据材料的化学组成，材料可以分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料。 2.生态环境材料的三要素为先进性、环境协调性、舒适性。 3.生态环境材料可分为原料无害化材料、绿色环境过程材料、可循环利用材料、高资源生产率材料。 4.按照断口颜色分，铸铁可以分为灰铸铁、白口铸铁和马口铸铁。 5.按照化学类型，贮氢合金可以分为AB5型、AB2型、AB型、A2B型。 6.减震合金的分类：孪晶型、铁磁性型、位错型、复相型、复合型。 7.常用的硬度测试方法：布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法、显微维氏硬度、肖氏硬度 法。 8.按研究的尺度，材料的结构可以分为四个层次：宏观组织结构、显微组织结构、原子(分子)排列结构和原子中的电子结构。 9.塑性变形方式：位错运动、孪晶、蠕变、粘滞性流动。 10.选矿的主要方法有：手工选矿法、重力选矿法、磁选法、浮选法、联合选矿法。 11.从工艺角度看，冶炼可以分为火法冶炼、湿法冶炼、电冶炼。 二、判断题：（所给的是正确表述）（每题1 分，共6 分） 1.用洛氏硬度的三种表示方法 HRC、HRB、HRA 表示出来的硬度无法比较。 2.σmax/гmax 越大，脆性越大。 3.刃型位错的位错线与滑移方向垂直，螺旋位错的位错线与滑移方向平行。 4.位错属于线缺陷。 5.防锈铝合金，不可以采用热处理强化，而是采用冷加工变形硬化。 6.冷变形温度比淬火温度高。 7.工业高纯铝，数字越大,纯度越高。 8.固溶体的晶质类型跟溶剂保持一致。 三、简答题：（每题4 分，共16 分，8 选4） 1.什么是生命周期评价方法？ 答：是用数学物理方法结合实验分析对某一过程、产品或事件的资料、能源消耗、废物排放、环境吸收和消耗能力等环境负担性进行评价、定量该过程、产品或事件的环境合理性及环境负荷量的大小。 2.传统陶瓷与现代陶瓷的区别？ 答：

复旦大学材料科学导论课后习题答案(搭配_石德珂《材料科学基础》教材)

材料科学导论课后习题答案 第一章材料科学概论 1.氧化铝既牢固又坚硬且耐磨，但为什么不能用来制造榔头？ 答：氧化铝脆性较高，且抗震性不佳。 2.将下列材料按金属、陶瓷、聚合物和复合材料进行分类： 黄铜、环氧树脂、混泥土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅锡焊料、橡胶、纸杯答：金属：黄铜、镁合金、铅锡焊料；陶瓷：碳化硅；聚合物：环氧树脂、沥青、橡胶、纸杯；复合材料：混泥土、玻璃钢 3.下列用品选材时，哪些性能特别重要？ 答：汽车曲柄：强度，耐冲击韧度，耐磨性，抗疲劳强度； 电灯泡灯丝：熔点高，耐高温，电阻大； 剪刀：硬度和高耐磨性，足够的强度和冲击韧性； 汽车挡风玻璃：透光性，硬度； 电视机荧光屏：光学特性，足够的发光亮度。 第二章材料结构的基础知识 1.下列电子排列方式中，哪一个是惰性元素、卤族元素、碱族、碱土族元素及过渡金

属？ (1) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2 (2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 (3) 1s2 2s2 2p5 (4) 1s2 2s2 2p6 3s2 (5) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2 (6) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 答：惰性元素：(2)；卤族元素：(3)；碱族：(6)；碱土族：(4)；过渡金属：(1),(5) 2.稀土族元素电子排列的特点是什么？为什么它们处于周期表的同一空格内？ 答：稀土族元素的电子在填满6s态后，先依次填入远离外壳层的4f、5d层，在此过程中，由于电子层最外层和次外层的电子分布没有变化，这些元素具有几乎相同的化学性质，故处于周期表的同一空格内。 3.描述氢键的本质，什么情况下容易形成氢键？ 答：氢键本质上与范德华键一样，是靠分子间的偶极吸引力结合在一起。它是氢原子同时与两个电负性很强、原子半径较小的原子（或原子团）之间的结合所形成的物理键。当氢原子与一个电负性很强的原子（或原子团）X结合成分子时，氢原子的一个电子转移至该原子壳层上；分子的氢变成一个裸露的质子，对另外一个电负性较大的原子Y表现出较强的吸引力，与Y之间形成氢键。 4.为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高？

材料科学基础课后答案

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 =,X F = 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：%=% 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：%=% 3、ZnS 中离子键比例为：2 1/4(2.581.65)[1]100%19.44%ZnS e --=-?=中离子键含量 共价键比例为：%=% 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}21 14 1.414a -+? = 密排方向：<111> 11.15a -= 2、面心立方

北京工业大学：材料科学基础 教学大纲

材料科学基础教学大纲 材料科学基础Ⅱ－1 英文名称：Principles of Materials Science Ⅱ－1 课程编号：0003240 课程类型：学科基础必修课 学时：64 学分：4 适用对象：材料类本科 先修课程：物理化学 使用教材及参考书： 1.《材料科学基础》，徐恒钧编著，北京工业大学出版社，2001年10月 2. Materials Science and Engineering An Introduction, William D. Callister, Jr. John Wiley & Sons(ASIA) Pte Ltd, 2002 一、课程性质、目的和任务 本课程为材料科学与工程一级学科专业基础必修课，是研究材料的成分、结构与性能之间的关系及其变化规律的一门应用基础科学，是进一步学习金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料、结构材料及功能材料的基础。它将阐述各种材料的共性基础知识，从材料的组织结构出发，研究材料的结构与材料的制备方法、加工工艺以及材料性能之间的关系。 二、课程教学内容及要求 第一章原子结构与结合键 第一节原子结构：电子波函数及四个量子数[1] 第二节结合键:键型及其性质[2] 第二章材料的结构 第一节晶体学基础：点阵和晶胞[1]；晶体对称性[2]；晶面指数和晶向指数[1]；晶体投影Δ 第二节常见晶体结构：密堆积[1]；氯化铯[1]、氯化钠[1]；纤锌矿[1]；闪锌矿[1]；钙钛矿[1]；金红石[2]；萤石Δ 第三节固溶体结构[2]； 第四节金属间化合物[2]； 第五节硅酸盐结构[2]； 第六节非晶态固体[3]； 第七节准晶体[3]； 第八节能带理论初步Δ 第三章晶体结构缺陷 第一节点缺陷[1]; 第二节位错的结构[1]； 第三节位错的运动[2]； 第四节位错应力场[3]； 第五节位错与缺陷的交互作用[3]； 第六节位错的增殖、塞积与交割[3]；

材料科学与工程导论样本

材料科学与工程导论 1 本课程的基本概念: 材料科学虽然是一门基础科学, 可是它涉及到诸如本课程的基本概念: 表面物理学、表面化学、金属学、陶瓷学、高分子学、传热学、传质学等多个学科的理论; 同时也与信息科学、生命科学、深海和深空科学等现代科学技术紧密相连。 1.1材料与人类文明一、材料与人类文明发展( 历史贡献) --石器时代、铜器时代、铁器时代、钢铁时代、合成材料时代、复合材料时代…… 陶器( china) 1.陶器出現是人类跨入新石器时代的重要标志之一, 2.据当前已知的考古资料, 中国的陶器制作至少已80 以上的历史。 青铜: 第一种合金 1.青铜, 古称金或吉金, 是红铜与其它化学元素( 锡、镍、铅、磷等) 的合金。 2.史学上所称的”青铜时代”是指大量使用青铜工具及青铜礼器的时期。 3.到春秋战国時期, 齐国工匠总结科技经验写成的《考工记》一书中, 提出了「金有六齐」, 这是世界科技史上最早的冶铜经验总结。 二、材料与人类现代文明 －－材料是发展高科技的先导和基石 ( 一) 支撑人类现代文明大厦的四大支柱技术 1.材料科学与技术 2.生物科学与技术 3.能源科学与技术 4.信息科学与技术 * 其中材料是基础! 材料的应用: 计算机与材料; 飞机和材料;复合科学材料能源。 ( 二) 新能源材料则是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料。 1.主要包括储氢电极合金材料为代表的镍氢电池材料;

2.嵌锂碳负极和LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料; 3.Si 半导体材料为代表的太阳能电池材料; 4.铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。 1.2 材料科学概论 化学成分不同的材料其性能也不相同。但对于同一成分的材料, 经过不同的加工工艺也能够使其性能发生极大的变化。*可见, 除化学成分外, 材料内部的结构和组织状态也是决定材料性能的重要因素。 *材料科学与工程( MSE ) 四要素:材料的合成与制备;成分与组织结构;材料特性;服役行为与使用寿命。 * 性能: 工程材料的性能主要是指材料的使用性能和工艺性能。 一使用性能: 材料的使用性能是指在服役条件下, 能保证安全可靠工作所必备的性能, 其中包括材料的力学性能、物理性能和化学性能。 ①力学性能:主要包括工程材料的强度、硬度、塑性、韧性、蠕变和疲劳性能。 ②物理性能:主要包括工程材料的熔点、密度以及电、磁、光和热性能。 ③化学性能:是指工程材料在环境作用下的耐腐蚀和抗老化性能。 ( 一) 、力学性能——材料在外加载荷( 外力或能量) 作用下或载荷环境因素( 温度、介质和加载速率) 联合作用下表现出来的行为。 －主要是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。 机械设计中应首先考虑材料的力学性能。通俗地讲力学性能决定了在多大和怎样形式的载荷条件下而不致于改变零件几何形状和尺寸的能力。 指标:弹性、塑性、韧性、强度、硬度和疲劳强度等。1、材料的强度(strength)—材料所能承受的极限应力。 物理意义:材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。 抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。公式: σ=P/F o 单 位: 单位: MPa(MN/mm 2 ) ( 1) 屈服强度σs( yield strength) 和条件屈服强度σ0.02

2019年北京工业大学材料科学与工程专业考研经验分享

北京工业大学材料考研经验帖 一、简介： 材料学院考研由材料科学与工程（学硕）和材料工程（专硕）两个部分组成，两部分都由1、生态环境材料与资源循环技术，2、稀土、难熔金属等功能材料，3、先进材料加工技术，4高性能结构材料技术，5、光电信息和高效能源材料五个研究方向。学校在学硕和专硕上的培养方法方式是完全一致的，两部分的公共课（除英语外，学硕英语一，专硕英语二）、专业课考试内容等都是一样的。其差别在于专硕录取门槛稍微低一点，学硕有硕博连读的优势，当然，专硕也是有这样的机会，只是专硕的话需要加一次答辩，如果有继续深造攻读博士学位意愿的同学建议选择学硕。至于研究方向上的选择，学校的材料专业是双一流学科，研究的都是前沿科技，先进材料加工技术比较火爆，竞争当然也就大，同学可以根据自己的实力评估以及自己比较熟悉或感兴趣的方向选择。 二、参考书目： 1. 《材料科学基础》，徐恒钧主编，刘国勋主审，北京工业大学出版社，2002 年出版。 2. 《材料科学与工程基础》，郭福等译，化学工业出版社，2016 年出版，（译自于，Fundamentals of Materials Science and Engineering, 4th Edition, William D. Callister Jr., John Wiley & Sons Inc., 2013）。 3. 《金属学与热处理》，崔忠圻主编，机械工业出版社，1989 年出版（第二版为2011 年出版）。 4. 《陶瓷导论》，清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室译，高等教育出版社，2016 年出版，（译自于，Introduction to Ceramics, 2nd Edition, Kingery, W. D, John Wiley & Sons Inc., 1976）。 5、同学自己的专业书课本(听过课的书知识点比较容易吸收，所以只要相关的都可以拿来辅助学习。) 三、复习计划和准备经验： 3.1初试篇 时间安排： 本人是从2017年2月下旬开学后开始着手准备的，计划是6月份之前主攻英语和数学，7、8、9月份主攻专业课利用暑假时间跟学长在新祥旭机构集中上课，专业课讲的比较好的10月份主攻政治，11月份开始直到考前每天所有学科安排复习。每天6点半左右起床，晚上10点多图书馆关门回宿舍，该上课的时间上课，其余基本都是泡图书馆。

074材料科学基础实验指导@北工大lab8

实验八晶体结晶过程观察及凝固条件对 铸锭组织的影响 （Observation of the crystallization process of crystalloid and the impact of solidification conditions on ingot structure） 实验学时：2 实验类型：操作 前修课程名称：《材料科学导论》 适用专业：材料科学与工程 一、实验目的 ⒈观察盐类的结晶过程： ⒉分析凝固条件对铸锭组织的影响。 二、概述 盐和金属均为晶体。由液态凝固形成晶体的过程叫结晶。不论盐的结晶，金属的结晶以及金属在固态下的重结晶都遵循生核和长大的规律。结晶的长大过程可以观察到，可是晶核的大小不能用肉眼看到，因为临界晶核的尺寸很小，而在试验中只能见到正在长大的晶粒，此刻已经不再是临界尺寸的晶核。金属和盐类晶体最常见到的是树枝状晶体。通过直接观察透明盐类（如氯化铵等）的结晶过程可以了解树枝状晶体（枝晶）的形成过程。 在玻璃片上滴上一滴接近饱和的氯化铵溶液，观察它的结晶过程。随着液体的蒸发，溶液逐渐变浓，达到饱和，由于液滴边缘最薄，因此蒸发最快，结晶过程将从边缘开始向内扩展。 结晶的第一阶段是在最外层形成一圈细小的等轴晶体，结晶的第二阶段是形成较为粗大的柱状晶体，其成长的方向是伸向液滴的中心，这是由于此时液滴的蒸发已比较慢，而且液滴的饱和顺序也是由外向里，最外层的细小等轴晶只有少数的位向有利于向中心生长，因此形成了比较粗大的、带有方向性的柱状晶。结晶的第三阶段是在液滴的中心部分形成不同位向的等轴枝晶。这是由于液滴的中心此时也变的较薄，蒸发也较快，同时溶液的补给也不足，因此可以看到明显的枝晶组织。