(完整版)材料科学基础试卷及答案7套

试题1

一. 图1是Na

2

O的理想晶胞结构示意图，试回答：

1．晶胞分子数是多少；

2．结构中何种离子做何种密堆积；何种离子填充何种空隙，所占比例是多少；

3．结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；

4．计算说明O2-的电价是否饱和；

5．画出Na

2

O结构在（001）面上的投影图。

二. 图2是高岭石(Al

2O

3

·2SiO

2

·2H

2

O)结构示意图，试回答：

1．请以结构式写法写出高岭石的化学式；

2．高岭石属于哪种硅酸盐结构类型；

3．分析层的构成和层的堆积方向；

4．分析结构中的作用力；

5．根据其结构特点推测高岭石具有什么性质。

三. 简答题：

1.晶体中的结构缺陷按几何尺寸可分为哪几类？

2.什么是负扩散？

3．烧结初期的特征是什么？

4.硅酸盐晶体的分类原则是什么？

5.烧结推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移？

6.相变的含义是什么？从热力学角度来划分，相变可以分为哪几类？

四. 出下列缺陷反应式：

1.NaCl形成肖特基缺陷；

2.AgI形成弗仑克尔缺陷（Ag+进入间隙）；

3.TiO

2掺入到Nb

2

O

3

中，请写出二个合理的方程，并判断可能成立的方程是

哪一种？再写出每个方程的固溶体的化学式。

4.NaCl溶入CaCl

2

中形成空位型固溶体

五. 表面力的存在使固体表面处于高能量状态，然而，能量愈高系统愈不

稳定，那么固体是通过何种方式降低其过剩的表面能以达到热力学稳定状态的。

六.粒径为1μ的球状Al

2O

3

由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，

在恒定温度下，第一个小时有20%的Al

2O

3

起了反应，计算完全反应的时间：⑴用

杨德方程计算；⑵用金斯特林格方程计算。

七.请分析熔体结构中负离子团的堆积方式、聚合度及对称性等与玻璃形成之关系。

八.试从结构和能量的观点解释为什么D晶界>D晶内？

九.试分析二次再结晶过程对材料性能有何影响？工艺上如何防止或延缓二次再结晶的发生？

十.图3是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：

1．写出点P，R，S的成分；

2．设有2kgP，问需要多少何种成分的合金Z才可混熔成6kg成分为R的合金。

十一.图4是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：

1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条线上温度下降方向及界线的性

质；

2．判断化合物D、F的性质；

3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；

4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；

5．写出组成点H在完全平衡条件下的冷却结晶过程，写出当液相组成点刚刚到达E4点和结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。

试题2

晶胞图（见图1）回答下列问题：

一、(1)（12分）根据CaTiO

3

1.晶面BCGF、DEG的晶面指数；晶向DF、HA的晶向指数。

2.结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；

3.晶胞分子数是多少？何种离子添何种空隙，空隙利用率是多少？

2-离子，为什么？

4.结构中是否存在TiO

3

(2)（11分）图2是镁橄榄石(Mg2[SiO4])结构示意图，试回答：

1．镁橄榄石属于哪种硅酸盐结构类型；

2．计算说明O2-的电价是否饱和；

3．结构中有几种配位多而体，各配位多面体间的连接方式怎样? 4．镁橄榄石是否容易形成玻璃，为什么？

图1 图2

二、（10分）写出下列缺陷反应式：

1.NaCl形成肖脱基缺陷。

2.AgI形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙）

3.TiO

2掺入到Nb

2

O

3

中，请写出二个合理的方程，写出固溶体的化学式，

并判断可能成立的方程是哪一种？

三、（10分）判断下列叙述是否正确？若不正确，请改正。

1.Na

2O-SiO

2

系统中随SiO

2

含量的增加，熔体的粘度将降低。

2.扩散的推动力是浓度梯度，所有扩散系统中，物质都是由高浓度处向低浓度处扩散。

3.晶粒正常长大是小晶粒吞食大晶粒，反常长大是大晶粒吞食小晶粒。

4.固溶体是在固态条件下，一种物质以原子尺寸溶解在另一种物质中形成的单相均匀的固体。

5.在热力学平衡条件下，二元凝聚系统最多可以3相平衡共存，它们是一个固相、一个液相和一个气相。

四、（6分）什么叫弛豫表面？NaCl单晶表面具有什么样的结构特点？

五、（6分）巳知Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO

4

中的自扩散系数与温度的关系分别为

1.试求1403K时Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO

4

中的扩散系数。

2.将细铂丝涂在两种氧化物ZnO和Cr

2O

3

的分界线上，然后将这些压制

成型的样品进行扩散退火。（标记物铂丝非常细，不影响离子在不同氧化物之间的扩散）。根据所得数据判断铂丝将向哪一方向移动？

六、（6分）为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变?什么情况下需过冷，什么情况下需过热，各举一个例子。

七、（6分）粒径为1μ球状Al

2O

3

由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的

形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al

2O

3

起了反应，分别用扬德方程、金

斯特林格方程计算完全反应的时间，对计算结果进行比较并说明为什么？

八、（6分）陶瓷材料中晶粒的大小与什么有关？工艺上如何控制晶粒尺寸（请列出三种途径）？

九、（26分）图3 是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：

1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；

2．判断化合物D、M的性质；

3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；

4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；

5．写出组成点H在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。

图3

试题3

晶胞图（见图1）回答下列问题（18）：

一、根据CaTiO

3

1、晶面BCGF、HAC的晶面指数；晶向DF、AH的晶向指数。

2、结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；

3、晶胞分子数是多少？何种离子添何种空隙，空隙利用率是多少？

4、计算说明O2-的电价是否饱和；

2-离子，为什么？

5、结构中是否存在TiO

3

图 1二、下列硅酸盐矿物各属何种结构类型（6）：

r-Ca

2[Si0

4

]， K[AISi

3

O

8

]， CaMg[Si

2

O

6

]，

Mg

3[Si

4

O

10

](OH)

2

， Ca

2

Al[AlSiO

7

]， Ca

2

Mg

5

[Si

4

O

11

]（OH）

2

三、1、写出下列缺陷反应式（10）：

(1) CaCl

2

溶人NaC1中形成空位型固溶体，并写出固溶体的化学式；

(2) NaCl形成肖脱基缺陷。

2、为什么间隙型固溶体不能形成无限固溶体？

四、硅酸盐熔体的结构特征是什么？从Na

2O—SiO系统出发，随引入B

2

O

3

量的增加，系统的粘度如何变化，为什么？（10）

五、固体是如何降低系统的表面能的，为什么相同组成的固体的表面能总是高于液体的表面能？（8）

六、假定碳在α—Fe(体心立方)和γ—Fe（面心立方）中进行扩散，碳在α—Fe中的D0和扩散活化能为0.0079、83600J/mol，碳在γ—Fe中的D0和扩散活化能为0.21和141284J/mol，计算800℃时各自的扩散系数并解释其差别。

（6）

七、为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变? 什么情况下需过冷，什么情况下需过热，试证明之。（6）

八、如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为Mg(OH)

2、MgO、γ-Al

2

O

3

、

α-Al

2O

3

，从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？请说明原因。（6）

九、下列过程中哪一个能使烧结体强度增大，而不产生坯体宏观上的收缩? （6分）

(a)蒸发冷凝、 (b) 体积扩散、 (c)粘性流动、 (d)表面扩散、(e)溶解沉淀

十、图2是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题（24）：

1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；

2．判断化合物S

1、S

2

、S

3

的性质；

3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；

4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；

5．写出组成为H的混合物在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出组成H的混合物在完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。

图 2

试题4

一、填空题（2×10=20分）

1、依据（）之间关系的不同，可以把所有晶体的空间点阵划归为七类，即（）晶系、单斜晶系、（）晶系、三方晶系、正方晶系、六方晶系和（）晶系。

2、扩散的基本推动力是（），一般情况下以（）等形式（列出一种即可）表现出来，扩散常伴随着物质的（）。

3、晶面族是指（）的一组晶面，同一晶面族中，不同晶面的指数的（）相同，只是（）不同。

、萤石中，加入同样的外来杂质原子，可以预料形

4、向MgO、沸石、TiO

2

成间隙型固溶体的固溶度大小的顺序将是（）。

5、烧结过程可以分为（）三个阶段，在烧结的中后期，与烧结同时进行的过程是（）。

6、液体表面能和表面张力数值相等、量纲相同，而固体则不同，这种说法（是/否）正确，因为（）。

7、驰豫表面是指（），NaCl单晶的表面是（）。

8、一般的固态反应包括（）两个过程，化学动力学范围是指（）。

9、从熔体结构角度，估计长石、辉石(MgO?SiO

2

)、镁橄榄石三种矿物的高温熔体表面张力大小顺序（）。

10、刃性位错的柏氏矢量与位错线呈（）关系，而螺位错两者呈（）关系。

二、Zn2+在ZnS中扩散时，563℃时的扩散系数为3×10-14cm2/sec，450℃时的扩散系数为1.0×10-14cm2/sec,（10分）

求:(1) 扩散的活化能和D

；

(2) 750℃时的扩散系数。

三、根据Mg

2[SiO

4

]在(110)面的投影图回答（10分）：

(1) 结构中有几种配位多面体，各配位多面体间的连接方式怎样?

(2) O2-的电价是否饱和? (3) 晶胞的分子数是多少?

(4) Si4+和Mg2+所占的四面体空隙和八面体空隙的分数是多少?

黑球

小白

大白

图 2

四、铜在过冷的液体中均匀形核，设晶胚为球状，半径为r。已知

△Gv=—3.6×106J/cm3；液固界面的界面能为σ=0.15J/cm2；铜为面心立方结构，其点阵常数a=0.361nm,1nm=10-7cm。（10分）

求:(1) 根据能量方程导出临界晶核半径r*的表达式，并计算其大小；

(2) 求出临界晶核中的原子个数。

五、熔体结晶时（10分）：

(1) 讨论温度对总结晶速率的影响；

(2) 指出在哪一温度范围内对形成玻璃有利，为什么？

六、1．写出下列缺陷方应方程式。（5分）

1）TiO

2加入到A1

2

O

3

中（写出两种）；

2）NaCl形成肖脱基缺陷。

2．画出体心立方点阵的晶胞结构图，并在图中作出(112)晶面和晶向。（5分）

3．实验室要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为Mg(OH)

2

、MgO、

Al

2O

3

·3H

2

O、γ-Al

2

O

3

、α-Al

2

O

3

。从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较

好？请说明原因。（5分）

七、如图A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题（25分）：

1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；

2．判断化合物F、G、H 的性质；

3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；

4．写出组成点M1在完全平衡条件下的冷却结晶过程；

5．写出组成点M2在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和

完全熔融的温度；写出完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。

图 2

试题5

一、填空题（1′10=10分）

1、密排六方结构（等径球堆积）单位晶胞中分子数是（），配位数是（）。

2、Fick扩散第二定律的一维表达式为（）。

3、当晶核剂和晶核具有（）时，对核化最有利。

4、广义材料腐蚀是指材料由于（）而引起的破坏和变质过程。

5、烧结中后期所伴随的（）等，决定了材料显微结构的形成，也决定了材料最终的性质或性能。

6、固态物质的反应活性通常（），当反应物之一存在多晶转变时则转变温度通常也是（）。

7、从熔融态向玻璃态转化的过程是可逆的和渐变的，是在（）范围内完成，无固定熔点。

8、刃位错的柏氏矢量与位错线呈（）关系。

二、晶体结构-性质关系（20分）

1、根据下图的萤石结构图回答下列问题（14分）：

1）指出萤石结构中正负离子的堆积方式（两种方式）；

2）写出结构中正负离子的配位数及其配位多面体；

3）Ca2+离子的配位多面体之间是如何连接的？

4）在结构图中用△和▽标示相互平行的同号离子层，分析萤石晶体的解理性。

2、根据Si/O比例不同划分硅酸盐晶体结构类型。（6分）

三、晶体结构缺陷（10分）

1、晶体A属于体心立方空间点阵，若原子B溶入A晶格的顶点位置形成置换型固溶体（全部取代），那么其成分可能是AB还是AB3？为什么？(4分)

2、Al2O3掺入到MgO中，请写出二个合理的方程，并写出对应的固溶体化学式(6分)。

四、从熔体结构角度，估计长石、辉石(MgO·SiO2)、镁橄榄石三种矿物的高温熔体表面张力

大小顺序，并分析它们形成玻璃的能力。（10分）

五、1、氧化铝瓷件表面上涂银后，烧到1000℃时，巳知γ(Al2O3，固)＝1J/m2；γ(Ag，液)＝0.92J/m2；γ(Ag，液/ Al2O3，固)＝1.77 J/m2，试问液态银能否润湿氧化铝瓷件表面？可以用什么方法改善它们之间的润湿性？请提出一种最有可能实现的措施。(6分)

2、根据威尔的表面双电层理论，某些化合物表面可能由负离子组成，正离子被负离子所屏蔽。已知PbI2的表面能为1.3×10－5J/cm2，CaF2的表面能为2.5×10－4J/cm2，请判断PbI2和CaF2的表面双电层厚度的大小，并解释产生的原因。(4分)

六、已知铜的熔点Tm＝1083℃，熔化热△H＝1628J/cm3，固液界面能γ＝

1.77×10－5J/cm2，铜为面心立方晶体，点阵常数a＝0.3615nm。（10分）

1、当液态金属铜过冷至853℃进行均态形核时，求临界晶核半径和每个临界晶核的原子数（设晶核为球形）。

2、若为非均态形核，求临界球冠的原子数。（设形成球冠的高度为h＝0.2R，球冠体积，R为球冠半径）

七、经过计算可知1000℃下氢在面心立方铁中的扩散系数为＝1.08×10－4cm2/s，同等条件下镍在面心立方铁中的扩散系数为＝4.27×10－

11cm2/s，＞＞，请对这种差别进行解释。（5分）

八、实验室要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为MgCO3、MgO、α－Al2O3、γ－Al2O3。从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？请说明原因。（5分）

九、如图A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题（20分）：

1、在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；

2、判断化合物D 的性质；

3、写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；

4、写出组成点M1在完全平衡条件下的冷却结晶过程，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）；

5、写出组成点M2在完全平衡条件下的冷却结晶过程，在M2熔体的液相组成点刚刚到达J1时，求其相组成（用线段比表示）。在J1的反应哪个晶相先消失，为什么？

试题6

一、填空（0.5╳30=15分）

1、六方最紧密堆积的晶胞中共有（）个原子，配位数为（），有（）和（）两种空隙。

2、硅酸盐晶体按化学式中（）的不同，可以对其结构进行分类，Al2[Si4O10](OH)2·n H2O 属于（）结构类型。

3、（）的大小表征了位错的单位滑移距离，其方向与滑移方向（）。

4、小角度晶界相邻两晶粒位向差小，为使原子的排列尽可能接近原来的完整晶格，可用（）

模型来描述原子的排列；大角度晶界的晶界能比小角度晶界的晶界能（）（高或低）。

5、硅酸盐熔体中各种聚合程度的聚合物浓度受（）和（）的影响。玻璃体由熔融态向玻璃态转化的过程是（）。

6、对于固体来说，由于固体的表面自由能中包含了（），表面张力在（）不等于表面自由能。

7、吉布斯相律的数学表达式是（），研究凝聚系统相平衡的主要方法有差热分析和（）。

8、扩散是固体内物质传递的基本方式，扩散的本质是（），扩散的基本推动力是（），负扩散是指（）。

9、从热力学观点，相变可分为（）、（）等，前者举例如（），后者举例如（）。

10、固体质点间具有很大的作用键力，故固态物质的反应活性低，速度

慢，固态反应一般包括（）和（）两个过程。

11、烧结的推动力是（），它可凭流动传质、（）、（）、（）

等四种方式推动物质的迁移。

二、作图题（10分）

1、作图表示立方晶系的晶体中晶面和晶向（标出坐标系）。

2、作图表示NaCl单晶表面的结构，并说明其结构特点。

三、右图是CaF2的理想晶胞结构示意图(白球是Ca离子，黑球是F离子)，试回答（12分）：

1、晶胞分子数是多少；

2、结构中何种离子做何种密堆积；结构中有几种空

隙，空隙利用率是多少；

3、结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；

4、计算说明F-的电价是否饱和；

5、分析其解理性

四、写出下列缺陷反应式（10分）

1、FeCl3进入CaCl2晶体

2、CaCl2形成肖脱基缺陷

3、非化学计量化合物TiO2-x

五、试述熔体粘度对玻璃形成的影响？在硅酸盐熔体中，分析加入—价碱金属氧化物、B2O3后熔体粘度的变化？为什么？（10分）

六、粒径为1.5μm球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，反应初期的第1h有15%的Al2O3起了反应。（8分）

1、推导出此阶段的速度方程（属扩散动力学范围）

2、计算完全反应的时间

七、设体积扩散与晶界扩散活化能间关系为Q gb=Q v/2（Q gb、Q v分别为晶界扩散与体积扩散活化能），根据扩散系数的宏观表达式，画出lnD～l/T曲线，并分析在哪个温度范围内，晶界扩散超过体积扩散？（5分）

八、铜的原子量为63.55，密度为8.94g/cm3，熔点为1112℃，熔化热为1628J/mol，固-液界面能1.77╳10-5 J/ cm2，试求在过冷度为30℃时的临界晶核大小，并估算这些晶核中有多少个铜原子组成。（已知铜为面心立方晶体，a=0.3615nm）（10分）

九、如图A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：(20分)

1、在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；

2、判断化合物D、E的性质；

3、写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；

4、写出组成点M在完全平衡条件下的冷却结晶过程；

5、写出组成点N在

完全平衡条件下进

行加热时，开始出

现液相的温度和完

全熔融的温度；写

出完全平衡条件下

进行冷却，结晶结

束时各物质的百分

含量（用线段比表

示）

试题7

一、填空题（共20分，每个空1分）

1、材料科学要解决的问题就是研究材料的（）与（）、（）、材料性质、使用性能以及环境间相互关系及制约规律。

2、晶体结构指晶体中原子或分子的排列情况，由（）＋（）而构成，晶体结构的形式是无限多的。

3、热缺陷是由热起伏的原因所产生的，（）缺陷是指点离开正常的个点后进入到晶格间隙位置，其特征是空位和间隙质点成对出现；而（）缺陷是指点有表面位置迁移到新表面位置，在晶体表面形成新的一层，同时在晶体内部留下空位。

4、硅酸盐熔体随着温度升高，低聚物浓度（），熔体的粘度（）。

5、玻璃的料性是指玻璃的（）变化时（）随之变化的速率。

6、固体的表面粗糙化后，原来能润湿的液体，接触角将（），原来不能润湿的液体，接触角将（）。

7、克肯达尔（Kirkendall）效应说明了互扩算过程中各组元的（）不同以及置换型扩散的（）机制。

8、按照相变机理可以将相变分成（）、（）、马氏体相变和有序-无序转变。

9、晶体长大时，当析出晶体与熔体组成相同时，晶体长大速率由（）控制，当析出晶体与熔体组成不同时，晶体长大速率由（）控制

10、同一物质处于不同结构状态时，其反应活性相差很大，一般来说，晶格能愈高、结构愈完整和稳定的，其反应活性也（）。

二、判断题（共10分，每个题1分）

1、（）位错的滑移是指在热缺陷或外力作用下，位错线在垂直其滑移面方向上的运动，结果导致晶体中空位或间隙质点的增殖或减少。

2、（）间隙扩散机制适用于间隙型固溶体中间隙原子的扩散，其中发生间隙扩散的主要是间隙原子，阵点上的原子则可以认为是不动的。

3、（）要使相变自发进行，系统必须过冷（过热）或者过饱和，此时系统温度、浓度和压力与相平衡时温度、浓度和压力之差就是相变过程的推动力。

4、（）扩散系数对温度是非常敏感的，随着温度升高，扩散系数明显降低。

5、（）当晶核与晶核剂的接触角越大时，越有利于晶核的形成。

6、（）固相反应的开始温度，远低于反应物的熔点或者系统的低共融温度。

7、（

）烧结过程中的初次再结晶和二次再结晶，其推动力都是晶界过剩的界面能。

8、（）NaCl晶体的表面质点在表面力作用下发生重排，Na+被推向外侧，Cl-拉向内侧而形成了双电层结构。

9、（）硅酸盐熔体中，形成玻璃的倾向大小和熔体中负离子团的聚合程度有关，聚合程度越低，越不容易形成玻璃，聚合程度越高，越容易形成玻璃。

10、（）形成置换型固溶体时，只要原子或离子半径差小于15%，就可以形成连续型固溶体。

三、作图题（共6分）

1、作图表示立方晶系的晶体中晶面和晶向（标出坐标系）。

2、如果同时考虑本征缺陷和杂质缺陷在晶体中扩散的作用，作图说明扩算系数与温度的关系。

四、根据尖晶石(MgAl2O4)结构示意图回答下列问题（14分）：

1、指出结构中各离子的堆积方式及空隙填充情况；

2、写出各离子的配位数及配位多面体；

3、计算说明O2-的电价是否饱和？

4、计算图（a）中的晶胞分子数；

5、解释正、反尖晶石的含义。

材料科学基础课后作业及答案(分章节)

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：2 1/4(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：

材料科学基础习题及答案

习题课

一、判断正误 正确的在括号内画“√”，错误的画“×” 1、金属中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。 2、位错滑移时，作用在位错线上的力F的方向永远垂直于位错线并指向滑移面上的未滑移区。 3、只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，间隙固溶体则不能。 4、金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减小，因此是一个自发过程。 5、固溶体凝固形核的必要条件同样是ΔG＜0、结构起伏和能量起伏。 6三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。 7物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。 8塑性变形时，滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是密排方向。 9．晶格常数是晶胞中两相邻原子的中心距。 10．具有软取向的滑移系比较容易滑移，是因为外力在在该滑移系具有较大的分切应力值。11．面心立方金属的滑移面是｛１１０｝滑移方向是〈１１１〉。 12．固溶强化的主要原因之一是溶质原子被吸附在位错附近，降低了位错的易动性。13．经热加工后的金属性能比铸态的好。 14．过共析钢的室温组织是铁素体和二次渗碳体。 15．固溶体合金结晶的过程中，结晶出的固相成份和液相成份不同，故必然产生晶内偏析。16．塑性变形后的金属经回复退火可使其性能恢复到变形前的水平。 17．非匀质形核时液体内部已有的固态质点即是非均匀形核的晶核。 18.目前工业生产中一切强化金属材料的方法都是旨在增大位错运动的阻力。 19、铁素体是α-Fe中的间隙固溶体，强度、硬度不高，塑性、韧性很好。 20、体心立方晶格和面心立方晶格的金属都有12个滑移系，在相同条件下,它们的塑性也相同。 21、珠光体是铁与碳的化合物，所以强度、硬度比铁素体高而塑性比铁素体差。 22、金属结晶时，晶粒大小与过冷度有很大的关系。过冷度大，晶粒越细。 23、固溶体合金平衡结晶时，结晶出的固相成分总是和剩余液相不同，但结晶后固溶体成分是均匀的。 24、面心立方的致密度为0.74，体心立方的致密度为0.68，因此碳在γ-Fe(面心立方)中的溶解度比在α-Fe（体心立方）的小。 25、实际金属总是在过冷的情况下结晶的，但同一金属结晶时的过冷度为一个恒定值，它与冷却速度无关。 26、金属的临界分切应力是由金属本身决定的，与外力无关。 27、一根曲折的位错线不可能是纯位错。 28、适当的再结晶退火，可以获得细小的均匀的晶粒，因此可以利用再结晶退火使得铸锭的组织细化。 29、冷变形后的金属在再结晶以上温度加热时将依次发生回复、再结晶、二次再结晶和晶粒长大的过程。 30、临界变形程度是指金属在临界分切应力下发生变形的程度。 31、无限固溶体一定是置换固溶体。 32、金属在冷变形后可形成带状组织。 33、金属铅在室温下进行塑性成型属于冷加工，金属钨在1000℃下进行塑性变形属于热加工。

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。

材料科学基础作业解答

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。

材料科学基础第三章答案

习题：第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章答案：第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章 3-2 略。 3-2试述位错的基本类型及其特点。 解：位错主要有两种：刃型位错和螺型位错。刃型位错特点：滑移方向与位错线垂直，符号⊥，有多余半片原子面。螺型位错特点：滑移方向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平面，呈螺施状，称螺型位错。 3-3非化学计量化合物有何特点？为什么非化学计量化合物都是n型或p型半导体材料？ 解：非化学计量化合物的特点：非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关；可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常数看出；非化学计量化合物都是半导体。由于负离子缺位和间隙正离子使金属离子过剩产生金属离子过剩（n型）半导体，正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩产生负离子过剩（p型）半导体。 3-4影响置换型固溶体和间隙型固溶体形成的因素有哪些？ 解：影响形成置换型固溶体影响因素：（1）离子尺寸：15%规律：1.（R1-R2）/R1>15%不连续。 2.<15%连续。 3.>40%不能形成固熔体。（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。（ 3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。（4）场强因素。（5）电负性：差值小，形成固熔体。差值大形成化合物。 影响形成间隙型固溶体影响因素：（1）杂质质点大小：即添加的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。（2）晶体（基质）结构：离子尺寸是与晶体结构的关系密切相关的，在一定程度上来说，结构中间隙的大小起了决定性的作用。一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体。（3）电价因素：外来杂质原子进人间隙时，必然引起晶体结构中电价的不平衡，这时可以通过生成空位，产生部分取代或离子的价态变化来保持电价平衡。 3-5试分析形成固溶体后对晶体性质的影响。 解：影响有：（1）稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生；（2）活化晶格，形成固溶体后，晶格结构有一定畸变，处于高能量的活化状态，有利于进行化学反应；（3）固溶强化，溶质原子的溶入，使固溶体的强度、硬度升高；（4）形成固溶体后对材料物理性质的影响：固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。固溶体的强度与硬度往往高于各组元，而塑性则较低， 3-6说明下列符号的含义：V Na，V Na'，V Cl˙，（V Na'V Cl˙），Ca K˙，Ca Ca，Ca i˙˙解：钠原子空位；钠离子空位，带一个单位负电荷；氯离子空位，带一个单位正电荷；最邻近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心；Ca2+占据K.位置，带一个单位正电荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+处于晶格间隙位置。 3-7写出下列缺陷反应式：（l）NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体；（2）CaCl2溶入NaCl中形成空位型固溶体；（3）NaCl形成肖特基缺陷；（4）Agl形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙）。

《材料科学基础》教学纲要

《材料科学基础》教案大纲 四年制本科材料科学与工程专业用 80 学时 4 学分 一、课程性质和任务 《材料科学基础》是材料科学方法与工程专业一级学科公共主干课，是介于一般基础课与专业课之间的专业基础课。本课程将系统全面介绍材料科学的基础理论知识，诸如固体材料的结合键，材料的结构与性能，材料中的扩散，材料的相变，材料的塑性变形与强化，以及材料科学研究方法等，将金属材料、无机非金属材料、聚合物材料紧密地结合在一起，使学生更好地把握材料的属性，熟悉材料的共性，为后继课程的学习、进一步深造和从事科技工作奠定基础。 二、课程学习的目标和基本要求： 1．对能力培养的要求 通过学习，要求学生掌握材料组织结构—成分—工艺—性能相互关系的基本规律和基本理论，深入理解材料组织结构—成分—工艺—性能相互关系，培养学生应用所学的知识，分析、解决材料研究、开发和使用中实际问题的能力。初步掌握材料科学研究的思路和方法，为后续课程的学习和进一步深造奠定理论基础。 2 ．课程的重点和难点 本课程重点是料组织结构—成分—工艺—性能相互关系的基本规律和基本理论，如材料结构与缺陷，材料凝固与相图，塑性变形与强韧化等，并能应用所学的理论分析和解决实际问题。 难点是材料结构，位错理论，合金凝固，二元相图，三元相图，材料强韧化，晶体塑性变形等， 3 ．先修课程及基本要求 无机化学、物理化学、材料力学 三、课程内容及学时分配 ?教案基本内容 第一章材料的结构（ 22 学时） 1.1 晶体学基础 1.2 常见的晶体结构 1.3 固溶体的晶体结构

1.4 金属间化合物的晶体结构 1.5 硅酸盐结构 1.6 非晶态固体结构 1.7固体的电子能带结构理论 1.8 团簇与纳M材料结构 1.9 准晶结构 本章重点： ?结晶学基础知识 (晶体的概念与性质、晶体宏观对称要素、晶体定向、 ?单位平行六面体的划分、配位数与配位多面体的概念、鲍林规则 )。 ?常见材料的结构理论与模型（常见无机化合物的晶体结构、硅酸盐晶体结构分类及特征、固溶体晶体结构类型及影响因素、缺陷化学反应表示法、金属间化合物的结构类型及影响因素，玻璃的结构）。 ?给定条件下晶胞参数和堆积系数的计算、硅酸盐玻璃 4个基本结构参数计算。 ?固体的电子能带结构理论及应用 本章难点： 晶体的微观对称要素、晶体定向与晶面指数、晶向指数的确定晶体极射赤平投影、缺陷化学反应方程、硅酸盐晶体结构固体的电子能带结构。 第二章晶体缺陷（ 8学时） 2.1 点缺陷 2.2 位错的结构 2.3 位错的运动 2.4 位错的应力场 2.5 位错与晶体缺陷的相互作用 2.6 位错的增殖、塞积与交割…． 2.7 实际晶体中的位错 本章重点：

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1mm 3Cu 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。

材料科学基础试题及答案

第一章 原子排列与晶体结构 1. fcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度 为 ，配位数是 ,晶胞中原子数为 ，把原子视为刚性球时，原子的半径r 与 点阵常数a 的关系是 ；bcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ,致密度 为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系 是 ；hcp 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ， 致密度为 ，配位数是 ,，晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 。 2. Al 的点阵常数为0.4049nm ，其结构原子体积是 ，每个晶胞中八面体间隙数 为 ，四面体间隙数为 。 3. 纯铁冷却时在912e 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构，配位数 ， 致密度降低 ，晶体体积 ，原子半径发生 。 4. 在面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的 方向。在hcp 晶胞的（0001）面上标出）（0121晶面和]0121[晶向。 5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。 6 在铅的（100）平面上，1mm 2有多少原子？已知铅为fcc 面心立方结构，其原子半径 R=0.175×10-6mm 。 第二章 合金相结构 一、 填空 1） 随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度 ，塑性 ，导电性 ，形成间 隙固溶体时，固溶体的点阵常数 。 2） 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是（1） ；（2） ； （3） ；（4） 和环境因素。 3） 置换式固溶体的不均匀性主要表现为 和 。 4） 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为 和 。 5） 无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是强度和硬度 ，塑 性 ，导电性 。 6）间隙固溶体是 ，间隙化合物 是 。 二、 问答 1、 分析氢，氮，碳，硼在a-Fe 和g-Fe 中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固 溶度大小。已知元素的原子半径如下：氢：0.046nm ，氮：0.071nm ，碳：0.077nm ，硼： 0.091nm ，a-Fe ：0.124nm ，g-Fe ：0.126nm 。 2、简述形成有序固溶体的必要条件。 第三章 纯金属的凝固 1. 填空

胡赓祥《材料科学基础》第3版章节题库(材料的形变和再结晶)【圣才出品】

胡赓祥《材料科学基础》第3版章节题库 第5章材料的形变和再结晶 一、选择题 在低温和常温下，单晶体的塑性变形主要通过（）方式进行。 A．滑移 B．扭折 C．孪生 【答案】A 【解析】在常温和低温下，单晶体的塑性变形有滑移、孪生和扭折，滑移是主要的塑性变形方式。扩散性变形及晶界滑动和移动等方式主要发生在高温形变中。 二、填空题 1．滑移过程中，两个或多个滑移系交替滑移称为______。 【答案】多滑移 【解析】对于具有多组滑移系的晶体，滑移过程两个或者更多的滑移系同时或者交替进行，从而产生多滑移。 2．动态回复主要发生在层错能______金属材料的热变形中。 【答案】高 【解析】通常情况下高层错能金属（如Al、α-Fe、Zr、Mo和W等）的扩展位错很窄，螺型位错的交滑移和刃型位错的攀移都比较容易进行，容易解脱出来与异号位错相抵消，因

此亚组织中的位错密度较低，在热变形过程中主要发生动态回复。 三、判断题 晶粒正常长大是小晶粒吞食大晶粒，反常长大是大晶粒吞食小晶粒。（） 【答案】错 【解析】都是晶界移动的结果。正常长大是晶粒平均尺寸增加，反常长大是个别大晶粒尺寸异常增加。 四、简答题 1．为什么晶粒细化既能提高强度，也能改善塑性和韧性？ 答：晶粒细化减小晶粒尺寸，增加界面面积，而晶界阻碍位错运动，提高强度；晶粒数量增加，塑性变形分布更为均匀，塑性提高；晶界多阻碍裂纹扩展，改善韧性。 2．晶体中的滑移系与其塑性有何关系？ 答：（1）一般滑移系越多，塑性越好。 （2）与滑移面密排程度和滑移方向个数有关。 （3）与同时开动的滑移系数目有关。 3．试论塑性变形对材料组织和性能的影响。 答：对材料组织的影响：纤维组织、形变织构、位错胞。 对材料性能的影响：加工硬化、物性变化。

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、性能等面描述晶体与非晶体的区别。 3. 谓理想晶体？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？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。）谓配位数？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面比较有异同？ 5. 固溶体和中间相的类型、特点和性能。谓间隙固溶体？它与间隙相、间隙化合物之间有区别？（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2.56A ，求Cu 的晶格常数，并计算1mm 3 Cu 的原子数。 7. 已知Al 相对原子质量Ar （Al ）=26.97，原子半径γ=0.143nm ，求Al 晶体的密度。 8 bcc 铁的单位晶胞体积，在912℃时是0.02464nm 3；fcc 铁在相同温度时其单位晶胞体积是0.0486nm 3。当铁由bcc 转变为fcc 时，其密度改变的百分比为多少？ 9. 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？ 10. 在面心立晶胞中画出[012]和[123]晶向。在面心立晶胞中画出（012）和（123）晶面。 11. 设晶面（）和（034）属六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

胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(名校考研真题 固体中原子及分子的运动)【圣才出品】

第4章　固体中原子及分子的运动一、选择题 1．由纯A 和A-B 固溶体形成的互扩散偶（柯肯达尔效应），以下表述正确的是（ ）。[上海交通大学2005研] A ．俣野面两侧的扩散原子其化学势相等：，A A A A B μμ-=B B A A B μμ-=B ．该扩散为上坡扩散 C ．空位迁移方向与标记面漂移方向一致 【答案】C 2．有一级稀的fcc 结构的间隙固溶体，设a 0为晶格常数，为间隙原子延扩散方向ν的振动频率，为从平衡位置到势垒顶点的自由能改变量，则扩散系数可与表示为（ rn G ?）。[浙江大学2007研] A ．2rn 0exp G D a RT ν???=- ??? B ．2rn 01exp 6G D a RT ν???=- ??? C ．2rn 02exp G D a RT ν???=- ??? 【答案】A 3．下列有关固体中扩散的说法中，正确的是（ ）。[东南大学2006研] 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的溶质原子从一个间隙跳到另一个间隙 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 【答案】D 4．912℃下的晶胞体积为0.02464nm ，而转变为晶胞晶体为 Fe α-Fe γ-0.0486nm ，在该温度单位质量转变为时，其体积（ ）。[哈尔滨工业大学Fe γ-Fe α-2007研] A ．膨胀 B ．收缩 C ．不变 D ．不能确定 【答案】A

二、填空题 1．扩散系数与温度的关系式是_________。在高温阶段和低温阶段，扩散系数较大的是_________。[天津大学2010研] 【答案】；低温阶段 0exp(/)D D Q RT =-2．线性高分子可反复使用，称为________塑料；交联高分子不能反复使用，称为________塑料。[北京工业大学2009研] 【答案】热塑性；热固性 3．从F -R 源模型考虑，金属沉淀强化后的屈服强度与沉淀相粒子平均间距L 的关 s σ系为_______。[江苏大学2005研] 【答案】s 1/L σ∝4．扩散第一定律中J 是________，D 是________，是________。[沈阳大d d c J D x =-d d c x 学2009研] 【答案】扩散流量；扩散系数；浓度梯度三、判断题 1．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。（ ）[北京工业大学2007研] 【答案】× 2．固态金属中原子扩散的驱动力是浓度梯度。（ ）[合肥工业大学2005研] 【答案】× 【解析】其驱动力为化学势梯度。

材料科学基础课后习题答案第二章

第2章习题 2-1 a ）试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△ G K 与其临界晶核体积 V K 之间的关系式为 2 G V ； b ）当非均匀形核形成球冠形晶核时，其△ 所以 所以 2-2如果临界晶核是边长为 a 的正方体，试求出其厶G K 与a 的关系。为什么形成立方体晶核 的厶G K 比球形晶核要大？ 解：形核时的吉布斯自由能变化为 a ）证明因为临界晶核半径 r K 临界晶核形成功 G K 16 故临界晶核的体积 V K 4 r ； G V )2 2 G K G V b ）当非均匀形核形成球冠形晶核时, 非 r K 2 SL G V 临界晶核形成功 3 3( G ；7(2 3cos 3 cos 故临界晶核的体积 V K 3（r 非）3（2 3 3cos 3 cos V K G V 1 ( 3 卸2 3 3cos cos )G V 3 3(書 (2 3cos cos 3 ) G K % G K 与V K 之间的关系如何? G K

G V G v A a3G v 6a2 3 得临界晶核边长a K G V

临界形核功 将两式相比较 可见形成球形晶核得临界形核功仅为形成立方形晶核的 1/2。 2-3为什么金属结晶时一定要有过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否 会出现过热？为什么？ 答：金属结晶时要有过冷度是相变热力学条件所需求的， 只有△ T>0时，才能造成固相的自 由能低于液相的自由能的条件，液固相间的自由能差便是结晶的驱动力。 金属结晶需在一定的过冷度下进行，是因为结晶时表面能增加造成阻力。固态金属熔 化时是否会出现过热现象，需要看熔化时表面能的变化。如果熔化前后表面能是降低的， 则 不需要过热；反之，则可能出现过热。 如果熔化时，液相与气相接触，当有少量液体金属在固体表面形成时，就会很快覆盖 在整个固体表面(因为液态金属总是润湿其同种固体金属 )。熔化时表面自由能的变化为： G 表面 G 终态 G 始态 A( GL SL SG ) 式中G 始态表示金属熔化前的表面自由能； G 终态表示当在少量液体金属在固体金属表面形成 时的表面自由能；A 表示液态金属润湿固态金属表面的面积；b GL 、CSL 、CSG 分别表示气液相 比表面能、固液相比表面能、固气相比表面能。因为液态金属总是润湿其同种固体金属，根 据润湿时表面张力之间的关系式可写出：b SG 》6GL + (SL 。这说明在熔化时，表面自由能的变 化厶G 表w o ,即不存在表面能障碍，也就不必过热。实际金属多属于这种情况。如果固体 16 3 3( G v )2 1 32 3 6 2 (G v )2 b K t K 4 G V )3 G V 6( 4 G v )2 64 3 96 3 32 r K 2 ~G ?， 球形核胚的临界形核功 (G v )2 (G v )2 (G v )2 G b K 2 G v )3 16 3( G v )2

【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。

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）

《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α+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，则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量纲。 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) Shcockley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；

材料科学基础(武汉理工大学,张联盟版)课后习题及答案 第二章

第二章答案 2-1略。 2-2（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求该晶面的晶面指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的晶面指数。 答：（1）h:k:l==3:2:1,∴该晶面的晶面指数为（321）； （2）h:k:l=3:2:1，∴该晶面的晶面指数为（321）。 2-3在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数：（001）与[]，（111）与[]，（）与[111]，（）与[236]，（257）与[]，（123）与[]，（102），（），（），[110]，[]，[] 答：

2-4定性描述晶体结构的参量有哪些？定量描述晶体结构的参量又有哪些？ 答：定性：对称轴、对称中心、晶系、点阵。定量：晶胞参数。 2-5依据结合力的本质不同，晶体中的键合作用分为哪几类？其特点是什么？ 答：晶体中的键合作用可分为离子键、共价键、金属键、范德华键和氢键。 离子键的特点是没有方向性和饱和性，结合力很大。共价键的特点是具有方向性和饱和性，结合力也很大。金属键是没有方向性和饱和性的的共价键，结合力是离子间的静电库仑力。范德华键是通过分子力而产生的键合，分子力很弱。氢键是两个电负性较大的原子相结合形成的键，具有饱和性。 2-6等径球最紧密堆积的空隙有哪两种？一个球的周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？ 答：等径球最紧密堆积有六方和面心立方紧密堆积两种，一个球的周围有8个四面体空隙、6个八面体空隙。 2-7n个等径球作最紧密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？不等径球是如何进行堆积的？ 答：n个等径球作最紧密堆积时可形成n个八面体空隙、2n个四面体空隙。 不等径球体进行紧密堆积时，可以看成由大球按等径球体紧密堆积后，小球按其大小分别填充到其空隙中，稍大的小球填充八面体空隙，稍小的小球填充四面体空隙，形成不等径球体紧密堆积。 2-8写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。 答：面心立方格子的单位平行六面体上所有结点为：（000）、（001）（100）（101）（110）（010）（011）（111）（0）（0）（0）（1）（1）（1）。

赵品《材料科学基础教程》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解 第12章 陶瓷材料【圣才出品】

第12章陶瓷材料 12.1复习笔记 一、陶瓷概述 （1）陶瓷 ①定义 传统上“陶瓷”是陶器与瓷器的总称。后来，发展到泛指整个硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、耐火材料、陶瓷等。 ②分类 陶瓷一般归纳为：工程陶瓷和功能陶瓷。 （2）新型无机材料 新型无机材料是指在传统硅酸盐材料的基础上，用无机非金属物质为原料，经粉碎、配制、成型和高温烧结制得的无机材料，如功能陶瓷，特种玻璃，特种涂层等。 （3）新型无机材料与传统硅酸盐材料的比较 ①从组成上看 新型无机材料的组成远远超过硅酸盐的范围，除氧化物和含氧酸盐之外，还有碳化物、氮化物、硼化物、硫化物及其他盐类和单质。 ②从性能上看 a．新型无机材料不仅具有熔点高，硬度高，化学稳定性好，耐高温，耐磨损等优点； b．一些特殊陶瓷还具有一些特殊性能，如介电性、压电性、铁电性、半导性、软磁性、硬磁性等。

二、陶瓷材料的典型结构 陶瓷是指由金属（类金属）和非金属元素之间形成的化合物。这些化合物的结合键主要是离子键或共价键。 1．离子晶体陶瓷结构 （1）分类 ①NaCl型结构：MgO、NiO、FeO等； ②CaF2型结构：等； ③刚玉型结构：等； ④钙钛矿型结构：。 （2）刚玉型结构（如图12-1-1所示） 图12-1-1Al2O3晶体结构 刚玉型结构中每晶胞有6个氧离子、4个铝离子。其中： ①氧离子占密排六方结点位置，铝离子配置在氧离子组成的八面体间隙中，但只填2/3如图12-1-1（b）所示；

②铝离子的排列要满足铝离子之间的间距最大，因此每三个相邻的八面体间隙，就有一个是有规律地空着，如图12-1-1（a）所示。 （3）钙钛矿型结构（如图12-1-2所示） 图12-1-2钙钛矿结构 钙钛矿型结构中每个晶胞中有1个钛离子、1个钙离子、3个氧离子。其中： ①原子半径较大的钙离子与氧离子作立方最密堆积； ②半径较小的钛离子位于氧八面体间隙中，构成钛氧八面体[TiO6]。钛离子只占全部八面体间隙的1/4。 2．共价晶体陶瓷结构 共价晶体陶瓷多属金刚石结构。 （1）SiC结构 SiC结构与金刚石结构类似，只是将位于四面体间隙的碳原子全换成了硅原子，如图12-1-3所示，属面心立方点阵，每个单胞拥有硅、碳原子各4个。