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材料科学基础1(西北工业)

1. 作图表示立方晶体的()()()421,210,123晶面及[][]

[]346,112,021晶向。 2. 在六方晶体中，绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001

等。 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. 镁的原子堆积密度和所有hcp 金属一样，为0.74。试求镁单位晶胞的体积。已知Mg 的密度

3Mg/m 74.1=m g ρ，相对原子质量为24.31，原子半径

r=0.161nm 。

5. 当CN=6时+Na 离子半径为0.097nm ，试问： 1) 当CN=4时，其半径为多少？

2) 当CN=8时，其半径为多少？

6. 试问：在铜（fcc,a=0.361nm ）的<100>方向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>方向,原子的线密度为多少？

7. 镍为面心立方结构，其原子半径为nm 1246

.0=Ni r 。试确定在镍的（100），（110）及（111）平面上12

mm 中各有多少个原子。

8. 石英()2SiO 的密度为2.653Mg/m 。试问： 1) 13

m 中有多少个硅原子（与氧原子）？

2) 当硅与氧的半径分别为0.038nm 与0.114nm 时，其堆积密度为多少（假设原子是球形的）？

9. 在800℃时1010个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移动，而在900℃时910个原子中则只有一个原子，试求其激活能（J/原子）。 10. 若将一块铁加热至850℃，然后快速冷却到20℃。试计算处理前后空位数应增加多少倍（设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J ）。

11. 设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD 平行于晶体的上、下底面。若该

滑移面上有一正方形位错环，如果位错环的各段分别与滑移面各边平行，其柏氏矢量b ∥AB 。

1) 有人认为“此位错环运动移出晶体后，滑移面上产生的滑移台阶应为4

个b ,试问这种看法是否正确？为什么？

2) 指出位错环上各段位错线的类型，并画出位错运动出晶体后，滑移方向

及滑移量。

12. 设图1-19所示立方晶体中的滑移面ABCD 平行于晶体的上、下底面。晶体中有一条位错线de fed ,段在滑移面上并平行AB ，ef 段与滑移面垂直。位错的柏氏矢量b 与de 平行而与ef 垂直。试问：

1) 欲使de 段位错在ABCD 滑移面上运动而ef 不动，应对晶体施加怎样的应

力？

2) 在上述应力作用下de 位错线如何运动？晶体外形如何变化？

13. 设面心立方晶体中的)111(为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为[]

1012a 。 1) 在晶胞中画出柏氏矢量b 的方向并计算出其大小。

2) 在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，并写出

此二位错线的晶向指数。

14. 判断下列位错反应能否进行。

1) ];111[3]211[6]110[2a a a →+

];110[2]101[2]100[a a a +→ 3) ];111[6]111[2]112[3a a a →+

4) ].111[2]111[2]100[a a a +→

15. 若面心立方晶体中有b =]011[2a 的单位位错及b =]112[6a 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。

16. 若已知某晶体中位错密度376cm/cm 10~10=ρ。

1) 由实验测得F-R 位错源的平均长度为

cm 104-，求位错网络中F-R 位错源的数目。

2) 计算具有这种F-R 位错源的镍晶体发生滑移时所需要的切应力。已知

Ni 的10

109.7?=G Pa ，nm 350.0=a 。

17. 已知柏氏矢量b=0.25nm ，如果对称倾侧晶界的取向差θ=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？

18. 由n 个刃型位错组成亚晶界，其晶界取向差为0.057°。设在形成亚晶界之

前位错间无交互作用，试问形成亚晶界后，畸变能是原来的多少倍（设

;10,10804--===b r R 形成亚晶界后，θb D R ≈=）？

19. 用位错理论证明小角度晶界的晶界能γ与位向差θ的关系为

()θθγγln 0-=A 。式中0γ和A 为常数。

20. 简单回答下列各题。

1) 空间点阵与晶体点阵有何区别？

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？ 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？

4) 在晶体中插入柱状半原子面时能否形成位错环？

5) 计算位错运动受力的表达式为b f τ=，其中τ是指什么？

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？

7) 位错线上的割阶一般如何形成？

8) 界面能最低的界面是什么界面？

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？

1．有关晶面及晶向附图2.1所示。

2．见附图2.2所示。

3． {100}＝(100)十(010)+(001)，共3个等价面。

{110}＝(110)十(101)+(101)+(011)+(011)+(110)，共6个等价面。 {111}＝(111)+(111)+(111)+(111)，共4个等价面。

)121()112()112()211()112()121( )

211()121()211()211()121()112(}112{+++++++++++=

共12个等价面。

4．单位晶胞的体积为V Cu ＝0.14 nm 3(或1.4×10-28m 3)

5． (1)0.088 nm ；(2)0.100 nm 。

6． Cu 原子的线密度为2.77×106个原子/mm 。

Fe 原子的线密度为3.50×106个原子/mm 。

7． 1.6l ×l013个原子/mm 2；1.14X1013个原子/mm 2；1.86×1013个原子/mm 2。 8． (1) 5.29×1028个矽原子/m 3； (2) 0.33。

9． 9. 0.4×10-18/个原子。

10． 1.06×1014倍。

11． (1) 这种看法不正确。在位错环运动移出晶体后，滑移面上、下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的。位错环的柏氏矢量为b ，故其相对滑移了一个b 的距离。

(2) A'B'为右螺型位错，C'D'为左螺型位错；B'C'为正刃型位错，D'A'为负刃型位错。位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量如附图2.3所示。

12． (1)应沿滑移面上、下两部分晶体施加一切应力τ0，的方向应与de 位

错线平行。

(2)在上述切应力作用下，位错线de 将向左(或右)移动，即沿着与位错线de 垂直的方向(且在滑移面上)移动。在位错线沿滑移面旋转360°后，在晶体表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个b 的台阶。

13． (1)]101[2a b =，其大小为a b 22||=，其方向见附图2.4所示。 (2) 位错线方向及指数如附图2.4所示。

14． (1) 能。几何条件：∑b 前＝∑b 后＝]111[3a ；能量条件：∑b 前2＝232a >

∑b 后2＝231a

(2) 不能。能量条件：∑b 前2＝∑b 后2，两边能量相等。

(3) 不能。几何条件：∑b 前＝a/b[557]，∑b 后＝a/b[11ˉ1]，不能满足。

(4) 不能。能量条件：∑b 前2＝a 2 < ∑b 后2＝223a ，即反应后能量升高。

15． (1) 能够进行。因为既满足几何条件：∑b 前＝∑b 后＝]111[3a ，又满足

能量条件：∑b 前2＝232a >∑b 后2＝231a

(2) b 合＝]111[3a ；该位错为弗兰克不全位错。

16． (1)假设晶体中位错线互相缠结、互相钉扎，则可能存在的位错源数目

1010~10==l n ρ

个／Cm 3。 (2) τNi ＝1.95×107 Pa 。

17．当θ＝1°，D ＝14 nm ；θ＝10°，D ＝1.4 nm 时，即位错之间仅有5～

6个原子间距，此时位错密度太大，说明当θ角较大时，该模型已不适用。 18．畸变能是原来的0.75倍 (说明形成亚晶界后，位错能量降低)。

19．设小角度晶界的结构由刃型位错排列而成，位错间距为D 。晶界的能量

γ由位错的能量E 构成，设l 为位错线的长度，由附图2.5可知，D E

Dl El ==γ

由位错的能量计算可知，中心E r R Gb E +-=02ln )1(4νπ

取R ＝D (超过D 的地方，应力场相互抵消)，r 0＝b 和θ＝b/D 代入上式可得：

)ln (1ln )1(4 ]ln )1(4[02θθγθθυπθυπθ

γ-=+-=+-A b E b G E b

D Gb b 中心中心＝式中

Gb E Gb 中心

，＝

)1(4A )1(40υπυπγ-=-

20． (1)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) 密排六方结构。

(3) 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V A ＝原子的体积(4/3πr 3+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) 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) 外力在滑移面的滑移方向上的分切应力。

(6) 始终是柏氏矢量方向。

(7) 位错的交割。

(8) 共格界面。

(9) 否，扭转晶界就由交叉的同号螺型位错构成。

1. 说明间隙固熔体与间隙化合物有什么异同。

2. 有序合金的原子排列有何特点？这种排列和结合键有什么关系？为什么许多有序合金在高温下变成无序？

3. 已知Cd,Zn,Sn,Sb 等元素在Ag 中的固熔度（摩尔分数）极限分别为

210/5.42-=Cd x ，210/20-=Zn x ，210/12-=Sn x ，210/7-=Sb x ，它们的原子直径分别为0.3042nm ，0.314nm ，0.316nm ，0.3228nm ，Ag 为0.2883nm 。试分析其固熔度（摩尔分数）极限差别的原因，并计算它们在固熔度（摩尔分数）极限时的电子浓度。

4. 试分析H 、N 、C 、B 在-αFe 和-γFe 中形成固熔体的类型、存在位置和固溶度（摩尔分数）。各元素的原子半径如下：H 为0.046nm ，N 为0.071nm ，C 为0.077nm ，B 为0.091nm ，-αFe 为0.124nm ， -γFe 为0.126 nm 。

5. 金属间化合物AlNi 具有CsCl 型结构，其点阵常数 a=0.2881nm,试计算其密度（Ni 的相对原子质量为58.71，Al 的相对原子质量为2

6.98）。

6. ZnS 的密度为4.13

Mg/m ，试由此计算两离子的中心距离。

7. 碳和氮在-γFe 中的最大固熔度（摩尔分数）分别为210/9.8-=C x ，210/3.10-=N x 。已知C 、N 原子均位于八面体间隙，试分别计算八面体间隙被C 、N 原子占据的百分数。

8. 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？

9. 计算在NaCl 内，钠离子的中心与下列各离子中心的距离（设+Na 和-Cl 的半径分别为0.097nm 和0.181nm ）。

1) 最近邻的正离子；

2) 最近邻的离子；

3) 次邻近的-Cl 离子；

4) 第三邻近的-Cl 离子；

5) 最邻近的相同位置。

10. 某固熔体中含有氧化镁为2M gO 10/30-=x ，2LiF 10/70-=x 。

1) 试问-22O ,F ,Mg ,Li =++之质量分数为多少？

2) 假设MgO 的密度为3.63g/cm ，LiF 的密度为2.63g/cm ，那么该固溶体

的密度为多少？

11. 非晶形材料的理论强度经计算为G/6~G/4，其中G 为剪切模量。若ν=0.25，

由其弹性性质试估计玻璃（非晶形材料）的理论强度（已知E=70000Mpa ）。 12. 一陶瓷绝缘体在烧结后含有1％（以容积为准）的孔，其孔长为13.7mm 的

立方体。若在制造过程中，粉末可以被压成含有24％的孔，则模子的尺寸应该是多少？

13. 一有机化合物，其成分为2C 10/1.62w -=，2H 10/3.10w -=，2O 10/6.27w -=。

试写出可能的化合物名称。

14. 画出丁醇()OH H C 94的4种可能的异构体。

15. 一普通聚合物具有222Cl H C 作为单体，其平均分子质量为60000u （取其各

元素相对原子质量为12,C)(A r =1,H)(A r =35.5)Cl)(A r =。

1) 求其单体的质量；

2) 其聚合度为多少？

16. 聚氯乙烯n )Cl H C (32被溶在有机溶剂中，设其C- C 键长为0.154nm,且链中

键的数目n x 2=。

1) 分子质量为28500g 的分子，其均方根的长度为多少？

2) 如果均方根的长度只有⑴中的一半，则分子质量为多少？

17. 一聚合材料含有聚氯乙烯，其1个分子中有900个单体。如果每一个分子均

能被伸展成直线分子，则求此聚合物可得到理论上的最大应变为多少（设C- C 键中每1键长是0.154nm ）？

18. 有一共聚物ABS ，每一种的质量分数均相同，则单体的比为多少（A ——丙

烯晴；B ——丁二烯；S ——苯乙烯）？

19. 尼龙-6是252NH )HOCO(CH 的缩合聚合物。

1) 给出此分子的结构。

2) 说明缩合聚合是如何发生的。

3) 当每摩尔的O H 2形成时，所放出的能量为多少？已知不同的键：C-O ，

H-N ，C-N ，H-O ，其键能（kJ/mol ）分别为360，430，305，500。

20. 试述硅酸盐结构的基本特点和类型。

21. 为什么外界温度的急剧变化可以使许多陶瓷器件开裂或破碎？

22. 陶瓷材料中主要结合键是什么？从结合键的角度解释陶瓷材料所具有的特殊性能。

1．其比较如附表2.1所示。

附表2.1 间隙固溶体与间隙化合物的比较

2．有序固熔体，其中各组元原子分别占据各自的布拉菲点阵——称为分点阵，整个固熔体就是由各组元的分点阵组成的复杂点阵，也叫超点阵或超结构。

这种排列和原子之间的结合能(键)有关。结合能愈大，原子愈不容易结合。

如果异类原子间结合能小于同类原子间结合能，即E

AB < (E

十E

)/2，则熔

质原子呈部分有序或完全有序排列。

有序化的推动力是混合能参量(εm＝ε

AB －1/2(E

))εm < 0，而有序化的

阻力则是组态熵；升温使后者对于自由能的贡献(-TS)增加，达到某个临界温度以后，则紊乱无序的固熔体更为稳定，有序固熔体消失，而变成无序固熔体。

3．在原子尺寸因素相近的情况下，上述元素在Ag中的固熔度(摩尔分数)受原子价因素的影响，即价电子浓度e/a是决定固熔度(摩尔分数)的一个重要因素。它们的原子价分别为2，3，4，5价，Ag为1价，相应的极限固熔度时

的电子浓度可用公式c＝Z

A (1一x

)＋Z

计算。式中，Z

A ，Z

分别为A，B组元的价电子数；x

为B组元的摩尔分数。

上述元素在固溶度(摩尔分数)极限时的电子浓度分别为1.43，1.42，1.39，

1.31。

4．Α-Fe为体心立方点阵，致密度虽然较小，但是它的间隙数目多且分散，因

而间隙半径很小：r

四=0.291，R＝0.0361nm；r

八

＝0.154，R＝0.0191nm。

H，N，C，B等元素熔人。α-Fe中形成间隙固熔体，由于尺寸因素相差很大，所以固熔度(摩尔分数)都很小。例如N在α-Fe中的固熔度(摩尔分数)在

590℃时达到最大值，约为W

N ＝0.1/l0-2，在室温时降至W

＝0.001/l0-2；C

在α-Fe中的固溶度(摩尔分数)在727℃时达最大值，仅为W

＝0.02l8/10-2，

在室温时降至W

＝0.006/10-2。所以，可以认为碳原子在室温几乎不熔于

α-Fe中，微量碳原子仅偏聚在位错等晶体缺陷附近。假若碳原子熔入。α-Fe 中时，它的位置多在α-Fe的八面体间隙中心，因为。α-Fe中的八面体间隙是不对称的，形为扁八面体，[100]方向上间隙半径r＝0.154R，而在[110]方向上，r＝0.633R，当碳原子熔入时只引起一个方向上的点阵畸变。硼原子较大，熔人间隙更为困难，有时部分硼原子以置换方式熔人。氢在α-Fe 中的固熔度(摩尔分数)也很小，且随温度下降时迅速降低。

以上元素在γ-Fe。中的固熔度(摩尔分数)较大一些。这是因为γ-Fe具有

面心立方点阵，原子堆积致密，间隙数目少，故间隙半径较大：r

＝0.414，

R＝0.0522nm；r

四

＝0.225，R＝0.0284 nm。故上述原子熔入时均处在八面体

间隙的中心。如碳在γ-Fe 中最大固熔度(质量分数)为W C ＝2.1l/10-2；氮在

γ-Fe 中的最大固熔度(质量分数)约为W N ＝2.8/10-2。

5．密度ρ＝5.97 g ／cm 3。

6．两离子的中心距离为0.234 nm 。

7．碳原子占据10.2％的八面体间隙位置；氮原子占据12.5％的八面体间隙位置。

8．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。

9． 9 (1)0.278 nm ；(2)0.393 nm(3)0.482 nm ；(4)0.622 nm ；(5)0.393 nm 。 10． (1)WLi+＝16/10-2，WMg2+＝24/1020，WF-＝44/10-2，WO2—＝16/10-2

(2)该固熔体的密度ρ＝2.9 g ／cm3。

11．故理论强度介于

44.0~64.0E E 之间，即4900～7000 MPa 12．模子的尺寸l ＝15.0 mm 。

13． 1:6:37.1:2.10:2.5994.156.27:00797.13.10:011.121.62::≈==

O H C

故可能是丙酮。

14．画出丁醇(C 4H 9OH)的4种可能的异构体如下：

15．(1)单体质量为12X2+1X2+35.5X2＝97 g／mol；(2)聚合度为 n＝60000/97＝620。

16．(1)均方根据长度4.65 nm；(2)分子质量m＝7125 g。

17．理论上的最大应变为3380％。

18．单体的摩尔分数为:X苯烯＝20/10-2，X丁二烯＝40/10-2，X丙烯晴＝40/10-2

19．（1）和（2）如下：

(3)每摩尔的水(0.6X1024)形成时，需要消去0.6X1024的C—O及N—H键，同

时形成0．6X1024的C—N及H—O键。

净能量变化为-15 kJ／mol。

20．硅酸盐结构的基本特点：

(1)硅酸盐的基本结构单元是[Si04]四面体，硅原子位于氧原子四面体的间

隙中。硅—氧之间的结合键不仅是纯离子键，还有相当的共价键成分。

(2)每一个氧最多只能被两个[Si04]四面体所共有。

(3)[Si04]四面体可以是互相孤立地在结构中存在，也可以通过共顶点互相连

接。

(4)Si —O--Si 的结合键形成一折线。

硅酸盐分成下列几类：

(1)含有有限硅氧团的硅酸盐；

(2)链状硅酸盐；

(3)层状硅酸盐；

(4)骨架状硅酸盐。

21．因为大多数陶瓷主要由晶相和玻璃相组成，这两种相的热膨胀系数相差较大，由高温很快冷却时，每种相的收缩不同，所造成的内应力足以使陶瓷器件开裂或破碎。

22．陶瓷材料中主要的结合键是离子键及共价键。由于离子键及共价键很强，故陶瓷的抗压强度很高，硬度极高。因为原子以离子键和共价键结合时，外层电子处于稳定的结构状态，不能自由运动，故陶瓷材料的熔点很高，抗氧化性好，耐高温，化学稳定性高。

1. 试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。

2. 如果纯镍凝固时的最大过冷度与其熔点（t m ＝1453℃）的比值为0.18，试求

其凝固驱动力。（ΔH ＝-18075J/mol ）

3. 已知Cu 的熔点t m ＝1083℃，熔化潜热L m ＝1.88×103J/cm 3，比表面能σ＝

1.44×105 J/cm 3。

（1）试计算Cu 在853℃均匀形核时的临界晶核半径。

（2）已知Cu 的相对原子质量为63.5，密度为8.9g/cm 3,求临界晶核中的原

子数。

4. 试推导杰克逊（K.A.Jackson ）方程

)1ln()1(ln )1(x x x x x ax NkT G m s --++-=?

5. 铸件组织有何特点？

6. 液体金属凝固时都需要过冷，那么固态金属熔化时是否会出现过热，为什么？

7. 已知完全结晶的聚乙烯（PE ）其密度为1.01g/cm 3,低密度乙烯（LDPE ）为0.92 g/cm 3，而高密度乙烯（HDPE ）为0.96 g/cm 3，试计算在LDPE 及HDPE 中“资自由空间”的大小。

8. 欲获得金属玻璃，为什么一般选用液相线很陡，从而有较低共晶温度的二元系？

9. 比较说明过冷度、临界过冷度、动态过冷度等概念的区别。

10. 分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。

11. 什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？

12. 简述纯金属晶体长大的机制。

13. 试分析单晶体形成的基本条件。

14. 指出下列概念的错误之处，并改正。

(1) 所谓过冷度，是指结晶时，在冷却曲线上出现平台的温度与熔点之差；

而动态过冷度是指结晶过程中，实际液相的温度与熔点之差。

(2) 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减少，

因此是一个自发过程。

(3) 在任何温度下，液体金属中出现的最大结构起伏都是晶胚。

(4)在任何温度下，液相中出现的最大结构起伏都是核。

(5)所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能的增加时

的晶胚的大小。

(6)在液态金属中，凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能成核，但

是只要有足够的能量起伏提供形核功，还是可以成核的。

(7)测定某纯金属铸件结晶时的最大过冷度，其实测值与用公式ΔT=0.2T

m 计算值基本一致。

(8)某些铸件结晶时，由于冷却较快，均匀形核率N

提高，非均匀形核率

N 2也提高，故总的形核率为N= N

。

(9)若在过冷液体中，外加10 000颗形核剂，则结晶后就可以形成10 000

颗晶粒。

(10)从非均匀形核功的计算公式A

非＝A

均

）

（

cos

23θ

θ+

中可以看出，

当润湿角θ＝00时，非均匀形核的形核功最大。

(11)为了生产一批厚薄悬殊的砂型铸件，且要求均匀的晶粒度，则只要在工

艺上采取加形核剂就可以满足。

(12)非均匀形核总是比均匀形核容易，因为前者是以外加质点为结晶核心，

不象后者那样形成界面，而引起自由能的增加。

(13)在研究某金属细化晶粒工艺时，主要寻找那些熔点低、且与该金属晶格

常数相近的形核剂，其形核的催化效能最高。

(14)纯金属生长时，无论液－固界面呈粗糙型或者是光滑型，其液相原子都

是一个一个地沿着固相面的垂直方向连接上去。

(15)无论温度如何分布，常用纯金属生长都是呈树枝状界面。

(16)氮化铵和水溶液与纯金属结晶终了时的组织形态一样，前者呈树枝晶，

后者也呈树枝晶。

(17) 人们是无法观察到极纯金属的树枝状生长过程，所以关于树枝状的生长

形态仅仅是一种推理。

(18) 液体纯金属中加入形核剂，其生长形态总是呈树枝状。

(19) 纯金属结晶时若呈垂直方式长大，其界面时而光滑，时而粗糙，交替生

长。

(20) 从宏观上观察，若液－固界面是平直的称为光滑界面结构，若是金属锯

齿形的称为粗糙界面结构。

(21) 纯金属结晶时以树枝状形态生长，或以平面状形态生长，与该金属的熔

化熵无关。

(22) 金属结晶时，晶体长大所需要的动态过冷度有时还比形核所需要的临

界过冷度大。

1．分析结晶相变时系统自由能的变化可知，结晶的热力学条件为?G<0；由单位体积自由能的变化

Tm T

Lm G B ?-=?可知，只有?T>0，才有?GB<0。即只有过冷，才能使?G<0。

动力学条件为液—固界面前沿液体的温度T

能必须由液体中的能量起伏来提供。

液体中存在的结构起伏，是结晶时产生晶核的基础。因此，结构起伏是结晶过程必须具备的结构条件。

2．凝固驱动力?G ＝一3253.5 J ／mol 。

3． (1)r k ＝9.03X10-10 m ； (2)n=261个。

4．所谓界面的平衡结构，是指在界面能最小的条件下，界面处于最稳定状态。其问题实质是分析当界面粗糙化时，界面自由能的相对变化。为此，作如下假定：

(1) 液、固相的平衡处于恒温条件下；

(2) 液、固相在界面附近结构相同；

(3) 只考虑组态熵，忽略振动嫡。

设N 为液、固界面上总原子位置数，固相原子位置数为n ，其占据分数为x ＝n/N ；界面上空位分数为1一x ，空位数为N(1一x)。形成空位引起内能和结构熵的变化，相应引起表面吉布斯自由能的变化为

S T u S T S P u S T H Gs ?-?≈?-?+?=?-?=?)(

形成N(1一x)个空位所增加的内能由其所断开的固态键数和一对原子的键能的乘积决定。内能的变化为)1(x x L N u m -=?ξ

式中ξ与晶体结构有关，称为晶体学因子。其次，求熵变。由熵变的定义式，则有

)]!1([)!(!ln )]!([)!(!ln x N Nx N k Nx N Nx N k S -=-=?

按striling 近似式展开，当N 很大时，得

?S ＝一kN [xlnx+(1一x)In(1一x)]

最后，计算液—固界面上自由能总的变化，即

)]1ln()1(ln [)1(x x x x N kT x x L N S T u Gs m m m --++-=?-?=?ξ 所以：)1ln()1(ln )1(x x x x x x kTm L NkT Gs m m --++-=?ξ

令：m m kT L ξα=

所以：)

1ln()1(ln )1(x x x x x x NkT Gs m --++-=?α

5．在铸锭组织中，一般有三层晶区：（1）最外层细晶区。其形成是由于模壁的温度较低，液体的过冷度交大，因此形核率较高。（2）中间为柱状晶区。其形成是由于模壁的温度升高，晶核的成长速率大于晶核的形核率，且沿垂直于模壁风向的散热较为有利。在细晶区中取向有利的晶粒优先生长为柱状晶粒。（3）中心为等轴晶区。其形成是由于模壁温度进一步升高，液体过冷度进一步降低，剩余液体的散热方向性已不明显，处于均匀冷却状态；同时，未熔杂质、破断枝晶等易集中于剩余液体中，这些都促使了等轴晶的形成。应该指出，铸锭的组织并不是都具有3层晶区。由于凝固条件的不同，也会形成在铸锭中只有某一种晶区，或只有某两种晶区。

6．固态金属熔化时不一定出现过热。如熔化时，液相若与汽相接触，当有少量液体金属在固相表面形成时，就会很快复盖在整个表面(因为液体金属总是润湿同一种固体金属)，由附图2.6表面张力平衡可知SV SL LV r r r =+θcos ，而实验指出SV SL LV r r r <+，说明在熔化时，自由能的变化aG(表面)

7． LDPE 的自由空间为g

cm g cm g cm /097.001.1192.0133

3=-；

材料科学基础期末试题

材料科学基础考题 I卷一、名词解释（任选5题，每题4分，共20分）单位位错；交滑移；滑移系；伪共晶；离异共晶；奥氏体；成分过冷答：单位位错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错称为单位位错。交滑移：两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移，称为交滑移。滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系。伪共晶：在非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。离异共晶：由于非平衡共晶体数量较少，通常共晶体中的a相依附于初生a相生长，将共晶体中另一相B推到最后凝固的晶界处，从而使共晶体两组成相相间的组织特征消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶。奥氏体：碳原子溶于丫-Fe形成的固溶体。成分过冷：在合金的凝固过程中，将界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷称为成分过冷。二、选择题（每题2分，共20分） 1. 在体心立方结构中，柏氏矢量为a[110]的位错（A ）分解为a/2[111]+a/2[l11]. （A）不能（B）能（C）可能 2. 原子扩散的驱动力是：（B ）（A）组元的浓度梯度（B）组元的化学势梯度（C）温度梯度 3?凝固的热力学条件为：（D ）（A）形核率（B）系统自由能增加（C）能量守衡（D）过冷度 4?在TiO2中，当一部分Ti4+还原成Ti3+，为了平衡电荷就出现（A）（A）氧离子空位（B）钛离子空位（C）阳离子空位 5?在三元系浓度三角形中，凡成分位于（ A ）上的合金，它们含有另两个顶角所代表的两组元含量相等。（A）通过三角形顶角的中垂线（B）通过三角形顶角的任一直线（C）通过三角形顶角与对边成45°的直线 6?有效分配系数k e表示液相的混合程度，其值范围是（B ）（A）1vk e

《材料科学基础》总复习(完整版)

《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

材料科学基础第一章全部作业

（一） 1 谈谈你对材料学科及材料四要素之间的关系的认识 2 金属键与其它结合键有何不同，如何解释金属的某些特性？ 3 说明空间点阵、晶体结构、晶胞三者之间的关系。 4 晶向指数和晶面指数的标定有何不同？其中有何须注意的问题？ 5 画出三种典型晶胞结构示意图，其表示符号、原子数、配位数、致密度各是什么？ 6 画出立方晶系中（011），（312），[211],[211],[101],(101) 7, 画出六方晶系中（1120），（0110），（1012），（110），（1012） 8. 原子间的结合键共有几种？各自特点如何？ 9．在立方系中绘出｛110｝、｛111｝晶面族所包括的晶面，及（112）和（120）晶面。标出具有下列密勒指数的晶面和晶向： a)立方晶系(421)，() 123，(130)，[211]，[311]；

10．在立方系中绘出｛110｝、｛111｝晶面族所包括的晶面，及（112）和（120）晶面。 11．计算面心立方结构（111）、（110）与（100）面的面密度和面间距。 12. 标出具有下列密勒指数的晶面和晶向： a)立方晶系(421)，()123，(130)，[211]，[311]； b)六方晶系()2111， ()1101，()3212，[2111]，1213????。 13 在体心立方晶系中画出{111}晶面族的所有晶面。 14 画出<110>晶向族所有晶向

15.写出密排六方晶格中的[0001],(0001),()1120,()1100,()1210 16. 在一个简单立方晶胞内画出一个（110）晶面和一个[112]晶向。 17. 标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：立方晶系(421)，()123，(130)，[211]，[311]； 18.计算晶格常数为a 的体心立方结构晶体中八面体间隙的大小。 19.画出面心立方晶体中（111）面上的[112]晶向。 20.已知某一面心立方晶体的晶格常数为a ，请画出其晶胞模型并分别计算该晶体的致密度、{111}晶面的面密度以及{110}晶面的面间距。 21.表示立方晶体的（123），[211],()012 22. 写出密排六方晶格中()1120,()1100,()1210[2111]，1213???? 23. 画出密排六方晶格中的[0001], ,()0110,()1010,[2110],[1120] 24 在面心立方晶胞中的(1 1 1)晶面上画出[110]晶向 25 指出在一个面心立方晶胞中的八面体间隙的数目，并写出其中一个八面体间隙的中心位置坐标。假设原子半径为r ，计算八面体间隙的半径。 26.画出密排六方晶格中的(0001),()1120,()1100,()1210 27.立方晶系中画出（010），（011），（111），（231），[231],[321] 29.计算晶格常数为a 的面心立方结构晶体中四面体间隙和八面体间隙的大小。（4分） 30.写出立方晶系{}110、{}123晶面族的所有等价面 31.立方晶胞中画出以下晶面和晶向：()102，(112)，(213) ，[110], 32.六方晶系中画出以下晶面和晶向：(2110)，(1012)，1210????，0111???? 33.写出立方晶系{}100、{}234晶面族的所有等价面 34.画出立方晶胞内（111），[112], 35.画出六方晶胞内（1011），[1123]

西工大计算智能化试题(卷)

一、选择题（10小题，共10分） 6、产生式系统的推理不包括（） A）正向推理B）逆向推理C）双向推理D）简单推理 8、在公式中?y?xp(x,y))，存在量词是在全称量词的辖域内，我们允许所存在的x可能依赖于y值。令这种依赖关系明显地由函数所定义，它把每个y值映射到存在的那个x。这种函数叫做（） A) 依赖函数B) Skolem函数 C) 决定函数D) 多元函数 9、子句~P∨Q和P经过消解以后，得到（） A) P B) ~P C) Q D) P∨Q 10、如果问题存在最优解，则下面几种搜索算法中，（）必然可以得到该最优解。 A)宽度（广度）优先搜索B) 深度优先搜索 C) 有界深度优先搜索D) 启发式搜索二、填空题（10个空，共10分） 1、化成子句形式为：~。 2、假言推理（A→B）∧A?B，假言三段论（A→B）∧（B→C）? A -> C. 3、在启发式搜索当中，通常用启发函数来表示启发性信息。 5、状态空间法三要点分别是：状态和算符，状态空间方法。 6. 鲁宾逊提出了⑦归结原理使机器定理证明成为可能。 7. 宽度优先搜索与深度优先搜索方法的一个致命的缺点是当问题比较复杂是可能会发生组合爆炸。 8、产生式系统是由___综合数据库知识库___和_推理机________三部分组成的. 9、谓词公式G是不可满足的，当且仅当对所有的解释G都为假。 10、谓词公式与其子句集的关系是包含。 11、利用归结原理证明定理时，若得到的归结式为空集，则结论成立。 12、若C1=┐P∨Q，C2=P∨┐Q，则C1和C2的归结式R（C1，C2）= ┐P∨P或┐Q ∨Q。 13、在框架和语义网络两种知识表示方法中，框架适合于表示结构性强的知识，而语义网络则适合表示一些复杂的关系和联系的知识。三、简答题（4小题，共40分） 1．什么是A*算法的可纳性？(4分) 答：在搜索图存在从初始状态节点到目标状态节点解答路径的情况下，若一个搜索法总能找到最短（代价最小）的解答路径，则称算法具有可采纳性。 2．在一般图搜索算法中，当对某一个节点n进行扩展时，n的后继节点可分为三类，请举例说明对这三类节点的不同的处理方法。(8分)

材料科学基础试题

第一章原子排列本章需掌握的内容：材料的结合方式：共价键，离子键，金属键，范德瓦尔键，氢键；各种结合键的比较及工程材料结合键的特性；晶体学基础：晶体的概念，晶体特性（晶体的棱角，均匀性，各向异性，对称性），晶体的应用空间点阵：等同点，空间点阵，点阵平移矢量，初基胞，复杂晶胞，点阵参数。晶系与布拉菲点阵：种晶系，14种布拉菲点阵的特点；晶面、晶向指数：晶面指数的确定及晶面族，晶向指数的确定及晶向族，晶带及晶带定律六方晶系的四轴座标系的晶面、晶向指数确定。典型纯金属的晶体结构：三种典型的金属晶体结构：fcc、bcc、hcp；晶胞中原子数、原子半径，配位数与致密度，晶面间距、晶向夹角晶体中原子堆垛方式，晶体结构中间隙。了解其它金属的晶体结构：亚金属的晶体结构，镧系金属的晶体结构，同素异构性了解其它类型的晶体结构：离子键晶体结构：MgO陶瓷及NaCl，共价键晶体结构：SiC陶瓷，As、Sb 非晶态结构：非晶体与晶体的区别，非晶态结构分子相结构 1. 填空 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 ___________，原子的半径是____________。 2. bcc点阵晶面指数h+k+l=奇数时，其晶面间距公式是________________。 3. Al的点阵常数为0.4049nm，其结构原子体积是________________。 4. 在体心立方晶胞中，体心原子的坐标是_________________。 5. 在fcc晶胞中，八面体间隙中心的坐标是____________。 6. 空间点阵只可能有___________种，铝晶体属于_____________点阵。Al的晶体结构是__________________， -Fe的晶体结构是____________。Cu的晶体结构是_______________， 7点阵常数是指__________________________________________。 8图1是fcc结构的(-1,1,0 )面，其中AB和AC的晶向指数是__________，CD的晶向指数分别是___________，AC所在晶面指数是--------------------。

材料科学基础知识点总结

金属学与热处理总结一、金属的晶体结构重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。二、纯金属的结晶重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看，

材料科学基础简答题(doc 12页)

简答题第一章材料结构的基本知识 1、说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义。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。 2、说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。答：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。 3、说明离子键、共价键、分子键和金属键的特点。答：离子键、共价键、分子键和金属键都是指固体中原子(离子或分子)间结合方式或作用力。离子键是由电离能很小、易失去电子的金属原子与电子亲合能大的非金属原于相互作用时，产生电子得失而形成的离子固体的结合方式。共价键是由相邻原子共有其价电子来获得稳态电子结构的结合方式。分子键是由分子(或原子)中电荷的极化现象所产生的弱引力结合的结合方式。当大量金属原子的价电子脱离所属原子而形成自由电子时，由金属的正离子与自由电子间的静电引力使金属原子结合起来的方式为金属键。第二章材料的晶体结构 1、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。

解八面体中的晶面和晶向指数如图所示。图中A、B、C、D、E、F为立方晶胞中6个表面的面心，由它们构成的正八面体其表面和棱边两两互相平行。 ABF面平行CDE面，其晶面指数为； ABE面平行CDF面，其晶面指数为； ADF面平行BCE面，其晶面指数为； ADE面平行BCF面，其晶面指数为(111)。棱边，，，，，，其晶向指数分别为[110]，，[011]，，[101]。对角线分别为，其晶向指数分别为[100]，[010]，[001] 图八面体中的晶面和晶向指数 2、标出图中ABCD面的晶面指数，并标出AB、BC、AC、BD线的晶向指数。解：晶面指数： ABCD面在三个坐标轴上的截距分别为3/2a,3a,a, 截距倒数比为 ABCD面的晶面指数为（213）晶向指数： AB的晶向指数：A、B两点的坐标为 A（0，0，1），B（0，1,2/3） (以a为单位) 则，化简即得AB的晶向指数同理：BC、AC、BD线的晶向指数分别为，，。

材料科学基础试卷(带答案)

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0.7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0.2)。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。

材料科学基础最全名词解释

1.固相烧结：固态粉末在适当的温度，压力，气氛和时间条件下，通过物质与气孔之间的传质，变为坚硬、致密烧结体的过程。液相烧结：有液相参加的烧结过程。 2.金属键:自由电子与原子核之间静电作用产生的键合力。 3.离子键：金属原子自己最外层的价电子给予非金属原子，使自己成为带正电的正离子，而非金属得到价电子后使自己成为带负电的负离子，这样正负离子靠它们之间的静电引力结合在一起。共价键：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。氢键：由氢原子同时与两个电负性相差很大而原子半径较小的原子（O，F，N等）相结合而产生的具有比一般次价键大的键力。弗兰克缺陷：间隙空位对缺陷肖脱基缺陷：正负离子空位对的奥氏体：γ铁内固溶有碳和(或)其他元素的、晶体结构为面心立方的固溶体。布拉菲点阵:除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置所构成的点阵。不全位错：柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。玻璃化转变温度：过冷液体随着温度的继续下降，过冷液体的黏度迅速增大，原子间的相互运动变得更加困难，所以当温度降至某一临界温度以下时，即固化成玻璃。这个临界温度称为玻璃化温度Tg。表面能:表面原子处于不均匀的力场之中，所以其能量大大升高，高出的能量称为表面自由能（或表面能）。半共格相界：若两相邻晶体在相界面处的晶面间距相差较大，则在相界面上不可能做到完全的一一对应，于是在界面上将产生一些位错，以降低界面的弹性应变能，这时界面上两相原子部分地保持匹配，这样的界面称为半共格界面或部分共格界面。柏氏矢量:描述位错特征的一个重要矢量，它集中反映了位错区域内畸变总量的大小和方向，也使位错扫过后晶体相对滑动的量。柏氏矢量物理意义： ①从位错的存在使得晶体中局部区域产生点阵畸变来说：一个反映位错性质以及由位错引起的晶格畸变大小的物理量。 ②从位错运动引起晶体宏观变形来说：表示该位错运动后能够在晶体中引起的相对位移。部分位错：柏氏矢量小于点阵矢量的位错包晶转变：在二元相图中，包晶转变就是已结晶的固相与剩余液相反应形成另一固相的恒温转变。包析反应:由两个固相反应得到一个固相的过程为包析反应。包析转变：两个一定成分的固相在恒温（T）下转变为一个新的固相的恒温反应。包析转变与包晶转变的相图特征类似，只是包析转变中没有液相，只有固相。粗糙界面：界面的平衡结构约有一半的原子被固相原子占据而另一半位置空着，这时界面称为微观粗糙界面。重合位置点阵：当两个相邻晶粒的位相差为某一值时，若设想两晶粒的点阵彼此通过晶界向对方延伸，则其中一些原子将出现有规律的相互重合。由这些原子重合位置所组成的比原来晶体点阵大的新点阵，称为重合位置点阵。成分过冷；界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷。

814材料科学基础B答案12

河南科技大学 2012年硕士研究生入学考试试题答案及评分标准考试科目代码： 814 考试科目名称：材料科学基础B 1. 画出Cu 晶胞质点模型，计算出其晶胞中的原子数、原子半径和体积致密度。图1为Cu 的一个滑移面上的三个滑移方向，写出其晶面指数和晶向指数。（12分）答：晶胞质点模型2分，晶胞中的原子数2分，原子半径2分，体积致密度2分。在面心立方（FCC ）Cu 晶胞中，结点在立方的角上和立方的面的中心，晶胞中的原子数： 42168 18）＝个面）（（个角）（晶胞结点+ 面心立方结构，r a 42=。（其中a 为晶胞边长，r 为原子半径）4 r ∴= Cu 滑移面)111(，（4分）滑移方向晶向指数： B 晶向]101[]101[或， C 晶向]110[]011[或 D 晶向]011[]101[或 2. 若在液体中形成一个半径为r 的球形晶核时，试证明其形核功c G ?与临界晶核表面积c A 之间的关系为c c A G σ3 1-=? （σ为单位面积表面能）。说明形核功和临界晶核半径的意义。（15分）答：（4分）（3分）（3分）晶向 C 2 22 424143 33 c c v c c c v G r G r r A G σππσπσσ? ??= - ?+== ??? ?v G V G A σ ?=?+32 443v G r G r ππσ ?=?+0d G dr ?=2c v r G σ =- ?

形核功：在液相内形成临界晶核时，体积自由能差只补偿所需表面能的2/3，而另外1/3则依靠液相中存在的能量起伏提供，即需外界作功。（3分）临界晶核半径：当晶胚尺寸< 临界晶核半径, 晶胚不稳定，会重新溶化，即在结构起伏中消失。当晶胚尺寸≥临界晶核半径时，可以形核。（2分） 3.在铸造生产中细化晶粒的途径有哪些？分析细化晶粒的原理。（15分）答：细化铸件晶粒的措施主要有三种：（1）提高过冷度：一般金属结晶时的过冷范围内，过冷度越大，N/G越大，所以晶粒细小。（4分）（2）变质处理变质剂为活性质点，满足点阵匹配的原理，可以降低晶核和变质剂质点之间的表面能，降低接触角，降低形核功，增加非均匀形核的形核率。从而有效细化晶粒。加入抑制晶粒长大的变质剂也可细化晶粒。（8分）（3）振动、搅动一方面依靠从外面输入能量促进晶核提前形成，另一方面是使成长中的枝晶破碎，使晶核数目增多。（3分） 4.塑性变形对金属材料的组织和性能有何影响？塑性变形的金属材料在加热时组织和性能又会产生哪些变化？举例说明其退火应用。（20分）答塑性变形对金属材料的组织和性能的影响（5分） 1)晶粒外形变化：随变形方向拉长（或压扁） 2)位错胞亚结构形成，位错密度急增 3)大变形量条件下形成形变织构 4)产生内应力 5)产生加工硬化塑性变形的金属材料在加热时组织和性能会产生的变化（9分） 1)回复；光学显微组织不变，消除内应力。 2)再结晶：等轴晶形成，消除加工硬化。 3)晶粒长大：力学性能下降。去应力退火：消除内应力，保持加工硬化。冷卷弹簧退火（6分）再结晶退火：消除加工硬化，以利于继续变形。冷轧工艺中间退火。 5.何谓固溶强化？请用位错理论说明固溶强化的机理。（10分）答：固溶强化：固溶体中随溶质的加入量的提高，材料强度随之提高的现象。（2分）

西工大计算方法作业答案

参考答案第一章 1 *1x =1.7； * 2x =1.73； *3x =1.732 。 2． 3．（1） ≤++)(* 3*2*1x x x e r 0.00050；（注意：应该用相对误差的定义去求）（2） ≤)(*3*2*1x x x e r 0.50517；（3） ≤)/(*4*2x x e r 0.50002。 4．设6有n 位有效数字，由6≈2.4494……，知6的第一位有效数字1a =2。令3)1()1(1* 102 1 102211021)(-----?≤??=?= n n r a x ε 可求得满足上述不等式的最小正整数n =4，即至少取四位有效数字，故满足精度要求可取6≈2.449。 5. 答：（1）*x (0>x )的相对误差约是* x 的相对误差的1/2倍；（2）n x )(* 的相对误差约是* x 的相对误差的n 倍。 6．根据******************** sin 21)(cos 21sin 21)(sin 21sin 21)(sin 21)(c b a c e c b a c b a b e c a c b a a e c b S e r ++≤ =* *****) ()()(tgc c e b b e a a e ++ 注意当20* π < >c tgc ，即1 *1 * )() (--

7．设20= y ，41.1*0 =y ，δ=?≤--2* 00102 1y y 由 δ1* 001*111010--≤-=-y y y y ， δ2*111*221010--≤-=-y y y y M δ10*991*10101010--≤-=-y y y y 即当0y 有初始误差δ时，10y 的绝对误差的绝对值将减小10 10-倍。而110 10 <<-δ，故计算过程稳定。 8. 变形后的表达式为：（1）)1ln(2--x x =)1ln(2-+-x x （2）arctgx x arctg -+)1(=) 1(11 ++x x arctg （3） 1ln )1ln()1(ln 1 --++=? +N N N N dx x N N =ΛΛ+-+- +3 2413121)1ln(N N N N 1ln )11ln()1(-++ +=N N N N =1)1ln()1 1ln(-+++N N N （4）x x sin cos 1-=x x cos 1sin +=2x tg

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》名词解释

第二章固体结构 1、晶体:原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性。 2、中间相:两组元A 和B 组成合金时，除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A，B 两组元均不相同的新相。由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。 4、配位数:晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。 28、有序固溶体：当一种组元溶解在另一组元中时，各组元原子分别占据各自的布拉维点阵的一种固溶体，形成一种各组元原子有序排列的固溶体，溶质在晶格完全有序排列。 36、非晶体:原子没有长程的周期排列，无固定的熔点，各向同性等。 37、致密度:晶体结构中原子体积占总体积的百分数。 40、间隙相:当非金属（X）和金属（M）原子半径的比值rX/rM<0.59 时，形成的具有简单晶体结构的相，称为间隙相。 53、点阵畸变:在局部范围内，原子偏离其正常的点阵平衡位置，造成点阵畸变。 57、置换固溶体:当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固溶体就称为置换固溶体。 58、间隙固溶体:溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体。 72、晶胞:在点阵中取出一个具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。 75、金属键:自由电子与原子核之间静电作用产生的键合力。 76、固溶体:是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶剂原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持溶剂的晶体结构类型。 89、空间点阵:指几何点在三维空间作周期性的规则排列所形成的三维阵列，是人为的对晶体结构的抽象。 90、范德华键:由瞬间偶极矩和诱导偶极矩产生的分子间引力所构成的物理键。 99、同质异构体:化学组成相同由于热力学条件不同而形成的不同晶体结构。 101、布拉菲点阵:除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置所构成的点阵。 102、配位多面体:原子或离子周围与它直接相邻结合的原子或离子的中心连线所构成的多面体，称为原子或离子的配位多面体。 104、拓扑密堆相:由两种大小不同的金属原子所构成的一类中间相，其中大小原子通过适当的配合构成空间利用率和配位数都很高的复杂结构。由于这类结构具有拓扑特征，故称这些相为拓扑密堆相。 105、间隙化合物:当非金属（X）和金属（M）原子半径的比值rX/rM>0.59 时，形成具有复杂晶体结构的相， 106、大角度晶界:多晶材料中各晶粒之间的晶界称为大角度晶界，即相邻晶粒的位相差大于10o的晶界。 10、固溶强化：由于合金元素（杂质）的加入，导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。 98、电子化合物:电子化合物是指由主要电子浓度决定其晶体结构的一类化合物，又称休姆-罗塞里相。凡具有相同的电子浓度，则相的晶体结构类型相同。第三章晶体缺陷 7、交滑移:当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。 11、弥散强化：许多材料由两相或多相构成，如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内，则这种材料的强度往往会增加，称为弥散强化。 12、不全位错：柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。 13、扩展位错：通常指一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错形态。 14、螺型位错：位错线附近的原子按螺旋形排列的位错称为螺型位错。 38、多滑移:当外力在几个滑移系上的分切应力相等并同时达到了临界分切应力时，产生同时滑移的现象。 41、全位错:把柏氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错称为全位错。 42、滑移系:晶体中一个滑移面及该面上一个滑移方向的组合称一个滑移系。 45、刃型位错:晶体中的某一晶面，在其上半部有多余的半排原子面，好像一把刀刃插入晶体中，使这一晶面上下两部分晶体之间产生了原子错排，称为刃型位错。 46、细晶强化:晶粒愈细小，晶界总长度愈长，对位错滑移的阻碍愈大，材料的屈服强度愈高。晶粒细化导致晶界的增加，位错的滑移受阻，因此提高了材料的强度。 47、双交滑移:如果交滑移后的位错再转回和原滑移面平行的滑移面上继续运动，则称为双交滑移。 48、单位位错:把柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错称为单位位错。

材料科学基础试题库

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_名词解释

金属键: 金属键（metallic bond）是化学键的一种，主要在金属中存在。由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成. 晶体: 是由许多质点（包括原子、离子或分子）在三维空间作有规则的周期性重复排列而构成的固体同素异晶转变（并举例）: 金属在固态下随温度的变化，由一种晶格变为另一种晶格的现象，称为金属的同素异晶转变。液态纯铁冷却到1538℃时，结晶成具有体心立方晶格的δ-Fe；继续冷到1394℃时发生同素异晶的转变,转变为面心立方晶格γ-Fe；再继续冷却到912℃时，γ-Fe又转变为体心立方晶格的α-Fe。晶胞: 在空间点阵中，能代表空间点阵结构特点的小平行六面体，反映晶格特征的最小几何单元。点阵常数: 晶胞三条棱边的边长a、b、c及晶轴之间的夹角α、β、γ称为晶胞参数晶面指数: 晶体中原子所构成的平面。晶面族: 晶体中具有等同条件（这些晶面的原子排列情况和面间距完全相同），而只是空间位向不同的各组晶面称为晶面族晶向指数: 晶体中的某些方向，涉及到晶体中原子的位置，原子列方向，表示的是一组相互平行、方向一致的直线的指向。

晶向族（举例）; 晶体结构中那些原子密度相同的等同晶向称为晶向族。<111>:[111],[-1-11][11-1][-1-1-1][1-1-1][-111][-11-1][1-11] 晶带和晶带轴: 所有相交于某一晶向直线或平行于此直线的晶面构成一个晶带，此直线称为晶带轴。配位数: 在晶体中，与某一原子最邻近且等距离的原子数称为配位数致密度: 晶胞内原子球所占体积与晶胞体积之比值晶面间距: 两近邻平行晶面间的垂直距离对称:通过某种几何操作后物体空间性质完全还原为原始状态空间点阵：将构成物质结构的粒子抽象为质点后，质点在三维空间的排列情况布拉菲点阵:考虑点阵上的阵点的具体排列而得到的点阵具体排列形式，而不是强调是布拉菲数学计算得到的十四种排列固溶体：溶质原子在固态的溶剂中的晶格或间隙位置存在，晶体结构保持溶剂的物质中间相：两种或以上元素原子形成与其组元的晶体结构均不相同的化合物准晶：有独特结构和对称性的物质，原子排列在晶体的有序

《材料科学基础》试题大全

《材料科学基础》试题库一、名词解释 1、铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体 2、共晶转变、共析转变、包晶转变、包析转变 3、晶面族、晶向族 4、有限固溶体、无限固溶体 5、晶胞 6、二次渗碳体 7、回复、再结晶、二次再结晶 8、晶体结构、空间点阵 9、相、组织 10、伪共晶、离异共晶 11、临界变形度 12、淬透性、淬硬性 13、固溶体 14、均匀形核、非均匀形核 15、成分过冷 16、间隙固溶体 17、临界晶核 18、枝晶偏析 19、钢的退火，正火，淬火，回火 20、反应扩散 21、临界分切应力 22、调幅分解 23、二次硬化 24、上坡扩散 25、负温度梯度 26、正常价化合物 27、加聚反应 28、缩聚反应 29、 30、二、选择

1、在柯肯达尔效应中，标记漂移主要原因是扩散偶中_____。 A、两组元的原子尺寸不同 B、仅一组元的扩散 C、两组元的扩散速率不同 2、在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于_____。 A、单相区中 B、两相区中 C、三相平衡水平线上 3、铸铁与碳钢的区别在于有无_____。 A、莱氏体 B、珠光体 C、铁素体 4、原子扩散的驱动力是_____。 A、组元的浓度梯度 B、组元的化学势梯度 C、温度梯度 5、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 6、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、弗兰克尔缺陷 C、线缺陷 7、理想密排六方结构金属的c/a为_____。 A、1.6 B、2×√(2/3) C、√(2/3) 8、在三元系相图中，三相区的等温截面都是一个连接的三角形，其顶点触及_____。 A、单相区 B、两相区 C、三相区 9、有效分配系数Ke表示液相的混合程度，其值范围是_____。（其中Ko是平衡分配系数） A、1