材料科学基础期末复习

材料科学基础复习

1、正尖晶石，反尖晶石；萤石结构，反萤石结构；位移型转变，重建型转变；二八面体，三

八面体；同质多晶，异质同晶。

正尖晶石

答：在尖晶石AB2O4型结构中，如果A离子占据四面体空隙，B离子占据八面体空隙，则称为正尖晶石。(A)[B2]O4反尖晶石型结构

答：如果半数的B离子占据四面体空隙，A离子和另外半数的B离子占据八面体空隙，则称为反尖晶石。

(B)[AB]O4

萤石结构:

答：Ca2+作立方紧密堆积,F-充填于全部的四面体空隙,八面体空隙全部空着，因此在八个F-之间存在有较大的空洞，为阴离子F-的扩散提供条件

反萤石结构：

答：晶体结构与萤石完全相同，只是阴、阳离子的位置完全互换。如：Li2O、Na2O、K2O等。其中Li+、Na+、K+离子占有结构中F-离子的位置，而O2-或其它离子占有Ca2+离子的位置。叫做反同形体。

位移型转变：

答：同一系列（即纵向）之间的转变不涉及晶体结构中键的破裂和重建，仅是键长和键角的调整，转变迅速且可逆

重建型转变：

答：不同系列（即横向）之间的转变，如α-石英和α-磷石英，α-磷石英和α-方石英之间的转变都涉及键的破裂和重建，转变速度缓慢

二八面体：

答：八面体以共棱方式相连，但八面体中的O2-离子只被两个其它阳离子所共用，这种八面体称为二八面体。三八面体：

答：八面体仍共棱方式相连，但八面体中的O2-离子被其它三个阳离所共用，称为三八面体。

同质多晶：

答：化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下形成不同的晶体的现象。

异质同晶：

答：化学组成相似或相近，在相同的热力学条件下，形成的晶体具有相同的结构，这种现象称为类质同晶现象。

2、架状结构，层状结构，岛状结构。

岛状结构:硅酸盐晶体结构中的硅氧四面体以孤立状态存在,它们之间通过其它正离子的配位多面体连结。

层状结构:硅氧四面体通过三个共同氧连接，在二维平面内延伸成一个硅氧四面体层。

架状结构：架状结构硅酸盐晶体其结构特征是每个硅氧四面体的四个角顶都与相邻的硅氧四面体共顶

3、解释在AX型晶体结构中，NaCl型结构最多？

答：在AX型晶体结构中，一般阴离子X的半径较大，而阳离子A的半径较小，所以阴离子做紧密堆积，阳离子填充在其空隙中。大多数AX型化合物的r+/r-比在0.414—0.732之间，应填充在八面体空隙中。即具有NaCl型结构；并且NaCl型晶体结构的对称性较高，那么有些在0.732—1.00之间的晶体，其晶格能相差很小，且由于极化结果，也趋向于NaCl型结构，所以AX型晶体结构中，NaCl型结构最多。

4、用NaCl结构理论解释水泥熟料中死烧MgO和CaO结构的不同？

答：NaCl结构是一种立方面心格子，其中阴离子按最紧密方式堆积，阳离子充填于全部的八面体的空隙中，阴阳离子的配位数都为6。水泥熟料中死烧MgO和CaO结构与NaCl结构，结构非常稳定水化速度缓慢，会影响水泥的安定性。但由于Ca2+半径比Mg2+半径大得多，因而在CaO结构中，O2-被“撑开”，这样，CaO结构不如MgO的结构稳定，游离CaO水化速度比游离MgO要快些，游离CaO加热即可水化，而游离MgO经压蒸才能水化。

5、TiO2的性质及应用

1.在光学性质上具有很高的折射率。为集成光学棱镜材料。

2.在电学性质上具有高的介电系数。因此，成为制备光学玻璃的原料，也是无线电陶瓷中需要得晶相。

3.TiO2的纳米和介孔材料有催化、净化效果，用于光催化下的净化功能

6、为什么对称轴不存在5次和高于6次以上的轴？

1.因为5次和高于6次对称轴的存在都违反晶体的格子

构造规律，它们所构成的面网网孔均不能无间隙地排满

整个平面，结果在面网上就出现空隙，这在晶体格子构

造中是不可能存在的

2.另外，从基转角α来看，只有等于360o、180o、

120o、90o、60o、0o,才能整除360o，即n=360/α为整数。

3.正五边形上两平行行列ad和bc得结点间距不等，违反空间格子规律，所以5次对称轴在晶体上是不存在的。

7、用岛状结构理论解释水泥熟料中γ－C2S和β－C2S结构的不同？

镁橄榄石中如果Mg2+离子位置全部换成Ca2+离子，就是水泥熟料中的γ-C2S的结构,其中Ca2+的配位数为6.结构稳定，活性低在水泥中几乎是惰性的。但如其中的Ca2+的配位数为8和6两种配位时，是β-C2S，则属单斜晶系，随亦为岛式结构，由于其配位不规则，化学性质活泼，能与水发生水化反应。

8、分析说明高岭石，蒙脱石结构特点及其结构差异，并说明性质和结构的相关性。

答：高岭石：1:1层状结构，有解理性，层间为氢键。因此可交换的阳离子容量小。水分子不易进入单网层之间，晶体不会因为水含量增加膨胀，固具有很好的可塑性。

蒙脱石：2:1层状结构，有解理性，层间为范氏键，易吸水，有膨润性。具有很高的阳离子交换能力。对Na、Ca、Mg、Al、H等正离子均有强的交换性。

9、用晶体结构理论解释石灰石中方解石的结构

答：石灰石中方解石的结构可看成是变了形的NaCl结构形式，只要将NaCl的三次轴竖立并加压，使棱的夹角由90°变至101°55′，然后以Ca2+代替Na+，CO2-3代替Cl- 。在CO2-3中的C4+在中心，三个O2-围绕C在一平面上成一等边三角形。Ca2+的配位数为6。

10、无机化合物晶体结构的表示方法有几种？

1.晶胞结构图:有立体图和投影图两种。可用于结构简单的直观图形。对于复杂晶体结构，用不同坐标面的投影图。

2.坐标系：给出单位晶胞中各个质点的空间坐标，就能清楚地了解晶体的结构。只适应简单结构。

3.球体紧密堆积和填充空隙情况：这是对金属晶体和离子晶体结构描述的最好描述。

4.配位多面体及其连接方式：对结构复杂的晶体，如硅酸盐类，用此法。

5.晶胞分子数(Z)：指单位晶胞中所含晶体“分子”个数

11、表征硅酸盐晶体的化学式方法有几种，分别是什么？并进行比较。

答：表征硅酸盐晶体的化学式方法有两种。

一种是所谓的氧化物法，即把构成硅酸盐晶体的所有氧化物按一定的比例和顺序全部写出来，先是+1价碱金属氧化物，其次是+2价，+3价的金属氧化物，最后是SiO2。例如，钾长石的化学式写成K2O·Al2O3·6SiO2；高岭石：Al2O3.2SiO2·2H2O

另一种是无机络盐表示法，是把是构成硅酸盐晶体的所有离子按照一定比例和顺序全部写出来，再把相关的络阴离子用中括号[ ]括起来即可，先是+1价、+2价的金属离子，其次是Al3+和Si4+离子，最后是O2-或OH-离子。如钾长石为K[AlSi3O8]，高岭石：Al2[Si2O5](OH)4 比较：氧化物表示法的优点在于一目了然地反映出晶体的化学组成，可以按此组成配料来进行晶体的实验室合成。无机络盐表示法则可以比较直观地反映出晶体所属的结构类型，进而可对晶体结构及性质作出一定程度的预测，两种表示方法之间可以相互转换

12.什么是弗伦克尔缺陷？其特征如何？

答：由于晶格上原子的热振动，一部分能量较大的原子离开正常位置，进入间隙变成填隙原子，并在原来的位置留下一个空位

1.空位、填隙原子成对出现，两者数量相等；

2.晶体的体积不发生改变；

3.间隙——六方、面心立方密堆中的四面体和八面体空隙;

4.不需要自由表面；

5.一般情况下，离子晶体中阳离子比阴离子小，即正负离子半径相差大时，易形成Frenkel

缺陷。

13.什么是肖特基缺陷？其特征如何？

答：正常格点上的原子迁移到表面，从而在晶体内部留下空位。

1.只有空位，没有填隙原子；

2.如果是离子晶体，阳离子空位和阴离子空位成对出现，两者数量相等，保持电中性；

3.需要有自由表面；

4.伴随新表面的产生，晶体体积增加；

5.正负离子半径相差不大时，Schottky缺陷为主；

14.非化学计量化合物及特点。

答：实际的化合物中，有一些化合物不符合定比定律，负离子与正离子的比例并不是一个简单的固定的比例关系，这些化合物称为非化学计量化合物。】

非化学计量化合物的特点：

1）非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关；

2）可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；

15.为什么非计量化合物都是N型或P型半导体材料？

答：N型半导体：阴离子空位的产生，束缚了自由电子，在电场的作用下，这些电子发生迁移，而形成电子导电，可以看作N型半导体。

P型半导体：结构中产生正离子孔穴，引入电子孔穴，在电场作用下运动而导电，可以看作P 型半导体。

在非计量化合物中，有阴离子缺位型、阳离子填隙型，这两种缺陷都产生电子导电，所以是N 型半导体材料。

还有阴离子间隙型、阳离子空隙型，这两种缺陷都产生电子空穴，在电场作用下运动而导电，所以是P型半导体材料。

16.试写出下列缺陷方程及化学式

(1) TiO2 Al2O3 (2) CaO ThO2

(3) Y2O3MgO (4) Al2O3 ZrO2

(解题规律：低价阳离子置换高价阳离子时，以阳离子为配平，阴离子空位

高价阳离子置换低价阳离子时，以阴离子为配平，阳离子空位)

17. 影响形成置换固溶体的因素有哪些？

1. 原子或离子尺寸的影响

2. 晶体结构类型的影响

3. 离子类型和键性

4. 电价因素

18. 形成固溶体后对晶体性质的影响？

1、稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生

2、活化晶格

3、固溶强化

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）

5、催化剂（固溶体由于具有可变价阳离子，可随不同气氛而变化，使得在其晶格结构不变的情况下容易做到对还原性气体赋予其晶格中的氧，从氧化性气体中取得氧溶入晶格中，从而起到催化消除有害气体的作用。）

6、固溶体电性能（固溶体形成对材料电学性能有很大影响，几乎所有功能陶瓷材料均与固溶体有关）

7、透明陶瓷及人造宝石（利用加入杂质离子可以对晶体的光学性能进行调节或改变。）

19.写出缺陷反应及固溶体的化学式

（1）氧化钛固溶在氧化铝中

（2）氧化钇固溶在氧化镁中

（3）氯化钙固溶在氯化钾中

20、玻璃的分相。

熔体在冷却过程中，在一定的温度和组成范围内，质点迁移使熔体内某些组成偏聚，从而形成两个互不混容的，组成不同的玻璃相。

21、形成氧化物玻璃的规则？

1、网络中每个氧离子最多与两个网络形成离子相联。

2、氧多面体中，阳离子配位数必须是最小的，即为4或3。

3、一定是共顶连接，不能共棱或共面，使能量最低。

4、每个氧多面体至少有三个顶角是与相邻多面体公共有以形成连续的无规则空间结构网络。

22、解释硼酸盐玻璃的硼反常现象

引入断网离子，使三角体变成四面体，由层状变成

架状，由于四面体的存在有补网作用，出现硼反常现

象，有个极值变化。

这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性能刚好相

反。所以称为硼反常现象

23、有两种玻璃组成（mol%）如下：

?序号Na2O CaO Al2O3SiO2

? 1 20 10 10 60

? 2 10 18 72

?试计算玻璃的结构参数，并比较两种玻璃的高温下粘度何者大？

24.硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃在结构上的区别？

答：（1）在硅酸盐晶体中，[SiO4]骨架按一定的对称规律有序排列；在硅酸盐玻璃中[SiO4]骨架的排列是无序的。

（2）在硅酸盐晶体中，[SiO4]骨架外的网络外离子占据了点阵中的一定位置；而在硅酸盐玻璃中，网络变性离子统计地分布在[SiO4]骨架的空腔内，使氧的负电荷得以平衡。

（3）在硅酸盐晶体中，只有当外来阳离子半径与晶体中的阳离子半径相近时，才能发生同晶置换；而在硅酸盐玻璃中，骨架外阳离子不论半径是否相近，均能发生置换，只要求遵守静电价规则。

（4）在晶体中（如这种晶体不是固溶体），原始组份（氧化物）相互间有简单的固定比例，即符合化学计量；而在玻璃中，氧化物可以以任意的比例混合，即不符合化学计量。

25.网络形成体，网络变性体。

答：网络形成体(其中正离子为网络形成离子)，其单键强度大于335kJ/mo1。这类氧化物能单独形成玻璃。

网络变性体(正离子称为网络变性离子)，其单键强度小于250kJ/mol。这类氧化物不能单独形成玻璃，但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变。

十一章

26.稳定扩散，非稳定扩散

稳定扩散：稳定扩散是指在垂直扩散方向的任一平面上，单位时间内通过该平面单位面积的粒子数一定，即任一点的浓度不随时间而变化，扩散通量不随位置变化。……..（公式）

非稳定扩散：不稳定扩散是指扩散物质在扩散介质中浓度随时间发生变化。扩散通量与位置有关。（公式写上）

27.本正扩散与非本正扩散

本征扩散：本征扩散：由肖特基和弗仑克尔缺陷引起的扩散为本征扩散

非本征扩散：掺杂点缺陷引起的扩散为非本征扩散。

28.顺扩散，逆扩散

顺扩散：由高浓度区向低浓度区的扩散叫顺扩散，又称下坡扩散

逆扩散：由低浓度区向高浓度区的扩散叫逆扩散，又称上坡扩散。

29.固体扩散的特点

答：1、固体粒子（原子或分子）扩散是远低于熔点以下既开始的。

2、固体是凝聚体，并有一定的结构，粒子迁移必须克服一定势垒。

所以，扩散迁移是十分缓慢的。

30.影响扩散系数的因素

答：扩散介质结构的影响（通常，扩散介质结构越紧密，扩散越困难，反之亦然）扩散相与扩散介质的性质差异（一般说来，扩散相与扩散介质性质差异越大,扩散系数也越大。）

结构缺陷的影响（实验表明，在金属材料和离子晶体中，原子或离子在晶界上扩散远比在晶粒内部扩散来得快。）

温度与杂质的影响（对于大多数实用晶体材料，由于其或多或少地含有一定量的杂质以及具有一定的热历史，因而温度对其扩散系数的影响往往不完全象图所示的那样，1nD～1／T间均成直线关系，而可能出现曲线或者不同温度区间出现不同斜率的直线段。这一差别主要是由于活化能随温度变化所引起的。一般而言，高价阳离子的引入可造成晶格中出现阳离子空位和造成晶格畸变，从而使阳离子扩散系数增大。且当杂质含量增加，非本征扩散与本征扩散温度转折点升高.

反之，若杂质原子与结构中部分空位发生缔合，往往会使结构中总空位增加而有利于扩散。）

十二章

31.一级相变，均匀成核，非均匀成核

一级相变：在临界温度、压力时，两相化学位相等，但化学位的一阶偏导数不相等的相变。二级相变：在临界温度、临界压力时，两相化学势相等，其化学位的一阶偏导数相等，而二阶偏导数不相等的相变。

均匀成核（核化）：晶核从均匀的单相熔体中产生的几率处处是相同的

非均匀成核（核化）：借助于表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过程

32.什么是一级相变？特点是什么？哪些变化是一级相变？

一级相变：在临界温度、压力时，两相化学位相等，但化学位的一阶偏导数不相等的相变。特点：化学势的一阶偏微商不相等，相变前后两相的体积和熵发生突变

举例：晶体的熔化、升华、液体的凝固、汽化、气体的凝聚以及晶体中大多数晶型转变都属于一级相变，这是最普遍的相变类型。

二级相变：在临界温度、临界压力时，两相化学势相等，其化学位的一阶偏导数相等，而二阶偏导数不相等的相变

特点：相变时两相化学势相等，其一级偏微熵也相等，而二级偏微熵不等

举例：一般合金有序－无序转变、铁磁性－顺磁性转变、超导态转变等

33能否说明过冷度ΔT越大，相变成核速率就越大，为什么？

答：不能，一方面，当过冷度增大，温度降低，熔体粒子动能下降，吸引力相对增大，因而容易聚结和附在晶粒表面上，有利于晶核形成和晶体生长。另一方面，由于过冷度增大，熔体粘度增加，粒子移动困难，即从熔体中扩散到晶核表面也困难，对晶核形成和晶体长大都不利，而且对晶体生长影响更大。

（这道题不确定答案）

34.相具有的特点？

（1）相与相之间有分界面，可用机械方法将它们分开。（2）系统中存在的相可以是稳定、亚稳或不稳定的。

（3）系统在某一热力学条件下，只有当能量具有最小值的相才是最稳定的。

（4）系统的热力学条件改变时，自由能会发生变化，相的结构也相应发生变化

十三章

35.固相反应的特点

答：1、反应是在界面上进行的。

2、反应必须在高温下才能进行，但在低于物质的熔点及低共熔点即开始的反应。

3、反应速度与浓度无关，但与反应物的结构有关。

4、反应是分阶段进行的，一般分为初期、中期、后期。

36.写出杨德尔方程？在推导公式时的假设条件及公式适用范围？

假设：a、反应物是半径为R的等径球粒；

b、反应物A 是扩散相，即A 成分总是包围着B的颗粒，而且A、B同产物C是完全接触的，反应自球表面向中心进行；

c、A在产物层中的浓度是线性的，而扩散层截面积一定。

范围：杨德尔方程的适用范围——反应初期、G较小时

37.比较杨德尔方程与金斯特林格方程

上课照的图片

38.矿化剂及对固相反应的作用？

1、矿化剂能影响晶核形成和晶体长大的速度；

2、矿化剂与反应物形成固溶体，使其晶格活化，反应能力增强；

3、降低液相粘度，提高扩散速度；

4、与反应物形成低共熔物，降低体系共熔点，改善液相性质；

5、有定向矿化作用。

39.影响固相反应的因素？

反应物化学组成的影响

反应物颗粒及均匀性的影响

反应温度的影响

压力和气氛的影响

反应物活性的影响

矿化剂及其他影响因素

十四章

40.烧结的定义、固态烧结、液态烧结。

烧结定义：压制成型后的粉状物料在低于熔点的高温作用下、通过坯体间颗粒相互粘结和物质传递，气孔排除，体积收缩，强度提高、逐渐变成具有一定的几何形状和坚固整体的过程

固态烧结（固相）：是指在烧结温度下基本上无液相出现的烧结，如高纯氧化物之间的烧结过程

液态烧结（液相）：是指有液相参与下的烧结，如多组分物系在烧结温度下常有液相出现。

41.比较液态烧结与固态烧结的特点？

答：共同点：液相烧结与固态烧结的推动力都是表面能。烧结过程也是由颗粒重排、气孔充填和晶粒生长等阶段组成。

不同点：由于流动传质速率比扩散传质快，因而液相烧结致密化速率高，可使坯体在比固态烧结温度低得多的情况下获得致密的烧结体。

42.试说明气氛对Al2O3材料的烧结影响？

答：由于Al2O3材料是由阴离子（O2-）扩散速度控制烧结过程。当它在还原气氛中烧结时，晶体中的氧从表面脱离，从而在晶格表面产生很多氧离子空格，使O2-扩散系数增大导致烧结过程加速。特别是在烧透明的Al2O3材料时，还原气氛更为重要。

43.影响烧结的因素？

烧结温度、时间和物料粒度是三个直接的因素。

一、原始物料的粒度和物料活性的影响

二、添加物的影响

三、烧结温度和保温时间

四、盐类的选择及其煅烧条件

五、气氛的影响

六、压力的影响

44.试说明烧结与固相反应区别

1）两个过程的相同之处：他们都在低于材料熔点或熔融温度之下进行的，并且在过程中自始自终都至少有一相是固态，这就是它们的相同之处。

2）两个过程的不同之处：是固相反应必须至少有两组元参加，如A和B，并发生化学反应，最后生成化合物AB，AB结构与性能不同于A与B。而烧结可以只有单组元，或者两组元参加，但两组元并不发生化学反应，仅仅是在表面能驱动下，由粉状变成致密体。

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第一章原子结构和键合 原子中一个电子的空间和能量的描述 （1）主量子数ni：决定原子中电子能量和核间平均距离，即量子壳层，取正整数K、L、M、N、O、P、Q （2）轨道动量量子数li：给出电子在同一量子壳层内所处的能级（电子亚层），与电子运动的角动量有关，s，p，d，f （3）磁量子数mi：给出每个轨道角动量数或轨道数，决定原子轨道或子云在空间的伸展方向 （4）自旋角动量量子数si：表示电子自旋的方向，取值为+1/2 或-1/2 核外电子的排布规律 （1）能量最低原理：电子总是占据能量最低的壳层，使体系的能量最低。而在同一电子层，电子依次按s,p,d,f的次序排列。 （2）Pauli不相容原理：在一个原子中不可能有运动状态完全一样的两个电子。因此，主量子数为n的壳层，最多容纳2n2电子。 （3）Hund原则：在同一个亚能级中的各个能级中，电子的排布尽可能分占不同的能级，而且自旋方向相同。 原子间的键（见作业） 第二章固体结构 晶体结构的基本特征：原子（或分子、离子）在三维空间呈周期性重复排列。即存在长程有序。性能上两大特点：（1）固定的熔点；（2）各向异性 空间点阵的概念将晶体中原子或原子团抽象为纯几何点（阵点）即可得到一个由无数几何点在三维空间排列成规则的阵列—空间点阵特征：每个阵点在空间分布必须具有完全相同的周围环境 晶胞：代表性的基本单元（最小平行六面体） 选取晶胞的原则： Ⅰ)选取的平行六面体应与宏观晶体具有同样的对称性； Ⅱ）平行六面体内的棱和角相等的数目应最多； Ⅲ）当平行六面体的棱角存在直角时，直角的数目应最多； Ⅳ）在满足上条件，晶胞应具有最小的体积。 晶体结构与空间点阵的区别： 空间点阵是晶体中质点的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，由于各点阵的周围环境相同，只有14种。 晶体是指晶体中实际质点（原子、离子和分子）的具体排列情况，它们能组成各种类型的排列，因此，实际存在的晶体结构是无限的。 晶带 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，所有的这些晶面都称为共带面。晶带轴[u v w]与该晶带的晶面（h k l）之间存在以下关系 hu＋kv＋lw＝0 ————晶带定律 凡满足此关系的晶面都属于以[u v w]为晶带轴的晶带

《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，

823材料科学基础考试大纲

823 材料科学基础考试大纲 一、考试目的 材料科学基础考试是南开大学材料科学与工程学院招收材料物理与化学、材料学、材料工程硕士研究生的入学资格考试之专业基础课。根据考生参加本考试的成绩和其他三门考试的成绩总分来选择参加第二轮，即复试的考生。 二、考试的性质与范围 本考试是测试考生掌握材料化学、材料物理专业知识以及综合运用的能力。考试范围包括本大纲规定的内容。 三、考试基本要求 1. 具备材料化学、材料物理相关的基础专业知识。 2. 具有扎实的基本功。 3. 具备一定的运用基础知识分析、解决实际问题的能力。 四、考试形式 本考试采取客观试题与主观试题相结合，单项技能测试与综合技能测试相结合的方法，强调考生掌握材料化学基础知识以及综合运用的能力。 考试时间为180分钟，答题方式为闭卷考试（可以使用数学计算器）。 五、考试内容 本考试包括两个部分：材料化学、材料物理。

一、材料化学部分 1、化学热力学 热力学第一、二、三定律及其应用；各种变化过程（单纯pVT变化过程、相变化过程和化学变化过程）的方向和限度的判别；相平衡体系和化学平衡体系中的应用；二组分体系相图的绘制及解析。 2、化学动力学 具有简单级数的反应的特点；反应级数及速率方程的确定；各种因素对反应速率及速率常数的影响；复合反应的近似处理方法及其应用；根据反应机理推导速率方程；化学动力学基本原理在气相反应、多相反应、溶液中反应、催化反应和光化学反应体系中的应用。 3、电化学 电解质溶液的导电能力—电导、电导率、摩尔电导率及其应用；可逆电池、可逆电极的能斯特公式及其应用；可逆电池的热力学；电池电动势的测定及其应用；极化与超电势及其应用；分解与分解电压；金属电沉积；不可逆电极过程的基本原理及其应用。 4、界面化学 表面自由能和表面张力；润湿现象与接触角；毛细管现象；新相的生成和亚稳定状态；固体表面的吸附及非均相催化反应。 5、无机化学中的化学原理 （1）掌握化学反应中的质量和能量关系； （2）了解酸碱理论，熟悉溶液中的单相与多相离子平衡，掌握弱酸、弱碱溶液中离子浓度、盐类水解和沉淀平衡的计算；

武汉理工大学材料科学基础06研究生入学考试试题

课程 材料科学基础 （共3页，共十题，答题时不必抄题，标明题目序号，相图不必重画,直接做在试卷上） 一、填空题（1.5×20=30分） 1. 结晶学晶胞是（ ）。 2. 扩散的基本推动力是（ ），一般情况下以（ ）形式表现出来，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（）。 4. 向MgO、沸石、TiO2、萤石中，加入同样的外来杂质原子，可以预料形成间隙型固溶体的固溶度大小的顺序将是（ ）。 5. 根据烧结时有无液相出现，烧结可分为（ ），在烧结的中后期，与烧结同时进行的过程是（ ）。 6. 依据硅酸盐晶体化学式中（ ）不同，硅酸盐晶体结构类型主要有（ ）。 7. 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（ ）的，因为（ ）。 8. 二级相变是指（ ），发生二级相变时，体系的（ ）发生突变。 9. 驰豫表面是指（ ），NaCl单晶的表面属于是（ ）。 10. 固态反应包括（ ），化学动力学范围是指（ ）。 11．从熔体结构角度，估计a长石、b辉石(MgO·SiO2)、c镁橄榄石三种矿物的高温熔体表面张力大小顺序（ ）。 二、CaTiO3结构中，已知钛离子、钙离子和氧离子半径分别为 0.068nm， 0.099nm，

0.132nm。（15分） 1. 晶胞中心的钛离子是否会在八面体空隙中“晃动”； 2. 计算TiCaO3的晶格常数； 3. 钛酸钙晶体是否存在自发极化现象，为什么？ 三、在还原气氛中烧结含有TiO2的陶瓷时，会得到灰黑色的TiO2-x：（15分） 1．写出产生TiO2-x的反应式； 2．随还原气氛分压的变化，该陶瓷材料的电导率和密度如何变化？ 3．从化学的观点解释该陶瓷材料为什么是一种n型半导体。 四、选择题：下列2题任选1题（12分） 1. 简述金属材料、无机非金属材料以及高分析材料腐蚀的特点。 2. 试述材料疲劳失效的含义及特点。 五、现有三种陶瓷材料，它们的主要使用性能如下：（15分） 材料最佳性能用途 Y2O3透明，光线传递光学激光杆 Si3N4高温强度，抗蠕变燃气轮机部件 含Co铁氧体较顽力高能量永久磁铁 在烧结过程中希望材料获得预期的显微结构以使材料最佳性能充分发挥，在控制显微结构因素和工艺条件上应主要考虑哪些相关因素？ 六、熔体结晶时：（1）图示核化速率-温度、晶化速率-温度关系及其对总结晶速率的的影响； （2）核化速率与晶化速率的不同对新相的显微结构有何影响，为什么？ （3）指出在哪一温度范围内对形成玻璃有利，为什么？（12分） 七、X射线给出立方MgO的晶胞参数是0.4211nm，它的密度是3.6g/cm3。（Mg2+和O2-、Al3+摩尔质量分别是24.3和16、27）（12分）

材料科学基础考试大纲

2018年硕士研究生招生考试大纲 考试科目名称：材料科学基础考试科目代码：875 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；

西工大材料科学基础2017考研复习笔记

第一章材料中的原子排列 第一节原子的结合方式 1 原子结构 2 原子结合键 （1）离子键与离子晶体 原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。如氧化物陶瓷。 （2 ）共价键与原子晶体原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。如高分子材料。 （3 ）金属键与金属晶体原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。如金属。金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。 （3 ）分子键与分子晶体原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。分子晶体：熔点低，硬度低。如高分子材料。 氢键：（离子结合）X-H---Y （氢键结合），有方向性，如O-H —O （4 ）混合键。如复合材料。 3 结合键分类 （1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。 （2）二次键（物理键）：分子键和氢键。 4 原子的排列方式 （1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。长程有序，各向异性。 （2 ）非晶体：--------------------- 不规则排列。长程无序，各向同性。 第二节原子的规则排列 一晶体学基础 1 空间点阵与晶体结构 （1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。图1-5 特征：a 原子的理想排列；b 有14 种。 其中：空间点阵中的点－阵点。它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。 （2）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。特征：a 可能存在局部缺陷；b 可有无限多种。 2 晶胞图1－6 （1 ）―――:构成空间点阵的最基本单元。 （2 ）选取原则： a 能够充分反映空间点阵的对称性； b 相等的棱和角的数目最多； c 具有尽可能多的直角； d 体积最小。 （3 ）形状和大小有三个棱边的长度a,b,c及其夹角a , B表示。 （4）晶胞中点的位置表示（坐标法）。 3布拉菲点阵图1 —7 14 种点阵分属7 个晶系。 4 晶向指数与晶面指数晶向：空间点阵中各阵点列的方向。晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。国际上通 用米勒指数标定晶向和晶面。 （1）晶向指数的标定 a建立坐标系。确定原点（阵点）、坐标轴和度量单位（棱边）。 b 求坐标。u' ,v ' ,w '。 c化整数。u,v,w. d 加［］。［uvw］。 说明： a指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向。b负值： 标于数字上方，表示同一晶向的相反方向。

材料科学基础要背知识总结

2010级材料科学基础复习参考材料 一、名词解释 第二章 2-1 Crystalline and Non-crystalline 结晶态与非晶态 Crystalline: The state of a solid material characterized by a periodic and repeating three-dimensional array of atoms,ions,or molecules. Non-crystalline:The solid state wherein there is no long-range atomic order.sometimes the terms amorphous,glassy,and vitreous are used synonymously. 2-2 Single crystalline materials and polycrystalline materials 单晶与多晶材料 Single crystalline materials:A crystalline solid for which the periodic and repeated atomic pattern extends throughout its entirety without interruption. polycrystalline materials:Referring to crystalline materials that are composed of more than one crystal or grain. 2-3 Crystal structure, point lattice and unit cell 晶体结构、空间点阵、单位晶胞 Crystal structure:For crystalline materials,the manner in which atoms or ions are arrayed in space.It is defined in terms of the unit cell geometry and the atom positions within the unite cell. point lattice:The regular geometrical arrangement of points in crystal space. unit cell:The basic structural unit of a crystal structure.It is generally defined in terms of atom(or ion) positions within a parallelepiped volume. 2-4点群与空间群 点群：是指宏观晶体中对称要素的集合。它包含了宏观晶体中全部对称要素的总和以及它们相互间的组合关系。 空间群：晶体内部结构中全部对称要素的集合。 2-5 Direction indices and plane indices 晶向指数与晶面指数 晶向指数：晶体点阵在任何方向上分解为相互平行的结点直线组，质点等距离地分布在直线上。位于一条直线上的质点构成一个晶向。用表示，其中u v w是晶向矢量在参考坐标系X Y Z轴上的矢量分量等比例化简而得到。 晶面指数：可将晶体点阵在任何方向上分解为相互平行的结点平面，即晶面，用表示,h l k是晶面在三个坐标轴（晶轴）上截距倒数的互质整数比。 2-6 Coordination number and coordination polyhedron配位数与配位多面体 配位数：一个原子（或离子）周围同种原子（或异号离子）的数目为原子或离子的配位数 配位多面体：由原子（或离子）与其配位原子（或异号离子）组成的多面体结构为配位多面体。

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，

上海大学2018年硕士《材料科学基础》考试大纲

上海大学2018年硕士《材料科学基础》考试大纲复习要求： 要求考生掌握金属材料的结构、组织、性能方面的基本概念、基本原理；理解金属材料的结构、组织、性能之间的相互关系和基本变化规律。 二、主要复习内容： （一）晶体学基础 理解晶体与非晶体、晶体结构与空间点阵的差异；掌握晶面指数和晶向指数的标注方法和画法；掌握立方晶系晶面与晶向平行或垂直的判断；掌握立方晶系晶面族和晶向族的展开；掌握面心立方、体心立方、密排六方晶胞中原子数、配位数、紧密系数的计算方法；掌握面心立方和密排六方的堆垛方式的描述及其它们之间的差异。 重点：晶体中原子结构的空间概念及其解析描述(晶面和晶向指数)。 （二）固体材料的结构 掌握波尔理论和波动力学理论对原子核外电子的运动轨道的描述。掌握波粒两相性的基本方程。掌握离子键、共价键、金属键、分子键和氢键的结构差异。了解结合键与电子分布的关系和键合作用力的来源。掌握影响相结构的因素。了解不同固溶体的结构差异。 重点：一些重要类型固体材料的结构特点及其与性能的关系。 （三）晶体中的缺陷 掌握缺陷的类型；掌握点缺陷存在的必然性；掌握点缺陷对晶体性能的影响及其应用。理解位错的几何结构特点；掌握柏矢量的求法；掌握用位错的应变能进行位错运动趋势分析的方法。掌握位错与溶质原子的交互作用，掌握位错与位错的交互作用。掌握位错的运动形式。掌握位错反应的判断；了解弗兰克不全位错和肖克莱不全位错的形成。 重点：位错的基本概念和基本性质。 （四）固态中的扩散 理解固体中的扩散现象及其与原子运动的关系，掌握扩散第一定律和第二定律适用的场合及其对相应的扩散过程进行分析的方法。掌握几种重要的扩散机制适用的对象，了解柯肯达尔效应的意义。掌握温度和晶体结构对扩散的影响。 重点：扩散的基本知识及其在材料科学中的应用 （五）相图 掌握相律的描述和计算，及其对相平衡的解释；掌握二元合金中匀晶、共晶、包晶、共析、二次相析出等转变的图形、反应式；掌握二元典型合金的平衡结晶过程分析、冷却曲线；掌握二元合金中匀晶、共晶、共析、二次相析出的平衡相和平衡组织名称、相对量的计算；掌握铁－渗碳体相图及其典型合金的平衡冷却曲线分析、反应式、平衡相计算、平衡组织计算、组织示意图绘制；掌握简单三元合金的相平衡分析、冷却曲线分析、截面图分析；定性的掌握单相固溶体自由能的求解方法，掌握单相固溶体自由能表达式，掌握固溶体的自由能－成分曲线形式，掌握混合相自由能表达式，了解相平衡条件表达式，掌握相平衡的公切线法则。

材料科学基础考研复习

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=mg 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12mm 中各有多少个原子。 8. 石英()2SiO 的密度为2.653Mg/m 。试问： 1) 13m 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 ）。

材料科学基础知识点大全

点缺陷1范围分类1点缺陷.在三维空间各方向上尺寸都很小,在原子尺寸大小的晶体缺陷.2线缺陷在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶粒数量级),另外两个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷.其具体形式就是晶体中的位错3面缺陷在三维空间的两个方向上的尺寸很大,另外一个方向上的尺寸很小的晶体缺陷 2点缺陷的类型1空位.在晶格结点位置应有原子的地方空缺,这种缺陷称为“空位”2.间隙原子.在晶格非结点位置,往往是晶格的间隙,出现了多余的原子.它们可能是同类原子,也可能是异类原子3.异类原子.在一种类型的原子组成的晶格中,不同种类的原子替换原有的原子占有其应有的位置3点缺陷的形成弗仑克耳缺陷:原子离开平衡位置进入间隙,形成等量的空位和间隙原子.肖特基缺陷:只形成空位不形成间隙原子.（构成新的晶面）金属:离子晶体:1 负离子不能到间隙2 局部电中性要求 4点缺陷的方程缺陷方程三原则: 质量守恒, 电荷平衡, 正负离子格点成比例增减. 肖特基缺陷生成:0＝V M,,+ V O··弗仑克尔缺陷生成: M M＝V M,,+ M i ·· 非计量氧化物:1/2O2(g)＝V M,,+ 2h·+ O O不等价参杂:Li2O＝2Li M,+ O O + V O··Li2O+ 1/2O2 (g) ＝2Li M, + 2O O + 2h· .Nb2O5＝2Nb Ti ·+ 2 e, + 4O O + 1/2O2 (g) 5过饱和空位.晶体中含点缺陷的数目明显超过平衡值.如高温下停留平衡时晶体中存在一平衡空位,快速冷却到一较低的温度,晶体中的空位来不及移出晶体,就会造成晶体中的空位浓度超过这时的平衡值.过饱和空位的存在是一非平衡状态,有恢复到平衡态的热力学趋势,在动力学上要到达平衡态还要一时间过程. 6点缺陷对材料的影响.原因无论那种点缺陷的存在,都会使其附近的原子稍微偏离原结点位置才能平衡即造成小区域的晶格畸变.效果1提高材料的电阻定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡力(陷阱),增加了阻力,加速运动提高局部温度(发热)2加快原子的扩散迁移空位可作为原子运动的周转站3形成其他晶体缺陷过饱和的空位可集中形成内部的空洞,集中一片的塌陷形成位错4改变材料的力学性能.空位移动到位错处可造成刃位错的攀移,间隙原子和异类原子的存在会增加位错的运动阻力.会使强度提高,塑性下降. 位错 7刃型位错若将上半部分向上移动一个原子间距,之间插入半个原子面,再按原子的结合方式连接起来,得到和(b)类似排列方式(转90度),这也是刃型位错. 8螺型位错若将晶体的上半部分向后移动一个原子间距,再按原子的结合方式连接起来(c),同样除分界线附近的一管形区域例外,其他部分基本也都是完好的晶体.而在分界线的区域形成一螺旋面,这就是螺型位错 9柏氏矢量.确定方法,首先在原子排列基本正常区域作一个包含位错的回路,也称为柏氏回路,这个回路包含了位错发生的畸变.然后将同样大小的回路置于理想晶体中,回路当然不可能封闭,需要一个额外的矢量连接才能封闭,这个矢量就称为该位错的柏氏矢10柏氏矢量与位错类型的关系刃型位错,柏氏矢量与位错线相互垂直.(依方向关系可分正刃和负刃型位错).螺型位错,柏氏矢量与位错线相互平行.(依方向关系可分左螺和右螺型位错).混合位错,柏氏矢量与位错线的夹角非0或90度. 柏氏矢量守恒1同一位错的柏氏矢量与柏氏回路的大小和走向无关.2位错不可能终止于晶体的内部,只能到表面,晶界和其他位错,在位错网的交汇点, 11滑移运动--刃型位错的滑移运动在晶体上施加一切应力,当应力足够大时,有使晶体上部向有发生移动的趋势.假如晶体中有一刃型位错,显然位错在晶体中发生移动比整个晶体移动要容易.因此,①位错的运动在外加切应力的作用下发生;②位错移动的方向和位错线垂直;③运动位错扫过的区域晶体的两部分发生了柏氏矢量大小的相对运动(滑移);④位错移出晶体表面将在晶体的表面上产生柏氏矢量大小的台阶.螺型位错的滑移在晶体上施加一切应力,当应力足够大时,有使晶体的左右部分发生上下移动的趋势.假如晶体中有一螺型位错,显然位错在晶体中向后发生移动,移动过的区间右边晶体

《材料科学基础》考研2021年考研考点归纳

《材料科学基础》考研2021年考研考点归纳与考研 真题 第1章材料概论 1.1 考点归纳 一、材料的分类 工程材料按属性可分为四类：金属材料、陶瓷材料、高分子材料及由前三类相互组合而成复合材料； 按使用性能可分为两大类：主要利用其力学性能的结构材料和主要利用其物理性能的功能材料。 1．金属材料 （1）金属材料中包括两大类型：钢铁材料和有色金属。有色金属主要包括铝合金、钛合金、铜合金、镍合金等； （2）在有色金属中，铝及其合金用得最多，这主要是因为铝及其合金的以下特性： ①重量轻，只有钢的1/3； ②有好的导热性和导电性，在远距离输送的电缆中多用铝； ③耐大气腐蚀，可用来制作容器和包装品、建筑结构材料及导电材料。 2．陶瓷材料 （1）传统的陶瓷材料是由粘土、石英、长石等成分组成，主要作为建筑材料使用；（2）新型的结构陶瓷材料，其化学组成和制造工艺都大不相同，其成分主要是 A12O3、SiC、Si3N4等； （3）新型结构陶瓷在性能上的优点： ①重量轻；

②压缩强度高，可以和金属相比，甚至超过金属； ③熔点高，耐高温； ④耐磨性能好，硬度高； ⑤化学稳定性高，有很好的耐蚀性； ⑥电与热的绝缘材料。 （4）新型结构陶瓷在性能上的缺点： ①容易脆断； ②不易加工成形。 3．高分子材料 （1）高分子材料又称聚合物； （2）按用途可分为：塑料、合成纤维和橡胶三大类型； （3）塑料又分为：通用塑料和工程塑料。 4．复合材料 （1）金属、聚合物、陶瓷自身都各有其优点和缺点，如把两种材料结合在一起，就产生了复合材料； （2）复合材料可分为三大类型：塑料基的复合材料、金属基和陶瓷基的复合材料；5．电子材料、光电子材料和超导材料 （1）电子材料是指在电子学和微电子学中使用的材料，主要包括半导体材料、介电功能材料和磁性材料等； （2）光电子材料； （3）超导材料。 二、材料性能与内部结构的关系

考研材料科学基础试题及答案

材料科学基础习题 叶荷 11 及材料班2013-1-10 第三章二元合金相图和合金的凝固 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ko；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。 4. 相图分折有哪几步？答：以稳定化合物为独立组元分割相图并分析；熟悉相区及相；确定三相平衡转变性质。 三、绘图题 绘图表示铸锭宏观组织三晶区。 四、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。

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；

材料科学基础考研经典题目doc资料

材料科学基础考研经 典题目

16.简述金属固态扩散的条件。 答：⑴扩散要有驱动力——热力学条件，化学势梯度、温度、应力、电场等。 ⑵扩散原子与基体有固溶性——前提条件；⑶足够高温度——动力学条件；⑷足够长的时间——宏观迁移的动力学条件 17. 何为成分过冷？它对固溶体合金凝固时的生长形貌有何影响？ 答：成分过冷：在合金的凝固过程中，虽然实际温度分布一定，但由于液相中溶质分布发生了变化，改变了液相的凝固点，此时过冷由成分变化与实际温度分布这两个因素共同决定，这种过冷称为成分过冷。成分过冷区的形成在液固界面前沿产生了类似负温度梯度的区域，使液固界面变得不稳定。当成分过冷区较窄时，液固界面的不稳定程度较小，界面上偶然突出部分只能稍微超前生长，使固溶体的生长形态为不规则胞状、伸长胞状或规则胞状；当成分过冷区较宽时，液固界面的不稳定程度较大，界面上偶然突出部分较快超前生长，使固溶体的生长形态为胞状树枝或树枝状。所以成分过冷是造成固溶体合金在非平衡凝固时按胞状或树枝状生长的主要原因。 18.为什么间隙固溶体只能是有限固溶体，而置换固溶体可能是无限固溶体？ 答：这是因为当溶质原子溶入溶剂后，会使溶剂产生点阵畸变，引起点阵畸变能增加，体系能量升高。间隙固溶体中，溶质原子位于点阵的间隙中，产生的点阵畸变大，体系能量升高得多；随着溶质溶入量的增加，体系能量升高到一定程度后，溶剂点阵就会变得不稳定，于是溶质原子便不能再继续溶解，所以间隙固溶体只能是有限固溶体。而置换固溶体中，溶质原子位于溶剂点阵的阵点上，产生的点阵畸变较小；溶质和溶剂原子尺寸差别越小，点阵畸变越小，固溶度就越大；如果溶质与溶剂原子尺寸接近，同时晶体结构相同，电子浓度和电负性都有利的情况下，就有可能形成无限固溶体。 19.在液固相界面前沿液体处于正温度梯度条件下，纯金属凝固时界面形貌如何？同样 条件下，单相固溶体合金凝固的形貌又如何？分析原因

【材料科学基础】必考知识点第一章

2020届材料科学基础期末必考知识点总结 第一章材料中的原子排列 第一节原子的结合方式 1.原子结合键 （1）离子键与离子晶体 原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性； 离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。如氧化物陶瓷。 （2）共价键与原子晶体 原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性； 原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。如高分子材料。 （3）金属键与金属晶体 原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性； 金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。如金属。 金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。 （3）分子键与分子晶体 原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。 分子晶体：熔点低，硬度低。如高分子材料。 氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O （4）混合键。如复合材料。 2. 结合键分类 （1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。 （2）二次键（物理键）：分子键和氢键。 3.原子的排列方式 （1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。长程有序，各向异性。

（2）非晶体：――――――――――不规则排列。长程无序，各向同性。 第二节原子的规则排列 一晶体学基础 1 空间点阵与晶体结构 （1）空间点阵：由几何点做周期性规则排列所形成的三维阵列。 特征：a 原子的理想排列；b 有14种。 其中： 空间点阵中的点－阵点。它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。 描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。 空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。 （2）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。 特征：a 可能存在局部缺陷；b 可有无限多种。 2.晶胞 （1）――－：构成空间点阵的最基本单元。 （2）选取原则： a 能够充分反映空间点阵的对称性； b 相等的棱和角的数目最多； c 具有尽可能多的直角； d 体积最小。 （3）形状和大小 有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。 （4）晶胞中点的位置表示（坐标法）。 3. 晶向指数与晶面指数 晶向：空间点阵中各阵点列的方向。 晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。

贵州大学849材料科学基础2020年考研专业课初试大纲

贵州大学硕士研究生入学考试大纲 考试科目代码/名称：849材料科学基础 一、考试基本要求 本科目考试着重考核考生掌握“材料科学基础”基本概念、基本思想、基本分析方法和基本理论的程度，要求考生对“材料科学”理论体系的基本框架有一个比较全面的了解，理解金属材料、高分子材料制造-加工-结构-性能-应用相关关系，旨在评估考生运用材料科学的基本原理和方法解决实际材料工程问题的能力。 二、适用范围 适用于“材料科学与工程专业”和“高分子材料与工程专业”。 三、考试形式 闭卷，180分钟。 《材料科学基础》试题形式为1+2模块：“1”为所有考生的必答题模块，主要考点为材料科学与工程基础；“2”为专业特色模块，其专业特色模块名称为：材料科学与工程、高分子材料与工程，考生可根据自身的优势选择其中的 1个模块答题。 四、考试内容和考试要求 （一）必答题模块考试内容及要求： （1）材料科学基础概述：掌握材料、材料科学、材料工程的含义，材料的分类，材料结构的层次，材料性能的环境效应，工程材料的选择、各种材料（金属、无机非金属及高分子）的结构与性能的区别等。 （2）晶体结构：掌握晶体价键类型及空间点阵，及常见材料的晶体特征。 （3）材料的变形与断裂：掌握材料的拉伸变形、典型的应力应变曲线、脆性材料与塑性材料、韧性断裂及脆性断裂的微观特征、脆韧转变内因外因等。 （二）选做题模块考试内容及要求： 1、材料科学与工程模块考试内容及要求： （1）金属的晶体结构 掌握：原子间的键合，空间点阵，晶向指数和晶面指数。晶体的对称性。极射投影。三种典型的金属晶体结构，金属的多晶型性，合金相结构。 （2）晶体缺陷 掌握：点缺陷的形成、分类，点缺陷的平衡浓度，点缺陷的运动。刃型位错和螺型位错的特征，柏氏矢量的确定、特性以及表示方法。作用在位错上的力和位错的运动，分析位错运动的两种基本形式：滑移和攀移的特点。位错的应力场及位错与晶体缺陷间的交互作用，分析运动位错的交割及其所形成的扭