1
2-
1名词解释（a ）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷 ；
（b ）刃型位错和螺型位错
（c ）类质同象与同质多晶
解：（a ）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来 位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶 体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。（ b ）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位
错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。（
c ）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离
子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变 化的现象。同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。
2-
6 （1）在CaFa 晶体中，弗仑克尔缺陷形成能为 2.8eV ，肖特基缺陷的生成能为
5.5eV ，计算在25C 和1600C 时热
一 23
缺陷的浓度？ （ k = 1.38 X 10 J/K ）
（2）如果CaE 晶体中，含有百万分之一的
YR 杂质，则在1600 C 时，CaR 晶体中时热缺陷占优势还是杂质缺陷
占优势？说明原因。
解：（1 ）弗仑克尔缺陷形成能为
2.8eV ，小于肖特基缺陷形成能 5.5eV ，所以Ca￡晶体中主要是弗仑克尔缺陷，肖
特基缺陷可忽略不计。 ------------- 1分 当T = 25C= 298K 时，热缺陷浓度为：
19
/ 2.8 1.602 10 、ccc" 24
—
exp( 天 )2.06 10 ---- 2 分
2 1.38 10 2
3 298
当T = 1600C= 1873K 时，热缺陷浓度为:
19
/ 2.8 1.602 10 、「“ 4
exp( 元 )1.7 10
2 1.38 10 2
3 1873
（2） CaF 2中含百万分之一（10 6）的YF 3时的杂质缺陷反应为：
2YF 3 C aF2 2丫二 6F F V ca
由此可知：［YF3］=2［V ca ］，所以当加入10一6YF3时，杂质缺陷的浓度为:
1
［V Ca 杂］孑和彳］5 10 7 ------------------------ 1分
此时，在1600 C 下的热缺陷计算为：
x + 5X 10 一7
exp(―—)
N 298
2kT
G f
N 1873
eXP(
2kT )
Ca
Ca
??
Ca i " V Ca
则:
99 [Ca i ][V Ca ] k
[Ca Ca ]
exp(
(1.7 10 4)2 2.89 10 8
即: x (x 5 10 7)
2.89
10 8, x ~ 8.1 X 10一4
]x8.1 10 4热缺陷浓度: [V
Ca热
2
3
显然：
[V ca 杂][V ca 热]，所以在1600 C 时是弗仑克尔热缺陷占优势
2-
10 ZnO 是六方晶系，a=0.3242nm , c=0.5195nm ,每个晶胞中含 2个ZnO 分子，测得晶体密度分别为
5.74, 5.606
g/cm 3,求这两种情况下各产生什么型式的固溶体？
解：六方晶系的晶胞体积
=2.69幻广卸(g)
???密度是d1时为间隙型固溶体，是 d2时为置换型固溶体。
试简述硅酸盐熔体聚合物结构形成过程和结构特点?
答：聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位，组成大小不同的聚合体。
可分为三个阶段 初期：石英的分化；
中期：缩聚并伴随变形；
后期：在一定时间和一定温度下，聚合和解聚达到平衡。
产物中有低聚物、高聚物、三维晶格碎片以及游离碱、吸附物，最后得到的熔体是不同聚合度的各种聚合物的混合 物，构成硅酸盐结构。聚合物种类、大小和数量随熔体的组成和温度而变化
3- 2简述影响熔体粘度的因素？ 答：影响熔体粘度的主要因素：温度和熔体的组成。
碱性氧化物含量增加，剧烈降低粘度。 随温度降低，熔体粘度按指数关系递增。
3- 3名词解释(并比较其异同)
⑴晶子学说和无规则网络学说
⑵单键强⑶分化和缩聚 ⑷网络形成剂和网络变性剂
答：⑴晶子学说：玻璃内部是由无数 晶子”组成，微晶子是带有晶格变形的有序区域。
它们分散在无定形介中质,
晶子向无定形部分过渡是逐渐完成时，二者没有明显界限。
无规则网络学说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。这种
网络是由离子多面体(三角体或四面体)构筑起来的。晶体结构网是由多面体无数次有 规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。
⑵单键强：单键强即为各种化合物分解能与该种化合物配位数的商。
V=
斤
—2422
195Z10"24
2
=4.73' 11 :
cm 3
在两种密度下晶胞的重量分别为
W i =d i v=5.74 X 4.73X 10-23=2.72 X 10-22(g)
理论上单位晶胞重
W 2=d 2V=5.606 X 4.73X 10-23=2.65 X 10-22(g)
十 2M C
⑶分化过程：架状［SiO 4］断裂称为熔融石英的分化过程。
缩聚过程：分化过程产生的低聚化合物相互发生作用，形成级次较高的聚合物，次过程为缩聚过程。
⑷网络形成剂：正离子是网络形成离子，对应氧化物能单独形成玻璃。即凡氧化物的单键能/熔点＞
0.74kJ/mol.k者称为网络形成剂。
网络变性剂：这类氧化物不能形成玻璃，但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变，即单键强/熔点＜
0.125kJ/mol k者称为网络变形剂。
3- 4玻璃的组成是13wt%NaO 13wt%CaO 74wt%SiO，计算非桥氧分数？
解：
R=(12.6+13.8+73.6 2)/＞73.6=2.36 ?/ Z=4 /? X=2R - Z=2.39 忽-4=0.72
X
Y=Z - X= 4 - 0.72=3.28 非氧桥%= =0.72/ ( 3.28 0.5+0.72) =30.5%
X + Y/2
3-5试用实验方法鉴别晶体Si02、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。它们的结构有什么不同？
答：利用X —射线检测。晶体SiO2—质点在三维空间做有规律的排列，各向异性。SiO2熔体一内部结构为架
状，近程有序，远程无序。SiO2玻璃一各向同性。硅胶一疏松多孔。
3- 9在SiO2中应加入多少Na2O，使玻璃的O/Si=2.5，此时析晶能力是增强还是削弱？
解：设加入x mol 的Na2O，而SiO2 的量为y mol。贝U O/Si= ( x+2y) / y =2.5
??? x=y/2 即二者的物质量比为1:2时，O/Si=2.5。因为O/Si增加了，粘度下降，析晶能力增强了
3-11有一组二元硅酸盐熔体，其R值变化规律如下，写出熔体一系列性质的变化规律(用箭头表示) R = 2; 2.5 ; 3 ; 3.5 ; 4
(1) 游离碱含量------------------------------------ ? (2) O/Si ---------------------------------- ?
(3) 低聚合物数量-------------------------------- ? (4) 熔体粘度V --------------------------------
(5)形成玻璃能力(6)析晶能力—
4- 5试解释粘土结构水和结合水(牢固结合水、松结合水) 、自由水的区别，分析后两种水在胶团中的作用范围及其
对工艺性能的影响。
解：粘土结构水是粘土结构中的水；由于粘土颗粒一般带负电，又因水是极性分子，当粘土颗粒分散于水中时，在粘土表面负电场的作用下，水分子以一定取向分布在粘土颗粒周围以氢键与其表面上的氧和氢氧基结合，负电端向外。在第一层水分子的外围形成一个负电表面，因而又吸引第二层水分子。负电场对水分子的引力作用，随着离开粘土表面距离的增加而减弱，因此水分子的排列也有定向逐渐过渡到混乱。靠近内层形成的定向排列的水分子层称为牢固结合水，围绕在粘土颗粒周围，与粘土颗粒形成一个整体，一起在介质中运动，其厚度约为 3 - 10个水分
子厚。在牢固结合水的外围吸引着一部分定向程度较差的水分子层称为松结合水，由于离开粘土颗粒表面较远，他们之间的结合力较小。在松结合水以外的水叫自由水。结合水的密度大，热容小，界电常数小，冰点低等，在物理性质上与自由水不同。粘土和水结合的数量可以用测量润饰热来判断。粘土与这三种水结合的状态与数量将会影响粘土-水系统的工艺性能。在粘土含水量一定的情况下，若结合水减少，则自由水就多，此时粘土胶的体积减小，容易移动，因而泥浆粘度小，流动性好；当结合水量多时，水膜厚，利于粘土胶粒间的滑动，则可塑性好。
4- 7黏土胶粒分散在水中时，因吸附层与扩散层各带有相反的电荷，所以相对移动时两者之间就存在着电位差，这个电位差称电动电位或Z电位。其数值对黏土泥浆的稳定性有重要的作用。
8-3 大小
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（1）离子置换能力y
4- 10影响粘土可塑性的因素有哪些？生产上可以采用什么措施来提高或降低粘土的可塑性以满足成型工艺的需要？
（1）含水量，（2）电解质，（3）颗粒大小，（4）黏土的矿物组成，（5）泥料处理工艺，（6）腐殖质含量, 添加剂。（9分）工艺措施：泥料经过真空练泥排除气体；经过一定时间陈腐使水分均匀；适宜的腐殖质含量；添加塑化剂等方法提高瘠性物料的塑化
6-1名词解释
凝聚系统：不含气相或气相可以忽略的系统。
介稳平衡：即热力学非平衡态，能量处于较高状态，经常出现于硅酸盐系统中。
连线规则：将一界线（或其延长线）与相应的连线（或其延长线）相交，其交点是该界线上的温度最高点。
切线规则：将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交，如交点在连线上，则表示界线上该处具有共熔性质；如
交点在连线的延长线上，则表示界线上该处具有转熔性质，远离交点的晶相被回吸。
不一致熔融化合物：是一种不稳定的化合物。加热这种化合物到某一温度便发生分解，分解产物是一种液相和一种
晶相，两者组成与化合物组成皆不相同，故称不一致熔融化合物。
6-5具有不一致熔融二元化合物的二元相图〔图10-12（c）〕在低共熔点E发生如下析晶过程：A+C，已知E 点的B含量为20%，化合物C 的B含量为64%。今有C1, C2两种配料，已知C1中B含量是C2中B含量的1.5倍, 且在高温熔融冷却析晶时，从该二配料中析出的初相（即达到低共熔温度前析出的第一种晶体）含量相等。请计算
所以C1组成B含量为26%, C2组成B含量为17.3%。
6-6今通过实验测得如图6-3所示的各相图，试判断这些相图的正确性。如果有错，请指出错在何处？并说明理由。
1.5x，由题意得
5
土木工程材料课后习题 第一章 2、当某种材料得孔隙率增大时,表17内其她性质如何变化？(用符号表示:↑增大、↓下降、不变、？不定) 材料长期在水得作用下不被破坏,强度也不显著降低得性质称耐水性 用软化系数来表示K R=f b/f g 工程中将K R>0、85得材料瞧做就是耐水材料,可以用在水中或潮湿环境中得重要结构;用于受潮较轻或次要结构时,材料得K R值也不得低于0、75 4、材料发生渗水与冻融破坏得主要原因就是什么？如何提高材料得抗渗性与抗冻性？材料得孔隙率大,孔径大、开口并连通得空隙多、强度低就是发生渗水与冻融破坏得主要原因。 工程上常采用降低孔隙率、提高密实度、提高闭口孔隙比例、减少裂缝或进行憎水处理等方法提高材料得抗渗性。 工程上常采用降低孔隙率、提高密实度、提高闭口孔隙比例、提高材料得强度等方法提高材料得抗冻性。 5、什么就是材料得导热性？用什么表示？一般如何利用孔隙提高材料得保温性能？导热性就是指材料传导热量得能力。用导热系数来表示。 减少开口孔隙率,提高闭口孔隙率比例。 7、什么就是材料得耐久性？通常用哪些性质来反映？ 材料得耐久性就是指其在长期得使用过程中,能抵抗环境得破坏作用,并保持原有性质不变、不破坏得一项综合性质。 通常用抗渗性、抗冻性、抗老化与抗碳化等性质。 8、某工地有砂50t,密度为2、65g/cm3,堆积密度为1450kg/m3;石子100t,密度为2、70g/cm3,堆积密度为1500kg/m3、试计算砂石得空隙率,若堆积高度为1、2m,各需要多大面积存放？ 砂:绝对密实体积V1=50*1000/2650=18、87m3 自然状态下得体积V2=50*1000/1450=34、48m3 砂得空隙率为P1=(34、4818、87)/34、48=45、28% 存放面积为S1=3*34、48/1、2=86、2m2 石:绝对密实体积V3=100*1000/2700=37、04m3 自然状态下得体积V4=100*1000/1500=66、67m3 砂得空隙率为P2=(66、6737、04)/66、67=44、44% 存放面积为S2=3*66、67/1、2=166、675m2 第二章 3、花岗石与大理石各有何特性及用途？ 花岗石特性:(1)、密度大。(2)、结构致密,抗压强度高。(3)、孔隙率小,吸水率低。(4)、材质坚硬。(5)、装饰性好。(6)、耐久性好。 用途:用于高级建筑结构材料与装饰材料
1、熔体的概念:不同聚合程度的各种聚合物的混合物 硅酸盐熔体的粘度与组成的关系(决定硅酸盐熔体粘度大小的主要因素就是硅氧四面体网络连接程度) 在熔体中加入LiO2、Na2O 、K2O 与BaO 、PbO 等,随加入量增加,粘度显著下降。 在含碱金属的硅酸盐熔体中,当Al2O3/Na2O ≤1时,用Al2O3代替SiO2可以起“补网”作用,从而提高粘度。一般加入Al2O3、SiO2与ZrO2有类似的效果。 流动度为粘度的倒数,Φ＝ 粘度的理论解释:绝对速度理论η＝η０exp(ΔE/kT) 自由体积理论η＝B exp ［ ］＝Ａexp( ) 过剩熵理论η ＝ Cexp ［ ＝ Cexp( ) 2、非晶态物质的特点 :近程有序,远程无序 3、玻璃的通性 (1)各向同性(若有应力,为各向异性) (2)介稳性 (3)熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性 (4)、熔融态向玻璃态转化时其物化性质随温度变化的连续性 4、 Tg 、Tf , 相对应的粘度与特点 钠钙硅酸盐熔体粘度与温度关系表明:熔融温度范围内,粘度为50~500dPa·s 。工作温度范围粘度较高,约103~107dPa·s 。退火温度范围粘度更高,约1012、5~1013、5 dPa·s 。 Tg-脆性温度、退火温度,Tf-软化温度、可拉丝的最低温度 5、 单键强度 > 335 kJ/mol(或80 kcal/mol)的氧化物——网络形成体。 单键强度 < 250 kJ/mol(或60 kcal/mol)的氧化物——网络变性体。 在250～335 kJ/mol 为——中间体,其作用介于玻璃的网络形成体与网络变性体之间。 6、玻璃形成的热力学观点: 熔体就是物质在TM 以上存在的一种高能状态。据随温度降低,熔体释放能量大小不同,冷却途径分为结晶化,玻璃化,分相 ΔGv 越大析晶动力越大,越不容易形成玻璃。 ΔGv 越小析晶动力越小,越容易形成玻璃。 玻璃形成的动力学观点: 过冷度增大,熔体质点动能降低,有利于质点相互吸引而聚结与吸附在晶核表面,有利于成核。 过冷度增大,熔体粘度增加,使质点移动困难,难于从熔体中扩散到晶核表面,不利于晶核长大。 过冷度与成核速率Iv 与晶体生长速率u 必有一个极值。 玻璃形成的结晶化学观点: (1)、键强(孙光汉理论) 熔点低的氧化物易于形成玻璃 (2)、键型 三种纯键型在一定条件下都不能形成玻璃。 )(00T T KV -α0T T B -)(0T T C D P -?0T T B -η1
1螺位错：柏格斯矢量与位错线平行的位错。 2同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 3晶胞：指晶体结构中的平行六面体单位，其形状大小与对应的空间格子中的单位平行六面体一致。 4肖特基缺陷：如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置，迁移到晶体的表面，在晶格内正常格点上留下空位，即为肖特基缺陷。肖特基缺陷：如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置，迁移到晶体的表面，在晶格内正常格点上留下空位，即为肖特基缺陷。 5聚合：由分化过程产生的低聚合物，相互作用，形成级次较高的聚合物，同时释放出部分Na2O，这个过程称为缩聚，也即聚合。 6非均匀成核：借助于表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化位置而形成晶核的过程。7稳定扩散：扩散质点浓度分布不随时间变化。 8玻璃分相：一个均匀的玻璃相在一定的温度和组成范围内有可能分成两个互不溶解或部分溶解的玻璃相(或液相)，并相互共存的现象称为玻璃的分相(或称液相不混溶现象)。 9不一致熔融化合物：是一种不稳定的化合物。加热这种化合物到某一温度便发生分解，分解产物是一种液相和一种晶相，两者组成与化合物组成皆不相同，故称不一致熔融化合物。10晶粒生长：无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。 11非本征扩散：受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或由不等价杂质离子取代造成晶格空位，由此而引起的质点迁移。（2.5）本征扩散：空位来源于晶体结构中本征热缺陷，由此而引起的质点迁移。 12稳定扩散：若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化，即dc/dt=0。不稳定扩散：扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化，即dc/dt≠0。这种扩散称为不稳定扩散。（2.5分） （2.5分） 13可塑性：粘土与适当比例的水混合均匀制成泥团，该泥团受到高于某一个数值剪应力作用后，可以塑造成任何形状，当去除应力泥团能保持其形状，这种性质称为可塑性。（2.5晶胞参数：表示晶胞的形状和大小可用六个参数即三条边棱的长度a、b、c和三条边棱的夹角α、β、γ即为晶胞参数。 14一级相变：体系由一相变为另一相时，如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变。 15二次再结晶：是液相独立析晶：是在转熔过程中发生的，由于冷却速度较快，被回收的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来，使转熔过程不能继续进行，从而使液相进行另一个单独的析晶过程，就是液相独立析晶。（2.5） 16泰曼温度：反应物开始呈现显著扩散作用的温度。（2.5） 17晶子假说：苏联学者列别捷夫提出晶子假说，他认为玻璃是高分散晶体（晶子）的结合体，硅酸盐玻璃的晶子的化学性质取决于玻璃的化学组成，玻璃的结构特征为微不均匀性和近程有序性。无规则网络假说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。这种网络是由离子多面体（三角体或四面体）构筑起来的。晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。 18正尖晶石；二价阳离子分布在1／8四面体空隙中，三价阳离子分布在l／2八面体空隙的尖晶石。 19液相独立析晶：是在转熔过程中发生的，由于冷却速度较快，被回收的晶相有可能会被
第一章 金属的性能 一、填空（将正确答案填在横线上。下同） 1、金属材料的性能一般分为两类。一类是使用性能，它包括物理性能、化学性能和力学性能等。另一类是工艺性能，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。 2、大小不变或变化很慢的载荷称为静载荷，在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷称为冲击载荷，大小和方向随时间发生周期变化的载荷称为交变载荷。 3、变形一般分为弹性变形和塑性变形两种。不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形。 4、强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。 5、强度的常用衡量指标有抗拉强度和屈服强度，分别用符号σb 和σs 表示。 6、如果零件工作时所受的应力低于材料的σb 或σ0.2，则不会产生过量的塑性变形。 7、有一钢试样其截面积为100mm 2，已知钢试样的MPa S 314=σ MPa b 530=σ 。拉伸试验时，当受到拉力为—————— 试样出现屈服现象，当受到拉力为—————— 时，试样出现缩颈。 8、断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。金属材料的延伸率和断面收缩率的数值越大，表示材料的塑性越好。 9、一拉伸试样的原标距长度为50mm,直径为10mm 拉断后试样的标距长度为79mm ，缩颈处的最小直径为4.9 mm ，此材料的伸长率为—————，断面收缩率为——————。 10．金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏能力。称为冲击韧性。 11．填出下列力学性能指标的符号：屈服点σs ，抗拉强度σb ，洛氏硬度C 标尺HRC ， 伸长率δ，断面收缩率ψ，冲击韧度αk ，疲劳极限σ-1。 二、判断（正确打√，错误打×。下同） 1、弹性变形能随载荷的去除而消失。（√ ） 2、所有金属材料在拉伸试验时都会出现显着的屈服现象。（× ） 3、材料的屈服点越低，则允许的工作应力越高。（× ） 4、洛氏硬度值无单位。（√ ） 5、做布氏硬度试验时，当试验条件相同时，其压痕直径越小，材料的硬度越低。（× ） 6、材料对小能量多次冲击抗力的大小主要取决于材料的强度和塑性。（ ×） 7、布氏硬度测量法不宜于测量成品及较薄零件。（ √） 8、洛氏硬度值是根据压头压入被测定材料的压痕深度得出的。（√ ） 9、铸铁的铸造性能比钢好，故常用来铸造形状复杂的工件。（√ ） 三．选择（把正确答案填入括号内。下同） 1、拉伸试验时，试样拉断前所能承受的最大应力称为材料的（B ）。 A.屈服点 B.抗拉强度 C.弹性极限 2、做疲劳试验时，试样承受的载荷为（C ） A.静载荷 B.冲击载荷 C 交变载荷 3、洛氏硬度C 标尺所用的压头是（ B ） A.．淬硬钢球 B.金刚石圆锥体 C.硬质合金球 4．金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为（C ） A.．塑性 B.硬度 C.强度 5．用拉伸试验可测定材料的（A ）性能指标。 A.．强度 B.硬度 C.韧性
工程材料 第一章金属的晶体结构与结晶 1．解释下列名词 点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。 如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半 原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。 多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即 为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？
2-1 名词解释（a ）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（b ）刃型位错和螺型位错 （c ）类质同象与同质多晶 解：（a ）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。（b ）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。（c ）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 2-6（1）在CaF 2晶体中，弗仑克尔缺陷形成能为2.8eV ，肖特基缺陷的生成能为5.5eV ，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度？（k ＝1.38×10－23J/K ） （2）如果CaF 2晶体中，含有百万分之一的YF 3杂质，则在1600℃时，CaF 2晶体中时热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。 解：（1）弗仑克尔缺陷形成能为2.8eV ，小于肖特基缺陷形成能5.5eV ，所以CaF 2晶体中主要是弗仑克尔缺陷，肖特基缺陷可忽略不计。-----------1分 当T ＝25℃＝298K 时，热缺陷浓度为： 242319298 1006.2)2981038.1210602.18.2exp()2exp(---?=?????-=?-=??? ??kT G N n f ----2分 当T ＝1600℃＝1873K 时，热缺陷浓度为： 423191873 107.1)18731038.1210602.18.2exp()2exp(---?=?????-=?-=??? ??kT G N n f -----2分 （2）CaF 2中含百万分之一（10－ 6）的YF 3时的杂质缺陷反应为： Ca F Ca CaF V F Y YF ''++??→??62223 由此可知：[YF3]=2[Ca V '']，所以当加入10－ 6YF3时，杂质缺陷的浓度为： 73105][2 1][-?==''YF V Ca 杂--------------------1分 此时，在1600℃下的热缺陷计算为： Ca i Ca V Ca Ca ''+→?? x x ＋5×10－ 7 则：8241089.2)107.1()exp(][]][[--???=?=?-==''kT G k Ca V Ca f Ca Ca i 即：871089.21 )105(--?=?+x x ，x ≈8.1×10－4 热缺陷浓度： 4101.8][-?=≈''x V Ca 热------------------1分
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工程材料 思考题参考答案 第一章金属的晶体结构与结晶 1．解释下列名词 点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。 答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位 间隙原子、 置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个 方向 上的尺寸很小。如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上 的尺 寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许 多尺寸 很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而 造成。 滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部
口，故称“刃型位错”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。 多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 2 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核 心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成 为非自 发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率， 细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 2. 常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、 Cr 、V 、 Mg 、Zn 各属何种晶体结构？ 答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格； α－Fe、Cr、V 属于体心立方晶格； γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb 属于面心立方晶格； Mg、Zn 属于密排六方晶格； 3. 配位数和致密度可以用来说明哪些问题？ 答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。晶体中配位数和致密度越大，则晶
第二章、晶体结构缺陷 1、缺陷的概念 2、热缺陷（弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷） 热缺陷是一种本征缺陷、高于0K就存在，热缺陷浓度的计算 影响热缺陷浓度的因数：温度和热缺陷形成能（晶体结构） 弗伦克尔缺陷肖特基缺陷 3、杂质缺陷、固溶体 4、非化学计量化合物结构缺陷（半导体） 种类、形成条件、缺陷的计算等 5、连续置换型固溶体的形成条件 6、影响形成间隙型固溶体的因素 7、组分缺陷（补偿缺陷）：不等价离子取代 形成条件、特点（浓度取决于掺杂量和固溶度） 缺陷浓度的计算、与热缺陷的比较 幻灯片6 8、缺陷反应方程和固溶式 9、固溶体的研究与计算 写出缺陷反应方程→固溶式、算出晶胞的体积和重量→理论密度（间隙型、置换型）→和实测密度比较 10、位错概念 刃位错：滑移方向与位错线垂直，伯格斯矢量b与位错线垂直 螺位错：滑移方向与位错线平行，伯格斯矢量b与位错线平行 混合位错：滑移方向与位错线既不平行，又不垂直。 幻灯片7 第三章、非晶态固体 1、熔体的结构：不同聚合程度的各种聚合物的混合物 硅酸盐熔体的粘度与组成的关系 2、非晶态物质的特点 3、玻璃的通性 4、 Tg 、Tf ,相对应的粘度和特点 5、网络形成体、网络改变（变性）体、网络中间体 玻璃形成的结晶化学观点：键强，键能 6、玻璃形成的动力学条件 (相变)，3T图 7、玻璃的结构学说（二种玻璃结构学说的共同之处和不同之处） 8、玻璃的结构参数 Z可根据玻璃类型定，先计算R，再计算X、Y 注意网络中间体在其中的作用。 9、硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别 10、硼的反常现象 幻灯片8 第四章、表面与界面 1、表面能和表面张力，表面的特征 2、润湿的概念、定义、计算；槽角、二面角的计算 改善润湿的方法：去除表面吸附膜（提高固体表面能）、
1- 5在下面几种情况下，该用什么方法来测试硬度？写出硬度符号。 （1 ）检查锉刀、钻头成品硬度；（2）检查材料库中钢材硬度；（3）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层；（4）黄铜轴套；（5）硬质合金刀片； （1 ）检查锉刀、钻头成品硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。 （2）检查材料库中钢材硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号 HBW。 （3 ）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。 （4）黄铜轴套硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号HBW。（5）硬质合金刀片采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。 2- 4单晶体和多晶体有何差别？为什么单晶体具有各向异性，多晶体具有各项同性？ 单晶体是由原子排列位向或方式完全一致的晶格组成的；多晶体是由很多个小的单晶体所组成的，每个晶粒的原子位向是不同的。因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出 各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。 2-5简述实际金属晶体和理想晶体在结构与性能上的主要差异。理想晶体中原子完全为规则排列，实际金属晶体由于许多因素的影响，使这些原子排列受到干扰和破坏，内部总是存在大量缺陷。如果金属中 无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，
降低金属的抗腐蚀性能。 2- 6简述间隙固溶体和间隙化合物的异同点。 间隙固溶体和间隙化合物都是溶质原子嵌入晶格间隙形成的。间隙固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而间隙化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。 3- 3常用的管路焊锡为成分w(Pb=50%)、w(Sn=50%)的Pb-Sn合金。 若该合金以及慢速度冷却至室温，求合金显微组织中相组成物和组织组成物的相对量。 吨r-i ⑷ I叽 Sn
6-1 略。 6-2 什么是吉布斯相律？它有什么实际意义？ 解：相律是吉布斯根据热力学原理得出的相平衡基本定律，又称吉布斯相律，用于描述达到相平衡时系统中自由度数与组分数和相数之间的关系。一般形式的数学表达式为F＝C－P＋2。其中F为自由度数，C为组分数，P为相数，2代表温度和压力两个变量。应用相率可以很方便地确定平衡体系的自由度数。 6-3 固体硫有两种晶型，即单斜硫、斜方硫，因此，硫系统可能有四个相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题？ 解：有问题，根据相律，F=C-P+2=1-P+2=3-P，系统平衡时，F=0 ，则P=3 ，硫系统只能是三相平衡系统。 图 6-1 图6-2 6-4 如图6-1是钙长石（CaAl2Si2O）的单元系统相图，请根据相图回解：（1）六方、正交和三斜钙长石的熔点各是多少？（2）三斜和六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的？你是如何判断出来的？（3）正交晶型是热力学稳定态？还是介稳态？ 解：（1）六方钙长石熔点约1300℃（B点），正钙长石熔点约1180℃（C点），三斜钙长石的熔点约为1750℃（A点）。 （2）三斜与六方晶型的转变是可逆的。因为六方晶型加热到转变温度会转变成三斜晶型，而高温稳定的三斜晶型冷却到转变温度又会转变成六方晶型。 （3）正交晶型是介稳态。
6-5 图6-2是具有多晶转变的某物质的相图，其中DEF线是熔体的蒸发曲线。 KE是晶型 I的升华曲线；GF是晶型II的升华曲线；JG是晶型III的升华曲线，回答下列问题：（1）在图中标明各相的相区，并写出图中各无变量点的相平衡关系；（2）系统中哪种晶型为稳定相？哪种晶型为介稳相？（3）各晶型之间的转变是可逆转变还是不可逆转变？ 解：（1）KEC为晶型Ⅰ的相区，EFBC 过冷液体的介稳区，AGFB晶型Ⅱ的介稳区， JGA晶型Ⅲ的介稳区，CED是液相区，KED是气相区； （2）晶型Ⅰ为稳定相，晶型Ⅱ、Ⅲ为介稳相；因为晶型Ⅱ、Ⅲ的蒸汽压高于晶型Ⅰ的，即它们的自由能较高，有自发转变为自由能较低的晶型Ⅰ的趋势； （3）晶型Ⅰ转变为晶型Ⅱ、Ⅲ是单向的，不可逆的，多晶转变点的温度高于两种晶型的熔点；晶型Ⅱ、Ⅲ之间的转变是可逆的，双向的，多晶转变点温度低于Ⅱ、Ⅲ的熔点。 6-6 在SiO2系统相图中，找出两个可逆多晶转变和两个不可逆多晶转变的例子。 解：可逆多晶转变：β-石英←→α-石英α-石英←→α-鳞石英 不可逆多晶转变：β-方石英←→β-石英γ-鳞石英←→β-石英 6-7 C2S有哪几种晶型？在加热和冷却过程中它们如何转变？β-C2S为什么能自发地转变成γ-C2S？在生产中如何防止β-C2S 转变为γ-C2S？ 解：C2S有、、、四种晶型，它们之间的转变如右图所示。由于β-C2S 是一种热力学非平衡态，没有能稳定存在的温度区间，因而在相图上没有出现β-C2S的相区。C3S和β-C2S 是硅酸盐水泥中含量最高的两种水硬性矿物，但当水泥熟料缓慢冷却时，C3S将会分解，β-C2S将转变为无水硬活性的γ-C2S。为了避免这种情况的发生，生产上采取急冷措施，将C3S和β-C2S迅速越过分解温度或晶型转变温度，在低温下以介稳态保存下来。
第三章练习题 一、填空题 1.玻璃具有下列通性：、态转化时物理、化学性能随温度变化的连续性。 2.在硅酸盐熔体中，当以低聚物为主时，体系的粘度 3.物质在熔点时的粘度越越容易形成玻璃，大于，等于，小于)时容易形成玻璃。 4.熔体是物质在液相温度以上存在的一种高能量状态，在冷却的过程中可以出现和分相三种不同的相变过程。 5.当SiO2含量比较高时，碱金属氧化物降低熔体粘度的能力是Li2Na22O。 6. 2Na2O·CaO·Al2O3·2SiO2的玻璃中，结构参数Y为 3 。 7. 从三T曲线可以求出为避免析出10-6分数的晶体所需的临界冷却速率，该速率越小，越容易形成玻璃。 8．NaCl和SiO2两种物质中SiO2 容易形成玻璃，因其具有极性共价键结构。 9.在Na2O－SiO2熔体中，当Na2O/Al2O3<1时，加入Al2O3使熔体粘度降低。 10. 硅酸盐熔体中聚合物种类，数量与熔体组成（O/Si）有关，O/Si比值增大，则熔体中的高聚体[SiO4]数量减少。 11. 硅酸盐熔体中同时存在许多聚合程度不等的负离子团，其种类、大小和复杂程度随熔体的组成和温度而变。当温度不变时，熔体中碱性氧化物含量增加， O/Si比值增大，这时熔体中高聚体数量减少。 二、问答题 1.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、二价金属氧化物或B2O3后熔体粘度的变化？为什么？ 答：1) 熔体粘度对玻璃形成具有决定性作用。熔体在熔点时具有很大粘度，并且粘度随温度降低而剧烈地升高时，容易形成玻璃。 2) 在硅酸盐熔体中，加入R2O，随着O/Si比增加，提供游离氧，桥氧数减小，硅氧网络断裂，使熔体粘度显著减小。加入RO，提供游离氧，使硅氧网络断裂，熔体粘度降低，但是由于R的场强较大，有一定的集聚作用，降低的幅度较小。加入B2O3，加入量少时，B2O3处于三度空间连接的[BO4]四面体中，使结构网络聚集紧密，粘度上升。随着B2O3含量增加，B开始处于[BO3]三角形中使结构网络疏松，粘度下降。 3+2+ 1当我排队等着站上小便池的时候有人已经在大便池先尿了■■■■■■■■■■■■张为政整理■■■■■■■■■■■■勿删■■■■■■■■■■■■ 2.试阐述网络形成体和网络变性体。 玻璃网络形成体：其单键强度>335KJ／MOL。这类氧化物能单独形成玻璃。 网络变性体：其单键强度<250KJ/MOL。这类氧化物不能形成玻璃,但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变。
第一章 2.图1-79为五种材料的应力-应变曲线：①45钢，②铝青铜，③35钢，④硬铝，⑤纯铜。试问： （1）当外加应力为300MPa时，各材料处于什么状态？ （2）有一用35钢制作的杆，使用中发现弹性弯曲较大，如改用45钢制作该杆，能否减少弹性变形？ （3）有一用35钢制作的杆，使用中发现塑性变形较大，如改用45钢制作该杆，能否减少塑性变形？ 答：（1）①45钢：弹性变形②铝青铜：塑性变形③35钢：屈服状态④硬铝：塑性变形⑤纯铜：断裂。 （2）不能，弹性变形与弹性模量E有关，由E=σ/ε可以看出在同样的条件下45钢的弹性模量要大，所以不能减少弹性变形。 （3）能，当35钢处于塑性变形阶段时，45钢可能处在弹性或塑性变形之间，且无论处于何种阶段，45钢变形长度明显低于35钢，所以能减少塑性变形。 4．下列符号表示的力学性能指标的名称和含义是什么？ σb 、σs、σ0.2、σ-1、δ、αk、HRC、HBS、HBW 答：σb抗拉强度，是试样保持最大均匀塑性的极限应力。 σs屈服强度，表示材料在外力作用下开始产生塑性变形时的最低应力。 σ0.2条件屈服强度，作为屈服强度的指标。 σ-1疲劳强度，材料循环次数N次后达到无穷大时仍不发生疲劳断裂的交变应力值。 δ伸长率，材料拉断后增加的变形长度与原长的比率。 HRC洛氏硬度，表示用金刚石圆锥为压头测定的硬度值。 HBS布氏硬度，表示用淬硬钢球为压头测定的硬度值。 HBW布氏硬度，表示用硬质合金为压头测定的硬度值。 7.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？ 答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格； α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格； γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格； Mg、Zn属于密排六方晶格； 8．什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？ 答：形成固溶体使金属强度和硬度提高，塑性和韧性略有下降的现象称为固溶强化。
6-1 说明熔体中聚合物形成过程？ 答：聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位，组成大小不同的聚合体。 可分为三个阶段初期：石英的分化； 中期：缩聚并伴随变形； 后期：在一定时间和一定温度下，聚合和解聚达到平衡。6-2 简述影响熔体粘度的因素？ 答：影响熔体粘度的主要因素：温度和熔体的组成。 碱性氧化物含量增加，剧烈降低粘度。 随温度降低，熔体粘度按指数关系递增。 6-3 名词解释（并比较其异同） ⑴晶子学说和无规则网络学说 ⑵单键强 ⑶分化和缩聚 ⑷网络形成剂和网络变性剂
答：⑴晶子学说：玻璃内部是由无数“晶子”组成，微晶子是带有晶格变形的有序区域。它们分散在无定形介中质，晶子向无 定形部分过渡是逐渐完成时，二者没有明显界限。 无规则网络学说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。这种网络是由离子 多面体（三角体或四面体）构筑起来的。晶体结构网 是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结构多 面体的重复没有规律性。 ⑵单键强：单键强即为各种化合物分解能与该种化合物配位数的商。 ⑶分化过程：架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化过程。 缩聚过程：分化过程产生的低聚化合物相互发生作用，形成级次较高的聚合物，次过程为缩聚过程。 ⑷网络形成剂：正离子是网络形成离子，对应氧化物能单独形成玻 璃。即凡氧化物的单键能/熔点﹥0.74kJ/mol.k 者称为网 络形成剂。 网络变性剂：这类氧化物不能形成玻璃，但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变，即单键强/熔点﹤0.125kJ/mol.k者称 为网络变形剂。
6-4 试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。它们的结构有什么不同？ 答：利用X—射线检测。 晶体SiO2—质点在三维空间做有规律的排列，各向异性。 SiO2熔体—内部结构为架状，近程有序，远程无序。 SiO2玻璃—各向同性。 硅胶—疏松多孔。 6-5 玻璃的组成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2，计算桥氧分数？ 解： Na2O CaO SiO2 wt% 13 13 74 mol 0.21 0.23 1.23 mol% 12.6 13.8 73.6 R=(12.6+13.8+73.6 ×2)/ 73.6=2.39 ∵Z=4 ∴X=2R﹣Z=2.39×2﹣4=0.72 Y=Z﹣X= 4﹣0.72=3.28 氧桥%=3.28/（3.28×0.5+0.72） =69.5%
1. 不一致熔融化合物，连线规则 答：不一致熔化合物是一种不稳定的化合物，加热到一定温度会发生分解，分解产物是一种液相和一种固相，液相和固相的组成与化合物组成都不相同。（2.5分） 连线规则：将一界线（或其延长线）与相应的连线（或其延长线）相交，其交点是该界线上的温度最高点。（2.5分） 2. 非本征扩散，稳定扩散 非本征扩散：受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或由不等价杂质离子取代造成晶格空位，由此而引起的质点迁移。（2.5） 稳定扩散：若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化，即dc/dt=0。这种扩散称稳定扩散。（2.5分） 3. 非均匀成核, 一级相变 非均匀成核：是指借助于表面、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一级相变：体系由一相变为另一相时，如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变。（2.5） 4. 晶粒生长，二次再结晶 晶粒生长：平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。（2.5分） 二次再结晶：是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。（2.5分） 5. 一致熔融化合物，三角形规则 答：一致熔融化合物是一种稳定的化合物，与正常的纯物质一样具有固定的熔点，熔化时，产生的液相与化合物组成相同。（2.5分） 三角形规则：原始熔体组成点所在副三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物；与这三个物质相应的初初晶区所包围的三元无变量点是其结晶结束点。（2.5分） 6. 晶粒生长，二次再结晶 晶粒生长：平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。（2.5分） 二次再结晶：是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。（2.5分） 7.液相独立析晶，切线规则 答：液相独立析晶：是在转熔过程中发生的，由于冷却速度较快，被回收的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来，使转熔过程不能继续进行，从而使液相进行另一个单独的析晶过程，就是液相独立析晶。（2.5） 切线规则：将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交，如交点在连线上，则表示界线上该处具有共熔性质；如交点在连线的延长线上，则表示界线上该处具有转熔性质，远离交点的晶相被回吸。 8.本征扩散，不稳定扩散， ．答：本征扩散：空位来源于晶体结构中本征热缺陷，由此而引起的质点迁移。（2.5）不稳定扩散：扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化，即dc/dt≠0。这种扩散称为不稳定扩散。（2.5分） 9.均匀成核，二级相变, 答：均匀成核是晶核从均匀的单相熔体中产生的过程。（2.5分） 相变时两相化学势相等，其一级偏微商也相等，但二级偏微商不等的相变。（2.5分）10.烧结，泰曼温度 答：烧结：由于固态中分子（或原子）的相互吸引，通过加热，使粉末体产生颗粒粘结，经过物质迁移使粉末体产生强度并导致致密化和再结晶的过程。（2.5） 泰曼温度：反应物开始呈现显著扩散作用的温度。（2.5）
第一章晶体几何基础 1-1 解释概念： 等同点：晶体结构中，在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点。 空间点阵：概括地表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形。 结点：空间点阵中的点称为结点。 晶体：内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。 对称：物体相同部分作有规律的重复。 对称型：晶体结构中所有点对称要素（对称面、对称中心、对称轴和旋转反伸轴）的集合为对称型，也称点群。 晶类：将对称型相同的晶体归为一类，称为晶类。 晶体定向：为了用数字表示晶体中点、线、面的相对位置，在晶体中引入一个坐标系统的过程。 空间群：是指一个晶体结构中所有对称要素的集合。 布拉菲格子：是指法国学者A.布拉菲根据晶体结构的最高点群和平移群对称及空间格子的平行六面体原则，将所有晶体结构的空间点阵划分成14种类型的空间格子。 晶胞：能够反应晶体结构特征的最小单位。 晶胞参数：表示晶胞的形状和大小的6个参数（a、b、c、α 、β、γ ）. 1-2 晶体结构的两个基本特征是什么？哪种几何图形可表示晶体的基本特征？ 解答：⑴晶体结构的基本特征： ①晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。
②晶体的内部质点呈对称分布，即晶体具有对称性。 ⑵14种布拉菲格子的平行六面体单位格子可以表示晶体的基本特征。 1-3 晶体中有哪些对称要素，用国际符号表示。 解答：对称面—m，对称中心—1，n次对称轴—n，n次旋转反伸轴—n 螺旋轴—ns ，滑移面—a、b、c、d 1-5 一个四方晶系的晶面，其上的截距分别为3a、4a、6c，求该晶面的晶面指数。解答：在X、Y、Z轴上的截距系数：3、4、6。 截距系数的倒数比为：1/3:1/4:1/6=4:3:2 晶面指数为：（432） 补充：晶体的基本性质是什么？与其内部结构有什么关系？ 解答：①自限性：晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的反映。 ②均一性和异向性：均一性是由于内部质点周期性重复排列，晶体中的任何一部分在结构上是相同的。异向性是由于同一晶体中的不同方向上，质点排列一般是不同的，因而表现出不同的性质。 ③对称性：是由于晶体内部质点排列的对称。 ④最小内能和最大稳定性：在相同的热力学条件下，较之同种化学成分的气体、液体及非晶质体，晶体的内能最小。这是规则排列质点间的引力和斥力达到平衡的原因。 晶体的稳定性是指对于化学组成相同，但处于不同物态下的物体而言，晶体最为稳定。自然界的非晶质体自发向晶体转变，但晶体不可能自发地转变为其他物态。
WORD恪式 1-5在下面几种情况下，该用什么方法来测试硬度？写出硬度符号。 （1）检查锂刀、钻头成品硬度；（2）检查材料库中钢材硬度；（3）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层；（4）黄铜轴套；（5）硬质合金刀片； （1）检查锂刀、钻头成品硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRCo （2）检查材料库中钢材硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号 HBWo （3）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。 （4）黄铜轴套硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号HBW。 （5）硬质合金刀片采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。 2-4单晶体和多晶体有何差别？为什么单晶体具有各向异性，多晶体具有各项同性？ 单晶体是由原子排列位向或方式完全一致的晶格组成的；多晶体是由很多个小的单晶体所组成的，每个晶粒的原子位向是不同的。因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。 2-5简述实际金属晶体和理想晶体在结构与性能上的主要差异。理想晶体中原子完全为规则排列，实际金属晶体由于许多因素的影响，使这些原子排列受到干扰和破坏，内部总是存在大量缺陷。如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存
在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。 2-6简述间隙固溶体和间隙化合物的异同点。 间隙固溶体和间隙化合物都是溶质原子嵌入晶格间隙形成的。间隙固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而间隙化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。 3-3常用的管路焊锡为成分w(Pb二50%)、w(Sn=50%)的Pb-Sn合金。若该合金以及慢速度冷却至室温，求合金显微组织中相组成物和组织组成物的相对量。 0 20 40 80 |ixr? HXTcPb Sn
10-1 名词解释：烧结烧结温度泰曼温度液相烧结固相烧结初次再结晶晶粒长大二次再结晶 （1）烧结：粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理，目的在于通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。 （2）烧结温度：坯体在高温作用下，发生一系列物理化学反应，最后显气孔率接近于零，达到致密程度最大值时，工艺上称此种状态为"烧结"，达到烧结时相应的温度，称为"烧结温度"。 （3）泰曼温度：固体晶格开始明显流动的温度，一般在固体熔点（绝对温度）的2/3处的温度。在煅烧时，固体粒子在塔曼温度之前主要是离子或分子沿晶体表面迁移，在晶格内部空间扩散（容积扩散）和再结晶。而在塔曼温度以上，主要为烧结，结晶黏结长大。 （4）液相烧结：烧结温度高于被烧结体中熔点低的组分从而有液相出现的烧结。 （5）固相烧结：在固态状态下进行的烧结。 （6）初次再结晶：初次再结晶是在已发生塑性变形的基质中出现新生的无应变晶粒的成核和长大过程。 （7）晶粒长大：是指多晶体材料在高温保温过程中系统平均晶粒尺寸逐步上升的现象. （8）二次再结晶：再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。 10-2 烧结推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移，各适用于何种烧结机理? 解：推动力有：（1）粉状物料的表面能与多晶烧结体的晶界能的差值， 烧结推动力与相变和化学反应的能量相比很小，因而不能自发进行，必须加热!! （2）颗粒堆积后，有很多细小气孔弯曲表面由于表面张力而产生压力差， （3）表面能与颗粒之间形成的毛细管力。 传质方式：（1）扩散（表面扩散、界面扩散、体积扩散）；（2）蒸发与凝聚；（3）溶解与沉淀；（4）黏滞流动和塑性流动等，一般烧结过程中各不同阶段有不同的传质机理，即烧结过程中往往有几种传质机理在起作用。 10-3 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? 试说明理由。 （1）蒸发－冷凝；（2）体积扩散；（3）粘性流动；（4）晶界扩散；（5）表面扩散；（6）溶解－沉淀
作业： 第一章 1 解释概念 晶体结构：构成晶体的基元在三维空间的具体的规律排列方式。 固溶体：溶质原子完全溶于固态溶剂中，并能保持溶剂元素的晶格类型的合金相。 点缺陷：在空间三维方向上的尺寸很小，约为几个原子间距，又称零维缺陷。 线缺陷：各种类型的位错，是指晶体中的原子发生了有规律的错排现象。 面缺陷：晶界、亚晶界、相界、孪晶界、表面和层错都属于面缺陷。 离子键：由于正离子和负离子间的库仑引力而形成的。 共价键：共用价电子对产生的结合键叫共价键。 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起来。这种结合力就叫做金属键。 空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵，简称点阵。 晶界：晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面，称为晶粒间界，简称晶界。 位错：晶体中的原子发生的有规律的错排现象。 2 实际晶体中存在哪几类缺陷。P32(9) 点缺陷包括空位，置换原子和间隙原子；线缺陷主要由位错组成，包括刃位错和螺位错；面缺陷包括外表面、相界、晶界、孪晶界和堆垛层错。 3常见的金属晶格类型有哪几种？α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构？ 体心立方：α-Fe、Cr、V 面心立方：γ-Fe、Al、Cu、Ni 密排六方：Mg、Zn 第二章 1 理解下列术语和基本概念： 组织组成物：显微组织中独立的组成部分。 相：合金中具有同一聚集状态、相同的晶体结构，成分和性能均一，并由相界隔开的组成部分。 碳钢：0.0218%< w(C)≤2.11%的铁碳合金。 铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金。 铁素体：碳固溶于α－Fe(或δ－Fe)中形成的间隙固溶体。 奥氏体：γ相常称奥氏体, 用符号A或γ表示, 是碳在γ-Fe 中的间隙固溶体, 呈面心立方晶格。 渗碳体：Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物, 通常称为渗碳体。 莱氏体：共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物, 称莱氏体, 以符号Ld表示 珠光体：共析反应的产物是铁素体与渗碳体的共析混合物, 称珠光体, 以符号P表示。 过冷-纯金属的实际结晶温度总是低于其熔点，这种现象称为过冷。 相图：是用图解的方法表示不同成分、温度下合金中相的平衡关系。