本看查文习题一、名词解释反应扩散; 热加工; 加工硬化; 离异共晶; ; 金属键; 结构起伏; 固溶体枝晶偏析成分过冷; 奥氏体;
二、画图晶向。、[210]1在简单立方晶胞中绘出（）、（210）晶面及[ 800℃渗碳后，试棒的成分－距离曲线示意图。相图，分别画出纯铁经930℃和2结合Fe-FeC3如下图所示，将一锲形铜
片置于间距恒定的两轧辊间轧制。试画出轧制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变3 化的
示意图。］的刃型位错交010001）面上柏氏矢量为［100）面上柏氏矢量为［010］的刃型位错与（4画出简单立方晶体中（割前后的示意图。 5画图说明成分过冷的形成。C相图分析三、
Fe-Fe31用组织组成物填写相图。
2指出在ECF和PSK水平线上发生何种反应并写出反应式。
3计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。
四、简答题
1已知某铁碳合金，其组成相为铁素体和渗碳体，铁素体占82%，试求该合金的含碳量和组织组成物的相对量。
2什么是单滑移、多滑移、交滑移？三者的滑移线各有什么特征，如何解释？。
3设原子为刚球，在原子直径不变的情况下，试计算g-Fe转变为a-Fe时的体积膨胀率;如果测
得910℃时g-Fe和a-Fe的点阵常数分别为0.3633nm和0.2892nm,试计算g-Fe转变为a-Fe的真实膨胀率。
4间隙固溶体与间隙化合物有何异同？
5可否说扩散定律实际上只有一个？为什么？
五、论述题
τCτρ位错密度（晶体强度）—结合右图所示的C关系曲线，分析强化金属材料的方法及其机制。
晶须
冷塑变
六、拓展题
1 画出一个刃型位错环及其与柏士矢量的关系。
2用金相方法如何鉴别滑移和孪生变形？
3 固态相变为何易于在晶体缺陷处形核？
4 画出面心立方晶体中(225)晶面上的原子排列图。
综合题一：材料的结构
1 谈谈你对材料学科和材料科学的认识。
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 碳原子易进入a-铁，还是b-铁，如何解释？
7 研究晶体缺陷有何意义？
点缺陷主要有几种？为何说点缺陷是热力学平衡的缺陷？8
位错概念是在什么背景下提出的？其易动性是如何实现的？9
试述位错的性质。10
试述博士矢量的意义。11
与位错有关的三个力的表达式各是什么？简述其求解原理。12
柯氏气团是如何形成的？它对材料行为有何影响？13
晶体中的界面有何共性？它对材料行为有何影响？14
综合题二：凝固、相结构与相图简述合金相的分类，固溶体与纯金属相比，有何结构、性能特点？1
固溶体与纯金属的结晶有何异同？2
试述匀晶系不平衡结晶的过程（平均成分线的形成、两种偏析）3
4 分析共晶系合金典型的不平衡结晶组织及其形成原因。
5 试述含碳量对平衡组织和性能的影响（相含量、形态的变化）。 6说明三元相图的水平截面、垂直截面及投影图的应用。 7 分析两种合金平衡冷却过程，指出其室温组织。C相图中适合锻造、铸造、冷塑变、热处理加工的成分范围，说明原因。 8 指出Fe-Fe39 什么是过冷？为何说过冷是凝固的必要条件？
10分析界面结构和温度梯度对晶体生长形态的影响。
11根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。
12 判断不同温度下晶核半径与自由能变化关系曲线。
13 画图说明成分过冷的形成，成分过冷对晶体生长形状有何影响？
14 常见的铸锭缺陷有哪些？
15 液态金属凝固时需要过冷，那么固态金属熔化时是否需要过热？为什么？
16 谈谈你所了解的凝固新技术及其应用。
综合题三：扩散、塑变与再结晶
1 可不可以说扩散定律实际上只有一个，为什么？
2 渗碳为什么在奥氏体中而不在铁素体中进行？
3 在研究纯铁渗碳时，通常假定渗碳气氛的渗碳能力足以使奥氏体的溶碳量达到饱和，且渗碳开始工件表面可迅速获得一个恒定的表面浓度C, 此浓度在整个过程中维持不变。S（1）结合Fe-FeC 相图，分别画出纯铁在930℃和800℃渗碳时，渗碳铁棒的成分－距离曲线示意图。3（2）选择温度低于727℃，能否达到渗碳的目的，为什么？
4 试分析材料强化常用的方法、机制及适用条件。为何晶粒越细、材料的强度越高，其塑韧性也越好？5
何谓单滑移、多滑移和交滑移？画出三者滑移线的形貌。6
7 试分析单晶体滑移和孪生变形的异同点。。某面心立方晶体的可动滑移系为8 (111)[110]（1）指出引起滑移的单位位错的柏士矢量。
（2）若滑移是由纯刃型位错引起的，试指出位错线的方向。
（3）若滑移是由纯螺型位错引起的，试指出位错线的方向。
）两种情况下滑移时位错线的滑移方向。3）、（2）指出在上述（4（．
），假设晶体可以在各个滑移系上进行滑移，试分析表面上滑移线形貌。若晶体表面为若单晶体铜的表面恰为（1009
（111）呢？ 10 钨板在1100℃加工变形，锡板在室温下变形，它们的组织结构有何变化？根据形变金属退火后晶粒尺寸与变形量关系示意图，11 ）将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制，画出此铜片经完全再结晶后晶粒大小沿片长方向变化示意图。（1（2）一块纯锡板被子弹击穿，试画出弹孔周围组织变化示意图。热加工和冷加工是如何划分的，分析热加工和冷加工过程中的组织与性能变化12
绘出第六章内容结构框图13
绘出第七章内容结构框图14
1绘出第八章内容结构框图
综合题四：固态相变与新型材1固态相变与凝固两过程有何异同2说明固态相变比液态材料结晶
阻力大的原因3说明晶体缺陷促进固态相变形核的原因4描述脱溶转变的相变过程，并建立它与马氏体回火转变过程的联系5再结晶和调幅分解是相变过程吗，为什么6分析调幅分解的热力学条件7试述马氏体高强度、高硬度的原因8列表说明下列内容亚结形貌特性能特组成相变类形成条
P
TP
S
M板条M
M 片状 B上B
B下9 画图说明A-M转变。
10 谈谈你对组织结构、加工工艺、化学成分和性能四者之间的关系。
11 简述复合材料增强原理。
12 简述复合材料界面结合类型，如何改善界面结合状态。
13 采用一定的方法（框图法、分枝法等）说明本书各章内容之间的联系。
《材料科学基础》作业（一）
1. 写出立方晶系的{112}晶面族所包含的所有晶面。
2. 在立方晶系的四面体中，画图并表示出四面体所包含的 {111} 晶面族的四组晶面。
3. (10) 和 (112) 晶面是否属于同一晶带？为什么？画图表示出晶带轴和晶带面。
4. 分别在三个晶胞中画图表示 [11] 与（110）、[11] 与（01）、（211）与 [211] 晶
向和晶面。．
晶向。并用三坐标系写出其晶向指数及晶面指数。）晶面及）、（010 [113] 5. 在六方晶系中，画图表示（110 )习题课习题(一金属的晶体结构
{111}晶面族构成的八面体的各晶面指数。．画出立方晶系 1 标出下列各晶面和晶向指数：2．
hcp结构不是一种晶胞（a = b ≠ c ,α＝β＝γ＝90）空间点阵的原因。 4. o试绘图说明
、d、d的大小，并指出面间距最大的晶面。5．求fcc结构中面间距d(100)(110)(111)
材料科学基础作业（三）一．填空题 _______位错。1．位错线与柏氏矢量垂直，该位错为
_________ ; 位错线与柏氏矢量平行时为 _____________ 。________________ 2．无限固溶体永远是；间隙固溶体永远是 ________。_________，可以形成_______ ，但不可以中止于3．位错线在晶体内部可以 _________________空间点阵。和CaF晶体各属于NaCL4．2
_____________________________________。5．影响置换固溶体溶解度的因素主要有个碳原子可_____，单位晶胞内最多能有6．在面心立方结构的单胞中，碳原子可以存在位置的坐标是
________________ 以溶入单胞内。。7．间隙相和间隙化合物都是由原子半径较小的非金属元素和过渡族元素组成，它们的主要区别是____ 运动；在垂直于半原子面的正应力的作用下可以进行8．刃型位错在切应力的作用下可以进行_________ 。，负攀移机制为_______________和
_____运动；正攀移机制是___________，即半原子面的____ _______与方向，．在切应力的作用下，当位错在晶体中滑移运动时，刃位错运动方向与b方向_____,9 _____。________,与方向
_______，与位错线方向与位错线________；螺型位错线的运动方向与b ；螺型位错的可
_________个，这是因为__________________10．可滑移面是，刃型位错的可滑移面有。个，因为__________________________________________滑移面有 [110]位错的可滑移面，并指出是何种类型的位错？＝．写出b[00]，位错线运动方向为二是电子化合物，具有体心立方结构，
试计算其电子浓度值，并画出其晶体结构的单胞。FeAL三．B
P
线为一混合型位错，其位错线方向和柏氏矢量方向如图所示。四．AB P点处的刃型位错和螺型
位错分量。1）试画出 b 2）并说明是正刃还是负刃型位错及半原子面的位置？A
3）说明是左螺型还是右螺型位错。Y
Y
材料科学基础作业（四） b）分别表示一对同号刃型位错和1．图a）和图o 30 一对异号刃型位错。假定位于原点的刃型位错o 30 ,另一固定不动，在位错滑移力（F）的作用下x X
X
位错运动到何位置才处于稳定平衡状态？试在 b)
图a图中标出，并说明原因。图）
晶面上，（11）可以运动的单位位错的柏氏矢量有哪些？它们相应能在哪些晶面上运动？结构晶体的2. 画图说明在fcc晶向的一个肖克莱部分位错反应合成一个弗兰克部[12]3．在面心立方结构的晶体中，沿[01]晶向上有一单位位错与沿分位错：（1求合成后的弗兰克部分位错的柏氏矢量。）
试根据能量条件分析上述位错反应能否进行。（2）（3为什么把此种位错称为固定位错？）
B
4．在具有fcc结构的单晶体中有一晶面，其ABC ）：晶面指数为（11 （1）A
写出位于该晶面上柏氏矢量平行于的C
单位位错的柏氏矢量。若该位错是螺位错，位错在运动中受阻，将交滑移到哪一个晶面上？（2） 11）晶面上分解，写出位错分解的反应式，并指出分解后的位错类型。若该单位位错可在（3（）
刃型位错，它＝01[）晶面上有一个5．在体心立方结构晶体内的（011b＝11]刃型位错，在（）晶面上有一个b[111]21们分别沿所在晶面进行滑移，当彼此相遇时，能否发生位错反应？纯金属的晶体结构单元练习题第一章
判断是非题，对的在括号中划“∨”，错的划“×”：一．） 141．布拉非点阵与晶体结构是同一概念，因此不管离子晶体，分子晶体，还是原子晶体，晶体结构类型共有种。（ 2晶向与晶面之间存在[uvw] ,hu+kv+lw=1的关系（））平行于某晶向hkl．如果某晶面（倍。（）1结构中，四面体间隙数是单胞原子数的fcc．3．
-Fe的致密度。（）4．温度相同时，碳原子在-Fe中的溶解度小于在-Fe中的溶解度，这是因为-Fe的致密度小于 [01]三个最密排方向。（）fcc结构的晶体中（11）晶面上含有[110]、[101]5．、填空题二．．1<111>晶向族包括组晶向。——————————————————————————————．组晶面。{110}晶面族包括2——————————————————————————————）和（10）为共带面，其晶带轴的晶向指数为。123．晶面（————————————————，滑，滑移方向（密排晶向）是；bcc结构晶体的滑移面是4．fcc结构晶体的滑移面（密排晶面）是————————————————结构的滑移面是，滑移方向为。移方向为；hcp——————————
5．某晶体的致密度为74,————————————————问答题三．和——————————该晶体的晶体结构为。％
bccfcc1．画图并计算结构晶体的八面体间隙半径大小。．画图并说明hcp结构不是一种空间点阵的原因，并计算≌1.633 。2 、[112]晶向。）、（11）、（112）晶面及3．作图表示（[11]11 ）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。）及（结构（111）、（1001104．求bcc
晶体结构习题课习题（二）第三章
1．判断下列位错是否能够进行：）a [100] ＋ a [010] → [111] + [11]（1 （2）a [100] →[111] + [1] [21] → [11] ＋（3） [10]
[211]
[110] → [12] ＋（4）的单位位错，试问该位错的刃型分量及螺型分量应处于什么方向上？在[10]112．在面心立方晶体的（）晶面上有b＝晶胞中画出它们的方向，并写出它们的晶向指数。晶面上存在？试写出该单位位错在这些晶面上分解3．柏氏矢量b＝ [110]的单位位错可以在fcc
结构晶体的哪些{111} 为两个肖克莱部分位错的反应式。的单位位错向相运动相遇后会发生位错反应形成新的位错，和b= [01]b4．在面心立方晶体的（111）晶面上有=[10]21试写出反应式。若两单位位错在各自的滑移面内又可分解为扩展位错，试写出位错分解的反应式。）晶面上沿fcc结构的晶体在（11[10]方向滑移，试回答下列问题：．在外力作用下，5 ①若晶体的滑移是
由单位位错的运动引起的，写出该单位位错的柏氏矢量。②若此单位位错是纯刃型位错，写出位错线方向及在外力作用下滑移运动的方向。）晶面上运动受阻后将交滑移到哪一个晶面上？③若此单位位错是纯螺型位错在（11 11）晶面内可以分解为扩展位错，写出位错分解的反应式并判断能否进行。④若此单位位错在（）晶面内滑移受阻还能否运动？如何运动？⑤若扩展位错在（11的肖克莱部分位错，两位错运动相遇发生位错6．在面心立方结构的（11）晶面上有b 的单位位错以及＝ [12] [01]b＝反应，试问：②说明合成位错的性质。①写出反应式并判断是否能够进行？
111结构晶体的（）晶面上所有单位位错可以分解为扩展位错的反应式。fcc7．写出《材料科学基础》作业（五） 1填空的物理意义是—————D）扩散系数1 。）菲克第一定律的数
学表达式为————。2．
）菲克第二定律的数学表达式为————。3 ）扩散系数与温度之间关系的表达式是——。4
原子扩散是。反应扩散是）上坡扩散是指_______________。下坡扩散是指5____________________________
）扩散通量为____________________________________2的物理意义；并比较间隙扩散和
___________________________________________________________ 6
空位扩散两者D表达式的区别。试说明公式D＝dP2小时后，脱,已知在保温30.8％的碳钢，在900℃的脱碳气氛中保温，此时与气氛相平衡的表面碳浓度为0.2％3含碳量为 7小时，试问脱碳层厚度应是多少？，若保温时间改为碳层厚度为0.3mm的全部时间内，渗碳气氛始终％，且t >0％的碳钢，在930℃渗碳，渗到0.05cm处时，碳浓度为0.454有一块含碳量0.127－s ／＝1.4×10cm 保持表面成分含碳量为1％，今设D ①试计算渗碳所需的时间。②计算渗碳层增加一倍所需的时间。αγ。这一结论是否～930℃），而不在铁素体相区（工业渗碳温度常选择在奥氏体相区（920700～900℃），这说明D> D5cc％的碳钢正确？为什么? 试分析工业渗碳常选择在奥氏体相
区不在铁素体相区的原因。（工业渗碳是使含碳量0.1~0.2 表面达到 0.8~1.0C）％相图，画出
渗层的氮浓度分布曲线。N），试根据Fe－NFe6现对纯铁在540℃进行普通渗氮，炉内氮势足以
形成相（2~3 C在扩散类型上有何不同。并说明钢的渗N与钢的渗Fe
N %
℃1
2
3
4
540℃N%
X
《材料科学基础》作业（六）对的答（＋），错的答（×）并改正错误是非题：一．
）在任何温度下，液态金属中出现的相起伏都是晶胚。（1）
2）在过冷的液态金属中，凡是出现大于或等于临界晶核的晶胚都是晶核。（） 3）不论晶胚大小，凡是体积自由能的减少不能补偿表面自由能的增高，就是有足够高的形核功提供，也不能形核。（）））所谓临界晶核，就是形成晶胚时体积自由能的减少正好补偿三分之二表面自由能增加时的晶胚大小。（ 4 ）纯金属均匀形核时，形核率随过冷度的增加而增加。（5）
6）实际金属凝固时，过冷度很小，这主要是由于非均匀形核的原因。（） 7）临界晶核半径主要取决于过冷度，过冷度越大，临界晶核半径越小。（）
8）非均匀形核功大小主要取决于过冷度，过冷度越大，临界形核功越小。（）.( ) ）纯金
属凝固时，要得到枝晶组织，界面前沿液体中的温度梯度必须是正的温度梯度9 ）在实际生产中，纯金属凝固后形成具有三个晶区的铸锭组织。（）10．
T3 11）实际金属凝固时过冷度越大，形核率越大。（）△G T3 T2 T2△G 二．分析下面两图，哪个图正确？ T1 T1并说明原因。（△G－形核功r
r
r－晶核半径， T > T > T )
图（b）图
123( a )
三．综述金属结晶的热力学条件、能量条件、结构条件和动力学条件。
四．根据凝固理论，试述工业中细化晶粒的基本措施及其机理。
五．简述纯金属枝晶的形成条件和长大过程。
《材料科学基础》作业（五）
1．铜和镍固态完全互溶，它们的熔点分别是T＝1083℃，T=1452℃,问：Ni－10%Cu及Ni－50%Cu 两种合金在浇铸和凝固NiCu条件相同的条件下，哪种合金形成柱狀晶的倾向大？哪种合金的枝晶偏析严重？为什么？
2．画图并说明共晶成分的AL-Si合金在快冷条件下得到亚共晶组织＋（＋Si）的原因。
3．画出Pb－Sb相图，求：
1）分析过共晶合金的平衡结晶过程（写出反应式）、画出冷却曲线及组织示意图、写出结晶后的室温组织。
2）求室温组织中组织组成物的相对重量、共晶组织中的共晶及共晶的相对重量。（二次相忽略不计）
3）求室温组织中组成相的相对重量。
《材料科学基础》作业（六）
1．填空
1）固溶体合金，在铸造条件下，容易产生_______ 偏析，用__________ 方法处理可以消除。2）AL－CuAL共晶属于__ 型共晶，AL-Si共晶属于__型共晶， Pb－Sn共晶属于__型共晶。23）固溶体合金凝固时有效分配系数k的定义是__。当凝固速率无限缓慢时，k趋于__；当凝固速ee 率很大时，则k趋于__ 。e4）K<1的固溶体合金非平衡凝固的过程中，K ；_____提纯效果越____ , 越小，成分偏析越00．
而K>1的固溶体合金非平衡凝固的过程中，K越大，成分偏析越____ , 提纯效果越_____。005）固溶体合金_____ 凝固时成分最均匀，液相完全混合时固溶体成分偏析（宏观偏析）最___ ，液相完全无混合时固溶体成分偏析最____ ，液相部分混合时固溶体成分偏析_________。
2.已知A-B二元相图，液、固相线近似为直线且K>1合金成分为C，固相无扩散，液相完全无混合凝固。试画出：oo1）A-B二元合金相图及液相实际温度分布线。 2）边界层液相溶质分布曲线
3）由液相溶质分布而引起的液相温度分布曲线并对照相图加以说明（理论温度分布曲线）。
4）画出由液相实际温度与理论温度分布曲线组成的成分过冷区并定义何谓成分过冷。
3．固溶体合金液相完全无混合凝固时，产生成分过冷的临界条件为： = . ( m为液相线斜率，G为液相实际温度梯度，
R为液－固界面移动速度且K<1 ) O1）说明能否产生成分过冷的条件。
2）如果外界条件不变，图中C和C两合金相比哪个合金产生成分过冷的倾向大？为什么？103）成分过冷对固溶体生成形态有何影响？对于一定成分的合金C，如何控制外界条件来避免出现粗大的树枝状组织？O4．试说明晶体生长形态与固相界面形貌、前沿液相温度梯度的关系。
5．试说明在正温度梯度下为什么固溶体合金凝固时一定呈树枝状方式
长大，而纯金属却得不到树枝状晶体？（3题）
《铁碳合金状态图》一章课堂讨论思考题
1背画Fe-FeC相组成物相图和组织组成物相图，在相图中标出A、A、A线并说明该线的意义。cm1332说明相图中三条水平线的意义。
3写出纯铁的同素异晶转变线（常压），并指出该线在相图中是如何表示的。
4说明铁碳合金在固态下的基本相F、A 、、FeC 的：31）合金类型及晶体结构
2）比较F与A的含碳量大小，并说明理由。
3）比较D与D的大小，试从晶体结构因素分析其原因。γα5试分析亚共晶及过共晶合金白口铁完全无混合凝固时，初晶A呈树枝状、初晶FeC呈规则的白色条状的原因。Ⅰ36钢可以锻造而白口铁不可以锻造，为什么？（钢的始锻温度在固相线以下200～300℃）
7钢和白口铁平衡结晶室温组织的本质区别是什么？
8试比较45钢和20钢；T10钢和T12钢力学性能好坏，并说明原因。
9分析45钢、T8钢、T12钢、3.0%C、4.3%C、5.0%C铁碳合金平衡结晶过程及组织，画出冷却曲线及室温组织示意图。
10求铁碳合金中FeC和FeC的最大百分含量，并指出各属于何种类型的铁碳合金。Ⅲ33Ⅱ' C的百分含量。C和FeFe组织中求共晶白口铁LdP、FeC、11共析共晶Ⅱ333C％的铁碳合金平衡结晶室温组织中各相及组织组成物相对重量。3.0％C、5.0T1012求45钢、钢、 2.0%的铁碳合金试样，室温组织中观察到少量莱氏体，试分析其原因。13有一含碳量％的铁碳合金室温组织为珠光体和厚网状渗碳体，没有发现莱氏体，试分析其原因。有一含碳量2.214 ％，试判断其钢的含碳量。C有一过共析钢，其平衡组织中Fe的重量百分数为715Ⅱ3试分析铁－碳合金，随含碳量的增加对其组织及性能的影响。16
是非概念思考题．
1) fcc结构中的（111）晶面上有一个b＝[110] 的全位错它可以分解为[211]和[12] （）
2) 一般金属的平均直径在0.015~0.25mm范围，亚晶粒的平均直径在0.001mm范围。（）
（）n值，它在数值上和最大均匀应变相等，因此，n3) 加工硬化n值越大金属的加工性能越好。
指数是指=K式中的T位错导致位错塞积，因此使位错滑移遇到了较大的阻力造成的。（）4) fcc 结构的金属加工硬化的原因是因为形成了L-C 晶面族。（）5) fcc 结构的金属其滑移面、孪晶面和层错面都是{111} ）纯金属凝固时均匀形核所需过冷度较非均匀形核所需过冷度大得多。（ 6）温度范围进行。（）A Fe碳在－中比在γ－Fe中的扩散系数大，所以钢的渗碳往往在低于7）3金属提纯所使用的区域熔炼在操作时要使液相尽量混合均匀。（））8 种。（）布拉非点阵与晶体结构是同一概念，因此不管离子晶体，分子晶体还是原子晶体，晶体结构类型共有149））在某一过冷度下，大于临界晶核半径的晶胚能够长大，因为这样的晶胚形成时，引起系统自由能的变化为△G<0 。（）10 ）单位面积小角度晶界的界面能总是比大角度晶界的界面能低。（）11 ）在实际生产中，固溶体合金凝固后形成具有三个晶区的铸锭组织。（）12 ）固溶体中溶剂原子的扩散是自扩散，溶质原子的扩散是互扩散。（）13 Fe和奥氏体虽然成分不同，但显微组织是相同的。（）14）γ－若为螺位错，其位错线），则其位错线方向为[11];）面心立方晶体中有一刃型位错，其柏氏矢量为[011],滑移面为（1115( )
[011] 。方向为 C相图可以判断铁碳合金热处理的可能性，锻造的可能性，锻造时始锻温度和终鍛温度。（）Fe –Fe16）利用317）三元相图垂直截面图中的三相区常呈三角形，其三个顶点分别表示三个平衡相的成分。（） 18）合金区域提纯可采用区域熔炼方法，但重熔凝固时最好使其液相完全混合。（））在二元相图和三元相图的两相区中，都可以使用杠杆定律。（）19长成树枝晶，而固溶体合金实际凝固时常以树枝方式长大，20）纯金属凝固时必须是在负的温度梯度下才能以树枝方式长大；这是由于成分过冷所致。（）( )
）在影响扩散的诸因素中，最主要的并且可以控制的因素是温度。21 ）钢和白口铁显微组织的主要区别是有无珠光体，热加工性能上的主要区别是能否锻造。22 ）（温度以下的三相平衡转
练习题 第三章 晶体结构，习题与解答 3-1 名词解释 （a ）萤石型和反萤石型 （b ）类质同晶和同质多晶 （c ）二八面体型与三八面体型 （d ）同晶取代与阳离子交换 （e ）尖晶石与反尖晶石 答：（a ）萤石型：CaF2型结构中，Ca2+按面心立方紧密排列，F-占据晶胞中全部四面体空隙。 反萤石型：阳离子和阴离子的位置与CaF2型结构完全相反，即碱金属离子占据F-的位置，O2-占据Ca2+的位置。 （b ）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。 （c ）二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构 三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。 （d ）同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。 阳离子交换：在粘土矿物中，当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、半径大的阳离子（如K+、Na+等）将进入晶体结构来平衡多余的负电荷，它们与晶体的结合不很牢固，在一定条件下可以被其它阳离子交换。 （e ）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶体结构中，若A2+分布在四面体空隙、而B3+分布于八面体空隙，称为正尖晶石； 反尖晶石：若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分布于四面体空隙另一半分布于八面体空隙，通式为B(AB)O4，称为反尖晶石。 3-2 （a ）在氧离子面心立方密堆积的晶胞中，画出适合氧离子位置的间隙类型及位置，八面体间隙位置数与氧离子数之比为若干？四面体间隙位置数与氧离子数之比又为若干？ （b ）在氧离子面心立方密堆积结构中，对于获得稳定结构各需何种价离子，其中： （1）所有八面体间隙位置均填满； （2）所有四面体间隙位置均填满； （3）填满一半八面体间隙位置； （4）填满一半四面体间隙位置。 并对每一种堆积方式举一晶体实例说明之。 解：（a ）参见2-5题解答。1:1和2:1 （b ）对于氧离子紧密堆积的晶体，获得稳定的结构所需电价离子及实例如下： （1）填满所有的八面体空隙，2价阳离子，MgO ； （2）填满所有的四面体空隙，1价阳离子，Li2O ； （3）填满一半的八面体空隙，4价阳离子，TiO2； （4）填满一半的四面体空隙，2价阳离子，ZnO 。 3-3 MgO 晶体结构，Mg2+半径为0.072nm ，O2-半径为0.140nm ，计算MgO 晶体中离子堆积系数（球状离子所占据晶胞的体积分数）；计算MgO 的密度。并说明为什么其体积分数小于74.05%？
《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 四、简答 1、简述工程结构钢的强韧化方法。（20分） 2、简述Al-Cu二元合金的沉淀强化机制（20分） 3、为什么奥氏体不锈钢（18-8型不锈钢）在450℃～850℃保温时会产生晶间腐
蚀如何防止或减轻奥氏体不锈钢的晶间腐蚀 4、为什么大多数铸造合金的成分都选择在共晶合金附近 5、什么是交滑移为什么只有螺位错可以发生交滑移而刃位错却不能 6、根据溶质原子在点阵中的位置，举例说明固溶体相可分为几类固溶体在材料中有何意义 7、固溶体合金非平衡凝固时，有时会形成微观偏析，有时会形成宏观偏析，原因何在 8、应变硬化在生产中有何意义作为一种强化方法，它有什么局限性 9、一种合金能够产生析出硬化的必要条件是什么 10、比较说明不平衡共晶和离异共晶的特点。 11、枝晶偏析是怎么产生的如何消除 12、请简述影响扩散的主要因素有哪些。 13、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点 14、临界晶核的物理意义是什么形成临界晶核的充分条件是什么 15、请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。 16、为什么钢的渗碳温度一般要选择在γ-Fe相区中进行若不在γ-Fe相区进行会有什么结果 17、一个楔形板坯经冷轧后得到相同厚度的板材，再结晶退火后发现板材两端的抗拉强度不同，请解释这个现象。 18、冷轧纯铜板，如果要求保持较高强度，应进行何种热处理若需要继续冷轧变薄时，又应进行何种热处理 19、位错密度有哪几种表征方式 20、淬透性与淬硬性的差别。 21、铁碳相图为例说明什么是包晶反应、共晶反应、共析反应。 22、马氏体相变的基本特征（12分） 23、加工硬化的原因（6分） 24、柏氏矢量的意义（6分） 25、如何解释低碳钢中有上下屈服点和屈服平台这种不连续的现象（8分） 26、已知916℃时，γ-Fe的点阵常数，（011）晶面间距是多少（5分） 27、画示意图说明包晶反应种类，写出转变反应式（4分） 28、影响成分过冷的因素是什么（9分） 29、单滑移、多滑移和交滑移的意义是什么（9分） 30、简要说明纯金属中晶粒细度和材料强度的关系，并解释原因。（6分） 31、某晶体的原子位于四方点阵的节点上，点阵的a=b，c=a/2，有一晶面在x，y，z轴的截距分别为6个原子间距、2个原子间距和4个原子间距，求该晶面的
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1mm3Cu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。 14. 在立方晶系中的一个晶胞内画出（111）和（112）晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 15 在六方晶系晶胞中画出[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。 16.在立方晶系的一个晶胞内同时画出位于（101），（011）和（112）晶面上的[111]晶向。 17. 在1000℃，有W C为%的碳溶于fcc铁的固溶体，求100个单位晶胞中有多少个碳原子（已知：Ar(Fe)=，Ar(C)=） 18. r-Fe在略高于912℃时点阵常数a=，α-Fe在略低于912℃时a=，求：（1）上述温度时γ-Fe和α-Fe的原子半径R；（2）γ-Fe→α-Fe转变时的体积变化率；（3）设γ-Fe→α-Fe转变时原子半径不发生变化，求此转变时的体积变
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
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，
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 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( )分解为a/2[111]+a/2]111[. (A) 不能(B) 能(C) 可能 2．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 3．凝固的热力学条件为：（） （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) 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（）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（） （A）1 材料科学基础试题库 材料科学基础》试题库 一、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 XV (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_________ o(其中Ko是平衡分配系数) A、 1 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。 第九章习题与答案 一、判断正误 1、烧结中始终可以只有一相是固态。（对） 2、液相烧结与固相烧结的推动力都是表面能。（对） 3、二次再结晶对坯体致密化有利。（错） 4、扩散传质中压应力区空位浓度<无应力区空位浓度<张应力区空位浓度。（对） 5、晶粒长大源于小晶体的相互粘结。（错） 6、一般来说，晶界是气孔通向烧结体外的主要扩散通道。一般来说，晶界是杂质的富集之 地。（对） 二、填空 1、烧结的主要传质方式有：蒸发-凝聚传质、扩散传质、流动传质和溶解-沉淀传质四种，这四种传质过程的坯体线收缩ΔL/L与烧结时间的关系依次为ΔL/L=0、ΔL/L～t2/5、ΔL/L～t和ΔL/L～t1/3。 三、选择 1、在烧结过程中，只改变气孔形状不引起坯体收缩的传质方式是（a、c）。 a．表面扩散 b．流动传质 c．蒸发-凝聚 d．晶界扩散 2、在烧结过程中只改变坯体中气孔的形状而不引起坯体致密化的传质方式是（b）。 a. 流动传质 b. 蒸发—凝聚传质 c. 溶解—沉淀 d. 扩散传质 四、问答题 1、典型的传质过程有哪些？各采用什么烧结模型？分析产生的原因是什么？ 答：典型的传质过程有：固相烧结的蒸发-凝聚传质、扩散传质，液相烧结的流动传质、溶解-沉淀传质。 固相烧结的蒸发-凝聚传质过程采用中心距不变的双球模型。 固相烧结的扩散传质、液相烧结的流动传质、溶解-沉淀传质过程采用中心距缩短的双球模型。 原因：蒸发—冷凝：压力差ΔP；扩散传质：空位浓度差ΔC；流动传质：应力—应变； 溶解—沉淀：溶解度ΔC（大、小晶粒溶解度不同；自由表面与点接触溶解度）。 2、试述烧结的推动力和晶粒生长的推动力。并比较两者的大小。 答：烧结推动力是粉状物料的表面能（γsv）大于多晶烧结体的晶界能（γgb），即γsv>γgb。 晶粒生长的推动力是晶界两侧物质的自由焓差，使界面向晶界曲率半径小的晶粒中心推进。 烧结的推动力较大，约为4~20J/g。晶粒生长的推动力较小，约为0.4~2J/g，因而烧结推动力比晶粒生长推动力约大十倍。 3、在制造透明Al2O3材料时，原始粉料粒度为2μm，烧结至最高温度保温0.5h，测得晶粒尺寸为10μm，试问保温2h，晶粒尺寸多大？为抑制晶粒生长加入0.1％MgO，此时若保温2h，晶粒尺寸又有多大？ 解：1、G 2-G02 = kt = 2 μm, G = 10 μm, t = 0.5 h，得 代入数据：G 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--------------------。 Test of Fundamentals of Materials Science 材料科学基础试题库 郑举功编 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。 0026.离子晶体生成Schttky缺陷时，正离子空位和负离子空位是同时成对产生的，同时伴随_________的增加。0027.多种聚合物同时并存而不是一种独存这就是熔体结构_________的实质。在熔体组成不变时，各级聚合物的数量还与温度有关，温度升高，低聚物浓度增加。 0028.系统中每一个能单独分离出来并_________的化学均匀物质，称为物种或组元，即组份。例如，对于食盐的水溶液来说，NaCl与H2O都是组元。而Na+、Cl－、H+、OH－等离子却不能算是组元，因为它们都不能作为独立的物质存在。 0029.在弯曲表面效应中，附加压力ΔP总是指向曲面的_________，当曲面为凸面时，ΔP为正值。 0030.矿化剂在硅酸盐工业中使用普遍，其作用机理各异，例在硅砖中加入1-3％[Fe2O3＋Ca2(OH)2]做矿化剂，能使大部分a-石英不断溶解同时不断析出a-磷石英，从而促进a-石英向磷石英的转化。水泥生产中 选择题 1．NaCl 型结构中，Cl - 按立方最紧密方式堆积，Na +充填于（ B ）之中。 A 、全部四面体空隙 B 、全部八面体空隙 C 、1/2四面体空隙 D 、1/2八面体空隙 2．在析晶过程中，若?T 较大，则获得的晶粒为（ A ） A 、数目多而尺寸小的细晶 B 、数目少而尺寸大的粗晶 C 、数目多且尺寸大的粗晶 D 、数目少且尺寸小的细晶 3．在熔体中加入网络变性体会使得熔体的析晶能力（ c ）： a.不变 b. 减弱 c. 增大 4．在烧结过程的传质方式中，不会使坯体致密的是（ a ） a. 扩散传质 b. 溶解-沉淀传质 c. 蒸发-凝聚传质 d. 流动传质 5．过冷度愈大，临界晶核半径（ c ）相应的相变（ e ） a. 不变 b. 愈大 c. 愈小 d. 愈难进行 e. 愈易进行 f. 不受影响 6．从防止二次再结晶的角度考虑，起始粒径必须（ c ） a. 细 b. 粗 c. 细而均匀 d. 粗但均匀 7．根据晶界两边原子排列的连贯性来划分，在多晶体材料中主要是( B ) A 、共格晶界 B 、非共格晶界 C 、半共格晶界 8．玻璃结构参数中的Z 一般是已知的，请问硼酸盐玻璃的Z =（ B ） A 、2 B 、3 C 、4 D 、5 9．石英晶体结构属于（ d ） a. 岛状结构 b. 链状结构 c. 层状结构 d. 架状结构 10. 在离子型化合物中，晶粒内部扩散系数D b ，晶界区域扩散系数D g 和表面区域扩散系数D s 三者中（ C ）最大 A 、D b B 、D g C 、 D s 11. 系统2222CaO + SiO 2CaO SiO + CaO SiO + 3CaO 2SiO →???中的独立组分数为（ d ） a. 5 b. 4 c. 3 d. 2 12. 熔体系统中组成越简单，则熔体析晶（ B ） A 、不受影响 B 、越容易 C 、越难 13. 过冷度越大，相应的成核位垒（ b ），临界晶核半径（ b ），析晶能力（ a ） a. 越大 b. 越小 c. 不变 14. 下列选项中不属于马氏体相变的特征的是（ B ） A 、相变后存在习性平面 B 、属扩散型相变 C 、新相与母相间有严格的取向关系 D 、在一个温度范围内进行 E 、速度很快 15. 颗粒不同部位的空位浓度存在差异，下列区域中（ b ）处的空位浓度最大 A 、晶粒内部 B 、颈部表面张应力区 C 、受压应力的颗粒接触中心 16. 塑性泥团中颗粒之间最主要的吸力为（ B ） A 、范德华力 B 、毛细管力 C 、局部边-面静电引力 17. CaTiO 3（钛酸钙）型结构中，Ca 2+和O 2-共同组成立方紧密堆积，Ca 2+占据立方面心的角顶位置，O 2-占据立方面 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 无机材料科学基础试卷六 一、名词解释（20分） 1、反萤石结构、晶胞； 2、肖特基缺陷、弗伦克尔缺陷； 3、网络形成体、网络改变体； 4、触变性、硼反常现象； 二、选择题（8分） 1、粘土泥浆胶溶必须使介质呈（） A、酸性 B、碱性 C、中性 2、硅酸盐玻璃的结构是以硅氧四面体为结构单元形成的（）的聚集体。 A、近程有序，远程无序 B、近程无序，远程无序 C、近程无序，远程有序 3、依据等径球体的堆积原理得出，六方密堆积的堆积系数（）体心立方堆积的堆积系数。 A、大于 B、小于 C、等于 D、不确定 4、某晶体AB，A—的电荷数为1，A—B键的S=1/6，则A+的配位数为（）。 A、4 B、12 C、8 D、6 5、在单位晶胞的CaF2晶体中，其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为（）。 A、4，8 B、8，4 C、1，2 D、2，4 6、点群L6PC属（）晶族（）晶系。 A、高级等轴 B、低级正交 C、中级六方 D、高级六方 7、下列性质中（）不是晶体的基本性质。 A、自限性 B、最小内能性 C、有限性 D、各向异性 8、晶体在三结晶轴上的截距分别为1/2a、1/3b、1/6c。该晶面的晶面指数为（）。 A、（236） B、（326） C、（321） D、（123） 9、非化学计量化合物Cd1+xO中存在（）型晶格缺陷 A、阴离子空位 B、阳离子空位 C、阴离子填隙 D、阳离子填隙 10、可以根据3T曲线求出熔体的临界冷却速率。熔体的临界冷却速率越大，就（）形成玻璃。 A、越难 B、越容易 C、很快 D、缓慢 11、晶体结构中一切对称要素的集合称为（）。 A、对称型 B、点群 C、微观对称的要素的集合 D、空间群 12、在ABO3(钙钛矿)型结构中，B离子占有（）。 A、四面体空隙 B、八面体空隙 C、立方体空隙 D、三方柱空隙晶体 三、填空（17分） 1、在玻璃形成过程中，为避免析晶所必须的冷却速率的确定采用（）的方法。 2、a=b≠c α=β=γ=900的晶体属（）晶系。 3、六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（）面，立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的 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 答：正的温度梯度指的是随着离开液—固界面的距离Z 的增大，液相温度T 随之升高的情况，即0>dZ dT 。在这种条件下，纯金属晶体的生长以接近平面状向前推移，这是由于温度梯度是正的，当界面上偶尔有凸起部分而伸入温度较高的液体中时，它的生长速度就会减慢甚至停止，周围部分的过冷度较凸起部分大，从而赶上来，使凸起部分消失，这种过程使液—固界面保持稳定的平面形状。固溶体合金凝固时会产生成分过冷，在液体处于正的温度梯度下，相界面前沿的成分过冷区呈现月牙形，其大小与很多因素有关。此时，成分过冷区的特性与纯金属在负的温度梯度下的热过冷非常相似。可以按液固相界面前沿过冷区的大小分三种情况讨论：⑴当无成分过冷区或成分过冷区较小时，界面不可能出现较大的凸起，此时平界面是稳定的，合金以平面状生长，形成平面晶。⑵当成分过冷区稍大时，这时界面上凸起的尖部将获得一定的过冷度，从而促进了凸起进一步向液体深处生长，考虑到界面的力学平衡关系，平界面变得不稳定，合金以胞状生长，形成胞状晶或胞状组织。⑶当成分过冷区较大时，平界面变得更加不稳定，界面上的凸起将以较快速度向液体深处生长，形成一次轴，同时在一次轴的侧向形成二次轴，以此类推，因此合金以树枝状生长，最终形成树枝晶。 20. 纯金属晶体中主要的点缺陷类型是什么？试述它们可能产生的途径？ 答：纯金属晶体中，点缺陷的主要类型是空位、间隙原子、空位对及空位与间隙原子对等。产生的途径：⑴依靠热振动使原子脱离正常点阵位置而产生。空位、间隙原子或空位与间隙原子对都可由热激活而形成。这种缺陷受热的控制，它的浓度依赖于温度，随温度升高，其平衡态的浓度亦增高。⑵冷加工时由于位错间有交互作用。在适当条件下，位错交互作用的结果能产生点缺陷，如带割阶的位错运动会放出空位。⑶辐照。高能粒子（中子、α粒子、高速电子）轰击金属晶体时，点阵中的原子由于粒子轰击而离开原来位置，产生空位或间隙原子。 21. 简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力，并如何区分冷热加工？动态再结晶与静态再结晶后的组 织结构的主要区别是什么？ 答：一次再结晶的驱动力是基体的弹性畸变能，而二次再结晶的驱动力是来自界面能的降低。再结晶温材料科学基础试题库
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