当前位置:文档之家› 材料科学基础课后习题答案复习过程

材料科学基础课后习题答案复习过程

材料科学基础课后习题答案复习过程
材料科学基础课后习题答案复习过程

《材料科学基础》课后习题答案

第一章材料结构的基本知识

4. 简述一次键和二次键区别

答:根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。其中一次键的结合力较强,包括离子键、共价键和金属键。一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层,从而使原子间相互结合起来。二次键的结合力较弱,包括范德瓦耳斯键和氢键。二次键是一种在原子和分子之间,由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。

6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高?

答:材料的密度与结合键类型有关。一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因:(1)金属元素有较高的相对原子质量;(2)金属键的结合方式没有方向性,因此金属原子总是趋于密集排列。相反,对于离子键或共价键结合的材料,原子排列不可能很致密。共价键结合时,相邻原子的个数要受到共价键数目的限制;离子键结合时,则要满足正、负离子间电荷平衡的要求,它们的相邻原子数都不如金属多,因此离子键或共价键结合的材料密度较低。

9. 什么是单相组织?什么是两相组织?以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。

答:单相组织,顾名思义是具有单一相的组织。即所有晶粒的化学组成相同,晶体结构也相同。两相组织是指具有两相的组织。单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。晶粒尺寸对材料性能有重要的影响,细化晶粒可以明显地提高材料的强度,改善材料的塑性和韧性。单相组织中,根据各方向生长条件的不同,会生成等轴晶和柱状晶。等轴晶的材料各方向上性能接近,而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。对于两相组织,如果两个相的晶粒尺度相当,两者均匀地交替分布,此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。如果两个相的晶粒尺度相差甚远,其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。如果弥散相的硬度明显高于基体相,则将显著提高材料的强度,同时降低材料的塑韧性。

10. 说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义,说明稳态结构和亚稳态结构之间的关系。

答:同一种材料在不同条件下可以得到不同的结构,其中能量最低的结构称为稳态结构或平衡太结构,而能量相对较高的结构则称为亚稳态结构。所谓的热力学条件是指结构形成时必须沿着能量降低的方向进行,或者说结构转变必须存在一个推动力,过程才能自发进行。热力学条件只预言了过程的可能性,至于过程是否真正实现,还需要考虑动力学条件,即反应速度。动力学条件的实质是考虑阻力。材料最终得到什么结构取决于何者起支配作用。如果热力学推动力起支配作用,则阻力并不大,材料最终得到稳态结构。从原则上讲,亚稳态结构有可能向稳态结构转变,以达到能量的最低状态,但这一转变必须在原子有足够活动能力的前提下才能够实现,而常温下的这种转变很难进行,因此亚稳态结构仍可以保持相对稳定。

第二章材料中的晶体结构

1. 回答下列问题:

(1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向:

32)与[236]

(001)与[210],(111)与[112],(110)与[111],(132)与[123],(2

(2)在立方晶系的一个晶胞中画出(111)和(112)晶面,并写出两晶面交线的晶向指数。

解:(1)

(2)首先求(111)和(112)的交线。由式(2-7),即 122112111u k l k l =-=??

12211121

1v l h l h =-=??- 12211111

0w h k h k =-=?? 由111111222222::::k l l h h k u v w k l l h h k =得

所以,(110)和(112)两晶面交线的晶向指数为[110]或者[110]。如下图所示。

6. 用米勒指数表示体心立方、面心立方和密排六方结构中的原子密排面和原子密排方向,并分别计算这些晶面和晶向上的原子密度。

8. 回答下列问题:

(1

)通过计算判断(110)、(132)、(311)晶面是否属于同一晶带?

(2)求(211)和(110)晶面的晶带轴,并列出五个属于该晶带的晶面的密勒指数。

17. 简述离子晶体的结构规则。

答:离子晶体的结构规则[ 鲍林(L Pauling)离子晶体的结构规则]

(1)负离子配位多面体规则

在离子晶体中,正离子的周围形成一个负离子配位多面体,正负离子间的平衡距离取决于离子半径之和,而正离子的配位数则取决于正负离子的半径比。

(2)电价规则

在一个稳定的离子晶体结构中,每个负离子的电价Z -等于或接近等于与之邻接的各正离子静电强度S 的总和:

i i i i

Z Z S n +-骣÷?=

=÷?÷?桫邋 式中S i 为第i 种正离子静电键强度,Z +为正离子的电荷,n 为其配位数。这就是鲍林第二规则,也称电价规则。

(3)负离子多面体共用顶、棱和面的规则

在分析离子晶体中负离子多面体相互间的连接方式时,电价规则只能指出共用同一个顶点的多面体数,而没有指出两个多面体间所共用的顶点数。鲍林第三规则指出:“在一配位结构中,共用棱特别是共用面的存在,会降低这个结构的稳定性。对于电价高,配位数低的正离子来说,这个效应尤为显著。”

18.解释下列名词的概念

空间点阵 晶向指数 点阵常数 原子半径 配位数 致密度 晶胞 晶格 晶体结构 晶格间距 晶系 晶带

答:空间点阵:组成晶体的粒子(原子、离子或分子)在三维空间中形成有规律的某种对称排列,如果我们用点来代表组成晶体的粒子,这些点的空间排列就称为空间点阵。

晶向指数:表示晶体中点阵方向的指数,由晶向上阵点的坐标决定。

点阵常数:晶胞的棱边长度称为点阵常数。

原子半径:元素的晶体中原子间距之半,即为原子半径。

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。

致密度:晶体结构中原子体积占总体积的百分数。

晶胞:构成晶格的最基本的单元称为晶胞。

晶格:用一系列相互平行的直线将阵点连接起来形成空间格架即为晶格。

晶体结构:晶体中原子(离子或分子)在三维空间的具体的排列方式称为晶体结构。

晶格间距:指相邻两个平行晶面之间的距离。

晶系:晶体学中,根据晶胞棱边长度之间的关系和晶轴之间的夹角情况对晶体进行分类,可以将晶体分为七大晶系。

晶带:相交和平行于某一晶向直线的所有晶面的组合称为晶带。

第三章高分子材料的结构

1.何谓单体、聚合物和链节?它们相互之间有什么关系?请写出以下高分子链节的结构式:①聚乙烯;②聚氯乙烯;③聚丙烯;

④聚苯乙烯;⑤聚四氟乙烯。

答:(1)单体是能与同种或他种分子聚合的小分子的统称。是能起聚合反应或缩聚反应等而成高分子化合物的简单化合物。是合成聚合物所用的-低分子的原料。

(2)高分子化合物又称聚合物或高聚物,它是指由一种或多种简单低分子化合物聚合而成的相对分子质量很大的化合物。

(3)组成大分子链的特定的结构单元叫做链节。

(4)聚乙烯:nCH2=CH2聚氯乙烯:[-CH2—CHCl-]n聚丙烯:聚苯乙烯:聚四氟乙烯:-[-CF2-CF2-]-n

2.加聚反应和缩聚反应有何不同?

答:(1)加聚反应即加成聚合反应,凡含有不饱和键(双键、叁键、共轭双键)的化合物或环状低分子化合物,在催化剂、引发剂或辐射等外加条件作用下,同种单体间相互加成形成新的共价键相连大分子的反应就是加聚反应。加聚反应包括引发、生长和终止三个阶段,反应的一端和引发剂的自由基结合,而在另一端的单体分子以链节的形式一个个加合而形成长链,这是一种连锁反应,反应时不产生副产品;

(2)缩聚反应,是一类有机化学反应,是具有两个或两个以上官能团的单体,相互反应生成高分子化合物,同时产生有简单分子(如H2O、HX、醇等)的化学反应。缩聚反应无需引发剂,链的两端都是活性的,先形成许多小的链段,然后再有小链段组成长链,这是一种多级聚合反应,反应时有副产品。

3.说明官能度与聚合物结构形态的关系。要由线型聚合物得到网状聚合物,单体必须具有什么特征?

答:(1)单体分子的官能度能够决定高分子的结构,具有双官能的单体,只能形成链状结构,从而生成热塑性塑料;如果单体是三官能的,在互相连接时形成三维网状结构,从而生成热固性塑料。

4. 聚合物的分子结构对主链的柔顺性有什么影响?

答:主链结构对聚合物的柔顺性有显著的影响。例如,由于Si-O-Si 键角大,Si-O 的键长大,内旋转比较容易,因此聚二甲基硅氧烷的柔性非常好,是一种很好的合成橡胶。芳杂环因不能内旋转,所以主链中含有芳杂环结构的高分子链的柔顺性较差,具有耐高温的特点。侧基极性的强弱对高分子链的柔顺性影响很大。侧基的极性愈弱其相互间的作用力愈大,单键的内旋转困难,因而链的柔顺性差。链的长短对柔顺性也有影响,若链很短,内旋转的单链数目很少,分子的构象数很少,必然出现刚性。

第四章 晶体缺陷

1.纯Cu 的空位形成能为1.5aJ/atom ,(1aJ=10-18J ),将纯Cu 加热至850℃后激冷至室温(20℃),若高温下得空位全部保留,试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。

答:850℃:1

1exp(/)V C A E kT =-D 20℃:22exp(/)V C A E kT =-D 所以1812322111 1.51011exp ()exp ()exp274 5.6131.38102931123

V E C C k T T --D ′=-=?==′ 3.空位对材料行为的主要影响是什么?

答:空位可以造成材料物理性能与力学性能的改变,引起电阻的增加,晶体中存在的空位破坏了原子排列的规律性,使电子在传导时的散射增加,从而增加电阻,此外,空位的存在还使晶体的密度下降,体积膨胀。

7.在图4-54所示的面心立方晶体的(111)滑移面上有两条弯折的位错线OS 和O’S’,其中位

错的台阶垂直于(111),它们的柏氏矢量如图中箭头所示。

(1)判断位错线上各段位错的类型。

(2)有一切应力施加于滑移面,且与柏氏矢量平行时,两条位错线的滑移特征有何差异?

答:(1)在两根位错线上12,34为刃位错,其余为螺位错。

(2)OS 上的各段位错都可在该滑移面内滑移,O’S’上的12,34位错不能运动,其余各段都可在该滑移面内滑移。

10.判断下列位错反应能否进行:

(1)

[101][121][111]263

a a a +? (2)[100][101][101]22

a a a ? (3)[112][111][111]362

a a a +? (4)[100][111][111]22a a a ? 答:(1)√ (2)× (3)× (4)×

11. 若面心立方晶体中]011[2a b =的全位错以及]112[6

a b =的不全位错,此两位错相遇发生位错反应,试问: (1)此反应能否进行?为什么?

(2)写出合成位错的柏氏矢量,并说明合成位错的性质。

答:(1)此反应能够进行。因为其符合位错反应的几何条件和能量条件。位错反应时为:

[101][121][111]263

a a a +? 注意如果写成[101][121][212]263

a a a ?时显然不合题意,此反应是不能进行的。 (2)合成位错的柏氏矢量是[111]3

a ,是不全位错。 19.表面为什么具有吸附作用?物理吸附和化学吸附的主要起源于什么?举例说明现实生活中的吸附粒子?

答:(1)吸附是指外来的原子或分子气体在界面上富集的现象。气体分子或原子分子咋表面吸附可以不同程度上抵消表面原子的不平衡力场,使作用力的分布趋于对称,于是就降低了表面能,使体系处于较低的能量状态,体系更为稳定,所以吸附过程是自发进行的。

(2)物理吸附源自于范德华耳斯力作用而相互吸引,物理吸附无选择性;化学吸附则源自于剩余的不饱和键力,化学吸附有选择性。

第5章

1 按不同特点分类,固溶体可分为哪几种类型?影响置换固溶体固溶度的因素有哪些?

答:按溶质原子在溶剂晶格中所占位置,可以分为置换固溶体和间隙固溶体;

按固溶度的大小,固溶体又可分为有限固溶体和无限固溶体;

按溶质原子与溶剂原子的相对分布情况,可以分为无序固溶体和有序固溶体。

影响固溶体固溶度的因素有:尺寸因素、晶体结构因素、电负性差因素和电子浓度因素。

3 (1)间隙化合物与间隙固溶体有何根本区别?

(2) 下列中间相各属什么类型?指出其结果特点及主要控制因素

MnS 、Fe 3C 、Mg 2Si 、SiC 、Cu 31Zn 8、Fe 4N 、WC 、Cr 23C 6

答:(1) 间隙固溶体仍保持着溶剂原子的金属结构;间隙化合物是指当溶质原子以间隙方式进入晶格,对溶剂晶格造成一定程度的畸变,畸变能增高至一定容限时,原来的结构变不稳定,会重新组合形成新的结构形式,即形成新相。

(2) MnS 正常价化合物,钢铁中的有害夹杂物,

Fe 3C 间隙化合物,正交晶系结构,钢铁中的常见强化相

Mg 2Si 正常价化合物,具有离子键特征,是铝合金中常见的强化相

SiC 正常价化合物,具有共价键特征,常用作复合材料的增强粒子

Cu 31Zn 8 电子化合物,复杂立方,具有金属键特征

Fe 4N 间隙化合物,面心立方,强化相

WC 间隙化合物,简单立方,强化相

Cr 23C 6 间隙化合物,复杂立方,强化相

6.

9.

相组成:

6.690.2100%9

7.33%6.690.0218a w -=

=- 30.20.0218100% 2.67%6.690.0218Fe C w -=

=- 组织组成:

0.20.0218100%23.8%0.770.0218

P w -==- 123.8%76.2%F w =-=

10.

'

3334.3 3.0%100%59.36%4.3 2.11

%100%59.36%40.64%

40.64%

2.110.77%100%22.6%6.690.77

%(%22.6%

59.36%22.6%

13.41%%%%59.36%13.41%45.95%

d

d d d L L L L F

e C Fe C P Fe C g g g g g +-=?-=-===-=?-=?=?=-=-=初初Ⅱ最大Ⅱ初初Ⅱ初共晶转变后的组织为由中析出)

33 6.69 3.0%100%55.17%6.69

%100%55.17%44.83%

Fe C

Fe C a a +-=?=-=相组成物:

13. L ——>A+B ;L ——>B+C ;L ——>C+A ;

第6章

1.

V Lm T

G Tm D D =-,要使0V G D <才能凝固,因此需要过冷度

在熔点时,系统的界面能降低,自由能也降低是自发反应

在该过程中,SL

SV g g <,即液固界面能小于气固界面能,则固态金属倾向于熔化形成液固界面。

4.

1) 较慢凝固时,近似于平衡凝固,这样(C S )i 相应于相图上的固相线,(C L )i 相应于相图上的液相线,则ke->K 0。 较快凝固时,近似于非平衡凝固,由于速度快,来不及扩散,可看做液相成分与开始时变化不大,则(C L )b ≈C L0,由于质量守恒定律,有(C s )b ≈C L0 ,所以ke->1。

5.

1) 平衡凝固,ke=K 0

由于相图中液相线和固相线斜率不变,可知对任意温度,K 0不变, (C L )b =60%,(C S )i =30%,

K 0=X S /X L =0.3/0/6=0.5

K e =0.5

2) 试样在2/3L 处出现共晶体。

3) 500℃时,液相完全转化为共晶体,共晶体的百分数为:

10100%33.3%30?

5)有可能观察到共晶体,非平衡凝固形成伪共晶。

10.

普通铸造通过铸件表面散热,散热方向比较复杂,冷却速度比较慢,凝固组织以等轴晶为主;

连续铸造是通过结晶器散热,散热方向单一,冷却速度较快,组织以柱状晶为主;

熔化焊通过焊接面向外散热,散热方向单一,冷却速度快,凝固组织为柱状晶。

12

[]2()x erf Dt =, 2

2121122x x D t D t =,又x 1=x 2 11221021000.2

D t t h D ′===

2. 001212(){1[

]}2()[1]

2()S S x C C C C erf Dt x

C erf Dt =+--=- 强度对应于C ,则Cs=100,代入x ,t ,算出Di ,求平均值得到

D 。

第8章

4. 体心立方的滑移方向没有面心立方多;同时滑移面上原子密排程度也比面心立方低,滑移面间距小,原子结合力较大,所以使滑移系开动的切应力比较大。

第一章

4, 6, 9, 10, 第二章

1, 6, 8, 17, 18 第三章

1,2,3,4 第四章

1,3,7,10,11,19 第五章

1,3,6,9,10,13,14 第六章

1,4,5,10 第七章

1,2 第八章 1,2,4,5 '

33359.36%40.64%40.64%2.110.77%100%22.6%6.690.77

%(%22.6%59.36%22.6%13.41%%%%59.36%13.41%45.95%

d

d d L L L F

e C Fe C P Fe C γγγ+===-=?=-=?=?==-=-=初Ⅱ最大Ⅱ初初Ⅱ初由中析出)

材料科学基础课后作业及答案(分章节)

第一章 8.计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例 (1)NaF (2)CaO (3)ZnS 解:1、查表得:X Na =0.93,X F =3.98 根据鲍林公式可得NaF 中离子键比例为:21 (0.93 3.98)4 [1]100%90.2%e ---?= 共价键比例为:1-90.2%=9.8% 2、同理,CaO 中离子键比例为:21 (1.00 3.44)4 [1]100%77.4%e ---?= 共价键比例为:1-77.4%=22.6% 3、ZnS 中离子键比例为:2 1/4(2.581.65)[1]100%19.44%ZnS e --=-?=中离子键含量 共价键比例为:1-19.44%=80.56% 10说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义.说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。 答:结构转变的热力学条件决定转变是否可行,是结构转变的推动力,是转变的必要条件;动力学条件决定转变速度的大小,反映转变过程中阻力的大小。 稳态结构与亚稳态结构之间的关系:两种状态都是物质存在的状态,材料得到的结构是稳态或亚稳态,取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件),阻力小时得到稳态结构,阻力很大时则得到亚稳态结构。稳态结构能量最低,热力学上最稳定,亚稳态结构能量高,热力学上不稳定,但向稳定结构转变速度慢,能保持相对稳定甚至长期存在。但在一定条件下,亚稳态结构向稳态结构转变。 第二章 1.回答下列问题: (1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向: (001)与[210],(111)与[112],(110)与 [111],(132)与[123],(322)与[236] (2)在立方晶系的一个晶胞中画出(111)和 (112)晶面,并写出两晶面交线的晶向指数。 (3)在立方晶系的一个晶胞中画出同时位于(101). (011)和(112)晶面上的[111]晶向。 解:1、 2.有一正交点阵的 a=b, c=a/2。某晶面在三个晶轴上的截距分别为 6个、2个和4个原子间距,求该晶面的密勒指数。 3.立方晶系的 {111}, 1110}, {123)晶面族各包括多少晶面?写出它们的密勒指数。 4.写出六方晶系的{1012}晶面族中所有晶面的密勒指数,在六方晶胞中画出[1120]、 [1101]晶向和(1012)晶面,并确定(1012)晶面与六方晶胞交线的晶向指数。 5.根据刚性球模型回答下列问题:

材料科学基础简答题(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,,。

材料科学基础习题及答案

习题课

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

材料科学基础期末试题

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

材料科学基础作业解答

第一章 1.简述一次键与二次键各包括哪些结合键这些结合键各自特点如何 答:一次键——结合力较强,包括离子键、共价键和金属键。 二次键——结合力较弱,包括范德瓦耳斯键和氢键。 ①离子键:由于正、负离子间的库仑(静电)引力而形成。特点:1)正负离子相间排列,正负电荷数相等;2)键能最高,结合力很大; ②共价键:是由于相邻原子共用其外部价电子,形成稳定的电子满壳层结构而形成。特点:结合力很大,硬度高、强度大、熔点高,延展性和导电性都很差,具有很好的绝缘性能。 ③金属键:贡献出价电子的原子成为正离子,与公有化的自由电子间产生静电作用而结合的方式。特点:它没有饱和性和方向性;具有良好的塑性;良好的导电性、导热性、正的电阻温度系数。 ④范德瓦耳斯键:一个分子的正电荷部位和另一个分子的负电荷部位间的微弱静电吸引力将两个分子结合在一起的方式。也称为分子键。特点:键合较弱,易断裂,可在很大程度上改变材料的性能;低熔点、高塑性。 2.比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料在结合键上的差别。 答:①金属材料:简单金属(指元素周期表上主族元素)的结合键完全为金属键,过渡族金属的结合键为金属键和共价键的混合,但以金属键为主。 ②陶瓷材料:陶瓷材料是一种或多种金属同一种非金属(通常为氧)相结合的化合物,其主要结合方式为离子键,也有一定成分的共价键。 ③高分子材料:高分子材料中,大分子内的原子之间结合方式为共价键,而大分子与大分子之间的结合方式为分子键和氢键。④复合材料:复合材料是由二种或者二种以上的材料组合而成的物质,因而其结合键非常复杂,不能一概而论。 3. 晶体与非晶体的区别稳态与亚稳态结构的区别 晶体与非晶体区别: 答:性质上,(1)晶体有整齐规则的几何外形;(2)晶体有固定的熔点,在熔化过程中,温度始终保持不变;(3)晶体有各向异性的特点。

材料科学基础习题与答案

- 第二章 思考题与例题 1. 离子键、共价键、分子键和金属键的特点,并解释金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高的原因 2. 从结构、性能等方面描述晶体与非晶体的区别。 3. 何谓理想晶体何谓单晶、多晶、晶粒及亚晶为什么单晶体成各向异性而多晶体一般情况下不显示各向异性何谓空间点阵、晶体结构及晶胞晶胞有哪些重要的特征参数 4. 比较三种典型晶体结构的特征。(Al 、α-Fe 、Mg 三种材料属何种晶体结构描述它们的晶体结构特征并比较它们塑性的好坏并解释。)何谓配位数何谓致密度金属中常见的三种晶体结构从原子排列紧密程度等方面比较有何异同 5. 固溶体和中间相的类型、特点和性能。何谓间隙固溶体它与间隙相、间隙化合物之间有何区别(以金属为基的)固溶体与中间相的主要差异(如结构、键性、性能)是什么 6. 已知Cu 的原子直径为A ,求Cu 的晶格常数,并计算1mm 3Cu 的原子数。 ( 7. 已知Al 相对原子质量Ar (Al )=,原子半径γ=,求Al 晶体的密度。 8 bcc 铁的单位晶胞体积,在912℃时是;fcc 铁在相同温度时其单位晶胞体积是。当铁由 bcc 转变为fcc 时,其密度改变的百分比为多少 9. 何谓金属化合物常见金属化合物有几类影响它们形成和结构的主要因素是什么其性能如何 10. 在面心立方晶胞中画出[012]和[123]晶向。在面心立方晶胞中画出(012)和(123)晶面。 11. 设晶面(152)和(034)属六方晶系的正交坐标表述,试给出其四轴坐标的表示。反之,求(3121)及(2112)的正交坐标的表示。(练习),上题中均改为相应晶向指数,求相互转换后结果。 12.在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标,6个面心构成一个正八面体,指出这个八面体各个表面的晶面指数,各个棱边和对角线的晶向指数。 13. 写出立方晶系的{110}、{100}、{111}、{112}晶面族包括的等价晶面,请分别画出。

材料科学基础试题

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--------------------。

材料科学基础试题及答案

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

材料科学基础试题库答案

Test of Fundamentals of Materials Science 材料科学基础试题库 郑举功编

东华理工大学材料科学与工程系 一、填空题 0001.烧结过程的主要传质机制有_____、_____、_____ 、_____,当烧结分别进行四种传质时,颈部增长x/r 与时 间t 的关系分别是_____、_____、_____ 、_____。 0002.晶体的对称要素中点对称要素种类有_____、_____、_____ 、_____ ,含有平移操作的对称要素种类有_____ 、 _____ 。 0003.晶族、晶系、对称型、结晶学单形、几何单形、布拉菲格子、空间群的数目分别是_____、_____ 、_____ 、 _____ 、_____ 、_____ 。 0004.晶体有两种理想形态,分别是_____和_____。 0005.晶体是指内部质点排列的固体。 0006.以NaCl 晶胞中(001)面心的一个球(Cl- 离子)为例,属于这个球的八面体空隙数为,所以属于这个球的四面体空隙数为。 0007.与非晶体比较晶体具有自限性、、、、和稳定性。 0008. 一个立方晶系晶胞中,一晶面在晶轴X 、Y 、Z 上的截距分别为2a、1/2a 、2/3a,其晶面的晶面指数是。 0009.固体表面粗糙度直接影响液固湿润性,当真实接触角θ时,粗糙度越大,表面接触角,就越容易湿润;当θ,则粗糙度,越不利于湿润。 0010.硼酸盐玻璃中,随着Na2O(R2O)含量的增加,桥氧数,热膨胀系数逐渐下降。当Na2O 含量达到15%—16%时,桥氧又开始,热膨胀系数重新上升,这种反常现象就是硼反常现象。 2+进入到KCl 间隙中而形成0011.晶体结构中的点缺陷类型共分、和三种,CaCl2中Ca 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。 2

材料科学基础习题与答案

第二章 思考题与例题 1. 离子键、共价键、分子键和金属键的特点,并解释金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高的原因? 2. 从结构、性能等面描述晶体与非晶体的区别。 3. 谓理想晶体?谓单晶、多晶、晶粒及亚晶?为什么单晶体成各向异性而多晶体一般情况下不显示各向异性?谓空间点阵、晶体结构及晶胞?晶胞有哪些重要的特征参数? 4. 比较三种典型晶体结构的特征。(Al 、α-Fe 、Mg 三种材料属种晶体结构?描述它们的晶体结构特征并比较它们塑性的好坏并解释。)谓配位数?谓致密度?金属中常见的三种晶体结构从原子排列紧密程度等面比较有异同? 5. 固溶体和中间相的类型、特点和性能。谓间隙固溶体?它与间隙相、间隙化合物之间有区别?(以金属为基的)固溶体与中间相的主要差异(如结构、键性、性能)是什么? 6. 已知Cu 的原子直径为2.56A ,求Cu 的晶格常数,并计算1mm 3 Cu 的原子数。 7. 已知Al 相对原子质量Ar (Al )=26.97,原子半径γ=0.143nm ,求Al 晶体的密度。 8 bcc 铁的单位晶胞体积,在912℃时是0.02464nm 3;fcc 铁在相同温度时其单位晶胞体积是0.0486nm 3。当铁由bcc 转变为fcc 时,其密度改变的百分比为多少? 9. 谓金属化合物?常见金属化合物有几类?影响它们形成和结构的主要因素是什么?其性能如? 10. 在面心立晶胞中画出[012]和[123]晶向。在面心立晶胞中画出(012)和(123)晶面。 11. 设晶面()和(034)属六晶系的正交坐标表述,试给出其四轴坐标的表示。反之,求(3121)及(2112)的正交坐标的表示。(练习),上题中均改为相应晶向指数,求相互转换后结果。 12.在一个立晶胞中确定6个表面面心位置的坐标,6个面心构成一个正八面体,指出这个

材料科学基础课后习题答案第二章

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

G V G v A a3G v 6a2 3 得临界晶核边长a K G V

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

上大材料科学基础简答题

A1(fcc)密排面:(100)密排方向:【110】h+k+l全基或全偶衍射 A2(bcc)密排面:(110)密排方向:【111】h+k+l为偶数衍射 A3(hcp)密牌面:(001)密排方向:【100】 2dsinθ=λ 性质、结构成分(研究对象)、合成/制备=效用 1.如何理解点缺陷是一种热力学平衡缺陷? 随着点缺陷数量增加,熵增加导致自由能下降,但是同时内能增加导致自由能增加,所以有一个平衡浓度,此时有最低的自由能值。 2.何谓位错的应变能。何谓位错的线张力,其估算值为多少。 位错在晶体中引起畸变,使晶体产生畸变能,称之为位错的应变能或位错的能量。

线张力的定义为:位错线增加一个单位长度时,引起晶体能量的增加。 通常用Gb2/2作为位错线张力的估算值。 请问影响合金相结构的因素主要有哪几个。 原子尺寸、晶体结构、电负性、电子浓度。 3.请简要说明:(1)刃型位错周围的原子处于怎样的应力状态(为切应力还是正应力,为拉应力还是压应力);(2)若有间隙原子存在,则间隙原子更容易存在于位错周围的哪些位置(可以以图示的方式说明)。 (1)刃型位错不仅有正应力同时还有切应力。所有的应力与沿位错线的方向无关,应力场与半原子面左右对称,包含半原子面的晶体受压应力,不包含半原子面的晶体受拉应力。 (2)对正刃型位错,滑移面上方的晶胞体积小于正常晶胞,吸引比基体原子小的置换式溶质原子或空位;滑移面下方的晶胞体积大于正常晶胞,吸引间隙原子和比基体原子大的置换式溶质原子。 4.铁素体钢在拉伸过程中很易出现屈服现象,请问:(1)产生屈服的原因?(2)如何可以消除屈服平台? 由于碳氮间隙原子钉扎位错,在塑性变形开始阶段需使位错脱离钉扎,从而产生屈服延伸现象;当有足够多的可动位错存在时,或者使间隙原子极少,或者经过预变形后在一段时间内再拉伸。 5.如何提高(或降低)材料的弹性?举例说明,并解释。 选择弹性模量小的材料、或者减小材料的截面积、或者提高材料的屈服强度都可以提高弹性。 6.何谓加工硬化、固溶强化、第二相强化、细晶强化,说明它们与位错的关系 加工硬化:晶体经过变形后,强度、硬度上升,塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。随着变形的进行,晶体内位错数目增加,位错产生交互作用,使位错可动性下降,强度上升。 固溶强化:由于溶质原子的存在,导致晶体强度、硬度增加,塑性、韧性下降的现象叫固溶强化。由于溶质原子的存在阻碍或定扎了位错的运动,导致强度的升高。 第二相强化:由于第二相的存在,导致晶体强度、硬度上升,塑性、韧性下降的现象叫第二相强化。由于第二相的存在,导致位错移动困难,从而使强度上升。 细晶强化:由于晶粒细化导致晶体强度、硬度上升,塑性、韧性不下降的现象叫细晶强化。 由于晶粒细化,使晶界数目增加,导致位错开动或运动容易受阻,使强度上升;又由于晶粒细化,使变形更均匀,使应力集中更小,所以,细晶强化在提高强度的同时,并不降低塑性和韧性。 7.说明金属在塑性变形后,其组织和性能将发生怎样的变化 金属塑性变形后,组织变化包括晶粒和亚结构的变化,其中,晶粒被拉长,形成

【考研】材料科学基础试题库答案

Test of Fundamentals of Materials Science 材料科学基础试题库 郑举功编

东华理工大学材料科学与工程系 一、填空题 0001.烧结过程的主要传质机制有_____、_____、_____ 、_____,当烧结分别进行四种传质时,颈部增长x/r与时间t的关系分别是_____、_____、_____ 、_____。 0002.晶体的对称要素中点对称要素种类有_____、_____、_____ 、_____ ,含有平移操作的对称要素种类有_____ 、_____ 。 0003.晶族、晶系、对称型、结晶学单形、几何单形、布拉菲格子、空间群的数目分别是_____、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 。 0004.晶体有两种理想形态,分别是_____和_____。 0005.晶体是指内部质点排列的固体。 0006.以NaCl晶胞中(001)面心的一个球(Cl-离子)为例,属于这个球的八面体空隙数为,所以属于这个球的四面体空隙数为。 0007.与非晶体比较晶体具有自限性、、、、和稳定性。 0008.一个立方晶系晶胞中,一晶面在晶轴X、Y、Z上的截距分别为2a、1/2a 、2/3a,其晶面的晶面指数是。 0009.固体表面粗糙度直接影响液固湿润性,当真实接触角θ时,粗糙度越大,表面接触角,就越容易湿润;当θ,则粗糙度,越不利于湿润。 0010.硼酸盐玻璃中,随着Na2O(R2O)含量的增加,桥氧数,热膨胀系数逐渐下降。当Na2O含量达到15%—16%时,桥氧又开始,热膨胀系数重新上升,这种反常现象就是硼反常现象。 0011.晶体结构中的点缺陷类型共分、和三种,CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为。 0012.固体质点扩散的推动力是________。 0013.本征扩散是指__________,其扩散系数D=_________,其扩散活化能由________和_________ 组成。0014.析晶过程分两个阶段,先______后______。 0015.晶体产生Frankel缺陷时,晶体体积_________,晶体密度_________;而有Schtty缺陷时,晶体体积_________,晶体密度_________。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时,_________是主要的;两种离子半径相差大时,_________是主要的。 0016.少量CaCl2在KCl中形成固溶体后,实测密度值随Ca2+离子数/K+离子数比值增加而减少,由此可判断其缺陷反应式为_________。 0017.Tg是_________,它与玻璃形成过程的冷却速率有关,同组分熔体快冷时Tg比慢冷时_________ ,淬冷玻璃比慢冷玻璃的密度_________,热膨胀系数_________。 0018.同温度下,组成分别为:(1) 0.2Na2O-0.8SiO2 ;(2) 0.1Na2O-0.1CaO-0.8SiO2 ;(3) 0.2CaO-0.8SiO2 的三种熔体,其粘度大小的顺序为_________。 0019.三T图中三个T代表_________, _________,和_________。 0020.粘滞活化能越_________ ,粘度越_________ 。硅酸盐熔体或玻璃的电导主要决定于_________ 。 0021.0.2Na2O-0.8SiO2组成的熔体,若保持Na2O含量不变,用CaO置换部分SiO2后,电导_________。0022.在Na2O-SiO2熔体中加入Al2O3(Na2O/Al2O3<1),熔体粘度_________。 0023.组成Na2O . 1/2Al2O3 . 2SiO2的玻璃中氧多面体平均非桥氧数为_________。 0024.在等大球体的最紧密堆积中,六方最紧密堆积与六方格子相对应,立方最紧密堆积与_______ 相对应。0025.在硅酸盐晶体中,硅氧四面体之间如果相连,只能是_________方式相连。

材料科学基础课后习题答案

《材料科学基础》课后习题答案 第一章材料结构的基本知识 4. 简述一次键和二次键区别 答:根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。其中一次键的结合力较强,包括离子键、共价键和金属键。一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层,从而使原子间相互结合起来。二次键的结合力较弱,包括范德瓦耳斯键和氢键。二次键是一种在原子和分子之间,由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。 6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高? 答:材料的密度与结合键类型有关。一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因:(1)金属元素有较高的相对原子质量;(2)金属键的结合方式没有方向性,因此金属原子总是趋于密集排列。相反,对于离子键或共价键结合的材料,原子排列不可能很致密。共价键结合时,相邻原子的个数要受到共价键数目的限制;离子键结合时,则要满足正、负离子间电荷平衡的要求,它们的相邻原子数都不如金属多,因此离子键或共价键结合的材料密度较低。 9. 什么是单相组织?什么是两相组织?以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。 答:单相组织,顾名思义是具有单一相的组织。即所有晶粒的化学组成相同,晶体结构也相同。两相组织是指具有两相的组织。单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。晶粒尺寸对材料性能有重要的影响,细化晶粒可以明显地提高材料的强度,改善材料的塑性和韧性。单相组织中,根据各方向生长条件的不同,会生成等轴晶和柱状晶。等轴晶的材料各方向上性能接近,而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。对于两相组织,如果两个相的晶粒尺度相当,两者均匀地交替分布,此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。如果两个相的晶粒尺度相差甚远,其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。如果弥散相的硬度明显高于基体相,则将显著提高材料的强度,同时降低材料的塑韧性。 10. 说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义,说明稳态结构和亚稳态结构之间的关系。 答:同一种材料在不同条件下可以得到不同的结构,其中能量最低的结构称为稳态结构或平衡太结构,而能量相对较高的结构则称为亚稳态结构。所谓的热力学条件是指结构形成时必须沿着能量降低的方向进行,或者说结构转变必须存在一个推动力,过程才能自发进行。热力学条件只预言了过程的可能性,至于过程是否真正实现,还需要考虑动力学条件,即反应速度。动力学条件的实质是考虑阻力。材料最终得到什么结构取决于何者起支配作用。如果热力学推动力起支配作用,则阻力并不大,材料最终得到稳态结构。从原则上讲,亚稳态结构有可能向稳态结构转变,以达到能量的最低状态,但这一转变必须在原子有足够活动能力的前提下才能够实现,而常温下的这种转变很难进行,因此亚稳态结构仍可以保持相对稳定。 第二章材料中的晶体结构 1. 回答下列问题: (1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向: 32)与[236] (001)与[210],(111)与[112],(110)与[111],(132)与[123],(2 (2)在立方晶系的一个晶胞中画出(111)和(112)晶面,并写出两晶面交线的晶向指数。 解:(1)

材料科学基础试题库

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(武汉理工大学,张联盟版)课后习题及答案 第二章

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

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

相关主题
相关文档 最新文档