材料科学基础考研试题真题
2011年上海交通大学827材料科学基础试题真题
选择题有30道题，每题3分。都是基础题，需要对教材比较熟。
Nacl和金刚石的晶体结构为
a面心 b体心 c正交
spinodel分解时，浓度较高区域的化学势
a较高 b较低 c不确定
面心立方结构晶体(100)面上原子的配位数是
a12 b8 c4
晶体结构中旋转对称轴不包含几次对阵轴
a4 b5 c6
晶带定律适用的晶系类型是
a正交 b立方 c六方
金属单质的表面能和晶界能相比
a大 b小 c不确定
由二氧化钛制备三氧化二钛易出现
a间隙钛离子 b钛离子空位 c氧离子空位
玻璃生产工序中的退火的目的是
a增加透光度 b消除内应力 c改变折射率
双交滑移和F-R源，更有效的增殖机制为
a前者 b后者 c不确定
热力学平衡状态下的金属单晶中
a 空位比间隙原子多
b c
下列具有更高自由能的是
a晶体 b准晶 c非晶
合金中的第二相粒子对晶粒长大的影响是
a和二相粒子半径成正比，和体积数成反比 b c
此外，选择题还涉及冷变形金属回复阶段的主要变化，不能攀移的位错类型，非等量扩散中空位的移动方向，屈服现象的两种理论，离异共晶的问题，包晶时组元的扩散路径，多晶体变形需要的独立的滑移系个数，皮革态介于哪两个力学状态之间，非晶的形成难易与玻璃化温度和平衡凝固温度之比的关系，薄膜生长类型的区分，三元共晶相图垂直截面图的用途等。
大题共6题，前三题分别为8分、14分、8分，后三题各10分。
第一题
（1）画出立方晶胞中的（1，1，-1）晶面和[ 2，2，3]晶向；
（2）画出六方晶胞中的（1，1，-2, 3）晶面和[-1，-1，2,3]晶向。
第二题
（1）面心立方晶体（111）面上单位位错a/2[-1，1，0]分解为2个不全位错，下列哪一个正确，并说明理由
1）a/2[-1，1，0] →a/6[-1，2，-1] +a/6[-2，1，1]
2）a/2[-1，1，0] →a/6[-1，2，1] +a/6[-2，1，-1]
（2）从能量角度说明其可行。
（3）证明面心立方拓展位错的宽度公式。（要求严格证明）题目给出了刃、螺型位错应力场公式。
第三题
求再结晶时间，最简单的那种，利用t2/t1=exp -Q/R（1/T1-1/T2）。
第四题
用菲克第一定律求扩散量的一个题。涉及用跃迁频率算扩散系数。
第五题
二元共晶相图题，画出过共晶的室温组织示意图；求正常凝固和平衡凝固共晶组织的相对量。
第六题
说明热塑性塑料和热固性塑料的区别。
北科大2011材料科学基础考研初试试题
一、名词解释
1、空间点阵
2、临界切分应力
3、滑移系
4、堆垛层错
5、调幅分解
6、脱溶
7、上坡扩散
8、再结晶温度
二、给出下列离子晶体的布拉菲点阵类型和下面晶胞中的正、负离子的个数
1、NaCl
2、CsCl
3、ZnS
4、CaF2
5、CaTiO2
三、写出面心立方结构和体心立方结构金属的密排面（或相对密排面）的晶面指数，画出密排面（或相对密排面）上原子的具体排列情况，并在晶报中标出所有八面体间隙的位置
四、组元A和B的熔点分别为1000°C和700°C，室温时B在A的固溶体α中的固溶度是XB=0.05，A在B的固溶体β中的固溶度是XA=0.10；在700°C时有一个三相平衡反应，在此温度固溶体的成分是XB=0.10，一个成分为XB=0.30的合金在稍高于700°C时存在50%α相和50%的液相，在稍低于700°C时则存在液相和化合物A3B两相；在500°C时存在另一个三相平衡，液相（XB=0.65）分解为化合物A3B和固溶体（XB=0.85）两相。试构造一个合理的A—B二元相图。
五、根据Al—Cr—Si体系的局部液相面投影图，写出该图中的四项不变反应式。
六、按热力学参数变化特征，固态相变可以分为一级相变和二级相变两类。阐述
发生一级相变和二级相变时热力学参数变化特征及相关性质的变化特点。
七、从热力学（能量）角度分析纯金属在凝固过程中均匀形核时的临界晶核形成过程。
八、简述金属和合金回复与再结晶的概念，并讨论在回复与再结晶过程中组织与性能变化情况。
九、讨论点缺陷与位错的交互作用及对位错运动的影响，这种交互作用在低碳钢应力—应变曲线和材料加工过程中会有什么现象?有何防止方法。
十、液体冷却时形成晶体或非晶玻璃体的内部原因和外部条件？为什么金属冷却凝固形成晶体，陶瓷材料冷却凝固却形成非晶玻璃体
武汉理工大学2006年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、TiO
2
、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·SiO
2
)、c镁橄榄石三种矿物的高温熔体表面张力大小顺序（）。
二、CaTiO
3
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TiCaO
3
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TiO
2的陶瓷时，会得到灰黑色的TiO
2-x
：（15分）
1．写出产生TiO
2-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。
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）
1．求单位晶胞中有多少Mg2+和O2-；
2．若有0.05molAl
2O
3
溶解于晶格中，计算密度改变百分数是多少？
八、当反应物通过产物层的扩散控制速率时，由NiO和Cr
2O
3
的球形颗粒形成
NiCr
2O
4
晶体，假定NiO颗粒包围着Cr
2
O
3
颗粒，反应符合杨德动力学规律。（15
分）
1. 请绘出反应初期的反应模型，并推导反应初期的形成速率关系；
2. 在1300度，NiCr
2O
4
中D
Cr3+
>D
Ni2+
>D
O2-
，试问哪一个离子控制着NiCr
2
O
4
的形
成速率？为什么？
3. 如将细铂丝涂在两种氧化物NiO和Cr
2O
3
的分界线上，然后将这些压制成
型的样
品进行扩散退火(标记物铂丝非常细，不影响离子在不同氧化物之间的扩散)。在保持电中性的前提下，判断铂丝将向哪一方向移动？
九、下图是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：（24分）
1. 判断化合物S
1、S
2
、S
3
的性质；
2. 用箭头表示相区界线温度变化方向及界线性质；
3. 划分副三角形，并写出各三元无变量点的平衡过程及性质；
4. 用规范化写法写出M点对应组分的平衡结晶过程；
5. N点对应的三元组成点加热时在那一点温度下开始出现液相？哪一点温度下完全熔化？
武汉理工大学2004年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，直接做在试题纸上）
一、判断下列叙述是否正确？若不正确，请改正（30分）
1. 结晶学晶胞是反映晶体结构周期性的最小重复单元。
2. 热缺陷是温度高于绝对零度时，由于晶体组成上的不纯净性所产生的一种缺陷。
3. 晶面指数通常用晶面在晶轴上截距的互质整数比来表示。
4. 固溶体是在固态条件下，一种物质以原子尺寸溶解在另一种物质中所形成的单相均匀的固体。
5. 扩散的推动力是浓度梯度，所有扩散系统中，物质都是由高浓度处向低浓度处扩散。
6. 初次再结晶的推动力是晶界过剩的自由焓。
7. 在热力学平衡条件下，二元凝聚系统最多可以3相平衡共存，它们是一个固相、一个液相和一个气相。
8. 临界冷却速率是形成玻璃所需要的最小冷却速率，临界冷却速率越大越容易形成非晶体。
9. 马氏体相变是一种无扩散性相变，相变时成分发生变化但结构不变。 10.在临界温度、临界压力时，化学势及其一阶偏导数连续，二阶偏导数不连续的相变为二级相变，发生二级相变时，体系的体积和热焓发生突变。 11.驰豫表面是指在平行于表面的方向上原子间距不同于该方向上晶格内部原子间距的表面。
12.固态反应包括界面化学反应和反应物通过产物层的扩散等过程，若化学反应速率远大于扩散速率，则动力学上处于化学动力学范围。
二、ZnS 的一种结构为闪锌矿型结构，已知锌离子和硫离子半径分别为r Zn 2+=0.068nm ，r s 2-0.156nm ，原子质量分别为65.38和32.06。 1. 画出其晶胞结构投影图； 2. 计算ZnS 的晶格常数；
3. 试计算ZnS 的晶体的理论密度。（15分）
三、FeO结构属于NaCl型结构，其中氧的摩尔分数 x
=0.52，晶格常数为0.429nm，由于存在正离子缺位，所以对应地存在一部分Fe3+离子。试计算
1.这种氧化铁中Fe2+/Fe3+离子比值
2.这种氧化铁的密度。（10分）
四、陶瓷材料制成的器件在外界温度发生急剧变化时为什么容易发生开裂或破碎？如何提高陶瓷材料抗热震性能？（8分）
五、试述高分子材料老化的类型及原因。（12分）
六、金属材料、陶瓷材料中晶粒的大小与什么有关？晶粒大小对材料的宏观性质有何影响?工艺上如何控制晶粒尺寸？（15分）
七、根据玻璃的形成条件，对下列几种物质形成玻璃的难易程度进行排序，并说明理由。（10分）
Cu SiO
2 Na
2
O SiO
2
Na
2
O
2SiO
2
NaCl
八、从材料科学角度分析晶体的实际强度为什么远低于理论强度。（10分）
2+3+
24
2. 如将细铂丝涂在两种氧化物ZnO和Cr
2O
3
的分界线上，然后将这些压制
成型的样品进行扩散退火。(标记物铂丝非常细，不影响离子在不同氧化物之间的扩散)。根据所得数据判断铂丝将向哪一方向移动？
3.画出ZnO和Cr
2O
3
接触、反应并形成ZnCr
2
O
4
的反应模型，并写出接触界
面上的化学反应。（16分）
十、下图是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：
1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条线上温度下降方向及界线的性质；
2．判断化合物D、F的性质；
3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；
4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；
5．写出组成点H在完全平衡条件下的冷却时，液相组成点刚到达E4点和结晶结束时各相的百分含量（用线段比表示）。（24分）
武汉理工大学2003年研究生入学考试试题
课程材料科学基础
（共3页，共十一题，答题时不必抄题，标明题目序号，相图直接做在试卷上）一、解释下列基本概念（1.5×20=30分）
初次再结晶；二次再结晶；上坡扩散；扩散通量；高分子的链结构；高分子的聚集态结构；位错滑移，位错爬移；结晶学晶胞；弥勒指数；玻璃转变温度；非晶态结构弛豫；金属固溶体；金属间化合物；重构表面；弛豫表面；一级相变；重构型转变；广义固相反应；矿化剂
二、白云母的理想化学式为KAl
2[AlSi
3
O
10
](OH)
2
，其结构如下图所示，试分析白
云母的结构类型、层的构成及结构特点、层内电性及层间结合。（15分）
第2题图
三、BaTiO
3和CaTiO
3
均为钙钛矿型结构但BaTiO
3
晶体具有铁电性而CaTiO
3
却没
有，请给予解释。（10分）
四、分析小角度晶界和大角度晶界上原子排列特征以及对材料动力学的扩散过程有何影响？（8分）
五、在制造ZrO
2
耐火材料时通常会加入一定量的CaO以改善耐火材料的性能，试解释其作用原理，并写出杂质进入基质的固溶方程式。（10分）
六、从金属、硅酸盐、高聚物材料的结构、熔体特征等方面分析这三类材料的结晶有什么共性及个性。（15分）
七、已知新相形成时除过界面能以外单位体积自由焓变化为1×108J/m3，比表面能为1 J/m2，应变能可以忽略不计。试计算界面能为体积自由能的1%时球形新相的半径。与临界半径比较，此时的新相能否稳定长大？形成此新相时系统自由焓变化为多少？（12分）
八、写出下图三元无变量点的平衡过程，指出无变量点的性质，画出三元无变量点与对应的副三角形的几何分布关系。（8分）
第8题图
九、根据下面的三元系统相图回答问题（22分）
1. 指出图中化合物S1、S2、S3的性质
2. 用箭头在图中标出界线温度变化方向及界线性质
3. 写出组成点1的平衡冷却过程
4. 组成点2冷却时最先析出种晶相？在哪一点结晶结束?最终产物是什么？
5. 组成点3加热时在哪一点开始出现液相？在哪一点完全熔化？
第9题图
十、根据碱金属、碱土金属、过渡金属、贵金属的能带结构之差异分析各种金属导电性的差别。（10分）
十一、选作题（下列3题任选1题，10分）
1. 从组成、结合健、原子排列等方面阐述金属材料的结构特征及主要性质。
2. 从组成、结合健、原子排列等方面阐述陶瓷材料的结构特征及主要性质。
3. 从组成、结合健、原子排列等方面阐述高分子材料的结构特征及主要性质。
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》试题库 一、名词解释 1、铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体 2、共晶转变、共析转变、包晶转变、包析转变 3、晶面族、晶向族 4、有限固溶体、无限固溶体 5、晶胞 6、二次渗碳体 7、回复、再结晶、二次再结晶 8、晶体结构、空间点阵 9、相、组织 10、伪共晶、离异共晶 11、临界变形度 12、淬透性、淬硬性 13、固溶体 14、均匀形核、非均匀形核 15、成分过冷 16、间隙固溶体 17、临界晶核 18、枝晶偏析 19、钢的退火，正火，淬火，回火 20、反应扩散 21、临界分切应力 22、调幅分解 23、二次硬化 24、上坡扩散 25、负温度梯度 26、正常价化合物 27、加聚反应 28、缩聚反应 29、 30、 二、选择
1、在柯肯达尔效应中，标记漂移主要原因是扩散偶中_____。 A、两组元的原子尺寸不同 B、仅一组元的扩散 C、两组元的扩散速率不同 2、在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于_____。 A、单相区中 B、两相区中 C、三相平衡水平线上 3、铸铁与碳钢的区别在于有无_____。 A、莱氏体 B、珠光体 C、铁素体 4、原子扩散的驱动力是_____。 A、组元的浓度梯度 B、组元的化学势梯度 C、温度梯度 5、在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为_____。 A、原子互换机制 B、间隙机制 C、空位机制 6、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为_____。 A、肖脱基缺陷 B、弗兰克尔缺陷 C、线缺陷 7、理想密排六方结构金属的c/a为_____。 A、1.6 B、2×√(2/3) C、√(2/3) 8、在三元系相图中，三相区的等温截面都是一个连接的三角形，其顶点触及_____。 A、单相区 B、两相区 C、三相区 9、有效分配系数Ke表示液相的混合程度，其值范围是_____。（其中Ko是平衡分配系数） A、1 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。 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 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，没有过冷度结晶就没有趋动力。根据 T R k ?∝1可知当过冷度T ?为零时临界晶核半径R k 为无穷大，临界形核功（2 1T G ?∝?）也为无穷大。临界晶核半径R k 与临界形核功为无穷大时，无法形核，所以液态金属不能结晶。晶体的长大也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。 细化晶粒的方法：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌。 铸锭三个晶区的形成机理：表面细晶区：当高温液体倒入铸模后，结晶先从 模壁开始，靠近模壁一层的液体产生极大的过冷，加上模壁可以作为非均质形核的基底，因此在此薄层中立即形成大量的晶核，并同时向各个方向生长，形成表面细晶区。柱状晶区：在表面细晶区形成的同时，铸模温度迅速升高，液态金属冷却速度减慢，结晶前沿过冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向散热最快，因而晶体沿相反方向生长成柱状晶。中心等轴晶区：随着柱状晶的生长，中心部位的液体实际温度分布区域平缓，由于溶质原子的重新分配，在固液界面前沿出现成分过冷，成分过冷区的扩大，促使新的晶核形成长大形成等轴晶。由于液体的流动使表面层细晶一部分卷入液体之中或柱状晶的枝晶被冲刷脱落而进入前沿的液体中作为非自发生核的籽晶。 三、二元合金的相结构与结晶 重点内容：杠杆定律、相律及应用。 基本内容：相、匀晶、共晶、包晶相图的结晶过程及不同成分合金在室温下 的显微组织。合金、成分过冷；非平衡结晶及枝晶偏析的基本概念。 相律：f = c – p + 1其中，f 为 自由度数，c 为 组元数，p 为 相数。 伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的亚共晶或过共晶合金也 可能得到全部共晶组织，这种共晶组织称为伪共晶。 合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或烧结、或用其它 方法组合而成的具有金属特性的物质。 合金相：在合金中，通过组成元素（组元）原子间的相互作用，形成具有相 同晶体结构与性质，并以明确界面分开的成分均一组成部分称为合金相。 2009年硕士研究生入学考试材料科学基础试题... 西北工业大学 2009年硕士研究生入学考试试题 试题名称：材料科学基础（B 卷） 试题编号：832 说 明：所有答题一律写在答题纸上 第 1 页 共 3 页 1. 简答题（每题10分，共60分） 1. 在位错发生滑移时，请分析刃位错、螺位错和混合位错的位错线l 与柏氏矢量b 、外加切应力τ与柏氏矢量b 、外加切应力τ与位错线l 之间的夹角关系，及位错线运动方向。（请绘表格作答，答案务必写在答题册上） 2. 什么是置换固溶体？影响置换固溶体溶解度的因素有哪些？形成无限固溶体的条件是什么？ 3. 置换扩散与间隙扩散的扩散系数有何不同？在扩散偶中，如果是间隙扩散，是否会发生柯肯达尔效应？为什么？ 4. 在室温下对铁板（其熔点为 1538℃ ）和锡板（其熔点为 232℃ ），分别进行来回弯折，随着弯折的进行，各会发生什么现象？为什么？ 5. 何为固溶强化？请简述其强化机制。 6. 请比较二元共晶转变与包晶转变的异同。 二、作图计算题（每题10分，共40分） 混合位错 螺位错 刃位错 位错线运动 方向 τ与 l τ 与 b b 与 l 类型 1.请比较FCC晶体中和两位错的畸变能哪个较大。 2.面心立方晶体沿[001]方向拉伸，可能有几个滑移系开动？请写出各滑移系指 数，并分别绘图示之。 3.在Al单晶中，（111）面上有一位错，面上另一位错 。若两位错发生反应，请绘出新位错，并判断其性质。 4. 请分别写出立方晶系中{110}和{100}晶面族包括的晶面。 1)综合分析题（每题25分，共50分） 1. 请分析影响回复和再结晶的因素各有哪些，以及影响因素的异同，并请分析其原因。 23 35 ℃ ℃ ℃ ℃℃℃ 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 2004年西北工业大学硕士研究生入学试 题 一、简答题：（共40分，每小题8分） 1、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？ 2、请简述影响扩散的主要因素有哪些。 3、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？ 4、有哪些因素影响形成非晶态金属？为什么？ 5、合金强化途径有哪些？各有什么特点？ 二、计算、作图题：（共60分，每小题12分） 1、求]111[和]120[两晶向所决定的晶面，并绘图表示出来。 2、氧化镁（MgO ）具有NaCl 型结构，即具有O 2-离子的面心立方结构。问： （1） 若其离子半径+2Mg r =0.066nm ，-2O r ＝0.140nm ，则其原子堆积密度 为多少？ （2） 如果+2Mg r /-2O r ＝0.41，则原子堆积密度是否改变？ 3、已知液态纯镍在1.013×105 Pa （1大气压），过冷度为319 K 时发生均匀形核，设临界晶核半径为1nm ，纯镍熔点为1726 K ，熔化热ΔH m ＝ 18075J/mol ，摩尔体积V s ＝6.6cm 3/mol ，试计算纯镍的液－固界面能和临 界形核功。 4、图示为Pb-Sn-Bi 相图投影图。问： （1）写出合金Q （w Bi ＝0.7，w Sn ＝0.2）凝固过程及室温组织； （2）计算合金室温下组织组成物的相对含量。 5、有一钢丝（直径为1mm ）包复一层铜（总直径为2mm ）。若已知钢的屈服强度σst ＝280MPa ，弹性模量E st ＝205GPa ，铜的σCu ＝140MPa ，弹性模量 E Cu ＝110GPa 。问： （1）如果该复合材料受到拉力，何种材料先屈服？ （2）在不发生塑性变形的情况下，该材料能承受的最大拉伸载荷是多 少？ （3）该复合材料的弹性模量为多少？ 三、综合分析题：（共50分，每小题25分） 1、某面心立方晶体的可动滑移系为]101[ )111(、 。 （1） 请指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量； （2） 若滑移由刃位错引起，试指出位错线的方向； （3） 请指出在（2）的情况下，位错线的运动方向； （4） 假设在该滑移系上作用一大小为0.7MPa 的切应力，试计算单位 刃位错线受力的大小和方向（取点阵常数为a ＝0.2nm ）。 2、若有，某一Cu-Ag 合金（w Cu ＝0.075，w Ag ＝0.925）1Kg ，请提出一种方案 从该合金中提炼出100g 的Ag ，且要求提炼得到的Ag 中的Cu 含量w Cu 低于0.02。（假设液相线和固相线固相线均为直线）。 2005年西北工业大学硕士研究生入学 试题 一、简答题（每题8分，共40分） 1. 请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。 2. 同素异晶转变和再结晶转变都是以形核长大方式进行的，请问两者之间有何差别？ 3. 两位错发生交割时产生的扭折和割阶有何区别？ 4. 请简述扩散的微观机制有哪些？影响扩散的因素又有哪些？ 5. 请简述回复的机制及其驱动力。 二O 一二年招收硕士研究生入学考试试题 考试科目及代码： 材料科学基础810 可使用的常用工具：（计算器、尺和量角器） 答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效考完后试题随答题纸交回。 考试时间3小时，总分值150分。 姓 名： 报考学科、专业： 准考证号码： 密封线内不要写题 计算简单立方晶体中（110）和（121）的面间距。（材控专业10已知纯铝（fcc）τc=0.79Mpa，使()111面产生[101]方向的滑移，需在上施加多大的力？（8分） 1 、2和3题，共26分；其他专业只有2题不做，共 什么是单滑移、多滑移和交滑移？滑移在抛光金属表面留下线， 晶体错动留下台阶是怎样形成？（10分） 如右图一楔型纯铜铸锭，经连轧机组轧制成板材后，其 0，右边为60%。然后将板带进行再结晶退火 后，画出最终晶粒示意图，并分析退火对板带的加工性能和 力学性能带来的变化？（6分） 二O一二年招收硕士研究生入学考试试题参考答案 考试科目及代码： 材料科学基础810 适用专业：材料学、材料加工学、等离子物理和材料物理与化学 一、名词解释，24分 （材料加工学任选6题，每题4分，其他专业任选8题，每题3分） 1、晶格：晶体中原子（或离子、分子、原子集团）在三维空间有规律的周期性的重复排列，若假想用三组平行直线将它们几何中心连接，这些直线所形成的空间格子。 2、配位数：晶体结构中，与任一原子最近邻并且等距离的原子数。 3、成分过冷：由于溶液中溶质分布的变化，改变了熔点，从而产生的过冷称为成分过冷。 4、离异共晶：当合金成分偏离共晶成分很远时，在不平衡凝固时会形成两相分离的共晶组织，称为离异共晶。 5、位错密度：单位体积晶体中位错线的总长度。 6、枝晶偏析：金属与合金凝固时固相以枝晶方式生长，使晶内高次枝晶与低次枝晶部成分不均匀的现象。 7、柏氏矢量：代表位错畸变总量和方向的矢量 8、取向因子：当晶体受到外力时，如果外力轴与滑移面法线夹角为ψ，与滑移方向夹角为λ，则cosλcosψ称为取向因子。 9、再结晶温度：通常把再结晶温度定义为经过严重冷变形的金属（ε>70%），加热1小时，再结晶体积占到总体积的95%的温度。 10、加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时，由于晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，使金属的强度和硬度升高，塑性和韧性降低的现象。 11、动态回复：热加工时由于温度很高，金属在变形的同时发生回复，同时发生加工硬化和软化两个相反的过程。这种在热变形时由于温度和外力联合作用下发生的回复过程称为“动态回复”。 12、间隙扩散：扩散原子在点阵的间隙位置之间跳迁而导致的扩散。间隙固溶体中溶质原子半径较小，间隙位置数目较多，易发生间隙扩散。 二、填空题（1×20＝20分） 1、14，7， 2、空位，间隙原子，温度 3、粗糙，光滑 4、温度，成分，0 5、{110}，<111>，12 6、切过，绕过 7、化学位梯度，冷变形产生的储存能的释放，晶粒长大前后的界面能差 8、平行，直线 9、激冷细小等轴晶区，柱状晶区，粗大等轴晶区 10、f=C-P+1 三、画图题（材料加工44分，其他专业40分） 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。 材料科学基础简答题考研常考题型汇总 1.原子间的结合键共有几种？各自的特点如何？【11年真题】 答：（1）金属键：基本特点是电子的共有化，无饱和性、无方向性，因而每个原子有可能同更多的原子结合，并趋于形成低能量的密堆结构。当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时不至于破坏金属键，这就使得金属具有良好的延展性，又由于自由电子的存在，金属一般都具有良好的导电性和导热性能。 （2）离子键：正负离子相互吸引，结合牢固，无方向性、无饱和性。因此，七熔点和硬度均较高。离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此他们都是良好的电绝缘体。 （3）共价键：有方向性和饱和性。共价键的结合极为牢固，故共价键晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点。共价结合的材料一般是绝缘体，其导电能力较差。 （4）范德瓦尔斯力：范德瓦尔斯力是借助微弱的、瞬时的电偶极矩的感应作用，将原来稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合。它没有方向性和饱和性，其结合不如化学键牢固。 （5）氢键：氢键是一种极性分子键，氢键具有方向性和饱和性，其键能介于化学键和范德瓦耳斯力之间。 2.说明间隙固溶体与间隙化合物有什么异同。 答：相同点：二者一般都是由过渡族金属与原子半径较小的C、N、H、O、B等非金属元素所组成。 不同点：（1）晶体结构不同。间隙固溶体属于固溶体相，保持溶剂的晶格类 型；间隙化合物属于金属化合物相，形成不同于其组元的新点阵。 （2）间隙固溶体用α、β、γ表示；间隙化合物用化学分子式MX、M2X 等表示。 间隙固溶体的强度、硬度较低，塑性、韧性好；间隙化合物的强度、熔点较高，塑性、韧性差。 3.为什么只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，而间隙固溶体则不能？ 答：因为形成固溶体时，溶质原子的溶入会使溶剂结构产生点阵畸变，从而使体系能量升高。溶质与溶剂原子尺寸相差较大，点阵畸变的程度也越大，则畸变能越高，结构的稳定性越低，溶解度越小。一般来说，间隙固溶体中溶质原子引起的点阵畸变较大，故不能无限互溶，只能有限熔解。 4.试述硅酸盐的结构和特点？ 答：（1）硅酸盐结构的基本单元是[SiO4]四面体。Si原子位于O原子的四面体间隙内，Si、O之间的结合不仅有离子键还有共价键 （2）每一个氧最多被两个[SiO]四面体共有 （3）[Si]四面体可以孤立存在，也可以共顶点互相连接。 （4）Si-O-Si形成一折线。 分类：含有有限硅氧团的硅酸盐、岛状、链状、层状、骨架状硅酸盐。 5.为什么外界温度的急剧变化可以使许多陶瓷件开裂破碎？ 答：由于大多数陶瓷由晶相和玻璃相构成，这两种相的热膨胀系数相差很大，高温很快冷却时，每种相的收缩程度不同，多造成的内应力足以使陶瓷器件开裂或破碎。 6.陶瓷材料中主要结合键是什么？从结合键的角度解释陶瓷材料所具有的特殊 1 材料引言 玻璃——玻璃是由熔体过冷所制得的非晶态材料。 水泥——水泥是指加入适量水后可成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能够将砂，石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性材料。 耐火材料——耐火材料是指耐火度不低于1580 摄氏度的无机非金属材料。 硅质耐火材料，镁质耐火材料，熔铸耐火材料，轻质耐火材料，不定形耐火材料。 高聚物——高聚物是由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物。 胶粘剂——胶粘剂是指在常温下处于粘流态，当受到外力作用时，会产生永久变形，外力撤去后又不能恢复原状的高聚物。 合金——合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素形成的具有金属特性的新物质 固溶体——当合金的晶体结构保持溶质组元的晶体结构时，这种合金成为一次固溶体或端际固溶体，简称固溶体。 电子化合物——电子化合物是指具有一定（或近似一定）的电子浓度值，且结构相同或密切相关的相。 间隙化合物——由原子半径较大的过渡金属元素（Fe,Cr,Mn,Mo,W,V 等）和原子半径较小的非（准）金属元素（H,B,C,N,Si,等）形成的金属间化合物。 传统无机非金属材料——主要是指由SiO2 及其硅酸盐化合物为主要成分制成的材料，包括陶瓷，玻璃，水泥和耐火材料等。 新型无机非金属材料——是用氧化物，氮化物，碳化物，硼化物，硫化物，硅化物以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。 2 晶体结构 晶体——晶体是离子，原子或分子按一定的空间结构排列所组成的固体，其质点在空间的分布具有周期性和对称性，因而，晶体具有规则的外形。 晶胞——晶胞是从晶体结构中取出来的反应晶体周期性和对称性的重复单元。 晶体结构——晶体结构是指晶体中原子或分子的排列情况，由空间点阵+结构基元而构成，晶体结构的形式是无限多的。 空间点阵——空间点阵是把晶体结构中原子或分子等结构基元抽象为周围环境相同的阵点之后，描述晶体结构的周期性和对称性的图像。 晶面——可将晶体点阵在任何方向上分解为相互平行的节点平面，这样的结点平面成为晶面。 晶面指数——结晶学中经常用（h k l）来表示一组平行晶面，成为晶面指数。 晶面族——在对称性高的晶体（如立方晶系）中，往往有并不平行的两组以上的晶面，它们的原子排列状况是相同的，这些晶面构成一个晶面族。 晶向族——晶体中原子排列周期相同的所有晶向为一个晶向族，用{u v w}表示。 晶带或晶带面——在结晶学中，把同时平行某一晶向[u v w]的所有晶面成为一个晶带 南京航空航天大学 2011年硕士研究生入学考试初试试题 A卷 科目代码: 818 满分: 150 分 科目名称: 材料科学基础 注意: ①认真阅读答题纸上的注意事项；②所有答案必须写在答题纸上，写在本试题纸或草稿纸上均无效；③本试题纸须随答题纸一起装入试题袋中交回！ 一、名词解释：(25分，每小题5分) 1、成分起伏 2、共缩聚反应 3、负离子配位多面体 4、晶面族 5、电子化合物 二、作图（10分） 1、在立方晶系的晶胞图中画出以下晶面和晶向：(102)、(11)、(1)、[110]、[11]、[10]和[21]。 （5分） 2、根据吉布斯能曲线做出相图（T1>T2>T3>T4>T5）（5分）。 三、简答（50分，每小题5分）： 1、影响高分子链柔韧性的因素有哪些？ 2、画出合金铸锭(件)的宏观组织并简述组织形成原因。 3、合金中相平衡的条件是什么？写出Gibbs相律并解释各参数含义。 4、为什么说绿宝石结构（其结构式为 Be3Al2[Si6O18]）可以成为离子导电的载体 5、立方晶体间隙包含哪些类型，体心立方和面心立方各有几个此类型间隙？ 6、简述柯肯达尔效应及物理本质。 7、比较滑移和孪生的异同点。 8、简述柯垂尔气团形成原理及其对位错可动性的影响。 9、晶粒内部析出第二相的形状与表面能和应变能的关系? 10、简述单晶体加工硬化机制。 四、计算分析题（65分）： 1、关于Fe-C 相图，回答问题。（12分） （1）、默写Fe-C 相图。 （2）、画出含C 0.4wt%室温平衡组织示意图，并标出组织组成物。 （3）指出含C 0.77wt%合金从高温液态平衡冷却到室温要经过哪些转变？ （4）根据杠杆定律分别计算含C 0.4wt%合金在室温下的组织组成物与相组成物的相对百分含量。 2、论述材料中原子间健合的几种方式及其对性能的影响。（8分） 3、在铜单晶体中的（111）和（111）滑移面上各存在一个柏氏矢量为 2a [110]和2a [0 1 1]的全位错。当它们分解为扩展位错时，其领先位错分别为6a [211]和6 a [121]。(15分) （1）当两领先位错在各自的滑移面上运动相遇时，发生了新的位错反应。试写出其位错反应式，判断该反应能否自发进行？并分析该新生成的位错其位错特性和运动性质。 （2）已知铜单晶a=0.36nm,切变模量G=4×104Mpa,层错能γ=0.04J/m 2,试求上述柏氏矢量为 2 a [110] 的位错形成扩展位错的宽度。 （3）分析一般的扩展位错其运动特性。 4、为改善钛合金的切削性能，研制一种新的热氢处理工艺，包括渗氢处理+机械加工+真空脱氢处理等工艺步骤。已知某钛合金构件在800℃真空脱氢1小时其距表面0．05mm 处的性能符合规定要求。为进一步降低该构件的热处理变形，拟将该合金构件在700℃处理，问处理多少时间在距表面0．1mm 处将达到上述相同规定要求？试计算700℃处理时，氢原子在钛合金中的扩散系数，并分析氢在钛 合金中的扩散能力。（设氢在该钛合金的扩散激活能为16.62KJ/mol,D 0=8×10-4cm 2/s） 。（15分） 5、铝合金由于其密度低、比强度高、耐腐蚀等优异性能，因而是航空、航天等领域使用的重要结构材料。试分析铝合金时效处理过程中的强化机制。（8分） 6、分析细晶强化能否用于提高金属材料的高温强度？并提供一种能有效提高FCC 金属和合金高温强度的方法，分析其材料科学原理。（7分） 一、名词解释（每小题3分。共30分） 晶界内吸附交滑移：上坡扩散：纤维组织：枝晶偏析：伪共晶组织：重心法则：配位数：致密度：晶带 二、答题（每小题10分、共50分） 1．在一个面心立方晶系的晶胞中画出晶面（111）和（112），并写出两晶面交线的晶向指数。 2．位错反应的条件是什么？判断下列反应能否进行 （1） a【100】—>a /2【111】+ a /2【111】(2) a /2【101】+ a /6【121】—> a 【111】 3．试推导菲克第二定律 4．试述柯氏气团理解释低碳钢存在屈服平台现象 5．简答液—固界面的类型及晶体生长的方式 三、默画Fe—FeC 相图，并分析0..5%C合金的平衡凝固过程，计算在室温其平 3 衡组织组成的重量分数和想组成的重量分数（20） 答案： 一、名次解释 晶界内吸附：少量杂质或合金元素在晶体内部的分布是不均匀的，常偏聚于晶界交滑移：螺位错，在一滑移面运动受阻，转到另一滑移面上继续滑移。 上坡扩散：扩散物质由浓度低处向浓度高处进行的扩散。 纤维组织：晶粒及加杂物沿受力方向呈条带状态分布。 枝晶偏析：在非平衡凝固条件下，若固溶体以树枝状结晶并长大，则枝干与枝间会出现成分差别，称为~。 伪共晶组织：非平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的合金也可能全部转变为共晶组织，这种非共晶成分的共晶组织，称为~。 重心法则：处于三者相平衡的合金，其成分必位于共扼三角形重心位置。 配位数：晶体结构中任一原子周围最邻近且等距离的原子数 致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数 晶带：相交和平行于某一晶向直线的所有晶面的组合 二、1． 2． 反应条件： 1）．几何条件：∑b 前=∑b 后 2）．能量条件：∑b 2 前〉∑b 2后 (1)几何条件满足； 能量条件：∑b 2 前=（a ）2 [(1) 2+02+02]=a 2 ,（5分） ∑b 2后=（a 2）2 [12+12+12]+ (a 2)2 [12 +(－1) 2+(-1)2]= 232 a 2a
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