材料科学基础复习题

材料科学基础试题及答案一、名词解释（每题5分，共25分）1. 晶体缺陷2. 扩散3. 塑性变形4. 应力5. 比热容二、选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪种材料属于金属材料？A. 玻璃B. 塑料C. 陶瓷D. 铜2. 下列哪种材料属于陶瓷材料？A. 铁B. 铝C. 硅酸盐D. 聚合物3. 下列哪种材料属于高分子材料？A. 玻璃B. 钢铁C. 聚乙烯D. 陶瓷4. 下列哪种材料属于半导体材料？A. 铜B. 铝C. 硅D. 铁5. 下列哪种材料属于绝缘体？A. 铜B. 铝C. 硅D. 玻璃三、简答题（每题10分，共30分）1. 请简述晶体结构的基本类型及其特点。

2. 请简述塑性变形与弹性变形的区别。

3. 请简述材料的热传导原理。

四、计算题（每题15分，共30分）1. 计算一个碳化硅晶体的体积。

已知碳化硅的晶胞参数：a=4.05 Å，b=4.05 Å，c=8.85 Å，α=β=γ=90°。

2. 计算在恒定温度下，将一个100 cm³的铜块加热100℃所需的热量。

已知铜的比热容为0.39J/(g·℃)，铜的密度为8.96 g/cm³。

五、论述题（每题20分，共40分）1. 论述材料科学在现代科技发展中的重要性。

2. 论述材料制备方法及其对材料性能的影响。

答案：一、名词解释（每题5分，共25分）1. 晶体缺陷：晶体在生长过程中，由于外界环境的影响，导致其内部结构出现不完整或不符合理想周期性排列的现象。

2. 扩散：物质由高浓度区域向低浓度区域自发地移动的过程。

3. 塑性变形：材料在受到外力作用下，能够产生永久变形而不恢复原状的性质。

4. 应力：单位面积上作用于材料上的力。

5. 比热容：单位质量的物质温度升高1℃所吸收的热量。

二、选择题（每题2分，共20分）1. D2. C3. C4. C5. D三、简答题（每题10分，共30分）1. 晶体结构的基本类型及其特点：晶体结构的基本类型有立方晶系、四方晶系、六方晶系和单斜晶系。

1、鲍林规则：鲍林根据已测定的晶体结构数据和晶格能公式所反映的关系，提出的判断离子化合物结构稳定性的规则，共包含五条规则。

2、晶体：质点在三维空间作有序排列的固体晶胞：是晶体结构中的最小单元。

3、晶子学说：玻璃结构是一种不连续的原子集合体，即无数“微晶”分散在无定形介质中。

无规则网络学说：玻璃的结构与相应的晶体结构相似，同样形成连续的三维空间网络结构。

但玻璃的网络与晶体的网络不同，玻璃的网络是不规则的、非周期性的4、扩散型相变：在相变时，依靠原子或离子的扩散来进行的相变。

非扩散型相变：相变过程不存在原子离子的扩散，或虽存在扩散但不是相变所必须的或不是主要过程的相变。

5、热缺陷：也称本征缺陷，指由热起伏的原因所产生的空位和间隙质点。

杂质缺陷：也称组成缺陷，是由外加杂质的引入所产生的缺陷。

6、点缺陷：亦称为零维缺陷，缺陷尺寸为原子大小数量级，包括空位、间隙原子、杂质原子和色心等。

线缺陷：亦称一维缺陷或位错，是指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，包括棱位错和螺形位错；7、烧结：一种或多种固体粉末经过成型，在加热到一定温度后开始收缩，在低于熔点温度下变成致密、坚硬的烧结体，这个过程叫烧结。

固相反应：固体直接参与反应并起化学变化，同时至少在固体内部或外部的一个过程中起控制作用。

8、肖特基缺陷：质点由表面位置迁移到新的表面位置，在晶体表面形成新的一层，同时在晶体内部留下空位，其特征是正负离子空位成比例出现。

弗伦克尔缺陷：质点离开正常格点后进入到晶格间隙位置，其特征是空位和间隙质点成对出现。

9、硼反常现象：当数量不多的碱金属氧化物同氧化硼一起熔融时，碱金属所提供的氧不象熔融玻璃中作为非桥氧出现在结构中，而是使硼氧三角体转变为桥氧组成的硼氧四面体，致使玻璃从原来两度空间的层状结构转变为三度空间的架状结构，从而加强了网络结构，并使玻璃的各种物理性能变好。

这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反，所以称之为硼反常现象10、均匀成核：晶核从均匀的单相熔体中产生的几率处处相同的成核过程。

晶体缺陷习题1. 若fcc的Cu中每500个原子会失去一个，其晶格常数为0.3615nm，试求Cu的密度。

2.由于H原子可填入α-Fe的间隙位置，若每200个铁原子伴随着一个H原子，试求α-Fe密度与致密度（已知α-Fe的晶格常数0.286nm，原子半径0.1241nm；H原子半径0.036nm）。

3.MgO的密度为3.58 3g cm,其晶格常数为0.42nm，试求每个MgO单位晶胞内所含的Schottky缺陷之数目(Mg, O 的原子量分别为24.305，15.999)。

4.Fcc晶体中如下操作形成什么位错，Burgers矢量是什么？(1)抽出(111)面的一个圆片；(2)插入(110)半原子面，此面终止在(111)面上。

5.当刃型位错周围的晶体中含有(a)超平衡的空位、(b)超平衡的间隙原子、(c)低于平衡浓度的空位、(d)低于平衡浓度的间隙原子等四种情形时，该位错将怎样攀移？6.指出下图中位错环ABCDA的各段位错线是什么性质的位错？它们在外应力τxy 作用下将如何运动？在外应力σyy 作用下将如何运动?7.下图是一个简单立方晶体，滑移系统是{100}<001>。

今在(011)面上有一空位片ABCDA，又从晶体上部插入半原子片EFGH，它和(010)面平行，请分析：(1) 各段位错的柏氏矢量和位错的性质；(2) 哪些是定位错？哪些是可滑位错？滑移面是什么？(写出具体的晶面指数。

)(3) 如果沿[01]方向拉伸，各位错将如何运动？(4) 画出在位错运动过程中各位错线形状的变化，指出割阶、弯折和位错偶的位置。

(5)画出晶体最后的形状和滑移线的位置。

8. 晶体滑移面，有一圆形位错环如图所示。

问：(1) 晶体滑移面的上部晶体外加切应力方向和Burgers 矢量 同向或反向时，位错环向外滑移？(2) 位错环平衡半径和外加切应力的关系式。

9. 同一滑移面上有二段Burgers 矢量相同异号刃型位错（AB ，CD 位错线方向相反），位错线处在同一直线上，每段位错线长度x, 相距x 。

材料科学基础复习题一、选择题1. 原子结合键包括物理键和化学键, 下述结合键中属于化学键的是 .(A) 金属键(B) 离子键(C) 分子键(D) 共价键2. 原子结合键包括物理键和化学键, 下述结合键中属于物理键的是 .(A) 氢键(B) 离子键(C) 分子键(D) 共价键3. 工业用硅酸盐属于 .(A) 金属材料(B) 陶瓷材料(C) 复合材料(D) 高分子材料4. 布拉菲点阵共有中.(A) 8 (B) 10 (C) 12 (D) 145. BCC、FCC和HCP等三种典型晶体结构中, 单位晶胞的原子数分别为 .(A) 2, 4, 6 (B) 4, 2, 6 (C) 3, 4, 5 (D) 6, 2, 46. 晶面间距表示相邻两个平行晶面之间的垂直距离, 其大小反映了晶面上原子排列的紧密程度, 一般规律是 .(A) 在简单立方点阵中, 低指数的晶面间距较大(B) 在简单立方点阵中, 高指数的晶面间距较大(C) 晶面间距越大, 该晶面上原子排列越紧密(D) 晶面间距越大, 该晶面上原子排列越稀疏7. BCC、FCC和HCP等三种典型晶体结构中, 原子配位数依次为 .(A) 8, 12, 8 (B) 8, 12, 10 (C) 12, 8, 6 (D) 8, 12, 128. 密堆积结构的致密度为 .(A) 0.68 (B) 0.74 (C) 0.82 (D) 1.09. MgO陶瓷晶体具有NaCl型结构, 单位晶胞的离子数为 .(A) 4 (B) 6 (C) 8 (D) 1010. SiC陶瓷晶体具有金刚石型结构, 该结构一般特征是.(A) 原子结合键为共价键(B) 原子配位数为4(C) 单位晶胞包含8个原子(D) 属于面心立方点阵, 为密堆积结构11. 下述晶体缺陷中属于点缺陷的是 .(A) 空位(B) 位错(C) 相界面(D) 间隙原子12. 下述晶体缺陷中属于线缺陷的是.(A) 空位(B) 位错(C) 晶界(D) 间隙原子13. 下述晶体缺陷中属于面缺陷的是.(A) 表面(B) 位错(C) 相界面(D) 空位14. 下述界面中界面能最小的是 .(A) 完全共格界面(B) 共格界面(C) 非共格界面(D) 半共格界面15. 下述界面中界面能最大的是 .(A) 完全共格界面(B) 共格界面(C) 非共格界面(D) 半共格界面16. 理想密排六方金属的c/a为 .(A) 1.6(B)(C) (D) 117. 在晶体中形同时又原子, 这样的缺陷称为.(A) 肖脱基空位(B) 弗兰克尔空位(C) 线缺陷(D) 面缺陷18. 面心立方晶体的挛晶面是.(A) {112} (B) {110} (C) {111} (D) {123}19. 体心立方晶体的挛晶面是. (A) {112} (B) {110} (C) {111} (D) {123}20. 铸铁与碳钢的区别在于有无 .(A) 莱氏体(B) 珠光体(C) 铁素体(D) 渗碳体21. 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(D)无限制22. Hume-Rothery提出有利于大量固熔的原子尺寸条件为两组元的原子半径差对熔剂原子半径的比不超过 .(A) 10% (B) 14% (C) 15% (D) 20%23. 碳与钒结合形成金属化合物, 下述说法正确的是 .(A) 该化合物属于简单间隙化合物(B) 该化合物属于复杂间隙化合物(C) 该化合物具有体心立方结构(D) 该化合物具有面心立方结构24. 以下关于渗碳体的描述中, 正确的是 .(A) 渗碳体是钢中很重要的一种复杂间隙相(B) 渗碳体晶体结构非常复杂, 属于正交晶系(C) 渗碳体为铁与碳固熔形成的间隙固熔体(D) 渗碳体为铁与碳固熔形成的置换固熔体25. 下述关于Ni-Cu系二元合金的描述中, 正确的是.(A) 室温下组织为单相组织(B) 室温下组织为两相组织(C) 凝固时发生匀晶转变(D) 凝固时发生共晶转变26. 凝固后是否形成晶体, 主要由液态物质的决定.(A) 温度梯度(B) 粘度(C) 冷却速度(D) 压力27. 金属结晶形核时, 临界晶核半径r K与过冷度ΔT及表面自由能σ之间的关系为.(A) ΔT越大, r K越小(B) ΔT越大, r K越大(C) σ越大, r K越小(D) σ越大, r K越大28. 纯金属均匀形核, 形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的.(A)13(B)23(C)34(D)4529. 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(D) 表面张力30. 菲克第一定律描述了稳态扩散的特征, 即浓度不随变化.(A) 距离(B) 时间(C) 温度(D) 压力31. 在置换固熔体中, 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(D) 填隙机制32. 在间隙固熔体中, 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(D) 填隙机制33. 在科肯道尔效应中, 惰性标记发生移动的主要原因是扩散偶中.(A) 两组元的原子尺寸不同(B) 仅存在一组元的扩散(C) 两组元的扩散速率不同(D) 两组元的温度不同34. 晶体的类型与结构是影响固体材料中原子扩散的重要因素, 基本规律是.(A) 与金属相比, 晶态化合物的扩散系数低(B) 与金属相比, 晶态化合物的扩散系数高(C) 非密堆结构的晶体比密堆结构的晶体具有更高的扩散系数(D) 密堆结构的晶体比非密堆结构的晶体具有更高的扩散系数35. D L, D B, D S分别表示晶内扩散、晶界扩散和表面扩散的扩散系数, 则在一般情况下, 三者的大小关系为.(A) D L > D B > D S(B) D S > D B > D L(C) D B > D L > D S(D)D S > D L > D B36. 合金凝固时极易得到树枝晶组织, 其主要原因是.(A) 固-液界面前沿液相中存在正温度梯度(B) 固-液界面前沿液相中存在负温度梯度(C) 固-液界面前沿液相中存在成分过冷区(D) 固-液界面前沿液相中存在难熔质点37. 下述关于交滑移的描述中, 正确的是.(A) 发生交滑移时会出现曲折或波纹状的滑移带(B) 体心立方金属最容易发生交滑移(C) 层错能低的金属易发生交滑移(D) 交滑移必须通过刃型位错实现38. 多晶体发生塑性变形时, 为了满足协调变形, 每个晶粒至少需要开动个独立的滑移系.(A) 3 (B) 4 (C) 5 (D) 639. 再结晶后的晶粒长大是通过方式进行的.(A) 大晶粒吞食小晶粒(B) 小晶粒蚕食大晶粒(C) 晶界向曲率中心移动(D) 晶界背向曲率中心移动40. w C低于0.014的碳钢发生马氏体转变时, 马氏体M与奥氏体A有K-S取向关系, 即.(A) {110}M// {111}A, <111>M// <110>A(B) {111}M// {110}A,<111>M // <110>A(C) {110}M// {111}A, <110>M// <111>A(D) {112}M// {111}A,<111>M // <110>A41. 含Ni约30% 的Fe-Ni合金发生马氏体相变时, 马氏体与奥氏体之间的位向关系为西山关系, 即.(A) {110}M// {111}A, <111>M// <110>A(B) {110}M// {111}A,<110>M // <112>A(C) {110}M// {111}A, <110>M// <111>A(D) {112}M// {111}A,<111>M // <110>A42. 以下关于马氏体相变的描述中, 正确的是.(A) 马氏体相变为无扩散性相变(B) 马氏体相变是通过形核-长大方式进行的(C) 马氏体相变速率极低(D) 马氏体相变速率极高43. 固态相变的阻力一般包括.(A) 新、旧相比体积差所增加的应变能(B) 新、旧相为维持共格/半共格关系所增加的应变能(C) 新、旧相界面增加的表面能(D) 新、旧相之间的体积自由能差44. 固态相变的驱动力是.(A) 新、旧相比体积差所增加的应变能(B) 新、旧相为维持共格/半共格关系所增加的应变能(C) 新、旧相界面增加的表面能(D) 新、旧相之间的体积自由能差45. 固态相变时空位处易于形核的主要原因是.(A) 空位促进熔质原子的扩散(B) 空位释放的能量可提供形核驱动力(C) 空位阻碍熔质原子的扩散(D) 空位群凝聚成位错, 促进形核46. 下述固态相变中属于扩散型相变的是.(A) 脱熔转变(B) 马氏体转变(C) 贝氏体转变(D) 共析转变47. 下述固态相变中属于无扩散型相变的是.(A) 脱熔转变(B) 马氏体转变(C) 贝氏体转变(D) 共析转变48. 下述固态相变中属于半扩散型相变的是.(A) 脱熔转变(B) 马氏体转变(C) 贝氏体转变(D) 共析转变49. 时效型合金发生脱熔转变期间容易产生过渡相, 其特征是.(A) 过渡相与母相之间形成共格或半共格界面(B) 过渡相与母相之间形成非共格界面(C) 过渡相一般呈盘片状(D) 过渡相一般呈球状50. 调幅分解的特点是.(A) 成分改变(B) 成分不变(C) 有核相变(D) 无核相变选择题参考答案1. ABD2. AC3. B4. D5. A6. AC7. D8. B9. C 10. ABC11. AD 12. B 13. AC 14. A 15. C16. B 17. B 18. C 19. A 20. A21. B 22. C 23. AD 24. AB 25. AC26. BC 27. AD 28. B 29. B 30. B31. C 32. B 33. C 34. AC 35. B36. C 37. ABC 38. C 39. AC 40. A41. B 42. ABD 43. ABC 44. D 45. ABD46. AD 47. B 48. C 49. AC 50. AD二、简答题1. 固态相变基本特点.答: 固态相变的特点是:(1) 相变阻力大. 固态相变时的阻力包括新、旧相之间的表面能以及新、旧相由于比体积差或新、旧相界面原子错配而额外增加的弹性应变能; 另外, 固相中原子扩散速率极低也是造成固态相变阻力大的一个重要原因.(2) 新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系. 固态相变时, 为了减少新、旧两相之间的界面能, 新相晶核与母相晶体之间往往存在一定的晶体学位向关系, 常以低指数、原子密度大且匹配较好的晶面和晶向互相平行; 并且, 新相往往在母相的某一特定晶面(惯习面)上形成.(3) 母相晶体缺陷对相变起促进作用. 由于母相晶体中存在的各种缺陷(如晶界、相界、位错、空位等)周围晶格有畸变, 自由能较高, 因此容易在这些区域优先形核.(4) 易于出现过渡相. 过渡相是为了克服相变阻力而形成的一种协调性中间转变产物. 通常首先在母相中形成成分与母相相近的过渡相, 然后在一定条件下由过渡相逐渐转变为稳定相.2. 位错促进固态相变形核的主要原因.答: 由于固态相变阻力大, 固相中的形核几乎总是非均匀的, 往往借助晶体中的结构缺陷(空位,位错,晶界等)形核.新相在位错处形核有三种情况: 一是新相在位错线上形核, 新相形成处, 位错消失, 释放的能量使形核功降低而促进形核; 二是位错不消失, 而且依附在新相界面上, 成为半共格界面中的位错部分, 补偿了失配, 因而降低了能量, 使生成晶核时所消耗的能量减少而促进形核; 三是当新相与母相成分不同时, 由于熔质原子在位错线附近偏聚(形成柯氏气团)有利于新相沉淀析出, 也对形核起促进作用.3. 非扩散型相变的基本特征.答: 无扩散型相变的基本特点是:(1) 存在由于均匀切变引起的形状改变, 使晶体发生形状改变.(2) 由于相变过程无扩散, 新相与母相的化学成分相同.(3) 新相与母相之间有一定的晶体学位向关系.(4) 相界面移动速度极快, 可接近声速.4. 说明Al-Cu等时效型合金脱熔过程出现过渡相的原因.答: 时效处理时脱熔的一般顺序为:偏聚区(或称G.P.区) →过渡相(亚稳相) →平衡相.脱熔时不直接析出平衡相的原因, 是由于平衡相一般与基体形成新的非共格界面, 界面能大, 而亚稳定的脱熔产物往往与基体完全或部分共格, 界面能小. 在相变初期, 界面能起决定性作用, 界面能小的相, 形核功小, 容易形成. 所以首先形成形核功最小的过渡结构, 再演变成平衡稳定相.5. 调幅分解的主要特征.答: (1) 调幅分解过程的成分变化是通过上坡扩散实现的. 首先出现微区的成分起伏, 随后通过熔质原子从低浓度区向高浓度区扩散, 使成分起伏不断增幅, 直至分解为成分不同的两平衡相为止.(2) 调幅分解不经历形核阶段, 新、旧相结构相同, 不存在明显的相界面. 由于无需形核, 所以分解速度很快.6. 脱熔相颗粒粗化机理.答: 参见教材P292-293的“8.4.3.2 颗粒粗化”一节. (需要画图!!)7. 零件热处理的作用.答: 零件热处理的作用如下:(1) 通过适当的热处理可以显著提高零件的力学性能, 延长机器零件的使用寿命.(2) 恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷, 细化晶粒, 消除偏析, 降低内应力, 使零件的组织和性能更加均匀.(3) 热处理也是机器零件加工工艺过程中的重要工序.(4) 此外, 通过热处理还可使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能.8. 过共析钢淬火时加热温度的选择依据.答: 过共析钢的淬火加热温度限定在Ac1以上30~50℃是为了得到细小的奥氏体晶粒和保留少量渗碳体质点, 淬火后得到隐晶马氏体和其上均匀分布的粒状碳化物, 从而不但可以使钢具有更高的强度、硬度和耐磨性, 而且也具有较好的韧性. 如果过共析钢淬火加热温度超过Ac cm , 碳化物将全部熔入奥氏体中, 使奥氏体中的含碳量增加, 降低钢的M s和M f点, 淬火后残留奥氏体量增多, 会降低钢的硬度和耐磨性; 淬火温度过高,奥氏体晶粒粗化、含碳量又高, 淬火后易得到含有显微裂纹的粗片状马氏体, 使钢的脆性增大; 此外, 高温加热淬火应力大、氧化脱碳严重, 也增大钢件变形和开裂倾向.9. 马氏体相变的基本特征.答: (1) 无扩散性. 马氏体转变的过冷度很大, 转变温度低, 原子扩散无法进行, 因此是非扩散型相变.(2) 切变共格性. 马氏体转变是新相在母相特定的晶面(惯习面)上形成, 并以母相的切变来保持共格关系的相变过程.(3) 变温形成. 马氏体转变有其开始转变温度(M s点)与转变终了温度(M f点). 当过冷奥氏体冷到M s点, 便发生马氏体转变, 转变量随温度的下降而不断增加, 一旦冷却中断, 转变便很快停止.(4) 高速长大. 马氏体转变没有孕育期, 形成速度很快, 瞬间形核, 瞬间长大.(5) 不完全性. 一般来说, 奥氏体向马氏体的转变是不完全的, 即使冷却到M f点, 也不能获得100%的马氏体, 即总有一部分残余奥氏体.10. 细晶强化/固熔强化/弥散强化/加工硬化机理.答: (关于弥散强化机理)由塑性相与硬脆相组成的(两相)合金, 倘若硬脆的第二相呈弥散粒子均匀地分布在塑性相基体上, 则可显著提高合金的强度, 此即弥散强化. 这种强化的主要原因是由于弥散细小的第二相粒子与位错的交互作用(位错绕过或切过第二相粒子), 阻碍了位错的运动,从而提高了合金的塑性变形抗力.(关于加工硬化机理)在塑性变形过程中, 随着金属内部组织的变化,金属的力学性能也将产生明显的变化, 即随着变形程度的增加, 金属的强度、硬度增加, 而塑性、韧性下降, 这一现象即为加工硬化或形变强化.关于加工硬化的原因, 目前普遍认为与位错的交互作用有关. 随着塑性变形的进行, 位错密度不断增加, 因此位错在运动时的相互交割加剧,产生固定割阶、位错缠结等障碍, 使位错运动的阻力增大, 引起变形抗力的增加, 从而提高了金属的强度.11. 孪生变形特点.答: 孪生变形是金属塑性变形的基本方式之一, 是指在切应力的作用下, 晶体的一部分沿一定的晶面(孪生面)和一定的晶向(孪生方向)相对于另一部分晶体作均匀地切变, 在切变区域内, 与孪生面平行的每层原子的切变量与它距孪生面的距离成正比, 并且不是原子间距的整数倍. 其特点为:(1) 孪生变形引起的切变不会改变晶体的点阵类型, 但可使变形部分的位向发生变化, 并且与未变形部分的晶体以挛晶界为分界面构成了镜面对称的位向关系.(2) 一般说来, 孪生的临界分切应力要比滑移的临界分切应力大得多,只有在滑移很难进行的条件下, 晶体才进行孪生变形.(3) 孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多, 例如镉单纯依靠孪生变形只能获得7.4% 的伸长率. 但是, 由于孪生变形后晶体位向发生变化, 可能使原来取向不利的滑移系转变为新的有利取向, 从而引发晶体的进一步滑移, 提高金属的塑性变形能力.(4) 孪生变形的速度极快, 常引起冲击波, 发出音响.12. 根据阿累尼乌斯(Arrhenius)公式: D= D0exp(-Q/RT), 分析影响扩散的主要因素.答: 上述公式中, Q为原子扩散激活能, T为温度, 它们是影响扩散的主要因素. 很显然, Q 越小, 或扩散温度T 越高, 则D越大, 扩散越易进行. 而扩散激活能Q取决于材料的键能. 高熔点纯金属的键能高于低熔点的, 因此前者的激活能较高, 其自扩散系数较小; 通常致密度大的晶体结构中, 原子扩散激活能较高, 扩散系数较小; 不同类型的固熔体, 熔质原子的扩散激活能不同, 间隙原子的扩散激活能都比置换原子的小, 所以扩散速度比较大; 晶体缺陷处, 原子排列混乱, 能量较高, 激活能往往较低, 因此扩散容易. 对于一定的晶体结构来说, 表面扩散最快, 晶界次之, 亚晶界又次之, 晶内最慢; 在位错、.空位等缺陷处的原子比完整晶格处的原子扩散容易得多.13. (扩散的微观机理)间隙/空位机制.答: (1) 间隙机制: 晶体中存在的间隙原子通过晶铬间隙之间的跃迁实现的扩散; 间隙固熔体中间隙原子(C,H,N,O等)的扩散就是这种机制;为了实现这种扩散, 扩散原子必须具有越过能垒的自由能.(2) 空位机制: 晶体中扩散原子离开自己的点阵位置去填充空位, 而原先的点阵位置形成了新的空位, 如此反复, 实现原子的扩散; 置换固熔体(或纯金属)中原子的扩散即为空位扩散; 在空位扩散中, 扩散原子除具有越过能垒的自由能外, 还必须具有空位形成能.14. 简述Cu-Ni扩散偶惰性标记移动规律及其原因.答: Cu-Ni扩散偶惰性标记会向Ni棒一侧移动. 由于Ni的熔点(1452℃)比Cu的熔点(1083℃)高, 表明Ni原子的结合能高于Cu原子的,因此, 扩散偶中Ni原子进入Cu晶体点阵要比Cu原子进入Ni晶体点阵容易, 即Ni原子在Cu棒中的扩散速度要快于Cu原子在Ni棒中的扩散速度,Ni原子向Cu棒一侧发生了物质的净输送, 其结果就是惰性标记往Ni棒一侧移动.15. 成分过冷条件及其影响因素.16. 包晶反应速度慢的原因.17. 正常凝固合金圆棒宏观偏析规律.18. 纯金属晶体长大形态与温度梯度的关系.19. 纯金属晶体长大机制.20. 润湿角对异质形核功的影响规律.21. 均匀形核率与过冷度的关系及其原因.答:均匀形核时, 形核率方程为exp()exp()A QN CkT kT=--式中, A为临界晶核的形核功; Q为原子越过液-固界面的扩散激活能;T为温度.上式表明, 过冷度对形核率的影响受形核功和原子扩散激活能控制:一方面, 当过冷度较小时, N与exp(-A / kT) 成正比, 故随着过冷度的增大,exp(-A/ kT) 数值也增大, 形核率就越大; 另一方面, 当过冷度足够大时,随着过冷度的增大, 原子扩散速度要减慢, 此时, N主要受exp(-Q/ kT)数值影响, 而Q 值随温度改变很小, 故随着过冷度的增大, 形核率反而减小.22. 金属结晶的热力学、动力学、结构和能量条件.23. 间隙固熔体两组元不能无限互熔的原因.24. 分析γ-Fe熔碳量高于α-Fe的原因.三、作图/计算题类型1. 晶面/晶向绘制(应掌握三轴系统的).2. 典型结构金属滑移系表示及绘制.3. 典型二元合金相图绘制(共晶型/包晶型).4. 合金平衡凝固冷却曲线绘制.5. 合金平衡结晶金相组织图绘制.6. 根据点阵类型, 参数及原子量计算晶体材料的密度.7. 原子面/线密度计算.8. 单晶体塑性变形分切应力/屈服强度计算.9. 单晶体滑移时位错线/柏氏矢量计算/表示(还包括位错线作用力计算).10. 合金平衡凝固时, 相/组织组成物相对量计算.11. 合金成分转化计算(摩尔分数与质量分数之间的相互转换).12. 菲克第一定律的应用----扩散通量的计算.13. 菲克第二定律的应用----钢件渗碳热处理时碳浓度的计算.14. 回复/再结晶转变动力学计算.四、应用题范围1. 根据金属凝固理论, 分析细化铸件晶粒组织的工艺措施.答:根据金属结晶理论, 如果金属结晶时单位体积中晶粒数为Z v, 则Z v取决于两个主要的因素, 即形核率N和长大速度V g, 并满足Z v = 0.9 (N / V g)3/4显然, 欲得到细晶粒组织铸件, 则必须使Z v增大, 这主要从控制N和V g着手. 为此, 可采取下述工艺措施以得到细晶粒组织铸件:(1) 增大过冷度: 金属结晶时的N和V g值均随着过冷度的增加而增大,且N的增长率大于V g的增长率, 所以增加过冷度就会提高N与V g的比值,使Z v值增大, 从而细化铸件晶粒; 在实际生产中增加过冷度的工艺措施主要有降低熔液的浇注温度、选择吸热能力和导热能力较大的铸型材料. 但此方法仅适用于小铸件.(2) 变质处理: 熔液中添加合适的形核剂可以大大增大N, 从而使Z v值增大.(3) 振动和搅拌: 采用机械振动、超声波振动和电磁搅拌等措施, 可以加大熔液的对流, 破碎已有晶枝, 增加结晶核心, 大大提高N, 从而使Z v值增大.2. 根据合金相图预测合金的铸造工艺性(流动性,热裂/缩松缩孔倾向等)、冷/热变形能力及切削加工性.3. 利用铁碳合金强/硬度及塑韧性与含碳量的关系, 比较不同成分铁碳合金的强/硬度及塑韧性.4. 根据金属凝固理论, 分析铸锭组织的成因.5. 冷变形的应用----加工硬化问题. (1) 加工硬化现象在金属材料生产过程中有重要的实际意义, 目前已广泛用来提高金属材料的强度. 对于用热处理方法不能强化的材料来说, 用加工硬化方法提高其强度就显得更加重要. 如塑性很好而强度较低的铝、铜及某些不锈钢等, 在生产上往往制成冷拔棒材或冷轧板材供应用户. (2) 加工硬化也是某些工件或半成品能够加工成形的重要因素. 金属件的冷冲成型和冷拔钢丝均利用了材料的加工硬化特性, 前者使塑性变形能够均匀地分布于整个工件, 不致集中在某些局部区域而引起破裂, 后者则是利用拉出的细丝强度显著提高,不再变形来实现的, 否则, 钢丝在出模后便被拉断. (3) 加工硬化还可以提高零/构件在使用中的安全性. 零件在使用过程中往往会在局部出现应力集中和过载, 但由于加工硬化特性, 局部过载所产生的塑性变形会自行停止, 提高了零件的安全性. (4) 加工硬化的缺点显而易见, 增加动力和设备消耗, 变形量大时将严重降低材料的塑韧性, 因此, 对于连续冷变形工艺,往往将再结晶退火作为中间工序.6. 冷变形的应用----残余/内应力问题. 工件经过剧烈冷变形后会产生较大的内应力, 内应力会引起工件的变形或开裂, 降低其耐蚀性; 当残留应力为拉应力时, 会降低材料强度; 但如果表面残留压应力, 可显著提高其疲劳强度. 实际生产中, 往往用滚压或喷丸强化来使表层形成压应力就是这个道理.7. 回复/去应力退火的应用: (1) 黄铜弹壳季裂的消除. 在第一次世界大战时, 经深冲成形的黄铜弹壳, 放置一段时间后自动发生晶间开裂(称为季裂). 经研究, 这是由于冷加工残留内应力和外界的腐蚀性气氛的联合作用而造成的应力腐蚀开裂. 要解决这一问题, 只需在深冲加工之后于260℃进行去应力退火, 消除弹壳中残留的第一类内应力, 这一问题即迎刃而解. (2) 又如用冷拉钢丝卷制弹簧, 在卷成之后, 要在250℃~300℃进行去应力退火, 以降低内应力并使之定形, 而硬度和强度则基本保持不变.(3) 此外, 对于铸件和焊接件都要及时进行去应力退火, 以防其变形和开裂; 对于精密零件, 如机床厂制造机床丝杠时, 在每次切削加工之后, 都要进行去应力退火处理, 防止变形和翘曲, 保持尺寸精度.8. 再结晶退火的应用: 冷拉铜线退火处理制作花导线; 随炉冷拉钢丝绳出炉后断裂; 纯铝件高温短时退火与低温长时退火, 同样完成再结晶;冷变形量与退火温度的关系; 临界变形度问题----晶粒粗化.9. 再结晶后的晶粒长大: 弥散相微粒阻碍晶粒长大----细化晶粒. 如钢中加入少量的Al,Ti,V,Nb等元素, 可以形成适当数量及尺寸的AlN,TiN,VC,NbC等分散相粒子, 能有效阻碍高温下钢的晶粒长大, 使钢在焊接或热处理后仍具有较细小的晶粒, 保证良好的机械性能. 又如, 为防止钨丝高温下晶粒长大引起的脆断, 可在钨丝中加入适量的钍元素, 形成弥散的ThO2微粒, 从而大大提高钨丝的使用寿命.。

材料科学基础复习题第三章：晶体的范性形变（crystal plastic deformation）单晶体范性形变的两种基本⽅式：滑移（slip）和孪⽣（twinning）两者都为剪应变。

FCC的滑移⾯都是{111}，滑移⽅向都是<110>，BCC的滑移⾯都有{110}，滑移⽅向都是<111> 滑移⽅向都是最密排的⽅向，⽽滑移⾯则往往是密排⾯Schmid定律：当作⽤在滑移⾯上沿着滑移⽅向的分切应⼒达到某⼀临界值τc时，晶体便开始滑移。

P144.我们把只有⼀个滑移系统的滑移称为单滑移，具有两个或以上的滑移叫做双滑移或者多滑移。

晶粒和晶粒之间的过渡区域就称晶粒边界或称晶界。

晶粒越细，阻碍滑移的晶界便越多，屈服极限也就越⾼。

（细化晶粒不仅可以提⾼⾦属的强度，同时还可以提⾼其韧性）Hall 公式：拉伸应⼒变形（tensile stress deformation）晶体在外⼒作⽤下会发⽣形变，当外⼒较⼩时变形是弹性的，即卸载后变形也随之消失，这种可恢复的变形就称为，弹性变形（elastic deformation）当外⼒超过⼀定值后，应⼒和应变就不在成线性关系，卸载后变形也不能完全消失，⽽会留下⼀定的残余变形或者永久变形，这种不可恢复的变形就称为，塑性变形（plastic deformation）低碳钢的拉伸应⼒——应变曲线（图解计算题）延伸率（elongation）：断裂前的最⼤相对伸长。

断⾯收缩率（reduction in cross-section）：断裂前最⼤的相对⾯积缩减。

晶体的断裂（Crystal fracture）滑移系统（slip system）：⼀个滑移⾯和位于该⾯上的⼀个滑移⽅向便组成了⼀个滑移系统。

孪⽣系统（twinning system）：⼀个孪⽣⾯和该⾯上的⼀个孪⽣⽅向组成⼀个孪⽣系统。

加⼯硬化（work hardening）：⾦属在冷加⼯过程中，要想不断地塑性变形，就需要不断增加外应⼒。

材料科学基础试题及答案一、选择题（每题5分，共25分）1. 下列哪种材料属于超导材料？A. 铝B. 铜氧化物C. 镍D. 硅答案：B2. 下列哪种材料具有最高的弹性模量？A. 钢B. 石墨C. 玻璃D. 钛合金答案：B3. 下列哪种材料具有最佳的热稳定性？A. 硅酸盐B. 铝合金C. 聚乙烯D. 陶瓷答案：D4. 下列哪种材料主要用于制造光纤？A. 硅B. 石英C. 玻璃D. 聚合物答案：B5. 下列哪种材料具有最佳的耐腐蚀性？A. 钛B. 镍C. 铝D. 钢答案：A二、填空题（每题5分，共25分）6. 材料的力学性能主要包括______、______、______和______。

答案：强度、韧性、弹性、塑性7. 金属材料的熔点通常______于非金属材料的熔点。

答案：高于8. 陶瓷材料的硬度通常______于金属材料的硬度。

答案：高于9. 聚合物材料的疲劳寿命通常______于金属材料的疲劳寿命。

答案：低于10. 复合材料的主要优点是______、______和______。

答案：高强度、低密度、良好的耐腐蚀性三、判断题（每题5分，共25分）11. 金属材料的疲劳寿命与材料表面的光洁度无关。

（）答案：错误12. 聚合物材料的热稳定性优于陶瓷材料。

（）答案：错误13. 非晶态材料的性能介于晶态和非晶态材料之间。

（）答案：正确14. 纳米材料的制备过程中，尺寸控制是关键因素。

（）答案：正确15. 陶瓷材料的烧结过程是一种物理变化。

（）答案：错误四、简答题（每题10分，共40分）16. 简述金属材料的强化方法。

答案：金属材料的强化方法主要包括以下几种：- 冷加工：通过冷加工（如冷轧、冷拔）改变材料的内部结构，提高其强度和硬度。

- 热处理：通过不同的热处理工艺（如淬火、退火、回火）改变材料的组织结构，提高其性能。

- 合金化：通过添加合金元素改变材料的化学成分，提高其性能。

- 表面处理：通过表面处理（如电镀、阳极氧化、涂层）改变材料的表面性能，提高其耐腐蚀性和耐磨性。

解释下列名词1、奥氏体本质晶粒度是根据标准实验条件，在930±10℃，保温足够时间（3~8小时）后，测定的钢中奥氏体晶粒的大小。

2、奥氏体实际晶粒度指在某一热处理加热条件下，所得到的晶粒尺寸。

3、珠光体晶粒在片状珠光体中，片层排列方向大致相同的区域称为珠光体团4、二次珠光体转变由于贝氏体转变的不完全性，当转变温度较高时，未转变的奥氏体在随后的保温过程中有可能会发生珠光体转变，此时的珠光体转变称为二次珠光体转变。

5、马氏体转变是一种固态相变，是通过母相宏观切变，原子整体有规律迁移完成的无扩散相变。

6、形变马氏体由形变诱发马氏体转变生成的马氏体称为形变马氏体。

7、马氏体异常正方度“新形成的马氏体”，正方度与碳含量的关系并不符合公式给出的关系，这种现象称为马氏体的异常正方度。

8、马氏体相变塑性相变塑性:金属及合金在相变过程中塑性增长，往往在低于母相屈服极限的条件下即发生了塑性变形，这种现象称为相变塑性。

钢在马氏体转变时也会产生相变塑性现象，称为马氏体的相变塑性。

9、相变冷作硬化马氏体形成时的体积效应会引起周围奥氏体产生塑性变形，同时马氏体相变的切变特性，也将在晶体内产生大量微观缺陷，如位错、孪晶、层错等。

这些缺陷在马氏体逆转变过程中会被继承，结果导致强度明显升高，而塑性韧性下降，这种现象被称为相变冷作硬化。

10、位向关系在固态相变母相与新相之间所保持的晶体学空间取向关系称为位向关系。

11、K-S关系在固态相变母相与新相之间所保持的晶体学位向关系，例如：奥氏体向马氏体转变时新旧两相之间就维持这种位向关系（111）γ∥（110）α，〈110〉γ∥〈111〉α12、组织遗传；指非平衡组织重新加热淬火后，其奥氏体晶粒大小仍然保持原奥氏体晶粒大小和形状的现象。

13、相遗传；母相将其晶体学缺陷遗传给新相的现象称为相遗传。

14、反稳定化在热稳定化上限温度M C以下，热稳定程度随温度的升高而增加；但有些钢，当温度达到某一温度后稳定化程度反而下降的现象。

材料科学基础 2 复习题及部分参考答案、名词解释1、再结晶： 指经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶 粒的过程。

2、交滑移 ：在晶体中，出现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。

3、冷拉： 在常温条件下，以超过原来屈服点强度的拉应力，强行拉伸聚合物，使其产生塑性变形以达到提高其屈服点 强度和节约材料为目的。

（《笔记》聚合物拉伸时出现的细颈伸展过程。

）4、位错： 指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。

（《书》晶体中某处一列或者若干列原子发生了有规律的错排现象）5、柯氏气团 ： 金属内部存在的大量位错线，在刃型位错线附近经常会吸附大量的异类溶质原子（大小不同吸附的位 置有差别） ,形成所谓的 “柯氏气团 ”。

（《书》溶质原子与位错弹性交互作用的结果，使溶质原子趋于聚集在位错周 围，以减小畸变，降低体系的能量，使体系更加稳定。

）6、位错密度 ： 单位体积晶体中所含的位错线的总长度或晶体中穿过单位截面面积的位错线数目。

7、二次再结晶 ：晶粒的不均匀长大就好像在再结晶后均匀、细小的等轴晶粒中又重新发生了再结晶。

8、滑移的临界分切应力： 滑移系开动所需要的最小分切应力。

（《书》 晶体开始滑移时，滑移方向上的分切应力。

）9、加工硬化： 金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象，又称冷作硬 化。

（《书》随塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增加的现象。

）10、热加工： 金属铸造、热扎、锻造、焊接和金属热处理等工艺的总称。

（《书》使金属在再结晶温度以上发生加工变形的工艺。

）11、柏氏矢量： 是描述位错实质的重要物理量。

反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总积累。

（《书》揭示位错本质并描述位错行为的矢量。

） 反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量。

12、多滑移 ：晶体的滑移在两组或者更多的滑移面（系）上同时进行或者交替进行。

简答题1.空间点阵与晶体点阵有何区别？晶体点阵也称晶体结构，是指原子的具体排列；而空间点阵则是忽略了原子的体积，而把它们抽象为纯几何点。

2.金属的3种常见晶体结构中，不能作为一种空间点阵的是哪种结构？密排六方结构。

3.原子半径与晶体结构有关。

当晶体结构的配位数降低时原子半径如何变化？原子半径发生收缩。

这是因为原子要尽量保持自己所占的体积不变或少变，原子所占体积V A＝原子的体积(4/3πr3+间隙体积)，当晶体结构的配位数减小时，即发生间隙体积的增加，若要维持上述方程的平衡，则原子半径必然发生收缩。

4.在晶体中插入柱状半原子面时能否形成位错环？不能。

因为位错环是通过环内晶体发生滑移、环外晶体不滑移才能形成。

5.计算位错运动受力的表达式为，其中是指什么？外力在滑移面的滑移方向上的分切应力。

6.位错受力后运动方向处处垂直于位错线，在运动过程中是可变的，晶体作相对滑动的方向应是什么方向？始终是柏氏矢量方向。

7.位错线上的割阶一般如何形成？位错的交割。

8.界面能最低的界面是什么界面？共格界面。

9. “小角度晶界都是由刃型位错排成墙而构成的”这种说法对吗？否，扭转晶界就由交叉的同号螺型位错构成10.为什么只有置换固熔体的两个组元之间才能无限互溶，而间隙固熔体则不能？这是因为形成固熔体时，熔质原子的熔入会使熔剂结构产生点阵畸变，从而使体系能量升高。

熔质与熔剂原子尺寸相差越大，点阵畸变的程度也越大，则畸变能越高，结构的稳定性越低，熔解度越小。

一般来说，间隙固熔体中熔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。

综合题1. 作图表示立方晶体的（123）（0 -1 -2）（421）晶面及[-102][-211][346]晶向。

2. 写出立方晶体中晶向族<100>，<110>，<111>等所包括的等价晶向。

3. 写出立方晶体中晶面族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等价晶面。

材料科学基础复习题材料科学基础复习题介绍一、填空题1.材料科学的核心问题是结构和性能之间的关系。

材料的结构是理解和控制性能的中心环节，结构的最微细水平是原子结构，第二个水平是原子排列方式，第三个水平是显微组织。

2.根据材料的性能特点和用途，材料分为结构材料和功能材料。

根据原子间的键合特性，材料可分为四类：金属、陶瓷、聚合物和复合材料。

第一章材料的原子结构一、填空1.金属材料中原子结合以金属键为主，陶瓷材料（无机非金属材料）以共价键和离子键是主要的键，而高分子材料主要是共价键、氢键和范德华键。

第二章材料的结构一、填空1、晶体是基元（原子团）以周期性重复方式在三维空间作有规则的排列的固体。

2、晶体与非晶体的最根本区别是晶体原子排布长程有序，而非晶体是长程无序短程有序。

3.晶胞是晶体结构中最小的单元。

4、根据晶体的对称性，晶系有三大晶族，七大晶系，十四种布拉菲bravais点阵，三十二种点群，230种空间群。

5.常见的金属晶格类型有体心立方、面心立方和紧密排列的六边形。

6.FCC晶体最紧密排列的方向是<110>，最紧密排列的表面是{111}，最紧密排列的表面的堆叠顺序是ABCABC。

7、fcc晶体的致密度为0.74，配位数为12，原子在（111）面上的原子配位数为6。

8.BCC晶体最紧密排列的方向为<111>，最紧密排列的表面为{110}，密度为0.68，配位数为8。

9、晶体的宏观对称要素有对称点、对称轴、对称面。

10.CSCL型结构属于简单立方晶格，NaCl型结构属于面心立方晶格，CaF2型结构属于面心立方格子。

11.MgO晶体为NaCl型结构，对称型为3l44l36l29pc，晶系为高级晶系，晶系为立方晶系，晶体键型为离子键。

12、硅酸盐晶体结构中的基本结构单元是硅氧四面体[sio4]。

13.几种硅酸盐晶体的复合阴离子为[Si2O7]6-，[si2o6]4-，[si4o10]4-，[alsi3o8]1-。

单项选择题：第 1 章原子结构与键合1.高分子材料中的 C-H 化学键属于。

（A）氢键（B ）离子键（ C）共价键2.属于物理键的是。

（ A ）共价键（ B）范德华力（ C）离子键3.化学键中通过共用电子对形成的是。

（ A ）共价键（ B）离子键（ C）金属键第 2章固体结构4.以下不具有多晶型性的金属是。

（A）铜（ B）锰（ C）铁5.fcc 、 bcc 、hcp 三种单晶材料中，形变时各向异性行为最显著的是。

（ A ） fcc（ B） bcc（ C） hcp6.与过渡金属最容易形成间隙化合物的元素是。

（A）氮（ B）碳（ C）硼7.面心立方晶体的孪晶面是。

（ A ） {112}（B ） {110}（ C） {111}8.以下属于正常价化合物的是。

（ A ） Mg 2Pb（B ） Cu5Sn（ C） Fe3C第 3章晶体缺陷9.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 ）肖特基缺陷（B ）弗仑克尔缺陷（ C）线缺陷10.原子迁移到间隙中形成空位 -间隙对的点缺陷称为。

（ A ）肖脱基缺陷（B ） Frank 缺陷（ C）堆垛层错11.刃型位错的滑移方向与位错线之间的几何关系是？（ A ）垂直（B）平行（C）交叉12.能进行攀移的位错必然是。

（ A ）刃型位错（B）螺型位错（C）混合位错13.以下材料中既存在晶界、又存在相界的是（ A ）孪晶铜（B）中碳钢（C）亚共晶铝硅合金14.大角度晶界具有 ____________ 个自由度。

（A）3（B）4（C）5第 4 章固体中原子及分子的运动15.菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随变化。

（ A ）距离（B）时间（C）温度16.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17.固体中原子和分子迁移运动的各种机制中，得到实验充分验证的是（ A ）间隙机制（B）空位机制（C）交换机制18.原子扩散的驱动力是。

5、Al-w Cu4%合金在130～150℃人工时效发生的相变顺序为：α相→α相+ →α相+ →α相+θ'相→α相+ 。

、固态相变时，非均匀形核时体系自由能变化由四部分组成：缺陷处体系自由能降低的部分、、、。

在一定条件下固体中的扩散的快慢与激活能Q有关，影响激活能Q的主要因素有扩散机制、、、。

1.扩散按是否有新相生成可分为______________和___________。

马氏体按其基本形态可分为____________和_____________。

7、马氏体相变和 Al—Cu合金的淬火时效分别属于______________和___________相变。

（）5、调幅分解不存在形核势垒，新旧两相完全共格，因此，在形核和长大时不存在界面能和应变能。

（）6、扩散的根本驱动力是扩散前后体积自由能差，与界面能无关。

（）8、扩散型相变中往往先产生亚稳定的过渡相，过渡相与母相的界面能一般很低，保持共格与半共格的关系。

9、（）固态相变中的4（）结晶、重结晶、再结晶、二次再结晶都是形核-长大过程。

非均匀形核，一般在不平衡缺陷处，如晶界、层错、夹杂物等能量较高的位置处形成。

5、（）固态相变均匀形核与结晶的均匀形核相比，相变阻力有一定的区别，结晶的均匀形核没有。

A．界面能 B．内能 C．弹性应变能 D．共格弹性应变能8、（）原子在纯材料中的扩散，属于空位扩散，其扩散激活能有两项构成，分别为空位形成能和。

A ．空位迁移能 B．自扩散形成能 C．界面能 D．弹性应变能7、（）固态相变均匀形核与结晶的均匀形核相比，相变阻力有一定的区别，固态相变中增加了一项。

A．界面能 B．内能 C．弹性应变能 D．共格弹性应变能9、（）间隙原子或空位在晶体内部点阵中的扩散，通常称为或点阵扩散。

A．间隙扩散 B．互扩散 C．体扩散 D．自扩散10、（）固态相变非均匀形核时，体系自由能变化由四部分组成，既包括动力又包括阻力，其中为阻力。

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按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布。

N 1S2 2S2 2P3O 1S2 2S2 2P4 Si 1S2 2S2 2P6 3S2 3P2 Fe 1S2 2S2 2P6 3S2 3P2 3D6 4S2 Cu 1S2 2S2 2P6 3S2 3P2 3D10 4S1 Br 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3D10 4S2 4P53原子的结合键有哪几种？各有什么特点？金属键与其它结合键有何不同，如何解释金属的某些特性？离子键：正负离子相互吸引；键合很强，无方向性；熔点、硬度高，固态不导电，导热性差。

共价键：相邻原子通过共用电子对结合；键合强，有方向性；熔点、硬度高，不导电，导热性有好有差。

金属键：金属正离子于自由电子相互吸引；键合较强，无方向性；熔点、硬度有高有低，导热导电性好。

分子键：分子或分子团显弱电性，相互吸引；键合很弱，无方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性差。

氢键：类似分子键，但氢原子起关键作用XH-Y；键合弱，有方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性好。

金属键是由自由电子和属离子之间的静电吸引力组合而成，没有饱和性和方向性，因此使金属具有导电的性质。

4 理解空间点阵、晶体结构、晶胞概念，理解三者之间的关系（区别联系）。

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.晶体以其内部原子、离子、分子在空间作三维周期性的规则排列为其最基本的结构特征。

能够保持晶体结构的对称性而体积又最小称晶胞。

点阵+基元=晶体结构5 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？（说明这个是基础，可能不会直接让你标定六方指数，但是要掌握其他综合题目会考）晶面指数与晶向指数垂直6 画出Fcc（面心立方）晶体结构晶胞结构示意图，其表示符号、原子数、配位数、致密度各是什么？密排面、密排方向，相应关系式。

材料科学基础复习题答案2.为什么细金化能提高材料的强度和断裂韧性？答：因为晶粒平均直径越小，位错源到晶界的距离越小，所塞积的位错数目越少，所引起的应力集中不严重。

此外，晶粒平均直径较小时，与应力集中作用半径差不多，可使晶内与晶界附近的应力度相差不大，使变形更均匀，因应力集中产生的裂纹机会少，故细金化能提高材料的强度和断裂韧性。

4.晶体、非晶体、准晶体的异同？答：晶体：长程有序，短程有序；非晶体：长程无序，短程有序；准晶体材料：长程有序不完善，短程有序；不能平移。

5.影响晶体生长形态的外因？（简答型）答：温度、杂质、涡流、黏度、结晶速度、晶体析出先后次序、地质条件。

8.晶体的缺陷有哪些？以及各种缺陷对晶体性能的影响？（简答型，或扩展为阐述分析型大题）答：（1）点缺陷、线缺陷和面缺陷。

（2）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畸变，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。

1．在立方系中，晶面族{123}中有24组平面，晶面族{100}中有3组平面。

2．获得高能量的原子离开原来的平衡位置，进入其它空位或迁移至晶界或表面，形成肖脱基空位。

如果离位原子进入晶体间隙，形成费仑克尔空位。

11．金属的热变形是指金属材料在再结晶温度以上的加工变形，在此过程中，金属内部同时进行着加工硬化和回复再结晶软化两个过程。

12. 扩散的驱动力是化学位梯度；再结晶的驱动力为冷变形所产生的储存能的释放；再结晶后晶粒的长大的驱动力是：晶粒长大前后的界面能差，纯金属结晶的驱动力是温度梯度。

15．材料的结合方式有原子键、离子键、金属键和范德华力四种化学键结合方式。

17. 刃型位错的柏氏矢量b与位错线t互相垂直，刃型位错移动的方向与b 方向一致。

第一部分材料的原子结构1、原子结构与原子的电子结构；原子结构、原子排列对材料性能的影响。

原子结构：原子由质子和中子组成的原子核以及核外的电子所构成。

原子核内的中子显电中性，质子带有正电荷。

对电子的描述需要四个量子数：主量子数n：决定原子中电子能量以及与核的平均距离。

角动量量子数l: 给出电子在同一个量子壳层内所处的能级，与电子运动的角动量有关。

磁量子数m：给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。

自旋角动量量子数s：反映电子不同的自旋方向。

原子排列对材料性能影响：固体材料根据原子的排列可分为两大类：晶体与非晶体。

（有无固定的熔点和体积突变）晶体：内部原子按某种特定的方式在三维空间呈周期性重复排列的固体。

（常考名词解释）非晶体：指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体。

（名词解释）各向异性：晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。

（名词解释）2、材料中的结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。

(常考简答题或是论述题，很重要)一次键离子键：离子键指正、负离子间通过静电作用形成的化学键。

（无方向性和饱和性）共价键：由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。

（有方向性和饱和性）金属键：金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合二次键范德瓦耳斯力：（又称分子间作用力）产生于分子或原子之间的静电相互作用。

氢键：与电负性大、半径小的原子X（氟、氧、氮等）以共价键结合，若与电负性大的原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y形式的键，称为氢键。

（X与Y可以是同一种类原子，如水分子之间的氢键）各结合键对材料性能的影响：1．金属材料：金属材料的结合键主要是金属键。

由于自由电子的存在，当金属受到外加电场作用时，其内部的自由电子将沿电场方向作定向运动，形成电子流，所以金属具有良好的导电性；金属除依靠正离子的振动传递热能外，自由电子的运动也能传递热能，所以金属的导热性好；随着金属温度的升高，正离子的热振动加剧，使自由电子的定向运动阻力增加，电阻升高，所以金属具有正的电阻温度系数；当金属的两部分发生相对位移时，金属的正离子仍然保持金属键，所以具有良好的变形能力；自由电子可以吸收光的能量，因而金属不透明；而所吸收的能量在电子回复到原来状态时产生辐射，使金属具有光泽。

材料科学基础A 习题1、在立方晶系晶胞中画出以下晶面和晶向：(102)、(11)、(1)、[110]、[11]、[10]和[21]。

2、标注图中所示立方晶胞中的各晶面及晶向指数。

3、写出六方晶系的{110}、{102}晶面族和<20>、<011>晶向族中的各等价晶面及等价晶向的具体指数。

4、在六方晶胞图中画出以下晶面和晶向：(0001)、（010）、（110）、（102）、（012）、[0001]、[010]、[110]、和[011]。

5、标注图中所示的六方晶胞中的各晶面及晶向指数。

(0001)（010）（110）6、分别计算体心立方晶体中（001）、（111）晶面的原子面密度。

7、已知金刚石晶胞中（下图）最近邻的原子间距为0.1544nm ，试求金刚石的点阵常数a ，配位数CN 和致密度K 。

8、判断 、（132）、（311）是否属于同一晶带？）（101（1210）（1102）[110][22]第二章固体结构1、面心立方、体心立方、密排六方晶格中，哪些是空间点阵，哪些不是空间点阵？答：面心立方、体心立方晶格是空间点阵，密排六方晶格不是空间点阵。

2、为什么单晶体具有各向异性，而多晶体一般却不显示各向异性？答：在单晶体中，不可能沿所有的晶体学方向，原子的排列都相同，从而使沿原子排列不同的晶体学方向，晶体的性质不同。

一般情况下，在多晶体中，各晶粒空间取向随机分布，沿多晶体不同方向测出的其性质是沿各种晶体学取向的性质的平均值，故多晶体一般却不显示各向异性。

3、说明以下简单立方晶格中有几种宏观对称元素？答：简单立方晶格中的宏观对称元素有：三次和四次旋转对称轴，反演对称中心，对称面。

4、在置换固溶体和间隙固溶体中，随着溶剂、溶质原子半径差增大，溶质的饱和固溶度如何变化，为什么？答：在置换固溶体中，随着溶剂、溶质原子半径差增大，溶质的饱和固溶度下降，这是因为随着溶剂、溶质原子半径差增大，晶格的畸变增大，为维持溶剂晶格的稳定存在，溶剂中可溶入的溶质最大固溶度下降；在间隙固溶体中，随着溶剂、溶质原子半径差增大，溶质的饱和固溶度上升，这是因为随着溶剂、溶质原子半径差增大，溶剂晶格的畸变减小，致使溶剂中可溶入的溶质最大固溶度上升。

无机材料科学基础复习题一、选择题1. 无机材料的分类包括以下哪些选项？A. 金属材料B. 陶瓷材料C. 玻璃材料D. 所有以上选项答案：D2. 陶瓷材料的主要成分是什么？A. 金属元素B. 非金属元素C. 有机元素D. 金属和非金属元素答案：B3. 玻璃材料的制造过程中，以下哪个步骤是必不可少的？A. 熔融B. 冷却C. 固化D. 所有以上步骤答案：D二、填空题1. 无机材料的强度通常与其______结构有关。

答案：晶体2. 陶瓷材料的硬度通常比金属材料______。

答案：高3. 玻璃材料的透光性是由其______结构决定的。

答案：无定形三、简答题1. 简述无机材料的一般特性。

答案：无机材料通常具有高硬度、高熔点、良好的化学稳定性和热稳定性等特点。

2. 描述陶瓷材料在现代工业中的应用。

答案：陶瓷材料在现代工业中广泛应用于电子、化工、航空航天、医疗等领域，如电子器件的绝缘体、化工设备的耐腐蚀材料、航空航天器的热防护材料以及医疗领域的人工骨骼等。

3. 阐述玻璃材料的制造过程。

答案：玻璃材料的制造过程主要包括原料的混合、高温熔融、成型、退火和冷却等步骤。

四、论述题1. 论述无机材料科学在新材料研究中的重要性。

答案：无机材料科学是研究无机材料的组成、结构、性能及其加工工艺的科学，它在新材料研究中具有重要的地位。

无机材料的广泛应用推动了材料科学的发展，同时新材料的不断涌现也为无机材料科学提供了新的研究领域和挑战。

2. 分析无机材料在环境友好型材料开发中的作用。

答案：无机材料在环境友好型材料开发中起着至关重要的作用。

例如，陶瓷材料和玻璃材料可以替代一些对环境有害的材料，减少污染。

此外，无机材料的回收和再利用也是环境友好型材料开发的重要组成部分。