材料科学基础习题及答案
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材料科学基础试题及答案一、选择题1. 材料科学中的“四要素”是指()。
A. 组织、性能、加工、应用B. 材料、结构、性能、加工C. 材料、结构、性能、应用D. 结构、性能、加工、应用答案:C2. 下列哪种材料属于金属材料?()。
A. 铝合金B. 碳纤维C. 聚氯乙烯D. 陶瓷答案:A3. 材料的硬度是指()。
A. 材料抵抗变形的能力B. 材料抵抗破坏的能力C. 材料抵抗穿透的能力D. 材料抵抗摩擦的能力答案:A4. 材料的疲劳是指()。
A. 材料在高温下的性能变化B. 材料在重复应力作用下的性能变化C. 材料在腐蚀环境下的性能变化D. 材料在高压下的的性能变化答案:B5. 材料的蠕变是指()。
A. 材料在低温下的性能变化B. 材料在长期静载荷作用下发生的缓慢持久变形C. 材料在高速下的的性能变化D. 材料在潮湿环境下的性能变化答案:B二、填空题1. 材料的_________是指材料在受到外力作用时,能够承受的最大应力,是材料的重要性能指标之一。
答案:强度2. 材料的_________是指材料内部微观结构的排列方式,它直接影响材料的宏观性能。
答案:晶体结构3. 材料的_________是指材料在一定条件下,能够进行塑性变形而不断裂的性质。
答案:韧性4. 材料的_________是指材料在高温下保持性能不变的能力,对于高温环境下使用的材料尤为重要。
答案:热稳定性5. 材料的_________是指材料对电磁场的响应能力,对于电子和通信领域的材料尤为重要。
答案:电磁性能三、简答题1. 请简述材料科学中的“相图”及其作用。
答:相图是用来描述在不同温度、压力和成分比例下,材料可能存在的不同相(如固态、液态、气态)之间的平衡关系的图表。
它可以帮助科学家和工程师了解和预测材料在特定条件下的行为,对于材料的设计、加工和应用具有重要的指导意义。
2. 何为材料的“疲劳寿命”?请举例说明。
答:材料的疲劳寿命是指材料在反复应力作用下能够承受循环次数的总和,直到发生疲劳破坏为止。
第一章 材料科学基础1.作图表示立方晶体的()()()421,210,123晶面及[][][]346,112,021晶向。
2.在六方晶体中,绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001等。
3.写出立方晶体中晶面族{100},{110},{111},{112}等所包括的等价晶面。
4.镁的原子堆积密度和所有hcp 金属一样,为0.74。
试求镁单位晶胞的体积。
已知Mg 的密度3Mg/m 74.1=mg ρ,相对原子质量为24.31,原子半径r=0.161nm 。
5.当CN=6时+Na 离子半径为0.097nm ,试问:1) 当CN=4时,其半径为多少?2) 当CN=8时,其半径为多少?6. 试问:在铜(fcc,a=0.361nm )的<100>方向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>方向,原子的线密度为多少?7.镍为面心立方结构,其原子半径为nm 1246.0=Ni r 。
试确定在镍的(100),(110)及(111)平面上12mm 中各有多少个原子。
8. 石英()2SiO 的密度为2.653Mg/m 。
试问: 1) 13m 中有多少个硅原子(与氧原子)?2) 当硅与氧的半径分别为0.038nm 与0.114nm 时,其堆积密度为多少(假设原子是球形的)?9.在800℃时1010个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移动,而在900℃时910个原子中则只有一个原子,试求其激活能(J/原子)。
10.若将一块铁加热至850℃,然后快速冷却到20℃。
试计算处理前后空位数应增加多少倍(设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J )。
11.设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD 平行于晶体的上、下底面。
若该滑移面上有一正方形位错环,如果位错环的各段分别与滑移面各边平行,其柏氏矢量b ∥AB 。
1) 有人认为“此位错环运动移出晶体后,滑移面上产生的滑移台阶应为4个b ,试问这种看法是否正确?为什么?2)指出位错环上各段位错线的类型,并画出位错运动出晶体后,滑移方向及滑移量。
材料科学与基础习题集和答案第七章回复再结晶,还有相图的内容。
第一章1.作图表示立方晶体的()()()421,210,123晶面及[][][]346,112,021晶向。
2.在六方晶体中,绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001等。
3.写出立方晶体中晶面族{100},{110},{111},{112}等所包括的等价晶面。
4.镁的原子堆积密度和所有hcp 金属一样,为0.74。
试求镁单位晶胞的体积。
已知Mg 的密度3Mg/m 74.1=mg ρ,相对原子质量为24.31,原子半径r=0.161nm 。
5.当CN=6时+Na 离子半径为0.097nm ,试问:1) 当CN=4时,其半径为多少?2) 当CN=8时,其半径为多少?6. 试问:在铜(fcc,a=0.361nm )的<100>方向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>方向,原子的线密度为多少?7.镍为面心立方结构,其原子半径为nm 1246.0=Ni r 。
试确定在镍的(100),(110)及(111)平面上12mm 中各有多少个原子。
8. 石英()2SiO 的密度为2.653Mg/m 。
试问: 1) 13m 中有多少个硅原子(与氧原子)?2) 当硅与氧的半径分别为0.038nm 与0.114nm 时,其堆积密度为多少(假设原子是球形的)?9.在800℃时1010个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移动,而在900℃时910个原子中则只有一个原子,试求其激活能(J/原子)。
10.若将一块铁加热至850℃,然后快速冷却到20℃。
试计算处理前后空位数应增加多少倍(设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J )。
11.设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD 平行于晶体的上、下底面。
若该滑移面上有一正方形位错环,如果位错环的各段分别与滑移面各边平行,其柏氏矢量b ∥AB 。
材料科学基础参考答案材料科学基础第一次作业1.举例说明各种结合键的特点。
⑴金属键:电子共有化,无饱和性,无方向性,趋于形成低能量的密堆结构,金属受力变形时不会破坏金属键,良好的延展性,一般具有良好的导电和导热性。
⑵离子键:大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合,以离子为结合单元,无方向性,无饱和性,正负离子静电引力强,熔点和硬度均较高。
常温时良好的绝缘性,高温熔融状态时,呈现离子导电性。
⑶共价键:有方向性和饱和性,原子共用电子对,配位数比较小,结合牢固,具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点,导电能力差。
⑷范德瓦耳斯力:无方向性,无饱和性,包括静电力、诱导力和色散力。
结合较弱。
⑸氢键:极性分子键,存在于HF,H2O,NF3有方向性和饱和性,键能介于化学键和范德瓦尔斯力之间。
2.在立方晶体系的晶胞图中画出以下晶面和晶向:(1 0 2)、(1 1 -2)、(-2 1 -3),[1 1 0],[1 1 -1],[1 -2 0]和[-3 2 1]。
(213)3. 写出六方晶系的{1 1 -20},{1 0 -1 2}晶面族和<2 -1 -1 0>,<-1 0 1 1>晶向族中各等价晶面及等价晶向的具体指数。
{1120}的等价晶面:(1120)(2110)(1210)(1120)(2110)(1210){1012}的等价晶面:(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112) (1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)2110<>的等价晶向:[2110][1210][1120][2110][1210][1120]1011<>的等价晶向:[1011][1101][0111][0111][1101][1011][1011][1101][0111][0111][1101][1011]4立方点阵的某一晶面(hkl )的面间距为M /,其中M 为一正整数,为晶格常数。
材料科学基础试题及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 材料科学主要研究的是材料的哪些方面?A. 材料的加工方法B. 材料的微观结构C. 材料的性能D. 所有以上选项答案:D2. 金属材料的强度主要取决于其什么?A. 化学成分B. 微观结构C. 宏观尺寸D. 外部环境答案:B3. 以下哪个不是材料的力学性能?A. 硬度B. 韧性C. 导热性D. 弹性答案:C4. 陶瓷材料通常具有哪些特性?A. 高熔点B. 低热导率C. 低电导率D. 所有以上选项答案:D5. 聚合物材料的哪些特性使其在许多应用中受到青睐?A. 可塑性B. 轻质C. 良好的化学稳定性D. 所有以上选项答案:D二、填空题(每空1分,共10分)6. 材料的微观结构包括_______、_______和_______。
答案:晶粒、晶界、相界7. 材料的热处理过程通常包括_______、_______和_______。
答案:加热、保温、冷却8. 金属的塑性变形主要通过_______机制进行。
答案:位错滑移9. 材料的断裂韧性是指材料在_______条件下抵抗断裂的能力。
答案:受到冲击或应力集中10. 复合材料是由两种或两种以上不同_______的材料组合而成。
答案:性质三、简答题(每题10分,共30分)11. 简述金属的疲劳现象及其影响因素。
答案:金属疲劳是指金属在反复加载和卸载过程中,即使应力水平低于材料的屈服强度,也可能发生断裂的现象。
影响金属疲劳的因素包括应力幅度、加载频率、材料的微观结构、环境条件等。
12. 解释什么是相图,并说明其在材料科学中的重要性。
答案:相图是表示不同组分在特定条件下的相平衡状态的图形。
它在材料科学中的重要性体现在帮助科学家和工程师理解材料的相变行为,预测材料的性能,以及指导材料的加工和应用。
13. 描述聚合物材料的玻璃化转变温度(Tg)及其对聚合物性能的影响。
答案:玻璃化转变温度是聚合物从玻璃态转变为橡胶态的温度。
材料科学基础试题及答案一、选择题1. 下列关于材料的定义,正确的是:A. 材料是指由天然资源或人工合成的物质,用于满足人类需求的实体。
B. 材料是指具有一定形态和组织结构的物质,能够展现出特定的性能和功能。
C. 材料是指具有一定物理、化学特征的物质,通过特定的加工过程得到的产品。
D. 材料是指用于制造产品的原始原料,主要包括金属、塑料和木材等。
答案:A2. 下列关于材料分类的说法,正确的是:A. 根据组成方式可将材料分为金属材料、非金属材料和半导体材料。
B. 根据材料的用途可将材料分为结构材料、功能材料和生物医用材料。
C. 根据材料的产生方式可将材料分为天然材料、人工合成材料和再生材料。
D. 根据材料的电导性可将材料分为导电材料、绝缘材料和半导体材料。
答案:B3. 下列关于材料性能的描述,正确的是:A. 机械性能是指材料的硬度、强度、韧性等方面的性质。
B. 热性能是指材料在热环境下的稳定性和导热性等方面的性质。
C. 光学性能是指材料对光的吸收、传输和反射等方面的性质。
D. 电磁性能是指材料对电磁波的传导和屏蔽等方面的性质。
答案:A二、填空题1. 下列是常见材料的表征方法中,________是通过观察材料的形貌、组织结构和晶体形态等方面对材料进行表征的方法。
答案:显微镜观察2. __________是材料用于测量、感知、存储、处理等方面的性能和功能。
答案:功能材料3. __________是制备金属材料的常用加工方法之一,通过热处理和机械加工使材料形成所需形状和性能。
答案:冶金加工三、简答题1. 请简述材料的晶体结构及其对材料性能的影响。
答:材料的晶体结构是指材料中原子、离子或分子的排列方式和周期性特征。
不同的晶体结构决定了材料的特定性能。
例如,金属材料的晶体结构主要为面心立方、体心立方和密堆积等形式,这种结构使金属具有优良的导电性和可塑性。
另外,晶体结构还影响材料的硬度、热膨胀性、熔点等性能。
因此,了解材料的晶体结构对于研究和设计高性能材料具有重要意义。
第一章习题1.原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定?2.在多电子的原子中,核外电子的排布应遵循哪些原则?3.在元素周期表中,同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点?从左到右或从上到下元素结构有什么区别?性质如何递变?4.何谓同位素?为什么元素的相对原子质量不总为正整数?5.铬的原子序数为24,它共有四种同位素:4.31%的Cr原子含有26个中子,83.76%含有28个中子,9.55%含有29个中子,且2.38%含有30个中子。
试求铬的相对原子质量。
6.铜的原子序数为29,相对原子质量为63.54,它共有两种同位素Cu63和Cu65,试求两种铜的同位素之含量百分比。
7.锡的原子序数为50,除了4f亚层之外其它内部电子亚层均已填满。
试从原子结构角度来确定锡的价电子数。
8.铂的原子序数为78,它在5d亚层中只有9个电子,并且在5f层中没有电子,请问在Pt的6s亚层中有几个电子?9.已知某元素原子序数为32,根据原子的电子结构知识,试指出它属于哪个周期?哪个族?并判断其金属性强弱。
10.原子间的结合键共有几种?各自特点如何?11.图1-1绘出三类材料—金属、离子晶体和高分子材料之能量与距离关系曲线,试指出它们各代表何种材料。
12.已知Si的相对原子质量为28.09,若100g的Si中有5×1010个电子能自由运动,试计算:(a)能自由运动的电子占价电子总数的比例为多少?(b)必须破坏的共价键之比例为多少?13.S的化学行为有时象6价的元素,而有时却象4价元素。
试解释S这种行为的原因。
14.A和B元素之间键合中离子特性所占的百分比可近似的用下式表示:这里x A和x B分别为A和B元素的电负性值。
已知Ti、O、In和Sb的电负性分别为1.5,3.5,1.7和1.9,试计算TiO2和InSb的IC%。
15.Al2O3的密度为3.8g/cm3,试计算a)1mm3中存在多少原子?b)1g中含有多少原子?16.尽管HF的相对分子质量较低,请解释为什么HF的沸腾温度(19.4℃)要比HCl的沸腾温度(-85℃)高?17. 高分子链结构分为近程结构和远程结构。
第一章材料科学基础1.作图表示立方晶体的晶面及晶向。
2.在六方晶体中,绘出以下常见晶向等。
3.写出立方晶体中晶面族{100},{110},{111},{112}等所包括的等价晶面。
4.镁的原子堆积密度和所有hcp金属一样,为。
试求镁单位晶胞的体积。
已知Mg的密度,相对原子质量为,原子半径r=。
5.当CN=6时离子半径为,试问:1) 当CN=4时,其半径为多少?2) 当CN=8时,其半径为多少?6. 试问:在铜(fcc,a=)的<100>方向及铁(bcc,a=的<100>方向,原子的线密度为多少?7.镍为面心立方结构,其原子半径为。
试确定在镍的(100),(110)及(111)平面上1中各有多少个原子。
8. 石英的密度为。
试问:1) 1中有多少个硅原子(与氧原子)?2) 当硅与氧的半径分别为与时,其堆积密度为多少(假设原子是球形的)?9.在800℃时个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移动,而在900℃时个原子中则只有一个原子,试求其激活能(J/原子)。
10.若将一块铁加热至850℃,然后快速冷却到20℃。
试计算处理前后空位数应增加多少倍(设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J)。
11.设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD平行于晶体的上、下底面。
若该滑移面上有一正方形位错环,如果位错环的各段分别与滑移面各边平行,其柏氏矢量b∥AB。
1) 有人认为“此位错环运动移出晶体后,滑移面上产生的滑移台阶应为4个b,试问这种看法是否正确?为什么?2)指出位错环上各段位错线的类型,并画出位错运动出晶体后,滑移方向及滑移量。
12.设图1-19所示立方晶体中的滑移面ABCD平行于晶体的上、下底面。
晶体中有一条位错线段在滑移面上并平行AB,段与滑移面垂直。
位错的柏氏矢量b与平行而与垂直。
试问:1) 欲使段位错在ABCD 滑移面上运动而不动,应对晶体施加怎样的应力?2) 在上述应力作用下位错线如何运动?晶体外形如何变化?13.设面心立方晶体中的为滑移面,位错滑移后的滑移矢量为。
材料科学基础试题及答案一、选择题1. 材料科学中的“四要素”是指()。
A. 组成、结构、性能、加工B. 组成、结构、性能、应用C. 材料、工艺、设备、产品D. 材料、结构、性能、应用答案:B2. 下列哪种材料属于金属材料?A. 碳纤维B. 聚氯乙烯C. 铝合金D. 陶瓷答案:C3. 材料的屈服强度与抗拉强度之间的关系是()。
A. 屈服强度大于抗拉强度B. 屈服强度等于抗拉强度C. 屈服强度小于抗拉强度D. 无固定关系答案:A4. 非晶态材料的特点之一是()。
A. 高强度B. 各向同性C. 无长程有序D. 高导热性答案:C5. 下列关于纳米材料的描述,正确的是()。
A. 纳米材料仅指尺寸在纳米级别的材料B. 纳米材料具有宏观材料的所有性质C. 纳米材料因其尺寸效应表现出特殊性能D. 纳米材料的应用受到限制答案:C二、填空题1. 材料的______和______是决定其宏观性能的基本因素。
答案:组成、结构2. 金属材料的塑性变形主要是通过______和______来实现的。
答案:滑移、孪晶3. 陶瓷材料的主要特点是______、______和______。
答案:高硬度、高强度、耐磨损4. 复合材料是由两种或两种以上不同______、______和______的材料组合而成。
答案:材料类型、性能、形态5. 形状记忆合金在______作用下能够恢复到原始形状。
答案:温度三、简答题1. 简述材料的疲劳现象及其影响因素。
答:材料的疲劳现象是指在反复的应力作用下,材料逐渐产生并扩展裂纹,最终导致断裂的现象。
影响疲劳的因素包括应力的大小和作用方式、材料的微观结构、表面状态、环境条件等。
2. 说明金属材料的冷加工硬化现象及其应用。
答:冷加工硬化是指金属材料在冷加工过程中,由于晶粒变形和位错密度的增加,导致材料的硬度和强度提高,塑性降低的现象。
该现象在制造高强度、高硬度的零件和工具中具有重要应用。
3. 描述陶瓷材料的断裂机理。
材料科学基础习题及答案第⼀章习题1.原⼦中⼀个电⼦的空间位置和能量可⽤哪四个量⼦数来决定?2.在多电⼦的原⼦中,核外电⼦的排布应遵循哪些原则?3.在元素周期表中,同⼀周期或同⼀主族元素原⼦结构有什么共同特点?从左到右或从上到下元素结构有什么区别?性质如何递变?4.何谓同位素?为什么元素的相对原⼦质量不总为正整数?5.铬的原⼦序数为24,它共有四种同位素:4.31%的Cr原⼦含有26个中⼦,83.76%含有28个中⼦,9.55%含有29个中⼦,且2.38%含有30个中⼦。
试求铬的相对原⼦质量。
6.铜的原⼦序数为29,相对原⼦质量为63.54,它共有两种同位素Cu63和Cu65,试求两种铜的同位素之含量百分⽐。
7.锡的原⼦序数为50,除了4f亚层之外其它内部电⼦亚层均已填满。
试从原⼦结构⾓度来确定锡的价电⼦数。
8.铂的原⼦序数为78,它在5d亚层中只有9个电⼦,并且在5f层中没有电⼦,请问在Pt的6s亚层中有⼏个电⼦?9.已知某元素原⼦序数为32,根据原⼦的电⼦结构知识,试指出它属于哪个周期?哪个族?并判断其⾦属性强弱。
10.原⼦间的结合键共有⼏种?各⾃特点如何?11.图1-1绘出三类材料—⾦属、离⼦晶体和⾼分⼦材料之能量与距离关系曲线,试指出它们各代表何种材料。
12.已知Si的相对原⼦质量为28.09,若100g的Si中有5×1010个电⼦能⾃由运动,试计算:(a)能⾃由运动的电⼦占价电⼦总数的⽐例为多少?(b)必须破坏的共价键之⽐例为多少?13.S的化学⾏为有时象6价的元素,⽽有时却象4价元素。
试解释S这种⾏为的原因。
14.A和B元素之间键合中离⼦特性所占的百分⽐可近似的⽤下式表⽰:这⾥x A和x B分别为A和B元素的电负性值。
已知Ti、O、In和Sb的电负性分别为1.5,3.5,1.7和1.9,试计算TiO2和InSb的IC%。
15.Al2O3的密度为3.8g/cm3,试计算a)1mm3中存在多少原⼦?b)1g中含有多少原⼦?16.尽管HF的相对分⼦质量较低,请解释为什么HF的沸腾温度(19.4℃)要⽐HCl的沸腾温度(-85℃)17. ⾼分⼦链结构分为近程结构和远程结构。
一、解释以下基本概念肖脱基空位:晶体中某结点上的原子空缺了,则称为空位。
脱位原子进入其他空位或者迁移至晶界或表面而形成的空位称为肖脱基空位弗兰克耳空位:晶体中的原子挤入结点的空隙形成间隙原子,原来的结点位置空缺产生一个空位,一对点缺陷(空位和间隙原子)称为弗兰克耳(Frenkel)缺陷。
刃型位错:晶体内有一原子平面中断于晶体内部,这个原子平面中断处的边沿及其周围区域是一个刃型位错。
螺型位错:沿某一晶面切一刀缝,贯穿于晶体右侧至BC处,在晶体的右侧上部施加一切应力τ,使右端上下两部分晶体相对滑移一个原子间距,BC线左边晶体未发生滑移,出现已滑移区与未滑移区的边界BC。
从俯视角度看,在滑移区上下两层原子发生了错动,晶体点阵畸变最严重的区域内的两层原子平面变成螺旋面,畸变区的尺寸与长度相比小得多,在畸变区范围内称为螺型位错混合位错:位错线与滑移矢量两者方向夹角呈任意角度,位错线上任一点的滑移矢量相同。
柏氏矢量:位错是线性的点阵畸变,表征位错线的性质、位错强度、滑移矢量、表示位错区院子的畸变特征,包括畸变位置和畸变程度的矢量就称为柏氏矢量。
=L/υ;单位面积位错露头数ρs=N/s 位错密度:单位体积内位错线的总长度ρυ位错的滑移:切应力作用下,位错线沿着位错线与柏氏矢量确定的唯一平面滑移,位错线移动至晶体表面时位错消失,形成一个原子间距的滑移台阶,大小相当于一个柏氏矢量的值.位错的攀移:刃型位错垂直于滑移面方向的运动,攀移的本质是刃型位错的半原子面向上或向下运动,于是位错线亦向上或向下运动。
弗兰克—瑞德源:两个结点被钉扎的位错线段在外力的作用下不断弯曲弓出后,互相邻近的位错线抵消后产生新位错,原被钉扎错位线段恢复到原状,不断重复产生新位错的,这个不断产生新位错、被钉扎的位错线即为弗兰克-瑞德位错源。
派—纳力:周期点阵中移动单个位错时,克服位错移动阻力所需的临界切应力。
第一章材料的结构一、解释以下基本概念空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、第二相强化。
二、填空题1、材料的键合方式有四类,分别是(),(),(),()。
2、金属原子的特点是最外层电子数(),且与原子核引力(),因此这些电子极容易脱离原子核的束缚而变成()。
3、我们把原子在物质内部呈()排列的固体物质称为晶体,晶体物质具有以下三个特点,分别是(),(),()。
4、三种常见的金属晶格分别为(),()和()。
5、体心立方晶格中,晶胞原子数为(),原子半径与晶格常数的关系为(),配位数是(),致密度是(),密排晶向为(),密排晶面为(),晶胞中八面体间隙个数为(),四面体间隙个数为(),具有体心立方晶格的常见金属有()。
6、面心立方晶格中,晶胞原子数为(),原子半径与晶格常数的关系为(),配位数是(),致密度是(),密排晶向为(),密排晶面为(),晶胞中八面体间隙个数为(),四面体间隙个数为(),具有面心立方晶格的常见金属有()。
7、密排六方晶格中,晶胞原子数为(),原子半径与晶格常数的关系为(),配位数是(),致密度是(),密排晶向为(),密排晶面为(),具有密排六方晶格的常见金属有()。
8、合金的相结构分为两大类,分别是()和()。
9、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为()和(),按照固溶度分为()和(),按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为()和()。
10、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有()、()、()、()。
11、金属化合物(中间相)分为以下四类,分别是(),(),(),()。
12、金属化合物(中间相)的性能特点是:熔点()、硬度()、脆性(),因此在合金中不作为()相,而是少量存在起到第二相()作用。
13、CuZn、Cu5Zn8、Cu3Sn的电子浓度分别为(),(),()。
14、如果用M表示金属,用X表示非金属,间隙相的分子式可以写成如下四种形式,分别是(),(),(),()。
第一章材料科学基础1.作图表示立方晶体的()()()421,210,123晶面及[][][]346,112,021晶向。
2.在六方晶体中,绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001等。
3.写出立方晶体中晶面族{100},{110},{111},{112}等所包括的等价晶面。
4.镁的原子堆积密度和所有hcp 金属一样,为0.74。
试求镁单位晶胞的体积。
已知Mg 的密度3Mg/m 74.1=m g ρ,相对原子质量为24.31,原子半径r=0.161nm 。
5.当=6时+Na 离子半径为0.097nm ,试问:1) 当=4时,其半径为多少?2) 当=8时,其半径为多少?6. 试问:在铜(fcc,a=0.361nm )的<100>方向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>方向,原子的线密度为多少?7.镍为面心立方结构,其原子半径为nm 1246.0=Ni r 。
试确定在镍的(100),(110)及(111)平面上12mm 中各有多少个原子。
8. 石英()2SiO 的密度为2.653Mg/m 。
试问: 1) 13m 中有多少个硅原子(与氧原子)?2) 当硅与氧的半径分别为0.038nm 与0.114nm 时,其堆积密度为多少(假设原子是球形的)?9.在800℃时1010个原子中有一个原子具有足够能量可在固体移动,而在900℃时910个原子中则只有一个原子,试求其激活能(J/原子)。
10.若将一块铁加热至850℃,然后快速冷却到20℃。
试计算处理前后空位数应增加多少倍(设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J )。
11.设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD 平行于晶体的上、下底面。
若该滑移面上有一正方形位错环,如果位错环的各段分别与滑移面各边平行,其柏氏矢量b ∥AB 。
1) 有人认为“此位错环运动移出晶体后,滑移面上产生的滑移台阶应为4个b ,试问这种看法是否正确?为什么?2)指出位错环上各段位错线的类型,并画出位错运动出晶体后,滑移方向及滑移量。
材料科学基础参考答案材料科学基础第一次作业1.举例说明各种结合键的特点。
⑴金属键:电子共有化,无饱和性,无方向性,趋于形成低能量的密堆结构,金属受力变形时不会破坏金属键,良好的延展性,一般具有良好的导电和导热性。
⑵离子键:大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合,以离子为结合单元,无方向性,无饱和性,正负离子静电引力强,熔点和硬度均较高。
常温时良好的绝缘性,高温熔融状态时,呈现离子导电性。
⑶共价键:有方向性和饱和性,原子共用电子对,配位数比较小,结合牢固,具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点,导电能力差。
⑷范德瓦耳斯力:无方向性,无饱和性,包括静电力、诱导力和色散力。
结合较弱。
⑸氢键:极性分子键,存在于HF,H2O,NF3有方向性和饱和性,键能介于化学键和范德瓦尔斯力之间。
2.在立方晶体系的晶胞图中画出以下晶面和晶向:(1 0 2)、(1 1 -2)、(-2 1 -3),[1 1 0],[1 1 -1],[1 -2 0]和[-3 2 1]。
(213)3. 写出六方晶系的{1 1 -20},{1 0 -1 2}晶面族和<2 -1 -1 0>,<-1 0 1 1>晶向族中各等价晶面及等价晶向的具体指数。
{1120}的等价晶面:(1120)(2110)(1210)(1120)(2110)(1210){1012}的等价晶面:(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112) (1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)2110<>的等价晶向:[2110][1210][1120][2110][1210][1120]1011<>的等价晶向:[1011][1101][0111][0111][1101][1011][1011][1101][0111][0111][1101][1011]4立方点阵的某一晶面(hkl )的面间距为M /,其中M 为一正整数,为晶格常数。
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以下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定性描述晶体构造的参量有哪些.定量描述晶体构造的参量又有哪些.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等径球最严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:等径球最严密堆积有六方和面心立方严密堆积两种,一个球的周围有8个四面体空隙、6个八面体空隙。
2-7n个等径球作最严密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙.不等径球是如何进展堆积的.答:n个等径球作最严密堆积时可形成n个八面体空隙、2n个四面体空隙。
不等径球体进展严密堆积时,可以看成由大球按等径球体严密堆积后,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,形成不等径球体严密堆积。
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〕。
材料科学基础习题(含答案)材料科学基础考前重点复习题1. Mn 的同素异构体有⼀为⽴⽅结构,其晶格常数α为0.632nm ,密度ρ为26.7g/cm 3,原⼦半径r 等于0.122nm ,问Mn 晶胞中有⼏个原⼦,其致密度为多少?答案解析:习题册 P9 2-22.2. 如图1所⽰,设有两个α相晶粒与⼀个β相晶粒相交于⼀公共晶棱,并形成三叉晶界,已知β相所张的两⾯⾓为80℃,界⾯能ααγ为0.60Jm -2, 试求α相与β相的界⾯能αβγ。
图1答案解析:习题册 P17 3-42.3. 有两种激活能分别为1Q =53.7kJ/mol 和2Q =201kJ/mol 的扩散反应,观察在温度从25℃升⾼到800℃时对这两种扩散的影响,并对结果进⾏评述。
答案解析:习题册 P21 4-8.4. 论述强化⾦属材料的⽅法、特点和机理。
答:(1)结晶强化。
通过控制结晶条件,在凝固结晶以后获得良好的宏观组织和显微组织,提⾼⾦属材料的性能。
包括细化晶粒,提⾼⾦属材料纯度。
(2)形变强化。
⾦属材料在塑性变形后位错运动的阻⼒增加,冷加⼯塑性变形提⾼其强度。
(3)固溶强化。
通过合⾦化(加⼊合⾦元素)组成固溶体,使⾦属材料强化。
(4)相变强化。
合⾦化的⾦属材料,通过热处理等⼿段发⽣固态相变,获得需要的组织结构,使⾦属材料强化。
(5)晶界强化。
晶界部位⾃由能较⾼,存在着⼤量缺陷和空⽳。
低温时,晶界阻碍位错运动,晶界强度⾼于晶粒本⾝;⾼温时,沿晶界扩散速度⽐晶内扩散速度快,晶界强度显著降低。
强化晶界可强化⾦属材料。
5. 什么是回复,请简述⾦属材料冷变形后回复的机制。
试举例说明回复的作⽤。
答:(1)回复是冷变形⾦属在低温加热时,其显微组织⽆可见变化,但物理性能、⼒学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。
(2)回复机制:低温回复主要与点缺陷迁移有关,冷变形时产⽣⼤量的点缺陷,空⽳与间隙原⼦。
温度较⾼时,中温回复会发⽣位错运动和重新分布。
位错滑移,异号位错相遇⽽抵消,位错缠结重新排列,位错密度降低。
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)。
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。
34、纯金属可通过固溶、细晶、第二相、冷变形等方式进行强化。
35、螺型位错可通过滑移和攀移进行运动。
36、金属进行滑移的实质是位错的运动,因此位错越多,滑移越容易进行。
37、纯金属由于成分单一,因此无固态相变。
38、亚共析钢的室温相组成是铁素体和珠光体。
39、再结晶过程与凝固过程一样都具有形核和长大的过程,且都是可逆的。
40、铜的导电性比铝好,因此,铝-铜合金的导电率优于纯铝的导电率。
41、面心立方与密排六方的最密排面的原子排列情况完全相同,致密度与配位数也完全相同,两者的晶体结构却不同。
42、根据溶质原子在溶剂中所占位置,可将固溶体分为置换固溶体和间隙相。
43、纯金属在正温度梯度下凝固将形成枝晶。
44、金属在凝固时,冷却速度与长大速度成正比,因此冷却速度越快,晶粒生长速度越快,铸造组织越粗大。
45、只发生匀晶转变的合金,其固相一定是置换固溶体,且一定无限固溶体。
46、亚共晶合金的室温组织为初生相+共晶相。
47、晶界对位错运动有阻碍作用,因此晶粒越大,材料的屈服强度越大,塑性越好。
48、不平衡结晶将造成晶内偏析,对材料性能造成不利影响,这种缺陷是无法消除的。
49、二元合金相图有共晶、匀晶和包晶三种。
50、Fe-C合金中共有四种固溶体,即奥氏体、高温铁素体、低温铁素体和渗碳体。
51、晶面间距越大,该晶面上的排列的原子距离就越大。
52、纯金属的性质多为各向同性,而合金的性质则多为各向异性。
53、材料的性能是完全是由其结构决定的。
54、金属熔体在凝固时,只有在负温度梯度下才能形成枝晶。
55、单晶体材料是各向异性的,多晶体材料是各向同性的。
二、填空
1.材料按性质分可分为金属、陶瓷、
聚合物三大类。
2.固态金属的相分为两种,即固溶体和中间相。
3.晶体的缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷等。
4.金属的凝固通常分为两个过程,即形核和长大,凝固后晶粒的大小与长大速度成正比,与形核率成反比。
5.变形后的金属在逐渐加热的过程中,将陆续发生回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。
6.温度对金属的性能具有显著影响,与金属的塑性成正比关系,与金属的导电性成反比关系。
7. 铸锭中柱状晶区的大小,决定于固液界面前沿液体中的________能力。
温度梯度越大,这种能力越____ _,柱状晶区越_______。
在相同熔铸条件下,浇入室温的铁模中,铁模的厚度越厚,柱状晶区越_____ __。
8. 位错必须在_____切应力______下才会滑移,滑移经过的地区滑移面两边的晶体会在__滑移_______方向产生____柏氏矢量______大小的相对滑移。
9. 金属晶体的临界分切应力,实际上是__位错____开始运动所需克服的阻力,凡是___阻碍位错运动____的因素都会提高临界分切应力使得晶体强度提高,例如____晶界_______等等。
10、扩散过程的驱动力是__化学位梯度_ 。
扩散原子从__低浓度______地区流向__高浓度
____的现象称为上坡扩散。
11、临界变形度是指冷变形金属再结晶后得到粗大晶粒的变形程度。
12、热加工是指___再结晶温度以上的加工________,有__加工硬化_________和___回复再结晶软化__________两个过程同时存在。
13、再结晶温度是指在一定时间内完成再结晶时所对应的温度。
影响再结晶温度的因素有:材料种类、纯度、变形程度等。
14、金属变形的方式主要有滑移、孪生、扭折等。
15、“制耳”产生的原因是由于织构的存在而产生各向异性。
16、铸锭的晶粒细化措施有:提高过冷度、变质处理、振动搅拌等。
17、柯氏气团是指:溶质原子在位错周围的聚集。
18、形变织构是指:冷塑性变形时,晶体产生择优取向的现象;再结晶织构是指:。
19、偏析是指;晶内偏析是指,一般可用的方法进行消除。
20、金属在冷变形后产生三种残余内应力,分别是、。