北工大07 08 09 13材料科学基础-真题及答案

北京理工大学二〇〇九年招收硕士研究生入学考试试题考试科目：材料科学基础（注：答案全部写在答题纸上，答在试卷上无效）1、 名词解释（共30分，每小题2分）1.材料性能的各向异性2.柱状晶3.晶体材料的组织4.多晶型转变5.高分子材料的多分散性6.螺形位错7.负攀移 8.选分结晶 9.临界晶核尺寸（临界半径）10.区域熔炼 11.人工时效 12.多滑移13.霍尔-佩奇关系（Hall-petch） 14.Griffith公式 15.蠕变二、简答题（共90分）1．从微观角度讨论金属和聚合物材料弹性模量差别的原因。

（6分）2．在面心立方晶胞中画出(012)和()晶面。

（8分）3．bcc和hcp中的配位数分别为多少？（6分）4．为什么一般情况下缩聚物都能结晶？（4分）5．实验技术上列出两种观测位错的方法。

（4分）6．晶体中位错密度如何影响材料的强度？如何通过位错提高金属强度？（8分）7．试从结构和能量的观点解释为什么扩散系数D晶界>D晶内？并比较相同材料的纳米晶扩散系数与多晶时的扩散系数大小。

（8分）8．简述二元相图中，不平衡结晶可形成那些组织结构？画图表明如何形成？（9分）9．描述碳含量Wc=5.5%的铁碳合金缓慢冷却时的结晶过程，并计算室温时各组织的组成质量分数。

（9分）10．晶体材料从固态向气态蒸发分哪几步？（8分）11．有两块钢，一块是只含有w C0.48%钢，另一块是含w C0.44%和w Si3.8%的钢，当把两块钢焊接在一起，过一段时间后发现，只含有C的钢的C含量反而升高了，这是什么现象？从热力学角度分析原因。

（6分）12．马氏体相变的精确定义是什么？（4分）13．多晶体变形的特点是什么？（4分）14．如何解释二次再结晶中多数晶粒不长大，少数长大的现象？形成原因？（6分）三、论述题（共30分，每小题15分）1．从结构特点比较离子晶体、共价晶体和金属晶体的特点。

2．试以Gibbs相律为例说明相律的意义及应用条件（即限制条件）。

《材料科学基础》试卷13一. 选择题：（共15小题，每小题2分，共30分）。

1. 在下列材料中，哪一类材料结晶时，液-固界面为粗糙界面？（ ）A. 金属材料B. 无机材料C. 高分子材料D. 半导体材料 2. 在三元系中有右图的两种三相平衡区，它们的反应类型分别为（ ）。

A. （a ）是包晶型，（b ）是共晶型 B. （a ）是共晶型，（b ）是包晶型 C. （a ）、（b ）均为包晶型 D. （a ）、（b ）均为共晶型3. 高分子材料随温度的变化，通常有玻璃态、高弹态和粘流态三个物理状态。

则橡胶的工作状态是（ ）。

A. 玻璃态B. 高弹态C. 粘流态D. 高弹态 、粘流态和玻璃态 4. 4p 原子轨道径向分布图中峰数为多少？其钻穿能力比4d （ ）？ A. 3，强 B. 2，强 C. 3，弱 D. 2，弱 5. 在硅酸盐玻璃中减少变性体的量，会使（ ）。

A. 桥氧含量下降，粘度增大B. 桥氧含量增多，粘度减小C. 桥氧含量下降，粘度减小D. 桥氧含量增多，粘度增大6. 在晶体中形成空位时，离位原子迁移到晶体表面，这样的缺陷称为（ ）。

A. 面缺陷 B. 线缺陷 C. 肖脱基缺陷 D. 弗兰克尔缺陷7. 在由扩散控制的反应扩散，相宽度变化关系式为t B L j =∆；由相界面反应速度控制时，新相厚度与时间呈线性关系dt C K d iυχ=。

在实际反应扩散过程中，反应扩散后期受（ ）控制。

A. 界面反应速度 B. 扩散 C. 界面反应速度和扩散 D. 无法确定8. 关于刃型位错应力场，下列说法哪种是不正确的？（ ）A. 各种应力分量的大小与r 成反比B. 应力场对称于多余的半原子面C. 滑移面上只有正应力，无切应力D. 应力场是轴对称的 9. 下列说法正确的是（ ）。

A. 点缺陷是热力学不稳定缺陷B. 两位错交割必形成割阶C. 线缺陷是热力学不稳定缺陷D. 空位形成能大于间隙形成能 10. 面心立方的配位数，四面体空隙数及晶胞原子数分别为（ ）。

材料科学基础试题及答案一、出题形式一：填空类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。

3．点缺陷的类型分为空位和间隙原子；当相遇时两者都消失，这一过程称为复合或湮灭。

4．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。

螺型位错的移动方向与柏氏矢量b 垂直，螺型位错的柏氏矢量b方向与位错线t的方向平行。

5．由于界面能的存在，当晶体中存在能降低界面能的异类原子时，这些原子将向境界偏聚，这种现象叫内吸附。

6．均匀形核必须具备的条件是：1.必须过冷；2. 必须具备与一定多冷度相适应的能量起伏和结构起伏。

7．面心立方结构的滑移面是{111}，共有 4组，每组滑移面上包含 3 个滑移方向，共有 12 个滑移系。

8．由于晶界阻滞效应及取向差效应，使多晶体的变形抗力比单晶体大，其中，取向差效应是多晶体加工硬化更主要的原因。

9．滑移面应是面间距最大的密排面，滑移方向是原子最密排方向。

10．金属塑性变形时，外力所作的功除了转化为热量之外，还有一小部分被保留在金属内部，表现为残余应力。

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。

13. 晶体中原子在表面、晶界、位错处的扩散速度比原子在晶内的扩散速度快，这种现象叫短路扩散。

14. 回复的初始阶段回复机制以空位迁移为主，后期以位错攀移为主。

15．材料的结合方式有共价键、离子键、金属键和范德华力四种化学键结合方式。

21．细化铸件晶粒的方法有：1、提高过冷度 2、变质处理 3、振动、搅拌。

）. 淬二、问答题（35分）1、解释体心立方的金属的塑性为什么比面心立方金属差？答：金属塑性的好坏，除了取决于滑移系的多少，还与滑移面上原子密排程度和滑移方向的数目有关，体心立方的滑移方向没有面心立方多，同时其滑移面上的原子密排程度也比面心立方的金属低，因此它的滑移面间距离较小，原子间结合力较大，必须在较大的应力作用下才能开始滑移，所以它的塑性要比面心立方金属差些。

2、回复过程的组织结构和性能的变化？答：显微组织未发生变化，力学性能变化不大，但残余应力显著降低，物理和化学性能部分恢复到变形前的情况。

3、淬火钢的回火转变过程？淬火钢回火时力学性能的变化？答（1）马氏体中碳的偏聚＜80℃（2）马氏体的分解100～200℃（3）、残余奥氏体的转变200～300℃（4）、碳化物的转变250～400℃（5）、碳化物的聚集长大和α相的再结晶＞400℃随着回火温度的提高，残余应力基本消除，强度硬度下降，塑韧性提高。

4、说明铝合金的主要强化方法？答：（1）形变强化纯铝和不可热处理强化的铝合金可采用塑变来强化。

（2）沉淀强化可热处理强化的铝合金加热到单相区保温后，快速冷却得到过饱和固溶体，过饱和固溶体由于强化相在脱溶过程中的某些中间状态具有特殊晶体结构，而时铝合金得到强化。

（3）固溶强化和细晶强化纯铝中加入合金元素，形成铝基固溶体，起到固溶强化的作用。

对于不可热处理强化或强化效果不大的铸造铝合金和变形铝合金，可以通过加入微量合金元素细化晶粒，提高铝合金的力学性能。

课程名 材料科学基础（下） 第 2 页 共 2页20分)1、面心立方点阵的铝单晶体在室温时的临界分切应力为7.9×105 Pa 。

若室温下对铝的单晶体试样作拉伸实验时，拉力轴为[123]方向，可能开动的滑移系为()111[101]， 求引起试样屈服所需要加的应力？解：根据公式：222222222111112121cos l k h l k h l l k k h h ++++++=φ 得cos φ=424，cos λ=284根据：施密特定律：τc=σs cos φcos λ 则：σs=16.93×105MPa2、对碳的质量分数为0.1%的钢进行渗碳，渗碳时钢件表面碳的质量分数保持为1.2% ， 要求在其表面以下2mm 处碳的质量分数为0.45%，若D=2×10 –11 m 2/s 。

西北工业大学硕士材料科学基础真题2008年(总分150,考试时间90分钟)一、简答题1. 固态下，无相变的金属，如果不重熔，能否细化晶粒?如何实现?2. 固体中有哪些常见的相结构?3. 何谓平衡结晶?何谓非平衡结晶?4. 扩散第一定律的应用条件是什么?对于浓度梯度随时间变化的情况，能否应用扩散第一定律?5. 何为织构?包括哪几类?6. 什么是成分过冷?如何影响固溶体生长形态?二、作图计算题1. 请分别写出FCC、BCC和HCP晶体的密排面、密排方向，并计算密排面间距和密排方向上原子间距。

2. 请绘出面心立方点阵晶胞，并在晶胞中绘出(110)晶面；再以(110)晶面平行于纸面，绘出(110)晶面原子剖面图，并在其上标出[001]、、晶向。

3. 已知H70黄铜在400~C时完成再结晶需要1h，而在390℃下完成再结晶需2h，请计算在420℃下完成再结晶需要多长时间。

4. 一个FCC晶体在方向在2MPa正应力下屈服，已测得开动的滑移系是(111)，请确定使该滑移系开动的分切应力τ。

三、综合分析题请根据Fe-Fe3C相图分析回答下列问题：1. 0wt%C合金平衡状态下的结晶过程，并说明室温下的相组成和组织组成。

2. 请分析2.0wt%C合金在较快冷却，即不平衡状态下，可能发生的结晶过程，并说明室温下组织会发生什么变化。

3. 假设将一无限长纯铁棒置于930℃渗碳气氛下长期保温，碳原子仅由棒顶端渗入(如图17-1所示)，试分析并标出930℃和缓冷至室温时的组织分布情况(绘制在答题纸上)。

图17-2所示为Cu-Cd二元相图全图及其400～600℃范围的局部放大：4. 请根据相图写出549℃、547℃、544℃、397℃和314℃五条水平线的三相平衡反应类型及其反应式。

5. 已知β相成分为wCd=46.5%，400℃时γ相的成分为wCd=57%，请计算400℃时wCd=50%合金的相组成。

1. 有一硅单晶片，厚0.5mm ，其一面上每107个硅原子包含两个镓原子，另一个面经处理后含镓的浓度增高。

试求在该面上每107 个硅原子需包含几个镓原子，才能使浓度梯度为2×10-26原子/m 32. 为研究稳态条件下间隙原子在面心立方金属中的扩散情况，在厚0.25mm 的金属薄膜的一个端面(面积1000mm m 硅的晶格常数为0.5407nm 。

2) 保持对应温度下 的饱和间隙原子，另一端面3. 一块含0.1%C 的碳钢在930℃渗碳，渗到0.05cm 的地方碳的浓度达到0.45%。

在t>0的全部时间，渗碳 气氛保持表面成分为1%，4. 根据上图4-2所示实际测定lgD 与1/T 的关系图，计算单晶体银和多晶体银在低于700℃温度范围的扩散激活能，并说明两者扩散激活能差异的原因。

5. 设纯铬和纯铁组成扩散偶，扩散1小时后，Matano 平面移动了1.52×10-3cm 。

已知摩尔分数C Cr =0.478时，dC/dx=126/cm ，互 扩散系数为1.43×10-9cm 2/s ，试求Matano 面的移动速度和铬、铁的本征扩散系数D Cr ，D Fe 。

(实验测得Matano 面移动距离的平方与扩散时间之比为常数。

D Fe =0.56×10-9(cm 26. 对于体积扩散和晶界扩散，假定Q /s) )晶界≈1/2Q 体积7. γ铁在925℃渗碳4h ，碳原子跃迁频率为1.7×10，试画出其InD 相对温度倒数1/T的曲线，并指出约在哪个温度范围内，晶界扩散起主导作用。

9/s ，若考虑碳原子在γ铁中的八面体间隙跃迁，(a)求碳原子总迁移路程S ； (b)求碳原子总迁移的均方根位移；(c)若碳原子在20℃时跃迁频率为Γ=2.1×10-98.假定聚乙烯的聚合度为2000，键角为109.5°，求伸直链的长度为L /s ，求碳原子的总迁移路程和根均方位移。

西北工业大学材料科学基础课后答案【篇一：西北工业大学材料科学基础第7章习题-答案】/p> (1) 测定n：把一批经大变形量变形后的试样加热到一定温度(丁)后保温，每隔一定时间t，取出一个试样淬火，把做成的金相样品在显微镜下观察，数得再结晶核心的个数n，得到一组数据(数个)后作n—t图，在n—t曲线上每点的斜率便为此材料在温度丁下保温不同时间时的再结晶形核率n。

(2) 测定g：将(1)中淬火后的一组试样进行金相观察，量每个试样(代表不同保温时间)中最大晶核的线尺寸d，作d—t图，在d—t曲线上每点的斜率便为了温度下保温不同时间时的长大线速度g。

2.再结晶退火必须用于经冷塑性变形加工的材料，其目的是改善冷变形后材料的组织和性能。

再结晶退火的温度较低，一般都在临界点以下。

若对铸件采用再结晶退火，其组织不会发生相变，也没有形成新晶核的驱动力(如冷变形储存能等)，所以不会形成新晶粒，也就不能细化晶粒。

3.能。

可经过冷变形而后进行再结晶退火的方法。

4.答案如附表2.5所示。

附表2.5 冷变形金属加热时晶体缺陷的行为5.(1)铜片经完全再结晶后晶粒大小沿片长方向变化示意图如附图2.22所示。

由于铜片宽度不同，退火后晶粒大小也不同。

最窄的一端基本无变形，退火后仍保持原始晶粒尺寸；在较宽处，处于临界变形范围，再结晶后晶粒粗大；随宽度增大，变形度增大，退火后晶粒变细，最后达到稳定值。

在最宽处，变形量很大，在局部地区形成变形织构，退火后形成异常大晶粒。

(2)变形越大，冷变形储存能越高，越容易再结晶。

因此，在较低温度退火，在较宽处先发生再结晶。

6.再结晶终了的晶粒尺寸是指再结晶刚完成但未发生长大时的晶粒尺寸。

若以再结晶晶粒中心点之间的平均距离d表征再结晶的晶粒大小，则d与再结d?k[gn1晶形核率n及长大线速度之间有如下近似关系：qnrtqnrt]4 且n?n0exp(?)， g?g0exp(?)由于qn与qg几乎相等，故退火温度对g／n比值的影响微弱，即晶粒大小是退火温度的弱函数。

第二部分简答题第一章原子结构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、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性能。

【模拟题一】答：陶瓷材料中主要的结合键是离子键和共价键。

由于离子键和共价键很强，故陶瓷的抗压强度很高、硬度很高。

因为原子以离子键和共价键结合时，外层电子处于稳定的结构状态，不能自由运动，故陶瓷材料的熔点很高，抗氧化性好、耐高温、化学稳定性高。

第二章固体结构1、为什么密排六方结构不能称为一种空间点阵？【11年真题】答：空间点阵中每个阵点应该具有完全相同的周围环境。

密排六方晶体结构位于晶胞内的原子具有不同的周围环境。

如将晶胞角上的一个原子与相应的晶胞之内的一个原子共同组成一个阵点，这样得出的密排六方结构应属于简单六方点阵。

2、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？【模拟题一】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。

2008年西北工业大学硕士研究生入学试题参考答案一、简答题（每题10分，共60分）1.固态下，无相变的金属，如果不重熔，能否细化晶粒？如何实现？答：可以。

.通过进行适当冷变形，而后在适当温度再结晶的方法获得细晶（应主意避开临界变形度和避免异常长大）。

或进行热加工，使之发生动态再结晶。

2.固体中有哪些常见的相结构？答：固体中常见的相结构有：固溶体（单质）、化合物、陶瓷晶体相、非晶相、分子相。

3.何谓平衡结晶？何谓非平衡结晶？答：平衡结晶是指结晶速度非常缓慢，液相和固相中扩散均很充分的情况下的结晶。

非平衡结晶是指结晶速度比较快，扩散不充分的情况下的结晶。

4.扩散第一定律的应用条件是什么？对于浓度梯度随时间变化的情况，能否应用扩散第一定律？答：扩散第一定律的应用条件是稳态扩散，即与时间无关的扩散。

对于非稳态扩散的情况也可以应用扩散第一定律，但必须对其进行修正。

5.何为织构？包括哪几类？答：织构是晶体中晶面、晶向趋于一致现象。

织构包括再结晶织构和变形织构。

其中变形织构又包括丝织构和板织构。

6.什么是成分过冷？如何影响固溶体生长形态？答：凝固过程中，随液固界面的推进，液固界面附近液相一侧产生溶质原子富集，导致液相的熔点发生变化，由此产生的过冷现象称为成分过冷。

无成分过冷时，固溶体以平面状生长，形成等轴晶；有较小过冷度时，形成胞状组织；有较大成分过冷时，形成树枝晶。

二、作图计算题（每题15分，共60分）1.请分别写出FCC、BCC和HCP晶体的密排面、密排方向，并计算密排面间距和密排方向上原子间距。

答：2.请绘出面心立方点阵晶胞，并在晶胞中绘出（110）晶面；再以（110）晶面平行于纸面，绘出（110）晶面原子剖面图，并在其上标出[001]，，晶向。

答：1.已知H70黄铜在400℃时完成再结晶需要1小时，而在390℃下完成再结晶需2小时，请计算在420℃下完成再结晶需要多长时间？答：在两个不同的恒定温度产生相同程度的再结晶时，两边取对数，并比之得t3 = 0.26 h2.一个FCC晶体在方向在2MPa正应力下屈服，已测得开动的滑移系是，请确定使该滑移系开动的分切应力τ。

2007年《材料科学基础》参考答案一、名词解释1. 以一种金属元素作为溶剂，另一种或一种以上的元素作为溶质而形成的固体称为固溶体。

2. 把原子(或离子、分子)抽象成结点，结点在空间规则周期的分布，这些点的总体称为空间点阵或点阵。

3. 当位错运动时，中心区必须要通过一系列的能峰和能谷，位错线越过能峰时所需克服的阻力就是位错运动的晶格摩擦力，也称为P —N 力。

4. 一个全位错分解为2个Shockley 不全位错，这样的2个Shockley 位错一起被称为扩展位错。

5. 同一物质的不同的晶体结构称为同素异形体。

每一种同素异形体都是一个相，它们之间在一定条件下也将发生相互转变，称同素异形转变。

二、由三个晶面构成的行列式=0说明三个晶面属于同一晶带；晶带轴指数]121[--由两个晶面即可确定。

三、在0K 时．自由电子系统每个电子的平均能量(平均动能)为由上式可知，在0K 时电子仍有相当大的平均动能，这是由于电子必须满足泡利不相容原理的缘故。

考虑金属的费米能为几个到十几个电子伏特，计算表明，0K 时自由电子的平均速度数量级高达106m/s 。

四、奥氏体中析出渗碳体、铁素体、珠光体。

五、金属材料中存在有固溶原子时，固溶原子必然会引起周围晶格的畸变，在其周围产生一个应力场，由于固溶原子应力场与位错应力场相互作用的结果，溶质原子具有向位错偏聚而形成一个原子气团的倾向。

这时，位错的运动要么摆脱这种原子气团，要么施带着原子气团一起运动。

摆脱原子气团需增加一部分外力以克服它与位错间的相互吸引，如果施带原子气团一齐运动，外力也需增加一个附加量。

所以，当位错上有原子偏聚时，位错运动的难度提高，金属得到强化。

六、（1）D 0=Dexp(Q/RT)=4435.67 m 2/s（2）固溶体类型、晶体结构类型、晶体缺陷、化学成分等。

七、回复是通过位错运动造成材料中储能的减低。

位错运动所实现的有2个主要过程，这就是位错的相消与重排。

2009年《材料科学基础》参考答案一、名词解释1.晶格:通过空间点阵的阵点作平行的直线或平面，形成网格，称为格子或晶格2.Schmid因子:cosΦcosλ3.如果由于某种原因使密排面的堆垛次序遭到破坏，使整个一层密排面上的原子都发生了错排，这种缺陷称为层错。

4.金属的实际开始凝固温度了T n总是低于理论凝固温度了T m，这种现象称为过冷、二者之间的温度差ΔT＝T m -T n称为过冷度。

过冷度是金属凝固的必要条件。

5.非共析成分的合金在非平衡结晶条件下得到的共析组织称伪共析。

6.非均匀形核是在非均一的熔体中，以某种界面为依附衬底而形成晶核的过程。

其特点是：依附已有界面形核，所需的驱动力较小。

二、d=a/3 ρ=2/a233三、析出硬化型合金能在一定温度下发生淬火软化，因为在时效的初期，随时效时间增长，亚稳平衡析出粒子长大，材料强度会增高，时间进一步增长或温度提高，一旦亚稳析出相粒于转变为平衡析出相粒子后，粒子的共格应变就会消失，强化作用显著降低，材料强度降低，而且随时效时间的延长，平衡相粒子粗化，强度将进一步降低。

过饱和固溶体合金易产生时效。

泠变形使过饱和固溶体容易产生时效。

四、多晶材料形变的基本过程与单晶相同，但复杂得多。

其复杂性源自晶界以及邻接晶粒的限制作用。

换言之，外加应力是通过周围晶粒传输到个别晶粒的，同时一个晶粒的形变必然涉及到各邻接晶粒的形变，多晶材料的强度显然应高于单晶。

由此也可推断，细化晶粒必能提高材料的强度与硬度。

施于任何给定晶粒的载荷对于每一可能的滑移系都可分解成切应力和正应力。

当切应力超过材料的临界切应力时，就会造成位错的产生与运动从而产生材料的塑性变形。

：材料变形时，正应力分量会造成每个晶粒都在转动，使运行中的滑移方向愈趋近拉力方向。

多晶体金属的变形是各晶粒联合变形的总结果。

多晶体金属变形涉及沿滑移面和沿晶界的两种运动，这就更增加了复杂性，因为在正常情况下滑移改变着晶界的方向。

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 。

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。

东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校课程名称： 材料科学基础（上） 试卷： (A) 考试形式： 闭 卷授课专业： 材料科学与工程 考试日期：2008年06月25日 试卷：共 4 页一、 填空题（每空1分，共10分）1、Cu （原子序号29）的基态电子组态为 1s 22s 22p 63s 23p 63d 104s 1 。

2、聚乙烯高分子材料中C —H 化学键属于 共价键 。

3、金属的三种常见晶体结构中，密排六方 结构不能称作为一种空间点阵。

4、面心立方晶体的孪晶面是__（111） 。

5、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷是弗伦克尔缺陷 。

6、链段是用来描述高分子的柔顺 性。

7、固体金属内原子扩散的驱动力是 化学位梯度 。

8、既能提高硬度，又能降低其脆性的手段是 细晶强化 。

9、再结晶的驱动力是 储存能（应变能） 。

10、在金相试样表面上几组交叉滑移线的产生是由于多滑移 。

二、 选择题（每题1.5分，共30分）1、简单立方晶体的致密度为 。

（ C ） A 、100% B 、65% C 、52% D 、58%2、空间点阵是由 在空间作有规律的重复排列。

（ C ）A 、原子B 、离子C 、几何点D 、分子3、在SiO 2七种晶型转变中，存在两种转变方式：一种为位移转变，另一种为重构转变，位移转变需要的激活能____ 重构转变的激活能。

（ B ） A 、大于 B 、小于 C 、等于4、每一个面心立方晶胞中有八面体m 个，四面体间隙n 个，其中： 。

A 、m=4，n=8 B 、m=13，n=8 C 、m=1，n=4 （ A ）5、不能发生攀移运动的位错是 。

（ A ） A 、肖克莱不全位错 B 、弗兰克不全位错 C 、刃型全位错6、在一块晶体中有一根刃位错P 和一根相同长度的螺位错线Q ，比较两者的能量，有： 。

（ A ） A 、E （P ）>E （Q ） B 、E （P ）<E （Q ） C 、E （P ）=E （Q ）7、有两根右螺位错线，各自的能量都为E 1,当它们无限靠近时，总能量为： 。

试题1一. 图1是Na2O的理想晶胞结构示意图，试回答：1．晶胞分子数是多少；2．结构中何种离子做何种密堆积；何种离子填充何种空隙，所占比例是多少；3．结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；4．计算说明O2-的电价是否饱和；5．画出Na2O结构在（001）面上的投影图。

二. 图2是高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O)结构示意图，试回答：1．请以结构式写法写出高岭石的化学式；2．高岭石属于哪种硅酸盐结构类型；3．分析层的构成和层的堆积方向；4．分析结构中的作用力；5．根据其结构特点推测高岭石具有什么性质。

三. 简答题：1.晶体中的结构缺陷按几何尺寸可分为哪几类？2.什么是负扩散？3．烧结初期的特征是什么？4.硅酸盐晶体的分类原则是什么？5.烧结推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移？6.相变的含义是什么？从热力学角度来划分，相变可以分为哪几类？四. 出下列缺陷反应式：1.NaCl形成肖特基缺陷；2.AgI形成弗仑克尔缺陷（Ag+进入间隙）；3.TiO2掺入到Nb2O3中，请写出二个合理的方程，并判断可能成立的方程是哪一种？再写出每个方程的固溶体的化学式。

4.NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体五. 表面力的存在使固体表面处于高能量状态，然而，能量愈高系统愈不稳定，那么固体是通过何种方式降低其过剩的表面能以达到热力学稳定状态的。

六.粒径为1μ的球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al2O3起了反应，计算完全反应的时间：⑴用杨德方程计算；⑵用金斯特林格方程计算。

七.请分析熔体结构中负离子团的堆积方式、聚合度及对称性等与玻璃形成之关系。

八.试从结构和能量的观点解释为什么D晶界>D晶内？九.试分析二次再结晶过程对材料性能有何影响？工艺上如何防止或延缓二次再结晶的发生？十.图3是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：1．写出点P，R，S的成分；2．设有2kgP，问需要多少何种成分的合金Z才可混熔成6kg成分为R的合金。

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）。