《材料科学基础》考研张联盟讲义与考研真题

第三章答案3-2略。

3-2试述位错的基本类型及其特点。

解：位错主要有两种：刃型位错和螺型位错。

刃型位错特点：滑移方向与位错线垂直，符号⊥，有多余半片原子面。

螺型位错特点：滑移方向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平面，呈螺施状，称螺型位错。

3-3非化学计量化合物有何特点？为什么非化学计量化合物都是n型或p型半导体材料？解：非化学计量化合物的特点：非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关；可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常数看出；非化学计量化合物都是半导体。

由于负离子缺位和间隙正离子使金属离子过剩产生金属离子过剩（n型）半导体，正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩产生负离子过剩（p型）半导体。

3-4影响置换型固溶体和间隙型固溶体形成的因素有哪些？解：影响形成置换型固溶体影响因素：（1）离子尺寸：15%规律：1.（R1-R2）/R1>15%不连续。

2.<15%连续。

3.>40%不能形成固熔体。

（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。

（3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。

（4）场强因素。

（5）电负性：差值小，形成固熔体。

差值大形成化合物。

影响形成间隙型固溶体影响因素：（1）杂质质点大小：即添加的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。

（2）晶体（基质）结构：离子尺寸是与晶体结构的关系密切相关的，在一定程度上来说，结构中间隙的大小起了决定性的作用。

一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体。

（3）电价因素：外来杂质原子进人间隙时，必然引起晶体结构中电价的不平衡，这时可以通过生成空位，产生部分取代或离子的价态变化来保持电价平衡。

3-5试分析形成固溶体后对晶体性质的影响。

解：影响有：（1）稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生；（2）活化晶格，形成固溶体后，晶格结构有一定畸变，处于高能量的活化状态，有利于进行化学反应；（3）固溶强化，溶质原子的溶入，使固溶体的强度、硬度升高；（4）形成固溶体后对材料物理性质的影响：固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。

材料科学基础考研真题材料科学基础考研真题材料科学作为一门交叉学科，涉及到物理学、化学、工程学等多个领域的知识。

对于考研学子来说，掌握材料科学基础是非常重要的。

在准备考研过程中，了解和解答一些经典的考研真题是提高自己的有效方法之一。

本文将介绍一些材料科学基础考研真题，并对其进行分析和讨论。

第一道题目是关于晶体结构的。

晶体结构是材料科学中的基础概念，对于理解材料的性质和行为至关重要。

这道题目要求考生解释晶体结构的定义和分类，并简要讨论晶体结构对材料性质的影响。

在回答这道题目时，考生可以先介绍晶体结构的定义，即由周期性排列的原子或离子构成的固体。

然后可以分别介绍离子晶体、共价晶体和金属晶体的结构特点，并分析这些结构对材料性质的影响。

例如，离子晶体的结构稳定，导致其具有高熔点和硬度；金属晶体的电子云共享特性使其具有良好的导电性和热导性。

第二道题目是关于材料的力学性能的。

力学性能是材料科学中另一个重要的研究方向，涉及到材料的强度、韧性、硬度等方面。

这道题目要求考生解释强度、韧性和硬度的定义，并分析这些性能指标之间的关系。

在回答这道题目时，考生可以先介绍强度的定义，即材料抵抗外力破坏的能力。

然后可以介绍韧性的定义，即材料吸收能量的能力。

最后可以介绍硬度的定义，即材料抵抗划痕和压痕的能力。

接着可以讨论这些性能指标之间的关系，如强度和硬度的正相关性，韧性和硬度的负相关性等。

第三道题目是关于材料的相变的。

相变是材料科学中的重要现象，涉及到材料在不同温度和压力下的结构和性质的变化。

这道题目要求考生解释凝固、熔化和晶化的定义，并分析这些相变对材料性质的影响。

在回答这道题目时，考生可以先介绍凝固的定义，即材料由液态转变为固态的过程。

然后可以介绍熔化的定义，即材料由固态转变为液态的过程。

最后可以介绍晶化的定义，即材料由非晶态转变为晶态的过程。

接着可以讨论这些相变对材料性质的影响，如凝固过程中晶体的生长和晶界的形成对材料的力学性能和导电性能的影响等。

张联盟《材料科学基础》（第2版）笔记和课后习题（含考研真题）详解完整版>精研学习网>免费在线试用20％资料全国547所院校视频及题库资料考研全套>视频资料>课后答案>往年真题>职称考试目录隐藏第1章材料引言1.1复习笔记1.2课后习题详解1.3名校考研真题详解第2章晶体结构2.1复习笔记2.2课后习题详解2.3名校考研真题详解第3章晶体结构缺陷3.1复习笔记3.2课后习题详解3.3名校考研真题详解第4章非晶态结构与性质4.1复习笔记4.2课后习题详解4.3名校考研真题详解第5章表面结构与性质5.1复习笔记5.2课后习题详解5.3名校考研真题详解第6章相平衡和相图6.1复习笔记6.2课后习题详解6.3名校考研真题详解第7章基本动力学过程—扩散7.1复习笔记7.2课后习题详解7.3名校考研真题详解第8章材料中的相变8.1复习笔记8.2课后习题详解8.3名校考研真题详解第9章材料制备中的固态反应9.1复习笔记9.2课后习题详解9.3名校考研真题详解第10章烧结10.1复习笔记10.2课后习题详解10.3名校考研真题详解第11章腐蚀与氧化11.1复习笔记11.2课后习题详解11.3名校考研真题详解第12章疲劳与断裂12.1复习笔记12.2课后习题详解12.3名校考研真题详解内容简介隐藏本书是张联盟主编的《材料科学基础》（第2版）的学习辅导书，主要包括以下内容：（1）梳理知识脉络，浓缩学科精华。

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材料科学基础（武汉理工大学，张联盟版）课后习题及答案第七章第七章答案7-1略7-2浓度差会引起扩散，扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行?为什么?解：扩散是由于梯度差所引起的，而浓度差只是梯度差的一种。

当另外一种梯度差，比如应力差的影响大于浓度差，扩散则会从低浓度向高浓度进行。

7-3欲使Ca在CaO中的扩散直至CaO的熔点（2600℃）时都是非本质扩散，要求三价离子有什么样的浓度？试对你在计算中所做的各种特性值的估计作充分说明。

已知CaO肖特基缺陷形成能为6eV。

解：掺杂M引起V’’Ca的缺陷反应如下：当CaO在熔点时，肖特基缺陷的浓度为：3+2＋所以欲使Ca在CaO中的扩散直至CaO的熔点（2600℃）时都是非本质扩散，M的浓度为，即2＋3+7-4试根据图7-32查取：（1）CaO在1145℃和1650℃的扩散系数值；（2）Al2O3在1393℃2＋3＋和1716℃的扩散系数值；并计算CaO和Al2O3中Ca和Al的扩散活化能和D0值。

解：由图可知CaO在1145℃和1650℃的扩散系数值分别为，Al2O3在1393℃和1716℃的扩散系数值分别为根据可得到CaO在1145℃和1650℃的扩散系数的比值为：，将值代入后可得，Al2O3的计算类推。

7-5已知氢和镍在面心立方铁中的扩散数据为2cm/s和2cm/s，试计算1000℃的扩散系数，并对其差别进行解释。

解：将T=1000℃代入上述方程中可得。

，同理可知原因：与镍原子相比氢原子小得多，更容易在面心立方的铁中通过空隙扩散。

7-6在制造硅半导体器体中，常使硼扩散到硅单晶中，若在1600K温度下，保持硼在硅单晶－3表面的浓度恒定（恒定源半无限扩散），要求距表面10cm深度处硼的浓度是表面浓度的一半，问需要多长时间（已知D1600℃＝8×10－12cm/s；当2时，）？解：此模型可以看作是半无限棒的一维扩散问题，可用高斯误差函数求解。

其中－122=0，，所以有0.5=s。

第四章答案4-1略。

4-2试简述硅酸盐熔体聚合物结构形成的过程和结构特点。

解：聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位，组成大小不同的聚合体。

可分为三个阶段：初期：石英的分化，架状[SiO4]断裂，在熔体中形成了各种聚合程度的聚合物。

中期：缩聚并伴随变形一般链状聚合物易发生围绕Si-O轴转动同时弯曲，层状聚合物使层本身发生褶皱、翘曲、架状聚合物热缺陷增多，同时Si-O-Si键角发生变化。

[SiO4]Na4+[Si2O7]Na6——[Si3O10]Na8+Na2O（短键）3[Si3O10]Na8——[Si6O18]Na12+2Na2O（六节环）后期：在一定时间和温度范围内，聚合和解聚达到平衡。

缩聚释放的Na2O又能进一步侵蚀石英骨架而使其分化出低聚物，如此循环，直到体系达到分化-缩聚平衡为止。

4-3试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。

它们的结构有什么不同？解：利用X射线检测。

晶体SiO2——质点在三维空间做有规律的排列，各向异性。

SiO2熔体——内部结构为架状，近程有序，远程无序。

SiO2玻璃——各向同性。

硅胶——疏松多孔。

4-4影响熔体粘度的因素有哪些？试分析一价碱金属氧化物降低硅酸盐熔体粘度的原因。

解：（1）影响熔体粘度的主要因素：温度和熔体的组成。

碱性氧化物含量增加，剧烈降低粘度。

随温度降低，熔体粘度按指数关系递增。

（2）通常碱金属氧化物（Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O）能降低熔体粘度。

这些正离子由于电荷少、半径大、和O2－的作用力较小，提供了系统中的“自由氧”而使O/Si比值增加，导致原来硅氧负离子团解聚成较简单的结构单位，因而使活化能减低、粘度变小。

4-5熔体粘度在727℃时是107Pa·s，在1156℃时是103Pa·s，在什么温度下它是106Pa·s？解：根据727℃时，η=107Pa·s，由公式得：（1）1156℃时，η=103Pa·s，由公式得：（2）联立（1），（2）式解得∴A=-6.32，B=13324当η=106Pa·s时，解得t=808.5℃。

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。

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）。

考研材料科学基础试题及答案一、选择题1. 材料科学中，下列哪项不是材料的基本性能？A. 力学性能B. 热学性能C. 光学性能D. 化学性能2. 材料的微观结构对其宏观性能有重要影响，以下哪个不是微观结构的组成部分？A. 晶格缺陷B. 晶界C. 相界D. 表面张力3. 材料的塑性变形主要通过以下哪种机制进行？A. 弹性变形B. 位错运动C. 相变D. 热膨胀二、简答题1. 简述材料的相变对材料性能的影响。

2. 描述材料的疲劳现象，并解释其产生的原因。

1. 已知某材料的杨氏模量为210 GPa，泊松比为0.3，求其剪切模量。

四、论述题1. 论述材料的微观结构与宏观性能之间的关系。

参考答案一、选择题1. 答案：D2. 答案：D3. 答案：B二、简答题1. 相变是材料在不同温度和压力下，由一种相态转变为另一种相态的过程。

相变对材料性能的影响主要表现在：- 相变可以改变材料的晶体结构，从而影响其硬度、强度和塑性。

- 相变过程中体积变化可以导致材料的热膨胀或收缩。

- 某些相变如马氏体相变，可以显著提高材料的硬度，但可能降低其韧性。

2. 材料的疲劳是指在反复加载和卸载的过程中，材料逐渐产生损伤并最终导致断裂的现象。

疲劳产生的原因是：- 材料内部的应力集中，使得局部应力超过材料的疲劳极限。

- 材料的循环加载导致位错运动，产生位错堆积，形成微裂纹。

- 微裂纹在循环应力作用下逐渐扩展，最终导致材料断裂。

1. 剪切模量G可以通过杨氏模量E和泊松比ν计算得出，公式为：\[ G = \frac{E}{2(1+\nu)} \]代入已知数值：\[ G = \frac{210 \times 10^9 \text{ Pa}}{2(1+0.3)} \]\[ G = 77.5 \times 10^9 \text{ Pa} \]四、论述题1. 材料的微观结构是指材料在原子、分子或晶体尺度上的特征，包括晶格类型、晶粒尺寸、晶格缺陷、相界等。