材料科学前沿思考题1

材料科学基础习题与答案-第⼆章思考题与例题1. 离⼦键、共价键、分⼦键和⾦属键的特点，并解释⾦属键结合的固体材料的密度⽐离⼦键或共价键固体⾼的原因2. 从结构、性能等⽅⾯描述晶体与⾮晶体的区别。

3. 何谓理想晶体何谓单晶、多晶、晶粒及亚晶为什么单晶体成各向异性⽽多晶体⼀般情况下不显⽰各向异性何谓空间点阵、晶体结构及晶胞晶胞有哪些重要的特征参数4. ⽐较三种典型晶体结构的特征。

（Al 、α-Fe 、Mg 三种材料属何种晶体结构描述它们的晶体结构特征并⽐较它们塑性的好坏并解释。

）何谓配位数何谓致密度⾦属中常见的三种晶体结构从原⼦排列紧密程度等⽅⾯⽐较有何异同5. 固溶体和中间相的类型、特点和性能。

何谓间隙固溶体它与间隙相、间隙化合物之间有何区别（以⾦属为基的）固溶体与中间相的主要差异（如结构、键性、性能）是什么6. 已知Cu 的原⼦直径为A ，求Cu 的晶格常数，并计算1mm 3Cu 的原⼦数。

（7. 已知Al 相对原⼦质量Ar （Al ）=，原⼦半径γ=，求Al 晶体的密度。

8 bcc 铁的单位晶胞体积，在912℃时是；fcc 铁在相同温度时其单位晶胞体积是。

当铁由bcc 转变为fcc 时，其密度改变的百分⽐为多少9. 何谓⾦属化合物常见⾦属化合物有⼏类影响它们形成和结构的主要因素是什么其性能如何10. 在⾯⼼⽴⽅晶胞中画出[012]和[123]晶向。

在⾯⼼⽴⽅晶胞中画出（012）和（123）晶⾯。

11. 设晶⾯（152）和（034）属六⽅晶系的正交坐标表述，试给出其四轴坐标的表⽰。

反之，求（3121）及（2112）的正交坐标的表⽰。

（练习），上题中均改为相应晶向指数，求相互转换后结果。

12.在⼀个⽴⽅晶胞中确定6个表⾯⾯⼼位置的坐标，6个⾯⼼构成⼀个正⼋⾯体，指出这个⼋⾯体各个表⾯的晶⾯指数，各个棱边和对⾓线的晶向指数。

13. 写出⽴⽅晶系的{110}、{100}、{111}、{112}晶⾯族包括的等价晶⾯，请分别画出。

《材料科学基础》复习思考题《材料科学基础》复习思考题第⼀章：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（），（），（）。

第一章绪论1、材料科学与材料工程研究的对象有何异同？答：材料科学：表征和发现材料的基本属性（结构、性能）材料工程：研究材料的制备与加工技术，进行材料剪裁和设计2、为什么材料是人类赖以生存和发展的物质基础？3、为什么材料是科学技术进步的先导？答：先进材料是社会现代化的先导，科技发展—社会进步—材料是基础、是先导4、材料的制备技术或方法主要有哪些？答：从气态制备材料：物理气相沉积（PVD）化学气相沉积（CVD）从液态制备材料：铸造、注浆、注塑、熔融纺丝、凝胶注模、溶胶—凝胶、溶液沉淀、聚合、……从固态制备材料：固相合成、粉末冶金、陶瓷烧结5、材料的加工技术主要包括哪些内容？答：金属：煅造、退火、回火、淬火等热处理、车、刨、镗、磨等加工，焊接陶瓷：切割研磨、抛光、腐蚀、金属化等玻璃：钢化、刻蚀、抛光、吹拉加工等聚合物：热塑焊接、热塑加工等11、钢铁材料是如何分类的？其主要发展趋势？答：分类：铁、铁合金、非合金钢、低合金钢、合金钢、高合金钢，还可按用途、冶炼方法、材型、碳含量分类。

发展趋势：高洁净度，超细晶，高均匀性，微合金化12、有色金属材料分为哪些类别？各有何特点？答：黑色金属；重有色金属；轻有色金属；贵金属；稀有金属；放射性金属；半金属13、化工材料主要有哪些？答：天然高分子；半合成高分子；合成高分子；塑料；橡胶纤维；涂料；胶粘剂；功能高分子14、建筑材料有何特点？答：主要建材产品产量均为世界第一，是建材生产大国，但不是强国。

建材属于“三高一低”产品：高资耗、高能耗、高污染、低附加值。

15、电子信息材料主要有哪些？其发展特点？答：微电子材料、光电子材料、电子陶瓷、电池材料等，如各种半导体、芯片材料、基片材料、光刻材料、连线或引线、封装材料等。

发展特点与趋势：年年有更新，3~5年换代，5~8年性能提高一个数量级。

产业与国外差距5~10年，主要是原料基础差，装备水平较低，产业规模小，产品质量可靠性差。

《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案四川大学考研bbs (. scuky. /bbs)欢迎您报考川大！《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案第二章2T.按照能级写出N、0、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布 (用方框图表示)。

2-2.的镁原子有13个中子，11. 17%的镁原子有14个中子，试计算镁原子的原子量。

2-3.试计算N壳层内的最大电子数。

若K、L、M、N壳层中所有能级都被电子填满时，该原子的原子序数是多少？2-4.计算0壳层内的最大电子数。

并定出K、L、M、N、0壳层中所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。

2-5.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类，简单说明理由。

2-6.按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式：(1)C02的分子键合(2)甲烷CH4的分子键合(3)乙烯C2II4的分子键合(4)水1120的分子键合(5)苯环的分子键合(6)譏基中C、0间的原子键合2-7.影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些？2-8.试解释表2-3-1中，原子键型与物性的关系？2-9. 0°C时，水和冰的密度分别是1. 0005g/cm3和0. 95g/cm3,解释这一现象？2-10.当CN=6时，K+离子的半径为0. 133nm（a）当CN二4时，半径是多少？（b）CN=8时，半径是多少？2-11. （R利用附录的资料算出一个金原子的质量？（b）每mm3的金有多少个原子？（c）根据金的密度，某颗含有1021个原子的金粒，体积是多少？（d）假设金原子是球形（rAu=0.144lnm）, 并忽略金原子之间的空隙，则1021个原子占多少体积？（e）这些金原子体积占总体积的多少百分比？2-12. 一个CaO的立方体晶胞含有4个52+离子和4个02-离子，每边的边长是0. 478nm,则CaO的密度是多少？2-13.硬球模式广泛的适用于金属原子和离子，但是为何不适用于分子？2-14.计算（Q）面心立方金属的原子致密度；（b）面心立方化合物NaCl的离子致密度（离子半径rNa+=0. 097, rCl-二0.181）；（C）由计算结果，可以引出什么结论？2-15.铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0. 287nm,请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子个数。

《材料科学基础教程》复习题与思考题一、选择与填空1-1下列组织中的哪一个可能不是亚稳态，即平衡态组织a)马氏体+残余奥氏体 b)上贝氏体 c)铁素体+珠光体 d)奥氏体+贝氏体1-2下列组织中的哪一个可能不是亚稳态a) 铁碳合金中的马氏体 b) 铁碳合金中的珠光体+铁素体c) 铝铜合金中的α+GPZ d) 铁碳合金中的奥氏体+贝氏体1-3单相固溶体在非平衡凝固过程中会形成成分偏析：a)若冷却速度越大，则成分偏析的倾向越大；b)若过冷度越大，则成分偏析的倾向越大；c)若两组元熔点相差越大，则成分偏析的倾向越小；d)若固相线和液相线距离越近，则成分偏析的倾向越小。

1-4有两要平等右螺旋位错，各自的能量都为E1，当它们无限靠近时，总能量为。

a) 2E1 b) 0 c) 4E11-13两根具有反向柏氏矢量的刃型位错在一个原子面间隔的两个平行滑移面上相向运动以后，在相遇处。

a) 相互抵消 b) 形成一排间隙原子 c) 形成一排空位1-15位错运动方向处处垂直于位错线，在运动过程中是可变的，晶体做相对滑动的方向。

a) 随位错线运动方向而改变 b) 始终是柏氏矢量方向 c) 始终是外力方向1-16位错线张力是以单位长度位错线能量来表示，则一定长度位错的线张力具有量纲。

a) 长度的 b) 力的 c) 能量的1-17位错线上的割阶一般通过形成。

a) 位错的交割 b) 共格界面 c) 小角度晶界1-7位错上的割阶一般通过形成。

a) 孪生 b) 位错的交滑移 c) 位错的交割1-23刃形位错的割阶部分。

a) 为刃形位错 b) 为螺形位错 c) 为混合位错1-24面心立方晶体中Frank不全位错最通常的运动方式是。

a) 沿{111}面滑移 b) 沿垂直于{111}的面滑移 c) 沿{111}面攀移1-25位错塞积群的一个重要效应是在它的前端引起。

a）应力偏转 b)应力松弛 c)应力集中1-26面心立方晶体中关于Shcockley分位错的话，正确的是。

一、材料科学的重要性？1．材料是生活、生产的物质基础,新材料往往是现代科学技术的物质基础。

2．新材料是工业产品升级换代的的关键。

3．新材料是克服能源短缺的重要途径之一。

二、列举几种新兴的金属材料？（名称、特点、用途）1.金属塑料集塑料和金属特点于一身的新型材料———“金属塑料”。

长期以来，在国际科学界，如何让金属材料具有塑料的玻璃形成能力一直是一个焦点问题。

由我国科学家研制的“金属塑料”，结合了金属与塑料的部分特性，在开水中就可以像橡皮泥一样，很容易进行变形处理。

当温度降到室温，它又恢复了一般金属玻璃所具有的优良性能。

这种“金属塑料”在很多领域都具有重大的应用和研究价值，可作为纳米、微米加工和复写的优良材料，将来可使汽车部件像塑料一样便宜。

2.金属陶瓷金属陶瓷的性能：金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点，它密度小、硬度高、耐磨、导热性好，不会因为骤冷或骤热而脆裂。

另外，在金属表面涂一层气密性好、熔点高、传热性能很差的陶瓷涂层，也能防止金属或合金在高温下氧化或腐蚀。

金属陶瓷既具有金属的韧性、高导热性和良好的热稳定性，又具有陶瓷的耐高温、耐腐蚀和耐磨损等特性。

金属陶瓷的用途：金属陶瓷广泛地应用于火箭、导弹、超音速飞机的外壳、燃烧室的火焰喷口等地方。

3.生物钢生物钢指的是羊奶钢，也指牛奶钢。

由转基因羊奶纤维织出的布，比防弹衣的强度还大十几倍。

这种超强坚韧的物质，是阻挡枪弹射击的理想材料，也可以用来制造坦克、飞机与装甲车，以及作为军事建筑物的理想“防弹衣”。

“生物钢”，不仅有钢铁的强度，而且还可以生物降解，不会带来环境污染，可替代引起白色污染的高强度包装塑料和商业用渔网，以及用于医学方面的手术线或人造肌肤。

4.储氢合金一种新型合金，一定条件下能吸收氢气，一定条件能放出氢气：循环寿命生能优异，并可被用于大型电池，尤其是电动车辆、混合动力电动车辆、高功率应用等等。

储氢合金储氢本领却比氢气瓶的本领很多，因为它能像海绵吸水一样把钢瓶内的氢气全部吸尽。

1.简述什么是材料科学研究材料组分、结构、性能相互关系和变化规律的科学，是一门基础应用学科。

2.什么是工程材料？工程材料分为哪些类别？凡与工程相关的材料均可称为工程材料。

按性能可分为结构材料和功能材料；按化学方法分为金属材料，陶瓷材料，高分子材料和复合材料。

3.什么是新材料？开发新材料的重要意义是什么？新材料：相对于传统的材料而言。

经过新工艺新技术制造的整合原有材料的功能的材料。

意义：对高科技和新技术的发展具有非常关键的作用；是发展高科技的物质基础；是国家在科技领域处于领先地位的标志之一。

4.钢的分类方法很多通常有哪些分类？按冶金方法分：平炉、转炉、电炉（镇静钢、半镇静钢，沸腾钢）。

按化学成分分：碳钢(普通碳钢，优质碳钢)，合金钢(合金元素，合金含量)；按质量分：普通质量钢，优质质量钢，高级优质钢。

按金相分：退火态(P+F，珠光体钢，P+Fe3C)，正火态(珠光体钢，贝氏体钢，奥氏体钢)；冷却时有无相变(铁素体，马氏体，奥氏体，双相钢)；按用途分：工程结构钢，机器零件用钢，工程模具用钢，特殊用钢（不锈钢，耐热钢、磁钢）。

5.通常钢中的P，S控制钢的质量，按质量等级碳素钢，合金钢的钢材质量可分为哪些等级，P，S含量是如何控制的?可分为五种情况：1）形成非金属夹杂物（如氧化物、氮化物和硫化物等），2）溶入固熔体，3）形成碳化物，4）自由存在，5）金属间化合物。

7.按化学成分如何区分低中高碳钢和低中高合金钢？碳钢：(含碳量)低碳钢≤0.25％，中碳钢0.3－0.6％，高碳钢≥0.6％；合金钢：(合金元素)低合金钢<5％，中合金钢5－10％，高合金钢>10％8.利用晶界偏聚理论解释钢的第二类回火脆性以及硼钢的淬透性问题钢的溶质原子在晶界的浓度大大超过在基体中的平均浓度的现象，称为晶界偏聚。

淬火钢在淬火、回火过程中，Ni、Cr、Sb、Sn、P等都向原A晶界偏聚，产生晶界偏聚现象，Ni、Cr不仅自身偏聚，而且促进杂质元素的偏聚。

第1章绪论思考题1．材料科学与工程的四个基本要素解：制备与加工、组成与结构、性能与应用、材料的设计与应用2．材料科学与工程定义解：关于材料组成、结构、制备工艺与其性能及使用过程间相互关系的知识开发及应用的科学。

3．按材料特性，材料分为哪几类？金属通常分哪两大类？无机非金属材料分哪四大类？高分子材料按使用性质哪几类？解：按材料特性，材料分为：金属材料、无机非金属材料、和有机高分子材料三类。

金属材料分为：黑色金属材料和有色金属材料。

无机非金属材料分为：混泥土（水泥）、玻璃、砖及耐火材料、陶瓷四大类。

高分子材料按使用性能分为：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等类。

4．金属﹑无机非金属材料﹑高分子材料的基本特性解：①金属材料的基本特性：a.金属键；b.常温下固体，熔点较高；c.金属不透明，具有光泽；d.纯金属范性大、展性、延性大；e.强度较高；f.导热性、导电性好；g.多数金属在空气中易氧化。

②无机非金属材料的基本性能：a.离子键、共价键及其混合键；b.硬而脆；c.熔点高、耐高温，抗氧化；d.导热性和导电性差；e.耐化学腐蚀性好；f.耐磨损；g.成型方式：粉末制坯、烧结成型。

③高分子材料的基本特性：a.共价键，部分范德华键；b.分子量大，无明显熔点，有玻璃化转变温度（Tg）和粘流温度（Tf ）；c.力学状态有三态：玻璃态、高弹态和粘流态；d.质量轻，比重小；e.绝缘性好；f.优越的化学稳定性；g.成型方法较多。

第2章物质结构基础Structure of Matter思考题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？解：主量子数n、角量子数l、磁量子数m l、自旋量子数m s2．在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？解：泡利不相容原理、能量最低原理、洪特规则3．配位数及其影响配位数的因素解：配位数：一个原子周围具有的第一邻近原子（离子）数。

影响因素：①共价键数；②原子的有效堆积（离子和金属键合）。

材料科学与工程前沿问题和热点方向展望随着现代科技的不断发展和人类对于材料需求的不断增长，材料科学与工程作为一门重要的学科发展迅速，并涉及到许多前沿问题和热点方向。

本文将探讨一些目前材料科学与工程领域的前沿问题，并展望其未来的发展方向。

材料科学与工程的前沿问题之一是纳米材料。

纳米材料是指具有特殊结构和特性的材料，其粒径在1-100纳米之间。

由于其尺寸效应和量子效应的存在，纳米材料表现出独特的物理、化学和生物特性。

纳米材料具有巨大的应用潜力，例如在电子、光电、催化和生物医学领域等方面。

未来的研究重点将围绕着纳米材料的制备、表征和应用展开，以实现更好的性能和应用。

另一个前沿问题是功能材料。

功能材料是指具有特殊功能和性能的材料，可以通过调控其结构和组成实现特定的功能。

例如，磁性材料可以应用于磁存储、磁传感器和医学诊断等领域；光学材料可以应用于光电子器件和激光器；能源材料可以应用于太阳能电池和储能系统等。

未来的研究将注重功能材料的设计、制备和性能优化，以满足不同领域对特定功能的需求。

材料的可持续性也是一个重要的前沿问题。

随着资源的日益稀缺和环境问题的日益严重，材料科学家和工程师们正在寻找可持续性解决方案。

这包括通过材料的再生利用、废弃物资源化和绿色制备等方式减少对自然资源的消耗和环境的污染。

未来的研究将聚焦于可持续性材料的开发和应用，以实现资源的有效利用和环境的保护。

此外，新的材料制备技术也是材料科学与工程的热点方向之一。

传统的材料制备方法存在一些限制和缺陷，例如成本高、能耗大和环境污染等。

因此，研究人员正在探索新的制备技术，例如纳米级3D打印技术、溶胶凝胶法、等离子体技术和仿生制备方法等。

这些新的制备技术有望解决传统制备方法的问题，并创造出更多种类和高性能的材料。

在材料科学与工程的未来发展中，还有一些潜在的前沿问题和热点方向值得关注。

例如，材料的力学行为和耐久性是一个重要的方向，涉及到材料的力学性能和使用寿命的评估。

1.描述孪晶与滑移的异同，比较他们在塑性变形中的作用滑移和孪晶都是切应变，而且只有外加切应力分量大于晶体的临界切应力分量的时候才能开始，然而，滑移使不均匀切变，孪晶是均匀切变2.分析加工硬化，细晶强化，固溶强化与第二相强化在本质上有什么异同加工硬化使指经金属材料经过冷加工变形后，强度显著提高，而塑型很快下降。

细晶强化，是指通过晶粒粒度的细化来提高金属的强度固溶强化是指溶质原子的存在及其固溶度的增加，使基体的变形抗力随之提高第二相强化，复相合金与单相合金相比，除基体相以外，还有第二相存在。

当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相中时，将会产生显著的强化作用。

不同点：他们的机理不同相同点：都能提高材料的强度3.试着用多晶体塑变理论解释，室温下金属越细强度越高，塑性也就越好的现象室温变形时由于晶界强度高于晶内所以晶粒越细单位体积内所包含的晶界越多，其强化效果也就越好，可以由hall-petch公式描述。

4.简述不可形变第二相弥散强化机制当合金为多相组织结构时，其变形还会受到第二相的影响，呈弥散的强化效果。

党运动的位错与不可形变的第二相粒子相遇时，将受到粒子的阻挡，使位错线绕着它弯曲，随着外加应力的增大，位错线受阻部分弯曲家加剧，以致围绕着粒子的位错线在左右两边相遇，于是正负位错彼此抵消，形成了包围着位错的粒子留下，而位错其余部分则越过粒子继续移动。

5.何谓晶体滑移的临界分切应力？说明测定单晶体临界分切应力的实验方法晶体滑移是在切应力作用下进行的，但其中许多滑移系并非同时参与滑移，而只有当外力在某一滑移系中的分切应力达到一定的临界值时，该滑移系方可首先发生滑移，该分切应力称为滑移的临界分切应力。

确定晶体材料临界分切应力的主要方法是通过制备单晶试样并进行压缩试验后分析而得6.胞状亚结构的形成条件是什么变形程度较高，材料类型属于层错能较高的金属或合金7.简述可形变第二相弥散强化机制当第二相弥散的微粒均匀分布于基体相中时，将会产生显著的强化作用。

材料科学与工程基础思考题姓名： 程扬 学号： 111100322 班级： 高分子1101班1、计算NaCl 的填充因子，离子半径：Na + = 0.102 nm, Cl - = 0.181 nm解：晶格常数：a =2r Na ++2r Cl −=2× 0.102+0.181 nm =0.566nm ;晶胞体积：V 1=a 3=0.5663nm 3=0.18132nm 3离子体积：V 2= V Na ++ V Cl −=4×43πr Na +3+4×43πr Cl −3= 4×4 3π×0.1023+4×43π×0.1813 nm 3=0.117134nm 3填充因子：x NaCl =V 2V 1=0.1171340.18132=0.6462、计算NaCl 的密度，离子半径Na + = 0.102 nm, Cl - = 0.181 nm ，Na 的摩尔质量为22.99g/mol ，Cl 的摩尔质量为35.45g/mol 。

解：晶格常数：a =2r Na ++2r Cl −=2× 0.102+0.181 nm =0.566nm ;晶胞体积：V =a 3=0.5663nm 3=0.18132nm 3=1.8132×10−22cm 3一个晶胞中离子的质量：m = m Na ++ m Cl −=46.02×1023× 22.9+35.45 g =3.877×10−22g密度 ρ=m V = 3.877×10−22g1.8132×10−22cm 3=2.1382 g/cm 33、计算CsCl 的填充因子，已知离子半径：Cs + = 0.170 nm, Cl - = 0.181 nm解：由题意可得： 3a =2r Cs ++2r Cl −=2× 0.170+0.181 nm =0.702nm则：晶格常数 a =0.4053nm晶胞体积：V 1=a 3=0.40533nm 3=0.06658 nm 3离子体积：V 2= V Cs ++ V Cl −=43πr Cs +3+43πr Cl −3= 4 3π×0.1703+43π×0.1813 nm 3=0.04542nm 3填充因子：x CsCl =V 2V 1=0.045420.06658=0.68234、在离子晶体中，密堆积的负离子恰好互相接触并与中心正离子也恰好相互接触时，正负离子的半径比为临界半径比，分别计算：(1)立方体配位；(2)八面体配位；(3)四面体配位和(4)三角形配位的临界半径比。

1.航空器发展对材料的要求有哪些?答：耐高温、高比强、抗疲劳、耐腐蚀、长寿命和低成本。

2.什么是自然资源,属性是什么？自然资源分为哪几类？答：（1）人类可以直接从自然界获得并用于生产和生活的物质。

（2）属性包括：自然+经济。

（3）可分为三类：无穷——空气、风、太阳能；可再生——生物体、水、土壤；非再生，矿物、化石燃料。

3.环境的定义是什么？环境污染的实质是什么？对人类而言环境的作用有哪些？答：（1）环境是人类周围一切物质、能量和信息的总和。

（2）人类索取超过资源再生+排放废弃物数量超过环境自净能力。

（3）首先，生存的基本条件——物质基础；其次，环境对废物消纳及转化，保证延续；第三，提供精神享受。

4.什么是资源保护？如何提高资源效率减轻环境污染？（1）广义——在维护生态系统及其综合体中，对资源采取的平衡行动；狭义——对资源综合利用，提高资源效率。

（2）1》通过技术革新，提高生产效率，减少废物排放；2》保护资源，加强资源综合利用，特别是废弃物的回收。

5.什么是金属间化合物，金属间化合物的特点是什么？答：指两种金属或金属与类金属组成的具有整数化学计量比的化合物。

特点：密度低、屈服强度随温度升高而提高、比刚度高、熔点高、高温强度好、抗氧化性能优良等。

6.金属间化合物分为哪几类，各自的特点是什么？答：分类及特点：①正常价化合物：符合化合物原子价规律。

键特点: 电子转移和共用电子对。

a.金属倾向与345副族元素形成化合物,b.金属正电性越强, B族负电性越强,越易形成,越稳定。

②电子化合物：a.不符合原子价规则，成分不定b.结构由e浓度决定，超点阵结构。

c.金属键。

③间隙化合物：AR大过渡族金属元素和AR小的C、N、B等元素组成；高熔点；高硬度。

④复杂化合物：更复杂结构的间隙化合物——渗碳体及碳化物。

7.二元Ti3Al合金的缺点有哪些，其发展思路是什么？答：缺点：室温断裂韧性、冲击韧性低、O相合金的抗氧化问题、高Nb合金抗氧化性差。

材料科学基础思考题（纯金属的晶体结构部分）1、解释下列名词：合金、组织、结构、金属材料、材料科学、空间点阵、晶胞、晶格常数、晶带、致密度、配位数、同素异构转变。

2、说明布拉菲点阵的立方晶系无底心立方点阵的原因。

3、在一个立方晶胞中绘出{110}所包含的晶面。

4、在一个立方晶胞中绘出下列晶面和晶向：（123）、5、说明下列晶面是否属于同一晶带，若是则指出晶带轴的方向。

6、计算面心立方点阵中（110）晶面的面间距以及原子面密度。

7、计算体心立方点阵中（111）晶面的面间距以及原子面密度。

8、在六方晶胞中绘出（1121）和 [1 1 2 3]。

9、熟记fcc 、bcc 、hcp 晶胞中的原子数、原子半径、配位数、致密度、典型元素。

10、面心立方点阵和密排六方点阵配位数和致密度相同，为什么具有不同的原子排列。

11、面心立方结构间隙的类型、大小、数量如何。

12、体心立方结构间隙的类型、大小、数量如何。

材料科学基础思考题[112]、[11 1]、[ 1 1 0](112) （110）（110）、（3 11）、（13 2）（纯金属的结晶部分）1、试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△Gc与其体积V之间的关系式为：△Gc =V△G B /22、如果临界晶核是边长为a的正方体，试求出其△Gc和a的关系。

为什么形成立方体晶核的△Gc 比球形晶核要大?3、为什么金属结晶时一定要有过冷度?影响过冷度的因素是什么?4、试比较均匀形核与非均匀形核的异同点。

5、形核需要哪些条件。

6、论述晶体长大机理；说明晶体成长与温度梯度的关系。

7、简述三晶区形成的原因及每个晶区的性能。

8、为了得到发达的等轴晶区应该采取什么措施?为了得到发达的等轴晶区应采取什么措施？其基本原理如何。

9、对比说明金属与非金属结晶动力学综合曲线的区别。

10、能否说过冷度越大，形核率越大。

11、指出下列各题错误之处，并改正之。

（1）所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能增加时的晶胚大小。

《材料科学与工程概论》复习思考题一、名词解释1.磁化曲线：磁感应强度或磁化强度与外加磁场强度的关系曲线称为磁化曲线。

2.磁滞效应及磁化曲线：磁感应强度的变化总是落后于磁场强度的变化，这种效应称为磁滞效应。

由于磁滞效应的存在，磁化一周得到一个闭合回线，称为磁滞回线。

3.磁致伸缩：铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸伸长（或缩短），去掉外磁场后，其又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象（或效应）。

4. 硅酸盐材料：化学组成为硅酸盐类的材料称为硅酸盐材料，也称为无机非金属材料。

5. 水泥：水泥是一种粉末状的谁硬性胶凝材料，加入适量水拌合后成为塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并可将砂、石、纤维和钢筋等材料牢固地念接起来，成为有较高强度的石状体，是建造高楼大厦、桥梁隧道、港口码头等工程的主要材料。

6. 复合材料：将两种或两种以上的单一材料复合可获得新的材料，这些新的材料保留了原有材料的优点，克服和弥补了各自的缺点，并显示出一些新的特性，这就是复合材料。

7. 合金：由一种金属跟另一种或几种金属或非金属所组成的具有金属特性的物质叫合金。

8. 晶体：由结晶物质构成的、其内部的构造质点(如原子、分子)呈平移周期性规律排列的固体。

长程有序，各向异性。

9. 晶粒：结晶物质在生长过程中，由于受到外界空间的限制，未能发育成具有规则形态的晶体，而只是结晶成颗粒状称晶粒。

10.晶界：结构相同而取向不同晶粒之间的界面。

在晶界面上，原子排列从一个取向过渡到另一个取向，故晶界处原子排列处于过渡状态。

晶粒与晶粒之间的接触界面叫做晶界。

11.高分子材料：由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料等。

12.二、填空题材料分为天然材料和人工材料两大类。

材料的电学性能包括电阻率和电导率以及超导电性等。

材料的磁学性能中按照物质对磁场反应的大小可分为顺磁性、抗磁性、铁磁性。

材料的热学性能包括热容、热导率、熔化热、热膨胀、熔沸点等性质。

《材料科学基础教程》复习题与思考题一、选择与填空1-1下列组织中的哪一个可能不是亚稳态，即平衡态组织？a)马氏体+残余奥氏体 b)上贝氏体 c)铁素体+珠光体 d)奥氏体+贝氏体1-2下列组织中的哪一个可能不是亚稳态？a) 铁碳合金中的马氏体 b) 铁碳合金中的珠光体+铁素体c) 铝铜合金中的α+GPZ d) 铁碳合金中的奥氏体+贝氏体1-3单相固溶体在非平衡凝固过程中会形成成分偏析：a)若冷却速度越大，则成分偏析的倾向越大；b)若过冷度越大，则成分偏析的倾向越大；c)若两组元熔点相差越大，则成分偏析的倾向越小；d)若固相线和液相线距离越近，则成分偏析的倾向越小。

1-4有两要平等右螺旋位错，各自的能量都为E1，当它们无限靠近时，总能量为。

a) 2E1 b) 0 c) 4E11-13两根具有反向柏氏矢量的刃型位错在一个原子面间隔的两个平行滑移面上相向运动以后，在相遇处。

a) 相互抵消 b) 形成一排间隙原子 c) 形成一排空位1-15位错运动方向处处垂直于位错线，在运动过程中是可变的，晶体做相对滑动的方向。

a) 随位错线运动方向而改变 b) 始终是柏氏矢量方向 c) 始终是外力方向1-16位错线张力是以单位长度位错线能量来表示，则一定长度位错的线张力具有量纲。

a) 长度的 b) 力的 c) 能量的1-17位错线上的割阶一般通过形成。

a) 位错的交割 b) 共格界面 c) 小角度晶界1-7位错上的割阶一般通过形成。

a) 孪生 b) 位错的交滑移 c) 位错的交割1-23刃形位错的割阶部分。

a) 为刃形位错 b) 为螺形位错 c) 为混合位错1-24面心立方晶体中Frank不全位错最通常的运动方式是。

a) 沿{111}面滑移 b) 沿垂直于{111}的面滑移 c) 沿{111}面攀移1-25位错塞积群的一个重要效应是在它的前端引起。

a）应力偏转 b)应力松弛 c)应力集中1-26面心立方晶体中关于Shcockley分位错的话，正确的是。

第1章绪论思考题1．材料科学与工程的四个基本要素解：制备与加工、组成与结构、性能与应用、材料的设计与应用2．材料科学与工程定义解：关于材料组成、结构、制备工艺与其性能及使用过程间相互关系的知识开发及应用的科学。

3．按材料特性，材料分为哪几类？金属通常分哪两大类？无机非金属材料分哪四大类？高分子材料按使用性质哪几类？解：按材料特性，材料分为：金属材料、无机非金属材料、和有机高分子材料三类。

金属材料分为：黑色金属材料和有色金属材料。

无机非金属材料分为：混泥土（水泥）、玻璃、砖及耐火材料、陶瓷四大类。

高分子材料按使用性能分为：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等类。

4．金属﹑无机非金属材料﹑高分子材料的基本特性解：①金属材料的基本特性：a.金属键；b.常温下固体，熔点较高；c.金属不透明，具有光泽；d.纯金属范性大、展性、延性大；e.强度较高；f.导热性、导电性好；g.多数金属在空气中易氧化。

②无机非金属材料的基本性能：a.离子键、共价键及其混合键；b.硬而脆；c.熔点高、耐高温，抗氧化；d.导热性和导电性差；e.耐化学腐蚀性好；f.耐磨损；g.成型方式：粉末制坯、烧结成型。

③高分子材料的基本特性：a.共价键，部分范德华键；b.分子量大，无明显熔点，有玻璃化转变温度（Tg）和粘流温度（Tf ）；c.力学状态有三态：玻璃态、高弹态和粘流态；d.质量轻，比重小；e.绝缘性好；f.优越的化学稳定性；g.成型方法较多。

第2章物质结构基础 Structure of Matter思考题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？解：主量子数n、角量子数l、磁量子数m l、自旋量子数m s2．在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？解：泡利不相容原理、能量最低原理、洪特规则3．配位数及其影响配位数的因素解：配位数：一个原子周围具有的第一邻近原子（离子）数。

影响因素：①共价键数；②原子的有效堆积（离子和金属键合）。

材料科学基础思考题第二章1.什么是点阵参数？正方晶系和立方晶系的空间点阵的特征是什么？点阵参数是描述点阵单胞几何形状的基本参数，由六个参数组成，即三个边长a、b、c和它们之间的三个夹角αβγ。

正方晶系的点阵参数特征是a≠b≠c，α＝β＝γ＝90立方晶系的点阵参数特征是a＝b＝c α＝β＝γ＝902.划分大角度晶界和小角度晶界的依据是什么？并讨论构成小角度晶界的结构模型？依据是按界面两侧晶粒间的取向差，小于15度称小角度晶界，大于15度称大角度晶界。

小角度晶界的结构模型是位错模型，比如对称倾转晶界用一组平行的刃位错来描述。

3.为什么固溶体的强度常比纯金属高？因为合金中两类原子尺寸不同，引起点阵畸变，阻碍位错运动，造成固溶强化。

4.固溶体与中间相的主要差异固溶体保持纯金属的晶体结构，中间相的结构一般与两组元的结构都不同；固溶体原子间以金属键为主，中间相以共价键以及离子键为主；固溶体塑韧性好，，中间相的强度高，韧性较差。

5.小角度晶界由位错构成，其中对称倾转晶界由刃型位错构成，扭转晶界由螺型位错构成。

第三章1.晶体中若是有较多的线缺陷、面缺陷，其强度会明显上升，这些现象称为什么？强度提高的原因？称为形变强化和晶界强化。

原因是两类缺陷的增多都明显阻碍位错的运动，从而提高强度。

2.第四章1.写出非稳态扩散方程式的表达式，说明影响方程式中扩散系数的主要原因，扩散系数的物理意义扩散系数——表示气体（或固体）扩散程度的物理量。

扩散系数是指当浓度为一个单位时,单位时间内通过单位面积的气体量,影响方程中扩散系数的主要原因有温度、晶体结构、晶体结构、晶体缺陷、固溶体类型、扩散元素性质、扩散组元浓度。

2.扩散系数的物理意义？扩散系数的一般表达式，指出各个符号的意义，并指出固溶体类型和晶体类型对扩散有和影响？扩散系数的物理意义是：第五章1、指出影响冷变形后金属再结晶温度的主要因素。

要获得细小的再结晶晶粒，有哪些主要的措施？①变形程度的影响：随着冷变形程度的增加，储能也增加，再结晶的驱动力就越大，因此再结晶温度越低，同时等温退火时的再结晶速率也越快。

金属材料领域前沿科学问题金属材料领域的前沿科学问题，乍一听，好像很高大上，其实说白了就是研究那些能让我们日常生活更美好的材料。

你想啊，从你手里拿的手机壳到厨房里用的锅碗瓢盆，再到楼顶上闪闪发亮的太阳能板，哪一样离不开金属材料？可是，问题来了，这些金属材料可不是一成不变的，它们有很多"脾气"，我们得想办法了解它们，甚至让它们更“听话”——更加耐用、更加轻便、更加环保！这不就是科技的魔力吗？让生活变得更美好，让世界变得更强大。

你说说看，有多少人一到冬天就抱怨手机信号不好，甚至有些金属的东西会在低温下“生病”，导致性能下降。

这就说明了一个问题：金属可不是万能的！它们也有脆弱的一面，尤其是遇到一些极端环境，可能就像人一样会“生气”或者“崩溃”。

所以，如何让金属材料在各种极端环境下都能保持稳定，长时间不掉链子，这可就成了研究的重点。

再说到金属的“体重”，大家都知道，重的东西不方便搬动，尤其是像飞机、汽车这些需要节省每一分重量的交通工具。

想想看，一辆汽车如果能减轻个几十斤，燃油效率肯定能大大提升，对吧？所以，怎么找到既轻又坚固的金属材料成了“头号难题”。

要是能做出来一种金属，轻得像羽毛，硬得像钢铁，谁不想要呢？可惜，哪有那么简单。

要是那么容易，世界上早就没有“金属的烦恼”了。

这时候，有一种材料的“崛起”让大家眼前一亮——合金！你看，纯金属常常有它自己的局限性，而合金就像是金属界的“大杂烩”，把几种不同性质的金属材料混合起来，打造出一种新的、更符合需求的材料。

比如铁和碳合成的钢，它的强度和韧性就比纯铁强多了。

合金的好处就是，能够根据需要进行调整，从而具备多重优点。

但合金的难题就在于，想要精确地调控每个成分，简直比做菜还要讲究。

太多了不好，太少了也不行，必须恰到好处。

更有意思的是，你知道吗？现在很多研究者甚至开始关注“自愈合金属”。

这听起来是不是像科幻小说里的东西？说白了就是这些金属能自己“愈合”，比如表面出现了细微裂纹，这些裂纹居然能够通过某种机制自动修复。

实验1思考题1、如何根据聚合物材料的应力一应变曲线来判断材料的性能？（1）材料硬而脆：在较大应力作用下，材料仅发生较小的应变，并在屈服点之前发生断裂，具有高的模量和抗张强度，但受力呈脆性断裂，冲击强度较差。

（2）材料硬而强：在较大应力作用下，材料发生较小的应变，在屈服点附近断裂，具高模量和抗张强度。

（4）材料软而韧：模量低，屈服强度低，断裂伸长率大，断裂强度较高，可用于要求形变较大的材料。

（3）材料硬而韧：具高模量和抗张强度，断裂伸长率较大，材料受力时，属韧性断裂。

以上三种聚合物由于强度较大，适于用做工程塑料。

（5）材料软而弱：模量低，屈服强度低，中等断裂伸长率。

如未硫化的天然橡胶。

（6）材料弱而脆：一般为低聚物，不能直接用做材料。

2、在拉伸实验中，如何测定模量？弹性模量就是应力与应变的比值，也就是拉伸实验得到的曲线中弹性部分直线的斜率3、拉伸强度与断裂伸长率会随拉伸速度的改变而变化吗？为什么？拉伸速度越快，断裂伸长率越小，拉伸强度越大。

数据不稳定，测试时间短，实验误差大拉伸速度越慢，断裂伸长率越大，拉伸强度越小。

数据相对稳定，测试时间长，实验误差小因为拉伸速度越快，高分子材料内部分子还来不及改变自己分子链结构来适用拉伸就已经超过了整个材料的屈服，所以容易被拉断伸长率变小，但是这个时候同时被拉断的分子有很多，所以强度大。

而速度慢的时候内部分子有时间通过改变分子键价结构来适用这个拉力，所以伸长率变大；整个过程屈服的作用就不那么明显，所以强度变小。

4、结晶聚合物（如POM)与无定形聚合物（如PS)的应力一应变曲线有何不同？塑料与橡胶呢？晶态聚合物拉伸时，经历了五个阶段。

除了E和σt都较大外，其主要特点是细颈化和冷拉。

所谓“细颈化”是指试样在一处或几处薄弱环节首先变细，此后细颈部分不断扩展，非细颈部分逐渐缩短，直至整个试样变细为止。

这一阶段应力不变，应变可达500％以上。

由于是在较低温度下出现的不均匀拉伸（注：玻璃态聚合物试样在拉伸时横截面是均匀收缩的），所以又称为“冷拉”。