无机材料结构与性能复习题(完整版) (1)

一、晶体外形中可能出现的独立宏观对称要素有几个分别是哪几个八个。

1. 对称中心（ C ）2.对称面( P )3.对称轴（L1L2L3L4L6 ）4.倒转轴( Li4 ) 5映转轴（ Ls4= Li4 ）二、 晶族、晶系、对称型的数目分别是 _3_、__7 、_32_ 。

三、1.一个立方晶系晶胞中，一晶面在晶轴X 、Y 、Z 上的截距分别为2a 、1/2a 、2/3a ，求此晶面的晶面指数。

（143）2、一个四方晶系晶体的晶面，在X 、Y 、Z 轴上的截距分别为3a 、4a 、6c ，求该晶面的晶面指数。

（432）3、六方柱某晶面与X 、Y 轴正端等长相截，与Z 轴平行，采用四轴定向，写出晶面符号。

(11*0)4、可能表示与a 轴垂直的晶面符号有( B )A 、(112)B 、(100)C 、(010)D 、(001)E 、(111)5、下面表示与a 轴平行的晶面符号有( C )A 、(111)B 、(110)C 、(011)D 、(110)E 、(100)6、(211)晶面表示了晶面在晶轴上的截距为（ B ）A 、2a, b, cB 、a,2b ,2cC 、a,b,cD 、2a,b,2cE 、2a,2b,c7、(312)晶面表示了晶面在晶轴上的截距分别为— — —。

2a,6b,3c8、请写出单斜、六方、四方和等轴四个晶系的对称特点和晶体常数。

四、求位于晶带[rst]和晶带[uvw]相交处的晶面(hkl ）因为 hr+ks+lt=0，hu+kv+lw=0可用行列式表示例：求位于[010]和[001]两晶带相交处的晶面 (hkl) (100) h=l ×l-0×0＝1，k ＝0×0-1×0＝0，l ＝0×0-0×0=03、已知晶面(hkl)和(mnp)在同一晶带上，求位于此晶带上介于此两晶面之间的另一晶面的符号。

[rst]解： hr+ks+lt=0 mr+ns+pt=0则 (h+m)r+(k+n)s+(l+p)t=0即此晶带上介于(hkl)和(mnp)晶面间的另一晶面的指数为(h+m)、(k+n)和(1+p)1、晶体中对称轴的轴次n 受晶体点阵结构的制约，仅限于n=_1,2,3,4,6___；晶体宏观外形中的对称元素进行一切可能的组合，可得到—32—个晶体学点群；分属于( 7 )个晶系，这些晶系共有( 14 )种空间点阵形式；晶体微观结构中对称要素组合可得到( 230 )个空间群。

无机材料结构与性能复习题一、什么是晶胞？晶胞参数？画图表示？能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布之化学-结构特征的平行六面体单元，称为晶胞。

决定晶胞形状、大小的一组参数。

包括晶胞的3组棱长(即晶体的轴长)a0、b0、c0和3组棱相互间的夹角(即晶体的轴角)α、β、γ。

二、什么是晶面，什么是晶面指数？怎样确定晶面指数？画图表示？晶体在自发生长过程中可发育出由不同取向的平面所组成的多面体外形，这些多面体外形中的平面称为晶面。

用晶面（或者平面点阵）在三个晶轴上的截数的倒数的互质整数比来标记叫晶面指数。

设a、b、c为晶体的一套基向量，晶面在a轴、b轴、c轴上所截长度分别为ra、sb、tc，则r、s、t为晶面在三个晶轴上的截数，而1/r、1/s、1/t为倒易截数。

将晶面在三个晶轴上倒易截数之比化为一组互质整数，即1/r∶1/s∶1/t=h∶k∶l，则这一套互质整数即为晶面指标，用（hkl）符号来表示。

三、什么是晶向，什么是晶向指数？怎样确定晶向指数？晶向与晶面的关系？晶向就是通过晶体中原子中心的不同方向的原子列；设想在晶格中任取一点O 作为原点，并以基矢a、b、c 为轴建立坐标系，于是在此通过原点的晶列上，沿晶向方向任一格点A的位矢为α a + β b + γ c，则晶向就用α、β、γ来表示，写成[ αβγ]。

标志晶向的这组数成为晶向指数。

晶向与晶面之间的夹角小于或等于90度。

四、什么是晶带？晶带轴与该晶带的晶面的关系？晶带定律？晶带是晶体中两个或两个以上互相平行的晶面形成的集合。

晶带中诸晶面必与晶格中与之对应的特定直线点阵组平行，亦必与晶带中晶面与其他晶面相交形成的诸晶棱平行。

晶带(或带轴)的指标与相应晶棱或直线点阵的指标相同，记作[u v w]。

属于晶带[u v w]的诸晶面的晶面指标(h1k1l1)、(h2k2l2)…等必须满足下列条件hu+kv+lw=0。

这个式子就被称作晶带方程。

晶带定律：晶体上的任一晶面至少同时属于两个晶带，或者说，平行于两个相交晶带的公共平面必为一可能晶面。

《材料结构与性能》试题一、名词解释（20分）原子半径，电负性，相变增韧、Suzuki气团原子半径：按照量子力学的观点，电子在核外运动没有固定的轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定的半径。

根据原子间作用力的不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径。

通常把统和双原子分子中相邻两原子的核间距的一半，即共价键键长的一半，称作该原子的共价半径（r c）；金属单质晶体中相邻原子核间距的一半称为金属半径（r M）；范德瓦尔斯半径（r V）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引的两相邻原子核间距的一半，如稀有气体。

电负性：Parr等人精确理论定义电负性为化学势的负值，是体系外势场不变的条件下电子的总能量对总电子数的变化率。

相变增韧：相变增韧是由含ZrO2的陶瓷通过应力诱发四方相（t相）向单斜相（m相）转变而引起的韧性增加。

当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成的较大应力场将会诱发其周围亚稳t-ZrO2向稳定m-ZrO2转变，这种转变为马氏体转变，将产生近4%的体积膨胀和1%-7%的剪切应变，对裂纹周围的基体产生压应力，阻碍裂纹扩展。

而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性。

Suzuki气团：晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别。

这种不均匀分布的溶质原子具有阻碍位错运动的作用，也成为Suzuki气团。

二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用。

（15分）答：从交互做作用的性质来说，可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类。

弹性交互作用：位错与溶质原子的交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起的弹性畸变与位错间的弹性交互作用。

形成Cottrell气团，甚至Snoek气团对晶体起到强化作用。

弹性交互作用的另一种情况是溶质原子核基体的弹性模量不同而产生的交互作用。

无机材料物理性能考试复习题无机材料物理性能考试复习题（含答案）一、名词解释（选做5个，每个3分，共15分）1. K IC ：平面应变断裂韧度，表示材料在平面应变条件下抵抗裂纹失稳扩展的能力。

2.偶极子（电偶极子）：正负电荷的平均中心不相重合的带电系统。

3.电偶极矩：偶极子的电荷量与位移矢量的乘积，ql =μ。

（P288）4.格波：原子热振动的一种描述。

从整体上看，处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果，这种波称为格波。

格波的一个特点是，其传播介质并非连续介质，而是由原子、离子等形成的晶格，即晶格的振动模。

晶格具有周期性，因而，晶格的振动模具有波的形式。

格波和一般连续介质波有共同的波的特性，但也有它不同的特点。

5.光频支：格波中频率很高的振动波，质点间的相位差很大，邻近的质点运动几乎相反时，频率往往在红外光区，称为“光频支振动”。

（P109）6.声频支：如果振动着的质点中包含频率很低的格波，质点之间的相位差不大，则格波类似于弹性体中的应变波，称为“.声频支振动”。

（P109）7.色散：材料的折射率随入射光频率的减小（或波长的增加）而减小的性质，称为折射率的色散。

8.光的散射：物质中存在的不均匀团块使进入物质的光偏离入射方向而向四面八方散开，这种现象称为光的散射，向四面八方散开的光，就是散射光。

与光的吸收一样，光的散射也会使通过物质的光的强度减弱。

9.双折射：光进入非均匀介质时，一般要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别构成两条折射光线，这个现象就称为双折射。

（P172）10.本征半导体（intrinsic semiconductor)：完全不含杂质且无晶格缺陷的、导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体称为本征半导体。

N 型半导体：在半导体中掺入施主杂质，就得到N 型半导体；在半导体中掺入受主杂质，就得到P 型半导体。

12.超导体：超导材料（superconductor ），又称为超导体，指可以在特定温度以下，呈现电阻为零的导体。

1 钢分类的方法有哪几种钢中常用合金元素有哪些是强碳化物形成元素中强碳化物形成元素钢的分类方法有5种：1）按化学成分，有碳素钢（低碳钢，中碳钢，高碳钢），合金钢；2）按质量，有普通钢，优质钢，高级优质钢；3）按用途，有结构钢，工具钢，特殊钢；4）按炼钢方法，有转炉钢，平炉钢，电炉钢；5）按浇筑前脱氧程度，有镇静钢，沸腾钢，半镇静钢。

强碳化合物形成元素：Hf,Zr,Ti,Ta,Nb,V中强碳化合物形成元素：W,Mo2 合金钢的主要优点是什么常用以提高钢淬透性的元素有哪些强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素有哪些提高回火稳定性的元素有哪些合金钢主要优点：优异的力学性能和其他性能，既有高的强度，又有足够韧性和塑性。

提高钢淬透性的元素：B,Mn,Cr,Mo,Si,Ni强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素：Hf,Zr,Ti,Ta,Nb,V提高回火稳定性的元素：V,Nb,Cr,Mo,W3 解释下列现象：（1）大多数合金钢的热处理温度比相同含碳量的碳素钢高；（2）大多数合金钢比相同含碳量的碳素钢具有较高的回火稳定性；（3）含碳量为%、含铬量为12%的铬钢属于过共析钢，而含碳量为%、含铬量为12%的铬钢属于莱氏体钢；（4）高速钢在热断货热轧后经空冷获得马氏体钢。

>1) 热处理目的是让碳及合金元素充分溶解，合金元素扩散速度慢，另外合金元素形成的碳化物溶解需要更高温度和时间。

2) 由于合金钢中含有较多的碳化物形成元素如，Cr、W、Mo、Ti、V等，它们与碳有较强的亲和力，使碳化物由马氏体向奥氏体溶解时，合金元素扩散困难，加之合金碳化物的稳定性高，使碳化物的溶解比较困难，合金钢在加热时需要较高的温度和较长的时间。

因此，合金钢具有较高的回火稳定性。

3) 按照金相组织来看，含碳量为%、含铬量为12%的铬钢平衡态是渗碳体加珠光体，含碳量为%、含铬量为12%的铬钢平衡态出现莱氏体。

4）由于高速钢的合金元素含量高，C曲线右移，一般合金元素越高临界冷却速度越小，淬透性越好，当空冷的冷却速度大于临界冷却速度时，空冷即可获得马氏体。

无机材料物理性能试题及答案无机材料物理性能试题及答案一、填空题（每题2分，共36分）1、电子电导时，载流子的主要散射机构有中性杂质的散射、位错散射、电离杂质的散射、晶格振动的散射。

2、无机材料的热容与材料结构的关系不大，CaO和SiO2的混合物与CaSiO3 的热容-温度曲线基本一致。

3、离子晶体中的电导主要为离子电导。

可以分为两类：固有离子电导（本征电导）和杂质电导。

在高温下本征电导特别显着，在低温下杂质电导最为显着。

4、固体材料质点间结合力越强，热膨胀系数越小。

5、电流吸收现象主要发生在离子电导为主的陶瓷材料中。

电子电导为主的陶瓷材料，因电子迁移率很高，所以不存在空间电荷和吸收电流现象。

6、导电材料中载流子是离子、电子和空位。

7. 电子电导具有霍尔效应，离子电导具有电解效应，从而可以通过这两种效应检查材料中载流子的类型。

8. 非晶体的导热率（不考虑光子导热的贡献）在所有温度下都比晶体的小。

在高温下，二者的导热率比较接近。

9. 固体材料的热膨胀的本质为：点阵结构中的质点间平均距离随着温度升高而增大。

10. 电导率的一般表达式为∑=∑=iiiiiqnμσσ。

其各参数n i、q i和?i的含义分别是载流子的浓度、载流子的电荷量、载流子的迁移率。

11. 晶体结构愈复杂，晶格振动的非线性程度愈大。

格波受到的散射大，因此声子的平均自由程小，热导率低。

12、波矢和频率之间的关系为色散关系。

13、对于热射线高度透明的材料，它们的光子传导效应较大，但是在有微小气孔存在时，由于气孔与固体间折射率有很大的差异，使这些微气孔形成了散射中心，导致透明度强烈降低。

14、大多数烧结陶瓷材料的光子传导率要比单晶和玻璃小1～3数量级，其原因是前者有微量的气孔存在，从而显着地降低射线的传播，导致光子自由程显着减小。

15、当光照射到光滑材料表面时，发生镜面反射；当光照射到粗糙的材料表面时，发生漫反射。

16、作为乳浊剂必须满足：具有与基体显着不同的折射率，能够形成小颗粒。

无机材料物理性能学习题和答案力学的习题1、阐述以下概念：弹性弹性模量切变模量体积模量滞弹性未弛豫模量弛豫模量断裂强度应力强度因子断裂韧性断裂功塑性蠕变相变增韧弥散增韧2、试用图示比较典型的无机材料、金属材料和高分子材料在常温常条件下的变形行为有何异同？3、材料的3种弹性模量E 、G 和K 之间有何数值关系。

4、结合原子结合力示意图分析说明弹性模量随原子间距变化的规律。

5、弹性模量与熔点和原子体积之间存在何种关系？为什么？.6、如何解释弹性模量随温度的变化关系？7、一含有球形封闭气孔的陶瓷材料，气孔率为多少时，其弹性模量会降至其完全致密状态时的一半？8、采用Si 3N 4和h-BN 粉体为原料，热压烧结制备出层厚均匀致密的三明治结构的复合陶瓷材料。

其中，h-BN 层的体积含量为30%，试分别计算该复合陶瓷材料沿平行方向和垂直于层面方向的弹性模量（Si 3N 4和h-BN 陶瓷的弹性模量分别为300GPa 和80GPa ）9、分析滞弹性产生的机制及其影响因素。

10、解释陶瓷材料的实际强度为何只有其理论强度的1/100~1/10？13、分析材料的组织结构因素如何影响陶瓷材料的断裂强度。

14、根据联合强度理论，举列说明在设计和使用陶瓷材料时，应该怎样使用才能杨长避短？15、从显微组织结构角度分析改善陶瓷材料断裂韧性的可行措施。

16、说明ZrO2相变增韧陶瓷的原理，并指出该种韧化措施的利弊。

17、给出常见的材料的裂纹起源种类，并说明在无机材料构件的使用过程中需要注意的问题。

18、动用塑性变形的位错运动理论来解释无机材料的脆性特征。

19、分析影响无机材料塑性变形能力的影响因素。

21、给出陶瓷材料典型的蠕变曲线，并阐述其特征。

22、说出无机材料的蠕变机制，并分析陶瓷材料蠕变的影响因素。

23、分析亚临界裂纹扩展的几种机制。

24、对Si 3N 4陶瓷，其弹性模量E 为300GPa ，断裂表面能γs 为1J/m2，若其中存在有长度为2μm的微裂纹，计算其临界断裂应力。

名词解释1、包申格效应——金属材料经预先加载产生少量塑性变形（残余应变小于4%），而后再同向加载，规定残余伸长应为增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。

2、塑性——材料的微观结构的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象。

3、硬度——材料表面上不大体积内抵抗变形或破裂的能力，是材料的一种重要力学性能。

4、应变硬化——材料在应力作用下进入塑性变形阶段后，随着变形量的增大，形变应力不断提高的现象。

5、弛豫——施加恒定应变，则应力将随时间而减小，弹性模量也随时间而降低。

6、蠕变——当对粘弹性体施加恒定应力，其应变随时间而增加，弹性模量也随时间而减小。

6、滞弹性——当应力作用于实际固体时，固体形变的产生与消除需要一定的时间，这种与时间有关的弹性称为滞弹性。

7、压电性——某些晶体材料按所施加的机械应力成比例地产生电荷的能力。

8、电解效应——离子的迁移伴随着一定的质量变化，离子在电极附近发生电子得失，产生新的物质。

9、逆压电效应——某些晶体在一定方向的电场作用下，则会产生外形尺寸的变化，在一定范围内，其形变与电场强度成正比。

10、压敏效应——指对电压变化敏感的非线性电阻效应，即在某一临界电压以下，电阻值非常高，几乎无电流通过；超过该临界电压(敏压电压)，电阻迅速降低，让电流通过。

11、热释电效应——晶体因温度均匀变化而发生极化强度改变的现象。

12、光电导——光的照射使材料的电阻率下降的现象。

13、磁阻效应——半导体中，在与电流垂直的方向施加磁场后，使电流密度降低，即由于磁场的存在使半导体的电阻增大的现象。

14、光伏效应——指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。

15、电介质——在外电场作用下，能产生极化的物质。

16、极化——介质在电场作用下产生感应电荷的现象。

16、自发极化——极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。

1. 五天任何一点的应力状态可由六个应力分量(σ1σ2σ3τ1τ2τ3)表示，请一立方体积为单位为例，在图中分别表示出这几种作用力。

2. 在工程力学中讨论无机材料的弹性变形的时候，常涉及到一个重要的定律---虎克定律，它表示了应力、应变之间的线性关系。

对一各向同性体来说，假如它只在x 方向受到拉伸应力σ，写出在这个方向上应力σ、应变ε的关系。

答：Ex x σ=ε 3. 什么是材料的弹性变形、塑性变形？简单说明晶体材料产生塑性变形的原因（机理）。

答：（1）材料的弹性变形是指材料在受力作用下发生形变，清除应力后又能恢复原状。

塑性变形就是变形后不能恢复到原状态。

（2）塑性变形机理：在剪应力作用下引起位错运动，导致晶体晶格的滑移，产生塑性变形。

4. 解释Griffith 微裂纹理论，并说明其重要意义。

已知晶格常数a 、裂纹长度C 、弹性模量E 、断裂表面能λ，如何求理论结合强度、临界断裂应力？答：实际材料总是存在许多细小的裂纹或缺陷，在外力作用下这些裂纹或缺陷会产生应力集中现象，当应力大到一定程度，裂纹开始扩展而导致材料断裂，即物体内储存的弹性应变能降低大于或等于由于裂开形成两个新表面所需要的表面能，就会造成裂纹的扩展，反之，则裂纹不会扩展。

重要意义：建立工作应力、裂纹长度和材料性能常数之间的关系，并解释了脆性材料强度远低于其理论强度的现象。

th σ= c σ= 5. 材料强度的本质是什么？裂纹扩展的动力和阻力是什么?由此可以看出，影响无机材料强度的主要参数有哪三个？答：材料强度的本质是内部质点间的结合力；裂纹扩展的动力是由裂纹扩展单位面积所降低的弹性应变能。

三个参数是 C ：裂纹大小、γ：断裂表面能、E ：弹性模量。

6. 什么是材料的断裂韧性KIC ？假设有一材料，为了确保其使用的安全性，从断裂强度理论出发，那么其应力场强度因子KI 与断裂韧性KIC 之间应满足何种关系？答：K IC 是反映材料具有抵抗裂纹扩展的能力；K I <K IC7. 举出两种增强无机材料强度（或韧性）的方法，并简单说明其中的原因。