材料科学基础-复习答案-学生用-2

材料科学基础试卷(2009年1月17日)一. 名词解释（4分×5题= 20分）1. 位错：(4分)2. 马氏体转变：(4分)3. 晶体：(4分)4. 形变强化：(4分)5. 间隙固溶体：(4分)二．填空（30分，每空1分）1. 一个体心立方晶胞中占有的原子数目为。

2．典型金属的晶体结构有、、。

3．晶界分为、两类，两个晶粒的位向差小于，它们之间的晶界称为小角度晶界。

4．相界面分为、、、三大类。

5．固态相变按热力学可分为、，按原子迁移方式可分为、，按相变方式可分为、。

6. 板条马氏体显微组织是由许多成群的板条组成，亚结构为。

7.马氏体是C在α-Fe中的过饱和间隙式固溶体。

具有点阵。

马氏体相变属于相变。

8．脱溶沉淀包括、、、四个过程。

9．晶体材料在力的作用下，主要表现为、、、、五个过程。

10.菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随变化。

11. 原子扩散的驱动力是。

三、是非题（正确打√，错误打×）（每小题1分, 共计10分）1、面心立方金属滑移面通常为{110}，滑移方向为<111>。

（）2、再结晶是指无畸变的等轴新晶粒逐渐取代变形新晶粒的过程。

（）3、从热力学角度看，扩散的真正推动力是由浓度梯度的不同引起的，各组元的原子总是由高浓度扩散到低浓度。

（）4、晶粒细化可以提高材料的强度，同时又可以提高材料的塑性指标。

（）5、利用三元相图的垂直截面可分析给定合金在冷却过程中的相变过程，在两相区也可应用杠杆定律来计算两平衡相的相对量。

（）6、实际金属结晶过程中，形核有均匀形核和非均匀形核两种方式，由于非均匀形核所需形核功较高，所以主要以均匀形核为主。

（）7、二元合金中，固溶体结晶时，在正的温度梯度下，晶体只能以平面方式长大，不能以树枝状和胞状方式长大。

（）8、孪生是晶体难以进行滑移时，而进行的另外一种塑性变形方式。

（）9、一根位错线不能在晶体内部中断，也不能在晶体表面中断，只能在晶体内部自成封闭的位错环或者和其它位错线相连接。

材料科学基础2复习题及部分参考答案一、名词解释1、再结晶：指经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒的过程。

2、交滑移：在晶体中，出现两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移。

3、冷拉：在常温条件下，以超过原来屈服点强度的拉应力，强行拉伸聚合物，使其产生塑性变形以达到提高其屈服点强度和节约材料为目的。

（《笔记》聚合物拉伸时出现的细颈伸展过程。

）4、位错：指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。

（《书》晶体中某处一列或者若干列原子发生了有规律的错排现象）5、柯氏气团：金属内部存在的大量位错线，在刃型位错线附近经常会吸附大量的异类溶质原子（大小不同吸附的位置有差别）,形成所谓的“柯氏气团”。

（《书》溶质原子与位错弹性交互作用的结果，使溶质原子趋于聚集在位错周围，以减小畸变，降低体系的能量，使体系更加稳定。

）6、位错密度：单位体积晶体中所含的位错线的总长度或晶体中穿过单位截面面积的位错线数目。

7、二次再结晶：晶粒的不均匀长大就好像在再结晶后均匀、细小的等轴晶粒中又重新发生了再结晶。

8、滑移的临界分切应力：滑移系开动所需要的最小分切应力。

（《书》晶体开始滑移时，滑移方向上的分切应力。

）9、加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象，又称冷作硬化。

（《书》随塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增加的现象。

）10、热加工：金属铸造、热扎、锻造、焊接和金属热处理等工艺的总称。

（《书》使金属在再结晶温度以上发生加工变形的工艺。

）11、柏氏矢量：是描述位错实质的重要物理量。

反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总积累。

（《书》揭示位错本质并描述位错行为的矢量。

）反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量。

12、多滑移：晶体的滑移在两组或者更多的滑移面（系）上同时进行或者交替进行。

13、堆垛层错：晶体结构层正常的周期性重复堆垛顺序在某二层间出现了错误，从而导致的沿该层间平面（称为层错面）两侧附近原子的错排的一种面缺陷。

2、产生柯肯达尔效应的原因构成扩散的纯组元A,B作为溶质组元溶于对方一侧并进行扩散时，各自的扩散系数不同4、稳定化合物：是指具有一定的熔点，而且在熔点以下都能保持自身固有的结构而不发生分解的化合物。

7、晶胞的选取原则1.几何形状与晶体具有同样的对称性、2.平行六面体内相等的棱与角的数目最多、3.当平行六面体棱间有直角时，直角数目最多、4.在满足上述条件下，晶胞体积应最小。

8、形成置换固溶体的条件和影响溶解度因素:1.条件：溶质取代了溶剂中原子或离子所形成的固溶体、2影响：原子或离子的尺寸的影响、晶体结构类型的影响、电负性的影响、电子浓度的影响。

9、碳对铁碳合金的组织与性能的影响:1.碳对铁碳合金平衡组织的影响：当含碳量增加时，使铁碳合金组成相的相对含量发生变化，从而导致不同性质的结晶。

2.碳对合金机械性能的影响：当含碳量达到0.77%时，铁碳合金不仅具有较高的强度和硬度，也具有一定的塑性和韧性，当>0.77%时，铁碳合金的塑性韧性降低。

3.碳对合金工艺性能的影响：12、材料科学材料科学是自然科学的一个分支，它从事于材料本质的发现、分析和了解方面的研究，目的在于提供材料结构的统一描绘和模型，以及解释这种结构与性能之间的关系。

13、合成的定义式什么，合成研究包括那些？指促使原子、分子结合而构成材料的化学与物理过程。

合成的研究既包括有关寻找新合成方法的科学问题，也包括以适当的数量和形态合成材料的技术问题；既包括新材料的合成，也应包括已有材料的新合成方法（如溶胶-凝胶法）及其新形态（如纤维、薄膜）的合成。

14、制备：研究如何控制原子与分子使之构成有用的材料。

15、结构的定义式什么，包括那些方面？1.定义：结构是理解和控制性能的中心环节。

2.包括{原子结构、原子的排列、相结构、显微组织、晶体中的结构缺陷。

16、离子键的特点：离子键可用化学式表示、高熔点，结合力强，硬而脆、电子周围无自由电子、无方向性、传导性差17、共价键的特点:具有饱和性符合8-n定律、具有方向性、结合力强，熔点高，硬、电子周围无自由电子、传导性差18、原子半径的影响因素：1.致密度越高，则Ra越小2、键合力越高，则Ra越小3、不同方向上Ra也可能不同19、晶向指数建立步骤1.选定坐标系、2通过原点作一条直线，使其平行于待标定的晶向、3在直线上任取一点P，求出P点在3个坐标轴的坐标、4取截距的最小整数比，去掉比例符号，用方括号括之。

第1章 习题解答1-1 解释下列基本概念金属键，离子键，共价键，范德华力，氢键，晶体，非晶体，理想晶体，单晶体，多晶体，晶体结构，空间点阵，阵点，晶胞，7个晶系，14种布拉菲点阵，晶向指数，晶面指数，晶向族，晶面族，晶带，晶带轴，晶带定理，晶面间距，面心立方，体心立方，密排立方，多晶型性，同素异构体，点阵常数，晶胞原子数，配位数，致密度，四面体间隙，八面体间隙，点缺陷，线缺陷，面缺陷，空位，间隙原子，肖脱基缺陷，弗兰克尔缺陷，点缺陷的平衡浓度，热缺陷，过饱和点缺陷，刃型位错，螺型位错，混合位错，柏氏回路，柏氏矢量，位错的应力场，位错的应变能，位错密度，晶界，亚晶界，小角度晶界，大角度晶界，对称倾斜晶界，不对称倾斜晶界，扭转晶界，晶界能，孪晶界，相界，共格相界，半共格相界，错配度，非共格相界（略）1-2 原子间的结合键共有几种？各自特点如何？ 答：原子间的键合方式及其特点见下表。

类 型 特 点离子键 以离子为结合单位，无方向性和饱和性 共价键 共用电子对，有方向性键和饱和性 金属键 电子的共有化，无方向性键和饱和性分子键 借助瞬时电偶极矩的感应作用，无方向性和饱和性 氢 键依靠氢桥有方向性和饱和性1-3 问什么四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型？答：如下图所示，底心四方点阵可取成更简单的简单四方点阵，面心四方点阵可取成更简单的体心四方点阵，故四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型。

1-4 试证明在立方晶系中，具有相同指数的晶向和晶面必定相互垂直。

证明：根据晶面指数的确定规则并参照下图，（hkl ）晶面ABC 在a 、b 、c 坐标轴上的截距分别为h a 、k b 、l c ，k h b a AB +-=，l h c a AC +-=，lk ca BC +-=；根据晶向指数的确定规则，[hkl ]晶向cb a L l k h ++=。

利用立方晶系中a=b=c ， 90=γ=β=α的特点，有 0))((=+-++=⋅k h l k h ba cb a AB L 0))((=+-++=⋅lh l k h ca cb a AC L 由于L 与ABC 面上相交的两条直线垂直，所以L 垂直于ABC 面，从而在立方晶系具有相同指数的晶向和晶面相互垂直。

材料科学基础试卷(二)与参考答案、名词解释 (每小题 1 分，共 10 分 )1．晶胞2．间隙固溶体3．临界晶核4．枝晶偏析5．离异共晶6．反应扩散7．临界分切应力8．回复9．调幅分解10．二次硬化、判断正误 (每小题 1 分，共 10 分 )正确的在括号内画“V” ,错误的画“X”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. 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A GB V0、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. 和液固转变一样，固态相变也有驱动力并要克服阻力，因此两种转变的难易程度相似。

（）10. 除Co以外，几乎所有溶入奥氏体中的合金元素都能使 C曲线左移，从而增加钢的淬透性。

（）三、作图题（每小题5分，共15分）1. 在简单立方晶胞中标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：a）立方晶系（421）, （123），［211］； b）六方晶系（2111），［2113］。

2. 设面心立方晶体中的（111）为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为a - ［110］。

2（1）在晶胞中画出柏氏矢量b的方向并计算出其大小。

（2）在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，并写出此二位错线的晶向指数3. 如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。

试画出轧制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图四、相图分析(共20分)⑴就Fe-Fe3C相图，回答下列问题：1•默画出Fe-Fe3C相图，用相组成物填写相图；2. 分析含碳量为I.Owt%的过共析钢的平衡结晶过程，并绘出室温组织示意图。

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。

材料科学基础试卷（二）与参考答案一、名词解释(每小题1分，共10分)1．晶胞2．间隙固溶体3．临界晶核4．枝晶偏析5．离异共晶6．反应扩散7．临界分切应力8．回复9．调幅分解10． 二次硬化二、判断正误(每小题1分，共10分)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. 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 B ＜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. 和液固转变一样，固态相变也有驱动力并要克服阻力，因此两种转变的难易程度相似。

( )10.除Co 以外，几乎所有溶入奥氏体中的合金元素都能使C 曲线 左移，从而增加钢的淬透性。

( )三、作图题(每小题5分，共15分)1. 在简单立方晶胞中标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：a)立方晶系 (421)，(231)，[112]；b)六方晶系(1112)，[3112]。

2. 设面心立方晶体中的(111)为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为2a [110]。

(1)在晶胞中画出柏氏矢量b的方向并计算出其大小。

(2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，并写出此二位错线的晶向指数。

3.如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。

试画出轧制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图。

四、相图分析(共20分)(1) 就Fe-Fe3C相图，回答下列问题：1. 默画出Fe-Fe3C相图，用相组成物填写相图；2. 分析含碳量为1.0wt%的过共析钢的平衡结晶过程，并绘出室温组织示意图。

材料科学与工程基础第二章课后习题答案1. 介绍材料科学和工程学的基本概念和发展历程材料科学和工程学是研究材料的组成、结构、性质以及应用的学科。

它涉及了从原子、分子层面到宏观的材料特性的研究和工程应用。

材料科学和工程学的发展历程可以追溯到古代人类使用石器和金属制造工具的时代。

随着时间的推移，人类不断发现并创造出新的材料，例如陶瓷、玻璃和合金等。

工业革命的到来加速了材料科学和工程学的发展，使得煤炭、钢铁和电子材料等新材料得以广泛应用。

2. 分析材料的结构和性能之间的关系材料的结构和性能之间存在着密切的关系。

材料的结构包括原子、晶体和晶界等方面的组成和排列方式。

而材料的性能则反映了材料在特定条件下的机械、热学、电学、光学等方面的性质。

材料的结构直接决定了材料的性能。

例如，金属的结晶结构决定了金属的塑性和导电性。

硬度和导电性等机械和电学性能取决于晶格中原子的排列方式和原子之间的相互作用。

因此，通过对材料的结构进行了解，可以预测和改变材料的性能。

3. 论述材料的性能与应用之间的关系材料的性能决定了材料的应用范围。

不同的材料具有不同的性能特点，在特定的应用领域中会有优势和局限。

例如，金属材料具有良好的导电性和导热性，适用于制造电子器件和散热器件。

聚合物材料具有良好的绝缘性和韧性，适用于制造电线和塑料制品等。

陶瓷材料具有良好的耐高温性和耐腐蚀性，适用于制造航空发动机和化学设备等。

因此，在材料科学和工程学中，对材料性能的研究是为了确定材料的应用和优化材料的性能。

4. 解释与定义材料的特性及其测量方法材料的特性是指材料所具有的特定性质或行为。

它包括了物理、化学、力学、热学、电学等方面的特性。

测量材料的特性需要使用特定的实验方法和设备。

例如，材料的硬度通常可以通过洛氏硬度试验仪或布氏硬度试验仪进行测量。

材料的强度可以通过拉伸试验或压缩试验来测量。

材料的导电性可以通过四探针法或霍尔效应进行测量。

通过测量材料的特性，可以对材料的性能进行评估和比较，并为材料的应用提供参考。

复习题（下）第六章空位与位错本章的主要内容：晶体中的缺陷，晶体缺陷的分类晶体缺陷的形成点缺陷：点缺陷的种类，点缺陷的形成，点缺陷的运动，点缺陷的平衡浓度，点缺陷对材料性能的影响位错：位错理论的起源：理论切变强度，位错学说位错的观察位错基本类型及特征：刃型位错，螺型位错，混合位错柏氏矢量：确定方法，柏氏矢量的模，实际晶体中的柏氏矢量，柏氏矢量的特性，位错密度外力场中作用在位错线上的力位错运动：滑移，攀移，派一纳力，混合位错的运动位错的弹性性质：直螺错的应力场，直刃错的应力场，混合直位错的应力场位错的应变能及位错线张力位错间的交互作用：两根平行螺位错的交互作用，两根平行刃位错的交互作用，位错的相互交截：螺型位错与螺型位错，刃错与刃错，螺错与刃错位错的塞积位错的增殖实际晶体中的位错：单位位错，堆垛层错，不全位错：肖克莱，弗兰克不全位错位错反应及汤普逊四面体位错与溶质原子的交互作用：弹性交互作用，柯垂尔气团，斯诺克气团，静电交互作用化学交互作用1 填空1 空位是热力学_______________的缺陷，而位错是热力学_____________的缺陷。

2 fcc晶体中单位位错（全位错）的柏氏矢量是_________________；bcc晶体中单位位错（全位错）的柏氏矢量是_________________;hcp晶体中单位位错（全位错）的柏氏矢量是_________________;fcc中Frank位错的柏氏矢量是___________。

3 一根柏氏矢量b=a/2<110>的扩展位错滑出晶体后，在晶体表面产生的台阶的高度为_____________________。

4 在某温度下，晶体中的空位数与点阵数的比值称为__________________。

2ξ为位错线单位矢量，b为柏氏矢量，则bξ=0时为_______位错，bξ=b时为________________位错，bξ =-b时为______________位错。

2-1 名词解释：配位数与配位体，同质多晶与多晶转变，位移性转变与重建性转变，晶体场理论与配位场理论。

答：配位数：晶体结构中与一个离子直接相邻的异号离子数。

配位体：晶体结构中与某一个阳离子直接相邻、形成配位关系的各个阴离子中心连线所构成的多面体。

同质多晶：同一化学组成在不同外界条件下（温度、压力、pH值等），结晶成为两种以上不同结构晶体的现象。

多晶转变：当外界条件改变到一定程度时，各种变体之间发生结构转变，从一种变体转变成为另一种变体的现象。

位移性转变：不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子从原来位置发生少许位移，使次级配位有所改变的一种多晶转变形式。

重建性转变：破坏原有原子间化学键，改变原子最邻近配位数，使晶体结构完全改变原样的一种多晶转变形式。

晶体场理论：认为在晶体结构中，中心阳离子与配位体之间是离子键，不存在电子轨道的重迭，并将配位体作为点电荷来处理的理论。

配位场理论：除了考虑到由配位体所引起的纯静电效应以外，还考虑了共价成键的效应的理论。

图2-1 MgO晶体中不同晶面的氧离子排布示意图2-2 面排列密度的定义为：在平面上球体所占的面积分数。

（a）画出MgO（NaCl型）晶体（111）、（110）和（100）晶面上的原子排布图；（b）计算这三个晶面的面排列密度。

解：MgO晶体中O2-做紧密堆积，Mg2+填充在八面体空隙中。

（a）（111）、（110）和（100）晶面上的氧离子排布情况如图2-1所示。

（b）在面心立方紧密堆积的单位晶胞中，（111）面：面排列密度=（110）面：面排列密度=（100）面：面排列密度=2-3 试证明等径球体六方紧密堆积的六方晶胞的轴比c/a≈1.633。

证明：六方紧密堆积的晶胞中，a轴上两个球直接相邻，a0=2r；c轴方向上，中间的一个球分别与上、下各三个球紧密接触，形成四面体，如图2-2所示：图2-2 六方紧密堆积晶胞中有关尺寸关系示意图2-4 设原子半径为R，试计算体心立方堆积结构的（100）、（110）、（111）面的面排列密度和晶面族的面间距。

《材料科学基础‎》课后习题答案‎第一章材料结构的基‎本知识4. 简述一次键和‎二次键区别答：根据结合力的‎强弱可把结合‎键分成一次键‎和二次键两大‎类。

其中一次键的‎结合力较强，包括离子键、共价键和金属‎键。

一次键的三种‎结合方式都是‎依靠外壳层电‎子转移或共享‎以形成稳定的‎电子壳层，从而使原子间‎相互结合起来‎。

二次键的结合‎力较弱，包括范德瓦耳‎斯键和氢键。

二次键是一种‎在原子和分子‎之间，由诱导或永久‎电偶相互作用‎而产生的一种‎副键。

6. 为什么金属键‎结合的固体材‎料的密度比离‎子键或共价键‎固体为高？答：材料的密度与‎结合键类型有‎关。

一般金属键结‎合的固体材料‎的高密度有两‎个原因：（1）金属元素有较‎高的相对原子‎质量；（2）金属键的结合‎方式没有方向‎性，因此金属原子‎总是趋于密集‎排列。

相反，对于离子键或‎共价键结合的‎材料，原子排列不可‎能很致密。

共价键结合时‎，相邻原子的个‎数要受到共价‎键数目的限制‎；离子键结合时‎，则要满足正、负离子间电荷‎平衡的要求，它们的相邻原‎子数都不如金‎属多，因此离子键或‎共价键结合的‎材料密度较低‎。

9. 什么是单相组‎织？什么是两相组‎织？以它们为例说‎明显微组织的‎含义以及显微‎组织对性能的‎影响。

答：单相组织，顾名思义是具‎有单一相的组‎织。

即所有晶粒的‎化学组成相同‎，晶体结构也相‎同。

两相组织是指‎具有两相的组‎织。

单相组织特征‎的主要有晶粒‎尺寸及形状。

晶粒尺寸对材‎料性能有重要‎的影响，细化晶粒可以‎明显地提高材‎料的强度，改善材料的塑‎性和韧性。

单相组织中，根据各方向生‎长条件的不同‎，会生成等轴晶‎和柱状晶。

等轴晶的材料‎各方向上性能‎接近，而柱状晶则在‎各个方向上表‎现出性能的差‎异。

对于两相组织‎，如果两个相的‎晶粒尺度相当‎，两者均匀地交‎替分布，此时合金的力‎学性能取决于‎两个相或者两‎种相或两种组‎织组成物的相‎对量及各自的‎性能。

材料科学基础2复习题及答案材料科学基础2复习题及部分参考答案一、名词解释1、再结晶：指经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒的过程。

2、交滑移：在晶体中，出现两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移。

3、冷拉：在常温条件下，以超过原来屈服点强度的拉应力，强行拉伸聚合物，使其产生塑性变形以达到提高其屈服点强度和节约材料为目的。

（《笔记》聚合物拉伸时出现的细颈伸展过程。

）4、位错：指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。

（《书》晶体中某处一列或者若干列原子发生了有规律的错排现象）5、柯氏气团：金属内部存在的大量位错线，在刃型位错线附近经常会吸附大量的异类溶质原子（大小不同吸附的位置有差别）,形成所谓的“柯氏气团”。

（《书》溶质原子与位错弹性交互作用的结果，使溶质原子趋于聚集在位错周围，以减小畸变，降低体系的能量，使体系更加稳定。

）6、位错密度：单位体积晶体中所含的位错线的总长度或晶体中穿过单位截面面积的位错线数目。

7、二次再结晶：晶粒的不均匀长大就好像在再结晶后均匀、细小的等轴晶粒中又重新发生了再结晶。

8、滑移的临界分切应力：滑移系开动所需要的最小分切应力。

（《书》晶体开始滑移时，滑移方向上的分切应力。

） 9、加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象，又称冷作硬化。

（《书》随塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增加的现象。

）10、热加工：金属铸造、热扎、锻造、焊接和金属热处理等工艺的总称。

（《书》使金属在再结晶温度以上发生加工变形的工艺。

）11、柏氏矢量：是描述位错实质的重要物理量。

反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总积累。

（《书》揭示位错本质并描述位错行为的矢量。

）反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量。

12、多滑移：晶体的滑移在两组或者更多的滑移面（系）上同时进行或者交替进行。

材料科学基础复习试题和部分答案解析单项选择题：第1章原子结构与键合1.高分子材料中的C-H化学键属于。

（A）氢键（B）离子键（C）共价键2.属于物理键的是。

（A）共价键（B）范德华力（C）离子键3.化学键中通过共用电子对形成的是。

（A）共价键（B）离子键（C）金属键第2章固体结构4.以下不具有多晶型性的金属是。

（A）铜（B）锰（C）铁5.fcc、bcc、hcp三种单晶材料中，形变时各向异性行为最显著的是。

（A）fcc （B）bcc （C）hcp6.与过渡金属最容易形成间隙化合物的元素是。

（A）氮（B）碳（C）硼7.面心立方晶体的孪晶面是。

（A）{112} （B）{110} （C）{111}8.以下属于正常价化合物的是。

（A）Mg2Pb （B）Cu5Sn （C）Fe3C第3章晶体缺陷9.在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为。

（A）肖特基缺陷（B）弗仑克尔缺陷（C）线缺陷10.原子迁移到间隙中形成空位-间隙对的点缺陷称为。

（A）肖脱基缺陷（B）Frank缺陷（C）堆垛层错11.刃型位错的滑移方向与位错线之间的几何关系是？（A）垂直（B）平行（C）交叉12.能进行攀移的位错必然是。

（A）刃型位错（B）螺型位错（C）混合位错13.以下材料中既存在晶界、又存在相界的是（A）孪晶铜（B）中碳钢（C）亚共晶铝硅合金14.大角度晶界具有____________个自由度。

（A）3 （B）4 （C）5第4章固体中原子及分子的运动15.菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随变化。

（A）距离（B）时间（C）温度16.在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为。

（A）原子互换机制（B）间隙机制（C）空位机制17.固体中原子和分子迁移运动的各种机制中，得到实验充分验证的是（A）间隙机制（B）空位机制（C）交换机制18.原子扩散的驱动力是。

（4.2非授课内容）（A）组元的浓度梯度（B）组元的化学势梯度（C）温度梯度19.A和A-B合金焊合后发生柯肯达尔效应，测得界面向A试样方向移动，则。

材料科学基础课后习题答案材料科学基础课后习题答案第一章：晶体结构和晶体缺陷1. 什么是晶体？晶体的特点是什么？答：晶体是由有序排列的原子、离子或分子组成的固态材料。

晶体的特点包括有规则的、重复的、周期性的结构，具有明确的晶体面和晶面间角度。

2. 简述晶体中离子束缚以及普通共价键束缚的区别？答：晶体中离子束缚是指由电荷相反的离子通过电磁力相互吸引而形成的结合力，例如NaCl晶体。

普通共价键束缚是由共享电子对形成的，例如金刚石晶体。

离子束缚通常较为强烈，晶体具有高熔点和脆性；而共价键束缚相对较弱，晶体具有低熔点和韧性。

3. 什么是晶体缺陷？列举几种晶体缺陷并简要描述其影响。

答：晶体缺陷是指晶体中排列异常的原子、离子或分子。

常见的晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。

点缺陷指的是晶体中原子位置的缺失或替代，如空位、间隙原子和杂质原子；线缺陷是晶体中晶面上原子位置的错误，如位错和螺旋位错；面缺陷是指晶面之间的错配，如晶界和孪生界。

这些晶体缺陷会影响晶体的物理性质和力学性能。

4. 什么是晶体结构中的定义因素？它们的作用是什么？答：晶体结构中的定义因素包括晶胞和晶格参数。

晶胞是最小重复单元，由一定数量的晶体中的原子、离子或分子组成。

晶格参数描述晶胞的大小和形状。

晶胞和晶格参数共同定义了晶体的结构。

晶胞和晶格参数的作用是确定晶体的晶体面、晶面间角度以及晶体的物理性质。

5. 什么是晶格点？晶格点的种类有哪些？答：晶格点是位于晶体内部的原子、离子或分子的位置。

晶格点的种类包括普通晶格点、间隙晶格点和特殊晶格点。

普通晶格点是晶体中原子、离子或分子的晶格点，如AB型晶体中的A和B原子；间隙晶格点是晶体中没有原子、离子或分子的晶格点，如金刚石中的间隙晶格点；特殊晶格点是具有非普通晶格点性质的晶体中的晶格点，如晶体中的空位或杂质原子。

第二章：物质的结构与性能关系1. 简述晶体结构对物质性能的影响。

答：晶体结构直接影响物质的物理性质和化学性质。

一、填空题1. 每个面心立方晶胞中的原子数为 4 ，其配位数为12 。

3a, 配2。

晶格常数为a的体心立方晶胞，其原子数为 2 ，原子半径为4/位数为 8 ，致密度为 0。

68 。

3。

刃型位错的柏氏矢量与位错线互相垂直 , 螺型位错的柏氏矢量与位错线互相平行 .4. 螺型位错的位错线平行于滑移方向，位错线的运动方向垂直于位错线。

5. 在过冷液体中，晶胚尺寸小于临界尺寸时不能自发长大。

6. 均匀形核既需要结构起伏，又需要能量起伏。

7。

纯金属结晶时，固液界面按微观结构分为光滑界面和粗糙界面. 8.纯金属的实际开始结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为过冷，理论结晶温度与实际开始结晶温度之差称为过冷度。

9．合金中的基本相结构，有固溶体和金属化合物两类，其中前者具有较高的综合机械性能，适宜做基体相；后者具有较高的熔点和硬度，适宜做强化相。

10. 间隙相和间隙化合物主要受组元的原子尺寸因素控制.11.相律是分析相图的重要工具,当系统的压力为常数时，相律的表达式为f＝c－p＋1。

12.根据相律，二元合金结晶时，最多可有 3 个相平衡共存，这时自由度为0 。

13.根据相区接触法则可以推定,两个单相区之间必定有一个两相区，两个两相区之间必须以单相区或三相共存水平线隔开。

二元相图的三相区是一条水平线,该区必定与两相区以点接触，与单相区以线接触。

14.铸锭的宏观组织是由表层细晶区、柱状晶区、中心等轴晶区三个区组成。

15.莱氏体是共晶转变所形成的奥氏体和渗碳体组成的混合物。

16。

相变反应式L（液）→α ⎥+β ⎥表示共晶反应；γ（固）→α ⎥+β ⎥表示共析反应。

17。

固溶体合金结晶时，其平衡分配系数K o 表示固液两平衡相中的 溶质浓度之比。

18. 铁碳合金中，一次渗碳体由 液相 产生，二次渗碳体由 奥氏体 产生，三次渗碳体由 铁素体 产生。

19。

一个滑移系是由 滑移面 和 滑移方向 组成。

20。

面心立方晶格的滑移系有 12 个，体心立方晶格的滑移系有 12 个。

材料科学基础课后答案1. 介绍。

材料科学基础是材料科学与工程专业的重要基础课程，通过学习这门课程，可以帮助学生建立起对材料科学的基本理论和知识体系。

在课堂学习之外，课后习题是巩固知识、提高能力的重要途径。

下面是材料科学基础课后习题的答案，希望对同学们的学习有所帮助。

2. 课后习题答案。

（1）什么是晶体？晶体的特点是什么？答，晶体是由具有一定周期性排列的原子、离子或分子组成的固体。

晶体的特点包括具有长程有序性、具有周期性、具有面向性、具有各向同性等。

（2）请简要描述金属的晶体结构。

答，金属的晶体结构包括面心立方结构、体心立方结构和简单立方结构。

其中，面心立方结构的原子在每个面的中心和每个边的中点上各有一个原子，体心立方结构的原子在每个面的中心和立方体的中心各有一个原子，简单立方结构的原子只占据了立方体的顶点。

（3）材料的力学性能包括哪些指标？分别是什么意义？答，材料的力学性能包括强度、硬度、韧性、塑性和刚性等指标。

强度是材料抵抗外力破坏的能力，硬度是材料抵抗表面划伤的能力，韧性是材料抵抗断裂的能力，塑性是材料在受力作用下发生形变的能力，刚性是材料抵抗变形的能力。

（4）简述材料的热性能指标及其意义。

答，材料的热性能指标包括热传导性、膨胀系数和热稳定性等。

热传导性是材料传导热量的能力，膨胀系数是材料在温度变化时的膨胀程度，热稳定性是材料在高温下的稳定性能。

3. 总结。

通过对材料科学基础课后习题的答案解析，可以更加深入地理解材料科学的基本理论和知识体系。

希望同学们能够在课后及时复习、总结，提高对材料科学的理解和应用能力。

材料科学基础习题与答案材料科学基础习题与答案材料科学是一门研究材料的结构、性质和性能的学科，是现代工程技术的基础和支撑。

在学习这门学科的过程中，习题是不可或缺的一部分。

通过解答习题，我们能够更好地理解和掌握材料科学的基础知识。

下面将介绍一些常见的材料科学基础习题以及相应的答案。

一、材料的结构与性质1. 什么是晶体结构？答案：晶体结构是指由原子、离子或分子按一定的顺序和规则排列而成的固态物质的结构。

晶体结构的特点是具有长程有序性和周期性。

2. 什么是非晶体结构？答案：非晶体结构是指由原子、离子或分子按无规则排列而成的固态物质的结构。

非晶体结构的特点是缺乏长程有序性和周期性。

3. 金属的晶体结构有哪些？答案：金属的晶体结构主要有面心立方结构、体心立方结构和简单立方结构。

面心立方结构的特点是每个晶胞内有一个原子位于每个面的中心和每个边的中心，体心立方结构的特点是每个晶胞内有一个原子位于每个面的中心和每个体的中心，简单立方结构的特点是每个晶胞内只有一个原子位于每个角的中心。

4. 陶瓷的晶体结构有哪些？答案：陶瓷的晶体结构主要有离子晶体结构和共价晶体结构。

离子晶体结构的特点是由阳离子和阴离子按一定比例排列而成，共价晶体结构的特点是由共价键连接的原子或分子按一定的顺序排列而成。

5. 聚合物的晶体结构有哪些？答案：聚合物的晶体结构主要有单晶结构和非晶结构。

单晶结构的特点是聚合物链按一定的顺序排列而成，非晶结构的特点是聚合物链按无规则排列而成。

二、材料的性能与应用1. 什么是材料的力学性能？答案：材料的力学性能是指材料在外力作用下的变形和破坏行为。

包括强度、韧性、硬度、弹性模量等指标。

2. 什么是材料的热性能？答案：材料的热性能是指材料在高温下的稳定性和热传导性能。

包括热膨胀系数、热导率、热稳定性等指标。

3. 什么是材料的电性能？答案：材料的电性能是指材料在电场作用下的导电性和绝缘性能。

包括导电率、电阻率、介电常数等指标。

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）。

第2章 习题2-1 a) 试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△G K 与其临界晶核体积V K 之间的关系式为2K K V V G G ∆=-∆； b) 当非均匀形核形成球冠形晶核时，其△G K 与V K 之间的关系如何？a) 证明 因为临界晶核半径 2K Vr G σ=-∆ 临界晶核形成功 32163()K V G G πσ∆=∆ 故临界晶核的体积 3423K K K Vr G V G π∆==∆ 所以 2K K V V G G ∆=-∆ b) 当非均匀形核形成球冠形晶核时，SL 2K Vr G σ=-∆非 临界晶核形成功 3324(23cos cos )3()K SL V G G πσθθ∆=-+∆非故临界晶核的体积 331(23cos cos )3K K V r πθθ=-+非（） 3333SL 3281(23cos cos )(23cos cos )33()SL K V V V V V G G G G σπσπθθθθ∆=--+∆=-+∆∆() 所以 2K K V V G G ∆=-∆非 2-2 如果临界晶核是边长为a 的正方体，试求出其△G K 与a 的关系。

为什么形成立方体晶核的△G K 比球形晶核要大？解：形核时的吉布斯自由能变化为326V V G V G A a G a σσ∆=∆+=∆+ 令()0d G da∆= 得临界晶核边长4K V a G σ=-∆ 临界形核功3333222244649632()6()()()()K tK V K V V V V V V G V G A G G G G G G σσσσσσσ∆=∆+=-∆+-=-+=∆∆∆∆∆ 2K Vr G σ=-∆，球形核胚的临界形核功 332242216()4()33()K bV V V V G G G G G σσπσππσ∆=-∆+=∆∆∆ 将两式相比较3232163()13262()K K b V t V G G G G πσπσ∆∆==≈∆∆ 可见形成球形晶核得临界形核功仅为形成立方形晶核的1/2。