内蒙古大学材料科学导论期末复习计算

材料科学与工程导论期末复习题1.解决不同工程用途所需要得材料称为工程材料，按物理化学属性将其分为(金属材料）、(陶瓷材料)、（高分子聚合物材料)与（复合材料）。

2.钢就是以铁为主要元素、含碳量分数小于（2、11%）,并含有其她元素得合金；铸铁就是指含碳质量分数大于(２、11%)，并含有较多Sｉ、Mn及杂质元素S、Ｐ得多元铁碳合金。

3.陶瓷材料就是由陶瓷粉料经过（成形）、(高温烧结）烧成得一类无机非金属材料，主要分为（传统陶瓷材料)与（新型陶瓷材料）.4.材料就是人类社会所能接受得、可经济地用于制造（有用器件)得物质，就是人类赖以生存与发展得（物质基础）。

5.性质就是材料(功能特性）与效用得定量度量与描述。

任何一种材料都有其(特征得性能）与由之而来得应用。

6.使用材料及开发高性能得新材料,必须了解影响材料性能得各种因素，其中最基本因素就就是材料得(内部结构)，材料得性能由其(内部组织结构）所决定.7.区分晶体与非晶体,主要就是从内部得原子(分子)得（排列情况）来确定,而不就是其外形。

晶体中原子在三维空间作有（规则得)、（周期性得重复排列),而非晶体不具有这一特点。

8.除了在某些特殊条件下，元素难得以(原子态)存在，基本上均以（分子态或液态)、固态存在，后二者称为（凝聚态）.9.正、负离子经（库仑静电引力)相互结合起来结合键称为（离子键)，所结合而成得固体称为(离子固体）。

10.金属键没有（饱与性与明显方向性)，将原子维持在一起得电子并不固定在一定得位置上,故金属键结合得金属晶体一般以（密堆积方式）排列.11.热力学把所选择得（研究对象）或物体本身称为系统，在系统外（与系统有密切联系)得其余部分称为环境.12.研究炼钢炉内得钢水情况时,则（钢水)就是体系,（炉渣、炉气、炉体)等都就是环境，它们之间既有热得交换,又有化学反应引起得物质交换,所以钢水就是敞开系统..13.实际晶体材料几乎都就是（很多小晶体即晶粒)组成得多晶体，其相邻得晶粒在交界处形成(晶界）。

复习要点(Emphasis of revision)1. 考试是以PPT 和上述参考书内容为主。

2. 试题一共10题，有一半简单计算一半概念题。

3. 试题内容包含在上述复习要点中。

的部分为重点复习内容 ◆ PPT 第二讲 (英文参考书第二章） 原子结构的回顾电子，质子，中子，原子的量子力学，电子态，周期表 固体中的原子键合键能键能（Bond Energy ）通常是指在101.3KPa 和298K 下将1mol 气态分子拆开成气态原子时，每个键所需能量的平均值，键能用E 表示。

是表征化学键强度的物理量，可以用键断裂时所需的能量大小来衡量。

基本的原子键离子键，共价键，金属键正负离子间的静电相互作用是离子键的根源。

共价键的本质在于两个原子各有一个自旋相反的未成对的电子，由于原子轨道相重叠而构成价键轨道，导致体系的能量下降。

金属键在本质上和共价键有类似的地方，但是其外层电子比共价键更公有化，电子自由游移于正离子之间，遍及整个晶体，构成近自由电子，这就像是正离子浸在近自由电子的海洋之中。

金属键和共价键最明显的区别就是金属键缺乏方向性和饱和性。

二次键（范德华力） ◆ PPT 第三讲 (英文参考书第三章）结构基元：通过周期性重复排列而组成晶体的最基本的重复单元。

晶体结构−−−−−−→偶极矩的感作用近原子相互作用→荷位移→偶极子(dipoles ）范德力面心立方结构，体心立方结构，六角密堆结构原子堆积因素原子堆积系数APF=原子总体积／结构基元体积配位数：相邻原子周围没有电子轨道重叠的参考原子（离子）的数量。

（1）面心立方结构：配位数CN=12每个结构基元的原子数，n=4面上：6×1／2=3角上原子数：8×1／8=1原子堆积系数APF=0.68总体积:结构基元的体积:（2）体心立方结构：a=4R √3配位数CN=8每个结构基元的原子数，n=2中间原子数：1×1=1角上原子数：8×1／8=1原子堆积系数APF=0.68 （3）六角密堆结构：配位数CN=12每个结构基元的原子数，n=6中间原子数：1×3=3角上原子数：12×1／6=2角上原子数：2×1／2=1原子堆积系数APF=0.7 原子堆积系数密度计算：其中：Vc=a 3(FCC 和BCC)， a=2R √2(FCC)；a=4R √3(BCC)；n —原子中的结构基元数；A---分子量；N A =6.023×1023atoms/mol.晶面指数结晶取向◆ PPT 第四讲 (英文参考书第四、五章）点缺陷：包括（空缺，间隙，杂质）晶体中的点缺陷是在晶体晶格结点上或邻近区域偏离其正常结构的一种缺陷。

材料科学导论试题一、必作题（每题10分，共50分）1）分析材料强化的主要方法及原理。

材料强化的原理:一是提高合金的原子间结合力，提高其理论强度，另一强化途径是向晶体内引入大量晶体缺陷，如位错、点缺陷、异类原子、晶界、高度弥散的质点或不均匀性(如偏聚)等，这些缺陷阻碍位错运动，也会明显地提高材料强度。

材料强化方法主要有：结晶强化、形变强化、固溶强化、相变强化、晶界强化等.其中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，从而提高金属材料的性能，包括细化晶粒、提纯强化。

形变强化是指金属材料经冷加工塑性变形可以提高其强度。

这是由于材料在塑性变形后位错运动的阻力增加所致。

固溶强化是指通过合金化(加入合金元素）组成固溶体，使金属材料得到强化。

相变强化是指合金化的金属材料，通过热处理等手段发生固态相变，获得需要的组织结构，使金属材料得到强化，分为沉淀强化、马氏体强化。

在实际生产上，强化金属材料大都是同时采用几种强化方法的综合强化,以充分发挥强化能力。

2）纯铁、低碳钢、中碳钢、高碳钢、铸铁在碳含量上有什么不同.通常碳含量小于0。

02%的为纯铁或熟铁，在0.02—2.1%之间的为钢，钢分为低碳钢、中碳钢和高碳钢:在0.02-0.25%之间的叫低碳钢，强度较低、塑性和可焊性较好；在0。

25～0.60％之间的叫中碳钢,有较高的强度，但塑性和可焊性较差；在0。

60%-2.1％之间的叫高碳钢，塑性和可焊性很差，但热处理后会有很高的强度和硬度。

而碳含量大于2。

1％的为铸铁或生铁.3）晶体中的缺陷有什么？晶体缺陷是指由于晶体形成条件、原子的热运动及其它条件的影响，使得原子的排列往往存在偏离理想晶体结构的区域。

这些与完整周期性点阵结构的偏离就是晶体中的缺陷。

晶体中存在的缺陷种类很多，根据几何形状和涉及的范围常可分为点缺陷、面缺陷、线缺陷几种主要类型。

点缺陷是指三维尺寸都很小，不超过几个原子直径的缺陷。

一、填空题：1.材料性质的表述包括力学性能、物理性质和化学性质。

2.化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。

3.材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。

4.材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、制备/加工和结构/成分。

5.按组成和结构分，材料分为金属材料，无机非金属材料，高分子材料和复合材料。

6.高分子材料分子量很大，是由许多相同的结构单元组成，并以共价键的形式重复连接而成。

7.复合材料可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。

8.聚合物分子运动具有多重性和明显的松弛特性。

9.功能复合材料是指除力学性能以外，具有良好的其他物理性能并包括部分化学和生物性能的复合材料。

如有光，电，热，磁，阻尼，声，摩擦等功能。

10.材料的物理性质表述为光学性质、磁学性质、电学性质和热学性质。

11.由于高分子是链状结构，所以把简单重复（结构）单元称为链节，简单重复（结构）单元的个数称为聚合度。

12.对于脆性的高强度纤维增强体与韧性基体复合时，两相间若能得到适宜的结合而形成的复合材料，其性能显示为增强体与基体的互补。

（ppt-复合材料，15页）13.影响储氢材料吸氢能力的因素有：（1）活化处理；（2）耐久性（抗中毒性能）；（3）抗粉末化性能；（4）导热性能；（5）滞后现象。

14.典型热处理工艺有淬火、退火、回火和正火。

15.功能复合效应是组元材料之间的协同作用与交互作用表现出的复合效应。

复合效应表现线性效应和非线性效应，其中线性效应包括加和效应、平均效应、相补效应和相抵效应。

16.新材料发展的重点已经从结构材料转向功能材料。

17.功能高分子材料的制备一般是指通过物理的或化学的方法将功能基团与聚合物骨架相结合的过程。

功能高分子材料的制备主要有以下三种基本类型：①功能小分子固定在骨架材料上；②大分子材料的功能化；③已有功能高分子材料的功能扩展；18.材料的化学性质主要表现为催化性能和抗腐蚀性。

复习特种陶瓷—材料的结构—．材料科学—无机非金属材料—失效—特种陶瓷—硅酸盐水泥—热处理—纳米材料判断题1. 低碳钢的硬度及塑性均比高碳钢的高。

错2. 橡胶是在高弹态下使用的高分子材料。

对3. 玻璃是一种晶体材料，它具有透光性、抗压强度高、但脆性大的特点。

错4. 位错、空位、间隙原子都是实际晶体中的点缺陷。

错5. 什么是材料？如何进行分类?材料是指人类社会可接受、能经济地制造有用器件或物品的固体物质。

6. 什么是材料的成分？什么是材料的组织？什么是材料的结构？材料的成分是指组成材料的元素种类及其含量，通常用质量分数（w），也可以用粒子数分数表示。

材料的组织是指在光学显微镜或电子显微镜下可观察到，能反应各组成相形态、尺寸和分布的图像。

材料的结构主要是指材料中原子的排列方式。

7. 材料科学与工程的四大要素是什么？材料成分，结构，工艺，性能。

8. 传统陶瓷坯料常见的成形方法及生产工艺？9. 什么是高分子材料？高分子材料具有哪些性能特点？高分子材料是由可称为单体的原料小分子通过聚合反应而合成的。

力学性能：最大的特点是高弹性和黏弹性。

电性能：绝大多数高分子材料为绝缘体。

热性能：绝热性。

10. 什么叫复合材料？按基体材料分为哪几类？复合材料指由两种或更多种物理性能、化学性能、力学性能和加工性能不同的物质，经人工组合而成的多相固体材料。

复合材料可分为基体相和增强相。

按基体分为树脂基、金属基陶瓷基。

11. 陶瓷由哪些基本相组成？它们对陶瓷的性能有什么影响？晶体相、玻璃相、气相。

12. 简述提高陶瓷材料强度及减轻脆性的途径？13. 按照用途可将合金钢分为哪几类？机器零部件用钢主要有哪些？可分为结构钢，工具钢，特殊钢和许多小类。

轴，齿轮，连接件。

14. 材料典型的热处理工艺有哪些？什么叫回火?退火、正火、淬火、回火。

钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的性能，将其加热Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺叫做回火。

材料科学基础复习题2014.12.15 1.结合键根据其结合力的强弱可分为哪两大类？各自分别包括哪些细类？P2一类是结合力较强的主价键（一次键），包括离子键，共价键，金属键；另一类是结合力较弱的次价键（二次键），包括范德华力和氢键。

2.国际上通常用什么来统一标定晶向指数和晶面指数？P9分别以什么表示？国际上用密勒指数（Miller）来标定。

分别以方括号和圆括号表示，即[uvw]和（hkl）。

3.什么叫点阵、晶胞、晶带、配位数、固溶体、孪晶、蠕变、应力松弛、合金、致密度、聚合度、近程结构、远程结构、复合材料、界面。

点阵（空间点阵）：为了便于分析研究晶体中质点的排列情况，把它们抽象成规则排列于空间的无数个几何点，这些点可以是原子或分子的中心，也可以是彼此等同的原子群或分子群的中心，但各个点的周围环境必须相同。

这种点的空间排列就称为空间点阵。

P5晶胞：为了说明点阵排列的规律和特点，在点阵中取出一个具有代表性的单元作为点阵的组成单元，称为晶胞。

P5晶带：相交于同一直线的一组晶面组成一个晶带。

（晶带面、晶带轴）P12配位数：晶体结构中任一原子周围最相邻且等距离的原子数。

P21固溶体：固溶体是固体溶液，是溶质原子溶入溶剂中所形成的均匀混合的物质。

P25孪晶：孪生形变后，变形与未变形两部分晶体合称为孪晶。

P84蠕变：蠕变是指在恒温下对高分子材料快速施加较小的恒定外力时，材料的变形随时间而逐渐增大的力学松弛现象。

P279应力松弛：应力松弛是指在恒定温度和形变保持不变的情况下，高分子材料内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象。

P279合金：是指由两种或两种以上的金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。

P25致密度：晶体结构中原子体积占总体积的分数。

P21聚合度：将高分子材料的结构单元总数称为聚合度。

P253近程结构：包括构造和构型。

P264远程结构：是指单个高分子链的大小和形态、链的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象。

阵点结点：将晶体中的质点抽象为空间规则排列的几何点点阵：所有阵点在三维空间成周期性规则排列晶胞：为说明点阵排列的规律和特点，在空间点阵中取一个具有代表性的基本小单元单晶体：一块晶体内部的原子排列的长程有序规律是连续的多晶体：在晶体内的每个区域里原子按周期性的规则排列，但不同区域之间原子的排列方式不同配位数：晶体结构中与任意一原子最近领且等距离的原子数致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数点缺陷：阵点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构正常排列肖脱基缺陷：只形成空位而不形成等量的间隙原子弗兰克尔缺陷：同时形成等量的空位和间隙原子线缺陷：位错。

刃型位错，螺型位错，混合型位错面缺陷：在一个方向上尺寸很小在其余两个方向上的尺寸很大的缺陷晶界：同一固相但位相不同的相邻晶粒之间的界面亚晶界：每个晶粒有时由若干个位相稍有差异的亚晶粒组成，相邻亚晶粒间的界面晶界分类：相邻晶粒位相差θ小角度晶界θ<10大角度晶界θ>10相界:具有不同结构的两相之间的分界面称为“相界”。

按结构特点，相界面可分为共格、半共格和非共格相界三种类型。

结晶：凝固后的物质为晶体金属的结晶：金属凝固时，通常是由原子不规则排列的液体向规则排列的晶体转变的过程过冷现象：实际结晶温度低于理论 结晶温度的现象过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差结构起伏：液态金属是由许多强烈游动、紧密接触、规则排列的原子集团所组成。

它们大小不一，处于时聚时散，此起彼伏的状态。

这种很不稳定的现象称为均匀形核：是靠自身的结构起伏和能量起伏等条件在均匀的母相中无择优位置，任意地形成核心。

这种晶核由母相中的一些原子团直接形成，不受其它外界影响。

非均匀形核：是在母相中利用自有的杂质、模壁等异质作为基底，择优形核。

这种晶核受杂质等外界影响。

形核率：单位时间内单位体积液态金属中形成的晶核数 G Q RT RT N Ke e*∆--= = K N1 N2N1称为形核功因子 N2称为扩散概率因子能量起伏：尺寸不同的结构起伏具有的能量偏离体系平均能量的时起时伏，此起彼伏的现象。