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材料科学基础5---9章习题

材料科学基础5---9章习题
材料科学基础5---9章习题

第5章材料的形变和再结晶

1. 有一70MPa应力作用在fcc晶体的[001]方向上,求作用在(111)和(111)

滑移系上的分切应力。

答案:

矢量数性积a×b=?a?×?b? T = a×b

?a?×?b?

滑移系:

(负号不影响切应力大小,故取正号)

滑移系:

2. Zn单晶在拉伸之前的滑移方向与拉伸轴的夹角为45°,拉伸后滑移方向与拉伸轴的夹角为30°,求拉伸后的延伸率。

答案 :

如图所示,AC和A’C’分别为拉伸前后晶体中两相邻滑移面之间的距离。因为拉伸前后滑移面间距不变,即AC=A’C’

3. 已知平均晶粒直径为1mm和0.0625mm的a-Fe的屈服强度分别为112.7MPa和196MPa,问平均晶粒直径为0.0196mm的纯铁的屈服强度为多少?

答案:

解得

4. 铁的回复激活能为88.9 kJ/mol,如果经冷变形的铁在400℃进行回复处理,使其残留加工硬化为60%需160分钟,问在450℃回复处理至同样效果需要多少时间?

答案:(分)

5. 已知H70黄铜(30%Zn)在400℃的恒温下完成再结晶需要1小时,而在390℃完成再结晶需要2小时,试计算在420℃恒温下完成再结晶需要多少时间?

答案:再结晶是一热激活过程,故再结晶速率:,而再结晶速率和产生某一体积分数所需时间t成反比,即∝∴

在两个不同的恒定温度产生同样程度的再结晶时,

两边取对数;同样

故得。代入相应数据,得到t3 = 0.26 h。1.有一根长为5 m,直径为3mm的铝线,已知铝的弹性模量为70GPa,求在200N的拉力作用下,此线的总长度。答案

2.一Mg合金的屈服强度为180MPa,E为45GPa,a)求不至于使一块10mm?2mm的Mg板发生塑性变形的最大载荷;b)在此载荷作用下,该镁板每mm的伸长量为多少?答案3. 已知烧结Al2O3的孔隙度为5%,其E=370GPa。若另一烧结Al2O3的E=270GPa,试求其孔

隙度。答案

4. 有一Cu-30%Zn黄铜板冷轧25%后厚度变为1cm,接着再将此板厚度减少到0.6cm,试求总冷

变形度,并推测冷轧后性能变化。答案

5. 有一截面为10mm?10mm的镍基合金试样,其长度为40mm,拉伸实验结果如下:

载荷(N)标距长度(mm)

0 40.0

43,100 40.1

86,200 40.2

102,000 40.4

104,800 40.8

109,600 41.6

113,800 42.4

121,300 44.0

126,900 46.0

127,600 48.0

113,800(破断)50.2

试计算其抗拉强度σb,屈服强度σ0.2,弹性模量E以及延伸率δ。答案

6. 将一根长为20m,直径为14mm的铝棒通过孔径为12.7mm的模具拉拔,求a)这根铝棒拉

拔后的尺寸;b)这根铝棒要承受的冷加工率。答案

7. 确定下列情况下的工程应变εe 和真应变εT ,说明何者更能反映真实的变形特性: a )由L 伸长至1.1L ; b )由h 压缩至0.9h ; c )由L 伸长至2L ; d )由h 压缩至0.5h 。答案

8. 对于预先经过退火的金属多晶体,其真实应力—应变曲线的塑性部分可近似表示为

,其中k 和n 为经验常数,分别称为强度系数和应变硬化指数。若有A ,B 两

种材料,其k 值大致相等,而n A =0.5,n B =0.2,则问a )那一种材料的硬化能力较高,为什么?b )同样的塑性应变时,A 和B 哪个位错密度高,为什么?c )导出应变硬化指数n 和应

变硬化率之间的数学公式。答案

9. 有一70MPa 应力作用在fcc 晶体的[001]方向上,求作用在(111)

和(111)滑移

系上的分切应力。答案

10. 有一bcc 晶体的[111]滑移系的临界分切力为60MPa ,试问在[001]和[010]方向必须施加

多少的应力才会产生滑移?答案

11.Zn 单晶在拉伸之前的滑移方向与拉伸轴的夹角为45?,拉伸后滑移方向与拉伸轴的夹角为30?,

求拉伸后的延伸率。答案

12. Al 单晶在室温时的临界分切应力τC =7.9×105Pa 。若室温下对铝单晶试样作为拉伸试验时,

拉伸轴为[123]方向,试计算引起该样品屈服所需加的应力。答案

13. Al 单晶制成拉伸试棒(其截面积为9mm 2)进行室温拉伸,拉伸轴与[001]交成36.7?,与[011]

交成19.1?,与[111]交成22.2?,开始屈服时载荷为20.40N ,试确定主滑移系的分切应力。答案

14. Mg 单晶体的试样拉伸时,三个滑移方向与拉伸轴分别交成38°、45°、85°,而基面法线

与拉伸轴交成60°。如果在拉应力为2.05MPa 时开始观察到塑性变形,则Mg 的临界分切应力为多少?答案

15. MgO 为NaCl 型结构,其滑移面为{110},滑移方向为<110>,试问沿哪一方向拉伸(或压缩)

不能引起滑移?答案

16. 一个交滑移系包括一个滑移方向和包含这个滑移方向的两个晶面,如bcc 晶体的(101)

(110),写出bcc 晶体的其他三个同类型的交滑移系。答案 17. fcc 和bcc 金属在塑性变形时,流变应力与位错密度ρ的关系为

,式中τ0

为没有干扰位错时,使位错运动所需的应力,也即无加工硬化时所需的切应力,G 为切变模量,b 为位错的柏氏矢量,α为与材料有关的常数,为0.3~0.5。实际上,此公式也是加工硬化方法的强化效果的定量关系式。若Cu 单晶体的τ0=700kPa ,初始位错密度ρ0=105cm -2,则临界分切应力为多少?已知Cu 的G=42?103MPa ,b=0.256nm ,[111] Cu 单晶产生1%塑性变形所对应的σ=40MPa ,求它产生1%塑性变形后的位错密度。答案

n T

T

k ε

?

??? ??=T

T d d εσθ[]110[]101)011(]

111[ρ

αττGb

+=0

18. 证明:bcc 及fcc 金属产生孪晶时,孪晶面沿孪生方向的切变均为0.707。答案

19. 试指出Cu 和α-Fe 两晶体易滑移的晶面和晶向,并求出他们的滑移面间距,滑移方向上的原

子间及点阵阻力。(已知G Cu =48.3GPa ,G α-Fe =81.6GPa ,v =0.3). 答案 20. 设运动位错被钉扎以后,其平均间距(ρ为位错密度),又设Cu 单晶已经应变硬化到

这种程度,作用在该晶体所产生的分切应力为14 MPa ,已知G=40GPa ,b =0.256nm ,计算Cu 单晶的位错密度。答案

21. 设合金中一段直位错线运动时受到间距为λ的第二相粒子的阻碍,试求证使位错按绕过机制

继续运动所需的切应力为:

,式中T —线张力,b —柏氏矢量,G —切变模量,r 0—第二相粒子半径,B —常数。答案略

22. 40钢经球化退火后渗碳体全部呈半径为10μm 的球状,且均匀地分布在α-Fe 基础上。已知

Fe 的切变模量G=7.9×104Mpa ,α-Fe 的点阵常数a=0.28nm ,试计算40钢的切变强度。答案

23. 已知平均晶粒直径为1mm 和0.0625mm 的α-Fe 的屈服强度分别为112.7MPa 和196MPa,问平

均晶粒直径为0.0196mm 的纯铁的屈服强度为多少?答案

24. 已知工业纯铜的屈服强度σ S =70MPa ,其晶粒大小为N A =18个/mm 2,当N A =4025个/mm 2时,

σ S =95MPa 。试计算N A =260个/mm 2时的

?答案

25. 简述陶瓷材料(晶态)塑性变形的特点。答案略 26. 脆性材料的抗拉强度可用下式来表示:

式中σ0为名义上所施加的拉应力,l 为表面裂纹的长度或者为内部裂纹长度的二分之一,r 为

裂纹尖端的曲率半径,σ m 实际上为裂纹尖端处应力集中导致最大应力。现假定A l 2O 3陶瓷的表面裂纹的临界长度为l =2×10-3mm ,其理论的断裂强度为E/10,E 为材料的弹性模量等于393GPa ,试计算当Al 2O 3陶瓷试样施加上275MPa 拉应力产生断裂的裂纹尖端临界曲率半径r C 。答案

27. 三点弯曲试验常用来检测陶瓷材料的力学行为。有一圆形截面Al 2O 3试样,其截面半径

r =3.5mm ,两支点间距为50mm ,当负荷达到950N ,试样断裂。试问当支点间距为40mm 时,具有边长为12mm 正方形截面的另一同样材料试样在多大负荷会发生断裂? 答案 28. 对许多高分子材料,其抗拉强度σ b 是数均相对分子质量

的函数:

式中σ 0为无限大分子量时的抗拉强度,A 为常数。已知二种聚甲基丙烯酸甲酯的数均相对分

2

1-=ρ

l ????

??=

=02ln 22r B r Gb

b T

λπλ

τS

σ

2

1

02?

?? ??=r l m σσn

M

n

b M

A -

=0σσ

子质量分别为4×104和6×104,所对应的抗拉强度则分别为107MPa 和170MPa ,试确定数均相对分子质量为3×104时的抗拉强度σ b 。答案

29. 解释高聚物在单向拉伸过程中细颈截面积保持基本不变现象。答案略

30. 现有一φ6mm 铝丝需最终加工至φ0.5mm 铝材,但为保证产品质量,此丝材冷加工量不能超

过85%,如何制定其合理加工工艺?答案

31. 铁的回复激活能为88.9 kJ/mol ,如果经冷变形的铁在400℃进行回复处理,使其残留加工硬

化为60%需160分钟,问在450℃回复处理至同样效果需要多少时间?答案

32. Ag 冷加工后位错密度为1012/cm 2,设再结晶晶核自大角度晶界向变形基体移动,求晶界弓出

的最小曲率半径(Ag: G=30GPa ,b =0.3nm ,γ =0.4J/m 2)。答案

33. 已知纯铁经冷轧后在527℃加热发生50%的再结晶所需的时间为104s ,而在727℃加热产生

50%再结晶所需时间仅为0.1s ,试计算要在105s 时间内产生50%的再结晶的最低温度为多少度?答案

34. 假定将再结晶温度定义为退火1小时内完成转变量达95%的温度,已知获得95%转变量所需

要的时间t 0.95:

式中、G 分别为在结晶的形核率和长大线速度:

a)根据上述方程导出再结晶温度T R 与G 0、N 0、Q g 及Q n 的函数关系;

b)说明下列因素是怎样影响G 0、N 0、Q g 及Q n 的:1)预变形度;2)原始晶粒度;3)金属纯度。 c)说明上述三因素是怎样影响再结晶温度的。答案略

35. 已知Fe 的T m =1538℃,Cu 的T m =1083℃,试估算Fe 和Cu 的最低再结晶温度。答案 36. 工业纯铝在室温下经大变形量轧制成带材后,测得室温力学性能为冷加工态的性能。查表得

知工业纯铝的T 再=150℃,但若将上述工业纯铝薄带加热至100℃,保温16天后冷至室温再测其强度,发现明显降低,请解释其原因。答案

37. 某工厂用一冷拉钢丝绳将一大型钢件吊入热处理炉内,由于一时疏忽,未将钢绳取出,而是

随同工件一起加热至860℃,保温时间到了,打开炉门,欲吊出工件时,钢丝绳发生断裂,试分析原因。答案

38. 已知H70黄铜(30%Zn )在400℃的恒温下完成再结晶需要1小时,而在390℃完成再结晶

需要2小时,试计算在420℃恒温下完成再结晶需要多少时间?答案

39. 设有1cm 3黄铜,在700℃退火,原始晶粒直径为2.16?10-3cm ,黄铜的界面能为0.5J/m 2,由

量热计测得保温2小时共放出热量0.035J ,求保温2小时后的晶粒尺寸。答案

40. 设冷变形后位错密度为1012/cm 2的金属中存在着加热时不发生聚集长大的第二相微粒,其体

积分数f=1%,半径为1μm ,问这种第二相微粒的存在能否完全阻止此金属加热时再结晶(已知G=105MPa ,b =0.3nm ,比界面能σ=0.5J/m 2)。答案

41. W 具有很高的熔点(T m =3410℃),常被选为白炽灯泡的发热体。但当灯丝存在横跨灯丝的大

4

1

395

.085.2??

?

?

??=G N t N kT

Q n e N N -=0 kT

Q g e

G G -

=0

晶粒,就会变得很脆,并在频繁开关的热冲击下产生破断。试介绍一种能延长灯丝寿命的方法。答案略

42. Fe-3%Si 合金含有MnS 粒子时,若其半径为0.05μm ,体积分数为0.01,在850℃以下退火过

程中,当基体晶粒平均直径为6 μm 时,其正常长大即行停止,试分析其原因。答案略 43. 工程上常常认为钢加热至760℃晶粒并不长大,而在870℃时将明显长大。若钢的原始晶粒

直径为0.05mm ,晶粒长大经验公式为

,其中D 为长大后的晶粒直径,D 0

为原始晶粒直径,c 为比例常数,t 为保温时间。

已知760℃时,n =0.1,c =6?10-16;870℃时,n =0.2,c =2?10-8,求含0.8% C 的钢在上述两温度下保温1小时晶粒直径。答案

44. 简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力,并如何区分冷、热加工?动态再结晶与静态再结晶

后的组织结构的主要区别是什么?答案 1. 5002.02mm 2.a )3600(N)

b )0.004 3. 19.61% 4. 55%

5. 1.276(GPa),172.4(GPa),25.5% 6.a )24.3(m) b )18%

7.a)

b)

c)

d)

8.a )A 比B 的应变硬化能力高。

b )B 的位错密度高。

c )

9.

滑移系:

ct

D D n n =-1

01

%

10)11.1(=-=

L L

e ε%

5.91.1ln

==L

L T ε%

10)19.0(-=-=

h h

e ε%

5.109.0ln

-==h h T ε%

100)12(=-=

L

L

e ε%

3.692ln

==L

L T ε%

50)15.0(-=-=

h

h

e ε%

3.695.0ln

-==h

h T εT

T n T

n

T

T n

n

εσεεσθ==-1

()]110[111)

(577.283

270cos cos MPa =?

=

=φλστ

滑移系:

10. 方向:

故在此方向上无论施加多大应力都不能产生

滑移。

方向:

11. 41.4% 12. 1.69(MPa) 13. 1.01(MPa) 14. 0.8077(MPa)

15. 对氧化镁,不存在任何不会引起滑移的拉伸(或压缩)方向。

16. 由立方晶系(001)标准投影图可查得,bcc 晶体其他三个同类型的交滑移系是:

、、

17. 836(kPa),ρ=5.61*108

(cm -2

) 18. 0.707

19. 90.45(MPa),152.8(MPa) 20. ρ=1.869*1012

(m -2

) 21. 答案略。 22. 0.465(MPa) 23. 283.255(MPa) 24. 78.3(MPa) 25.

答案略

26. 0.39(nm) 27. 10154.9(N) 28. 44(MPa) 29. 答案略。

30. 因此,可先将φ6mm 的铝丝冷拔至φ2.324mm ,接着进行再结晶退火,以消除加工硬化,然

后冷拔至φ0.9mm ,再进行再结晶退火,最终冷拔至φ0.5mm 即可。 31. 59(分) 32. 29(nm) 33. 496.23℃

()[]101 1110

3070cos cos =?==φλστ[]001∞

=?=

=

3160cos cos φ

λτσc

[]010)

(97.1462

1

3160cos cos MPa c

=?=

=

φ

λτσ()()101]111[011[])110(111)011(()[])101(111011

34. a)

b)答案略。 c)答案略。

35. Fe 的最低再结晶温度

= 451.4℃ Cu 的最低再结晶温度

= 269.4℃

生产中为了提高生产效率,工厂中实际再结晶退火温度通常选定为+100~200℃。

36. 答案略。 37. 答案略。

38. 0.26 h 。

39. d 2=8.9?10-3(cm)

40. 这种第二相微粒的存在不能完全阻止再结晶。 41. 答案略。 42. 答案略。

43. 760℃:D = 0.0516 (mm)故此晶粒基本上为长大;

870℃:D = 0.0686 (mm) 相对原始晶粒直径已明显长大(约37%)。

44. 答案略。

第6章 单组元相图及纯晶体凝固

1.考虑在一个大气压下液态铝的凝固,对于不同程度的过冷度,即:ΔT=1,10,100和200℃,计算:

(a)临界晶核尺寸; (b)半径为r*的晶核个数;

(c) 从液态转变到固态时,单位体积的自由能变化ΔG*(形核功); (d)从液态转变到固态时,临界尺寸r*处的自由能的变化 ΔGv 。

铝的熔点Tm=993K ,单位体积熔化热Lm=1.836×109J/m3,固液界面比表面能δ=93mJ/m2,书中表6-4是121mJ/m2,原子体积V0=1.66×10-29m3。

答案:(a ) 临界晶核尺寸r*=

因为ΔT= Tm-T 是正值,所以r*为正,将过冷度ΔT=1℃代入,得:

?

???

??+-

=30085.2ln 3G N k Q Q T g n R )

(4.724)2731538(4.0K T =+?=再)

(4.542)2731083(4.0K T =+?=再再

T

(b) 半径为r*的球状晶核的数目:

(c) ΔGV=

(d)处于临界尺寸r*的晶核的自由能ΔG*:

同理可得ΔT=10,100和200℃的结果,见下表:

2.a)已知液态纯镍在1.013×105Pa(1个大气压),过冷度为319℃时发生均匀形核。设临界晶核半径为1nm,纯镍的熔点为1726K,熔化热Lm=18075J/mol,摩尔体积V=6.6cm3/mol,计算纯镍的液-固界面能和临界形核功

答案:(a)因为

所以

(b )要在1726K 发生均匀形核,就必须有319℃的过冷度,为此必须增加压力,才能使纯

镍的凝固温度从1726K 提高到2045K :对上式积分:

1. 计算当压力增加到500×105

Pa 时锡的熔点的变化时,已知在105

Pa 下,锡的熔点为505K ,熔化热7196J/mol ,摩尔质量为118.8×10-3

kg/mol ,固体锡的体积质量密度7.30×103

kg/m ,熔化时的体积变化为+2.7%。答案 2. 根据下列条件建立单元系相图:

(a) 组元A 在固态有两种结构A 1和A 2,且密度A 2>A 1>液体; (b) A 1转变到A 2的温度随压力增加而降低 (c) A 1相在低温是稳定相;

(d) 固体在其本身的蒸汽压1333Pa(10mmHg)下的熔点是8.2℃; (e) 在1.013*105Pa(一个大气压)下沸点是90℃;

(f) A 1A 2和液体在1.013*106Pa(10个大气压)下及40℃时三相共存(假设升温相变H<0)答案 3. 考虑在一个大气压下液态铝的凝固,对于不同程度的过冷度,即:ΔT=1,10,100和200℃,计算:

(a) 临界晶核尺寸; (b) 半径为r *

的晶核个数;

(c) 从液态转变到固态时,单位体积的自由能变化ΔG *

(形核功); (d) 从液态转变到固态时,临界尺寸r *

处的自由能的变化 ΔGv 。

铝的熔点T m =993K ,单位体积熔化热L m =1.836×109

J/m 3

,固液界面比表面能δ=93mJ/m 2

,书中表6-4是121mJ/m 2

,原子体积V 0=1.66×10-29m 3

。答案

4. (a ) 已知液态纯镍在1.013×105

Pa(1个大气压),过冷度为319℃时发生均匀形核。

设临界

晶核半径为1nm ,纯镍的熔点为1726K ,熔化热L m =18075J/mol ,摩尔体积V=6.6cm 3

/mol ,计算纯镍的液-固界面能和临界形核功。

(b )若要在2045K 发生均匀形核,需将大气压增加到多少?已知凝固时体积变化ΔV=-0.26cm 3

/mol(1J=9.87×105

cm 3

.Pa)。答案 5. 纯金属的均匀形核率可以下式表示

式中A 1035,exp(-Q/kT) 10-2,ΔG *为临界形核功,k 为波耳兹曼常数,共值为1.38*10-23

J/K

(a )假设过冷度ΔT 分别为20℃和200℃,界面能σ=2×10-5

J/cm 2

,熔化热ΔH m =12600J/mol ,

熔点T m =1000K ,摩尔体积V=6cm 3

/mol ,计算均匀形核率。

(b )若为非均匀形核,晶核与杂质的接触角θ=60°,则如何变化?ΔT 为多少时? (c) 导出r *

与ΔT 的关系式,计算r *

=1nm 时的ΔT/T m 。答案

6. 试证明在同样过冷度下均匀形核时,球形晶核较立方晶核更易形成。答案

7. 证明任意形状晶核的临界晶核形成功ΔG *

与临界晶核体积V *

的关系:

,ΔG V ——液固相单位体积自由能差。答案

8. 用示差扫描量热法研究聚对二甲酸乙二酯在232.4℃的等温结晶过程,由结晶放热峰测得如下数据。

9. 试说明结晶温度较低的高分子的熔限较宽,反之较窄。答案

10.测得聚乙烯晶体厚度和熔点的实验数据如下。试求晶片厚度趋于无限大时的熔点T m 。如果聚乙烯结晶的单位体积熔融热为ΔH=280焦耳/厘米3

,问表面能是多少?答案

2. 答案略。

3. (a ) 9

4.5nm

(b) 2.12*108

(个)

)

exp()exp(kT

Q kT

G A N -

?-

=*

?

≈≈?

N ?

N V

G V

G

?-

=?2

*

*

(c) -1.97*106J/m 3

(d)3.43*10-15J

4. (a ) 0.253(J/m 2

),1.06*10-18

(J) (b ) 116365*105(Pa) 5. (a)1.33*103

(cm -3s -1) (b)70摄氏度 (c)0.19

6. r*=

,得球形核胚的临界形核功为:

边长为a 的立方形晶核的临界形核功为:

二式相比较:

可见形成球形晶核的临界形核功仅为形成立方形晶核的1/2。 7. 证明:均匀形核自由能变化 (1)

式中:A 和B 为晶核的形状因子。

对(1)求极值,即

临界晶核半径:r *

=

(2)

临界晶核体积:V *

=A(r*)3

=

(3)

将(2)式代入(1)式,得:

V G ?σ

22

32

3

*3162(

4)23

4V

V

V V

G G G G G

?=

?+??-

=?πσ

σσπσπ)(

2

32

*32)2(

6)2(

V V

V V

G G G G G

?=

?+??=?σ

σσσ立方

2

16

323162

32

3*

*

=

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??π

σ

πσ

V

V G G G G 立方

球σ

2

3

Br G Ar G v +?=?得

,0)

(=?dr

G d v

G A B ?-32σ

3

2

33278v

G A B ?-σ

对于非均匀形核,可证上式仍成立。

8. 结晶常数k=7.7×10-5

,结晶期

=

=20.5(min)

9. 由于高分子在较低的温度下结晶时,分子链的活动能力差,形成的晶体较不完善,完善的程度差别也较大,因此,缺陷较多的晶体将在较低的温度下溶融,而缺陷较少的晶体将在较高的温度下熔融,因此导致较宽的溶限。反之,高分子在较高温度下结晶时,分子链活动能力较强,形成的结晶较完善,不同晶体完全程度的差异也较小,因此,溶限较窄。

10. 表面能

0.37J/m

2

第7章 二元系相图及合金的凝固

1.Mg-Ni 系的一个共晶反应为 507℃ L(23.5Wt.%Ni)

α(纯镁)+Mg2Ni(54.6Wt.%Ni)

设C1为亚共晶合金,C2为过共晶合金,这两种合金中的先共晶相的重量分数相等,但C1合金中的α 总量为C2合金中的α 总量的2.5倍,试计算C1和C2的成分。 答案:根据已知条件,由杠杆定理得:

由题意,

,联立上述二式可解得:

C 2=54.6-1.323C 1 (1) 令C 1中

总量为

,则:

令C 2中

总量为

,则:

v

v V

v

v G V

G G V

G G A B G A B B r B G r A G ?-

=??-

=???+-=

+?=?2

,227427128)()(*

*

*

*

2

2

332

2

3

33

3

2

*3**

即=

σ

σ

σ

σ

2

/1t k

2

ln =

e σ

由题意=2.5

即(2)

将(1)式代入(2)式,可解得:C1=12.7wt%Ni,C2=37.8wt%Ni

(a)w(C)=2.11%时,Fe3C2%= =22.6%

由铁碳相图可知奥氏体的成分为2.11%,可得到最大Fe3C2析出量:

w(C)=4.30%时

共晶中奥氏体的量为=0.5218

则共晶中奥氏体可析出Fe3C2的量为:

Fe3C2%=0.5218×=11.8%

或者先求ω(C)=4.30%时铁碳合金在共析反应前的渗碳体的总量为:

(Fe3C)t%=0.60 然后从(Fe3C)t%中减去共晶中Fe3C的量,即得Fe3C2%,

Fe3C2%= - =11.8%

(b)w(C)=4.30%的冷却曲线:

1. 固溶体合金的相图如图所示,试根据相图确定:

(a) 成分为40%B的合金首先凝固出来的固体成分;

(b) 若首先凝固出来的固体成分含60%B,合金的成分为多少?

(c) 成分为70%B的合金最后凝固的液体成分;

(d) 合金成分为50%B,凝固到某温度时液相含有40%B,固体含有80%B,此时液体和固体各占多少分数?答案

2.指出下列相图中的错误,并加以改正。答案

3. Mg-Ni 系的一个共晶反应为 507℃

L(23.5Wt.%Ni) α(纯镁)+Mg 2Ni(54.6Wt.%Ni)

设C 1为亚共晶合金,C 2为过共晶合金,这两种合金中的先共晶相的重量分数相等,但C 1合金中的α 总量为C 2合金中的α 总量的2.5倍,试计算C 1和C 2的成分。答案

4. 组元A 和B 在液态完全互溶,但在固态互不溶解,且形成一个与A 、B 不同晶体结构的中间化合物,由热分析测得下列数据:

子量A=28,B=24)。

(b ) 100kg 的含20wt.%B 的合金在800℃平衡冷却到室温,最多能分离出多少纯A 。答案 5. Mg-Ni 系的一个共晶反应为 507℃

L(23.5Wt.%Ni) α(纯镁)+Mg 2Ni(54.6Wt.%Ni)

设C 1为亚共晶合金,C 2为过共晶合金,这两种合金中的先共晶相的重量分数相等,但C 1合金中的α 总量为C 2合金中的α 总量的2.5倍,试计算C 1和C 2的成分。答案

6. 假定我们在SiO 2中加入10at%的Na 2O ,请计算氧与硅之比值。如果O:Si ≤2.5是玻璃化趋势的判据,则形成玻璃化的最大Na 2O 是多少?答案

7. 一种由SiO 2-45%Al 2O 3(wt%)构成的耐高温材料被用来盛装熔融态的钢(1600℃)。 (a) 在此情况下有多少百分率的耐热材料会熔化?(共晶成分10wt%Al 2O 3)

(b) 选用该耐高温材料是否正确?(实际使用,液相不能超过20%)

答案 8. 根据所示的CaO-ZrO 2相图,做下列工作: (a )写出所有的三相恒温转变

(b )计算4wt%CaO-ZrO 2陶瓷在室温时为单斜ZrO 2固溶体 (Monoclinic ZrO 2 SS)和立方

ZrO 2固溶体(Cubic ZrO 2 SS)的相对量(用mol%表示)。假定单斜ZrO 2固溶体和立方ZrO 2固溶体在室温的溶解度分别为2mol%CaO 和15mol%CaO 答案

9. (a)根据Fe-Fe 3C 相图,分别求2.11%C ,4.30%C 的二次渗碳体的析出量,(b)画出4.3%的冷却曲线。答案略

10. 根据所示的Al-Si 共晶相图,试分析下列(a,b,c )三个金相组织属什么成分并说明理由。指

出细化此合金铸态组织的可能用途。答案

11. 假设质量浓度为ρ0的固溶体进行正常凝固,若k 0<1,并用g 表示固溶体相的分数x/L ,试证明固相平均质量浓度

可表达为:

固相中的溶质总量M=ρs g ,则

s

ρ]

)1(1[0

0k s g g

--=

ρρ

答案

12. 证明题:1)如下图所示,已知液、固相线均为直线,证明k 0=w s /w l =常数;2)当k 0=常数时,试证明液、固平面状界面的临界条件G/R=[mw 0(1-k 0)]/(k 0D)可简化为G/R=?T/D 。式中m 是液相线斜率,w 0是合金原始成分,D 是原子在液体中的扩散系数,k 0是平衡分配系数,?T=T 1-T 2。答案略

14. Al-Cu 合金相图如图4-10所示,设分配系数K 和液相线斜率均为常数,试求:

(a)含1%Cu 固溶体进行缓慢的正常凝固,当凝固分数为50%时所凝固出的固体成分; (b)经过一次区域熔化后在x=5处的固体成分,取熔区宽度l=0.5;

(c)测得铸件的凝固速率R=3?10-4

cm/s ,温度梯度G=30℃/cm ,扩散系数D=3?10-5

cm/s 时,合金凝固时能保持平面界面的最大含铜量。答案

]

)

1(1[]

)

1(1[]

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k k k s g g

g M g k k g k dg g k M dg

g k dg dM --=

=--=-

--=-=-==?--ρρρρρρρρ所以得:由积分中值定理:

材料科学基础Ι_课程教学大纲

材料科学基础Ι课程教学大纲 一、课程说明 (一)课程名称、所属专业、课程性质、学分; 课程名称:材料科学基础 所属专业:材料物理,材料化学 课程性质:专业基础课 学分:8 (二)课程简介、目标与任务; 课程简介: 本课程是材料学科本科生的一门专业基础课。它的主要任务是使学生对材料的生产、科研、应用以及它的过去、现在和未来有初步了解,以及对材料科学与工程有一个较全面而又概括的了解同时,使学生掌握较完整全面的材料科学基础知识。本课程的覆盖面较宽,要介绍工程材料的结构与性能,生产制备,科研和应用的概况,材料的发展历史,目前状况和发展趋势。各章节除介绍有关材料的基本知识外,尽可能反映该领域的新成果、新发展及其在新技术中的应用。用必要的例子生动地描述出该领域的基本情况、动态和趋势。从这个意义上说,它不是一门传统的导论课,而是学生掌握材料科学基础知识的基础课。它让学生了解这一领域的基础、现状和前景。课程对材料研究的若干方法也做一些简介。 目标与任务: 通过本课程教学,使学生对材料科学基础知识以及材料的生产过程有一个较全面、较概括的了解;对当前材料科学研究的前沿有初步了解;培养学生对材料科学的兴趣。初步掌握各类工程材料的基本概念,包括组织结构、性能、生产过程和应用等;初步了解材料科学的研究前沿以及我校材料学科的科研工作简况。 (三)先修课程要求,与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接; 本课程是材料专业的专业基础课,本课程的学习需要学生具备高等数学、大学物理、大学化学作基础,同时又是材料专业的专业课(如金属材料学、陶瓷材料学、高分子材料、功能材料等)的基础。 (四)教材与主要参考书。 1. W.D. Callister, Jr., Materials Science and Engineering: An Introduction,6th edition, John Wiley and Sons, Inc., New York,2003.

材料科学基础习题及答案

习题课

一、判断正误 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、位错滑移时,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<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.晶格常数是晶胞中两相邻原子的中心距。 10.具有软取向的滑移系比较容易滑移,是因为外力在在该滑移系具有较大的分切应力值。11.面心立方金属的滑移面是{110}滑移方向是〈111〉。 12.固溶强化的主要原因之一是溶质原子被吸附在位错附近,降低了位错的易动性。13.经热加工后的金属性能比铸态的好。 14.过共析钢的室温组织是铁素体和二次渗碳体。 15.固溶体合金结晶的过程中,结晶出的固相成份和液相成份不同,故必然产生晶内偏析。16.塑性变形后的金属经回复退火可使其性能恢复到变形前的水平。 17.非匀质形核时液体内部已有的固态质点即是非均匀形核的晶核。 18.目前工业生产中一切强化金属材料的方法都是旨在增大位错运动的阻力。 19、铁素体是α-Fe中的间隙固溶体,强度、硬度不高,塑性、韧性很好。 20、体心立方晶格和面心立方晶格的金属都有12个滑移系,在相同条件下,它们的塑性也相同。 21、珠光体是铁与碳的化合物,所以强度、硬度比铁素体高而塑性比铁素体差。 22、金属结晶时,晶粒大小与过冷度有很大的关系。过冷度大,晶粒越细。 23、固溶体合金平衡结晶时,结晶出的固相成分总是和剩余液相不同,但结晶后固溶体成分是均匀的。 24、面心立方的致密度为0.74,体心立方的致密度为0.68,因此碳在γ-Fe(面心立方)中的溶解度比在α-Fe(体心立方)的小。 25、实际金属总是在过冷的情况下结晶的,但同一金属结晶时的过冷度为一个恒定值,它与冷却速度无关。 26、金属的临界分切应力是由金属本身决定的,与外力无关。 27、一根曲折的位错线不可能是纯位错。 28、适当的再结晶退火,可以获得细小的均匀的晶粒,因此可以利用再结晶退火使得铸锭的组织细化。 29、冷变形后的金属在再结晶以上温度加热时将依次发生回复、再结晶、二次再结晶和晶粒长大的过程。 30、临界变形程度是指金属在临界分切应力下发生变形的程度。 31、无限固溶体一定是置换固溶体。 32、金属在冷变形后可形成带状组织。 33、金属铅在室温下进行塑性成型属于冷加工,金属钨在1000℃下进行塑性变形属于热加工。

《材料科学基础》课程简介

《材料科学基础》课程简介 1、课程代码 2、课程名称 材料科学基础 3、授课对象 金属材料工程专业本科生 4、学分 3.5 5、修读期 第4学期 6、课程组负责人 彭志方教授、雷燕讲师 7、课程简介 材料科学基础是材料科学与工程专业一级学科公共主干专业课。本课程将系统、全面地介绍材料基础理论知识,诸如材料的结合键、材料的晶体结构、晶体结构缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固、材料中的扩散,材料的塑性变形与强化、材料的亚稳态。本课程着眼于材料基本问题、从金属材料的基本理论出发,将高分子聚合物材料、陶瓷材料、复合材料等结合在一起,使学生能把握材料的共性,熟悉材料的个性。通过理论教学与实验教学,使学生不仅能掌握基本理论,善于分析和解决问题,同时也培养学生的动手能力、验证理论、探索新知识的能力。本课程也是材料科学与工程专业的技术基础课,它为该专业学生的后续课程,如材料加工成型、材料热处理、材料的性能、工程材料学、材料测试、材料的近代研究方法、计算机在材料科学中的应用等提供基础。 8、实践环节学时与内容或辅助学习活动 材料科学基础综合实验1周 9、课程考核 布置课后作业,作为平时成绩,占30%。 期末考试为闭卷考试,卷面考试成绩占70%。 10、指定教材 石德珂,材料科学基础,机械工业出版社,2006 11、参考书目 [1] 物理冶金基础,冶金工业出版社,唐仁正,1997 [2] 材料科学基础,哈尔滨工业大学出版社,赵品,谢辅洲,孙文山.,2000 [3] 材料科学基础,清华大学出版社,潘金生等,1998 [4] 金属学,上海科技出版社,胡庚祥,钱苗根.,1980 12、网上资源

材料科学基础2复习题与参考答案

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。 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。 14、位错的应变能:位错的存在引起点阵畸变,导致能量增高,此增量称为位错的应变能。 15、回复:发生形变的金属或合金在室温或不太高的温度下退火时,金属或合金的显微组织几乎没有变化,然而性能 却有程度不同的改变,使之趋近于范性形变之前的数值的现象。(《书》指冷变形金属加热时,尚未发生光学显微组织变化前(即再结晶前)的微观结构及性能的变化过程。) 16、全位错:指伯氏矢量为晶体点阵的单位平移矢量的位错。 17、弗兰克尔空位:当晶体中的原子由于热涨落而从格点跳到间隙位置时,即产生一个空位和与其邻近的一个间 隙原子,这样的一对缺陷——空位和间隙原子,就称为弗兰克尔缺陷。(《书》存在能量起伏的原子摆脱周围原子的约束而跳离平衡位置进入点阵的间隙中所形成的空位(原子尺度的空洞)。) 18、层错能:单位面积层错所增加的能量。(《书》产生单位面积层错所需要的能量。) 19、表面热蚀沟:金属长时间加热时,与表面相交处因张力平衡而形成的热蚀沟。(《书》金属在高温下长时间加热时, 晶界与金属表面相交处为了达到表面张力间的平衡,通过表面扩散产生的热蚀沟。) 20、动态再结晶:金属在热变形过程中发生的再结晶。 二、填空题 1、两个平行的同号螺位错之间的作用力为排斥力,而两个平行的异号螺位错之间的作用力为吸引力。 2、小角度晶界能随位向差的增大而增大;大角度晶界能与位向差无关。 3、柏氏矢量是一个反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量;该矢量的模称为位错强度。 4、金属的层错能越低,产生的扩展位错的宽度越宽,交滑移越难进行。 5、螺型位错的应力场有两个特点,一是没有正应力分量,二是径向对称分布。 6、冷拉铜导线在用作架空导线时,应采用去应力退火,而用作电灯花导线时,则应采用再结晶退火。 7、为了保证零件具有较高的力学性能,热加工时应控制工艺使流线与零件工作时受到的最大拉应力的方向 一致,而与外加的切应力方向垂直。 8、位错的应变能与其柏氏矢量的模的平方成正比,故柏氏矢量越小的位错,其能量越低,在晶体中越稳定。 9、金属的层错能越高,产生的扩展位错的宽度越窄,交滑移越容易进行。

材料科学基础习题

查看文本 习题 一、名词解释 金属键; 结构起伏; 固溶体; 枝晶偏析; 奥氏体; 加工硬化; 离异共晶; 成分过冷; 热加工; 反应扩散 二、画图 1在简单立方晶胞中绘出()、(210)晶面及[、[210]晶向。 2结合Fe-Fe3C相图,分别画出纯铁经930℃和800℃渗碳后,试棒的成分-距离曲线示意图。 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。 4画出简单立方晶体中(100)面上柏氏矢量为[010]的刃型位错与(001)面上柏氏矢量为[010]的刃型位错交割前后的示意图。 5画图说明成分过冷的形成。 三、Fe-Fe3C相图分析 1用组织组成物填写相图。 2指出在ECF和PSK水平线上发生何种反应并写出反应式。 3计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。 四、简答题 1已知某铁碳合金,其组成相为铁素体和渗碳体,铁素体占82%,试求该合金的含碳量和组织组成物的相对量。 2什么是单滑移、多滑移、交滑移?三者的滑移线各有什么特征,如何解释?。 3设原子为刚球,在原子直径不变的情况下,试计算g-Fe转变为a-Fe时的体积膨胀率;如果测得910℃时g-Fe和a-Fe的点阵常数分别为0.3633nm和0.2892nm,试计算g-Fe转变为a-Fe的真实膨胀率。 4间隙固溶体与间隙化合物有何异同? 5可否说扩散定律实际上只有一个?为什么? 五、论述题 τC 结合右图所示的τC(晶体强度)—ρ位错密度 关系曲线,分析强化金属材料的方法及其机制。 晶须 冷塑变 六、拓展题 1 画出一个刃型位错环及其与柏士矢量的关系。 2用金相方法如何鉴别滑移和孪生变形? 3 固态相变为何易于在晶体缺陷处形核? 4 画出面心立方晶体中(225)晶面上的原子排列图。 综合题一:材料的结构 1 谈谈你对材料学科和材料科学的认识。 2 金属键与其它结合键有何不同,如何解释金属的某些特性? 3 说明空间点阵、晶体结构、晶胞三者之间的关系。 4 晶向指数和晶面指数的标定有何不同?其中有何须注意的问题? 5 画出三种典型晶胞结构示意图,其表示符号、原子数、配位数、致密度各是什么? 6 碳原子易进入a-铁,还是b-铁,如何解释? 7 研究晶体缺陷有何意义? 8 点缺陷主要有几种?为何说点缺陷是热力学平衡的缺陷?

材料科学基础-习题集

https://www.wendangku.net/doc/676261397.html,/jxtd/caike/这个网址有很多东西,例如教学录像,你可以上去看看,另 外左下角有个“释疑解惑”,应该很有用 第一章材料结构的基本知识 习题 1.原子中的电子按照什么规律排列?什么是泡利不相容原理? 2.下述电子排列方式中,哪一个是惰性元素、卤族元素、碱族、碱土族元素及过渡金 属? (1) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2 (2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 (3) 1s2 2s2 2p5 (4) 1s2 2s2 2p6 3s2 (5) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2 (6) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3.稀土元素电子排列的特点是什么?为什么它们处于周期表的同一空格内? 4.简述一次键与二次键的差异。 5.描述氢键的本质,什么情况下容易形成氢键? 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? 7.应用式(1-2)~式(1-5)计算Mg2+O2-离子对的结合键能,以及每摩尔MgO晶体的结合键能。假设离子半径为;;n=7。 8.计算下列晶体的离子键与共价键的相对比例 (1) NaF

(2) CaO 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。 10.说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义,说明稳态结构与亚稳态结构之 间的关系。 11.归纳并比较原子结构、原子结合键、原子排列方式以及晶体的显微组织等四个结构 层次对材料性能的影响。 第二章材料中的晶体结构 习题

第三章高分子材料的结构 习题 1.何谓单体、聚合物和链节?它们相互之间有什么关系?请写出以下高分子链节的结构式:①聚乙烯;②聚氯乙烯;③聚丙烯;④聚苯乙烯;⑤聚四氟乙烯。 2.加聚反应和缩聚反应有何不同? 3.说明官能度与聚合物结构形态的关系。要由线型聚合物得到网状聚合物,单体必 须具有什么特征? 4.聚合物的分子结构对主链的柔顺性有什么影响? 5.在热塑性塑料中结晶度如何影响密度和强度,请解释之。 6.为什么聚乙烯容易结晶,而聚氯乙烯则难以结晶? 为什么在热塑性塑料中完全结 晶不大可能?

材料科学基础课程教学大纲

材料科学基础课程教学大纲 一、课程说明 (一)课程名称、所属专业、课程性质、学分 课程名称:材料科学基础 所属专业:材料化学 课程性质:专业基础课 学分:4学分(72学时) (二)课程简介、目标与任务、先修课与后续相关课程 课程简介: 本课程是材料专业的一门重要的专业理论基础课。本课程围绕材料化学成分、组织结构、加工工艺与使用性能之间的关系及其变化规律,系统介绍材料的晶体结构、晶体缺陷、弹塑性变形及回复和再结晶、材料中的扩散、结晶与凝固、材料中的相变、相结构与相图等内容及其相互联系。 目标与任务: 学习本课程的目的是为了使学生认识材料的本质,了解金属、无机非金属材料的化学成分、热加工工艺、组织结构与性能之间的关系及其变化规律,为以后学习和工作中如何控制材料的化学成分和生产工艺以提高材料的性能、改进和发展各种热加工工艺以及合理地选材打下系统而坚实的理论基础。 先修课与后续相关课程: 先修课:数学、物理、化学、物理化学等。 后续相关课程:其他相关专业课程。 (三)教材与主要参考书。 教材: (1) 石德柯,材料科学基础,机械工业出版社,第二版。 (2) 胡赓祥,蔡珣,材料科学基础,上海交通大学出版社,第二版。 主要参考书: (1) 赵品,材料科学基础教程,哈尔滨工业大学出版社,年第二版。 (2) 刘智恩,材料科学基础,西北工业大学出版社,年第二版。

二、课程内容与安排 绪论1学时 第一章材料结构的基本知识 第一节原子结构 第二节原子结合建 第三节原子排列方式 第四节晶体材料的组织 第五节材料的稳态与亚稳态结构 (一)教学方法与学时分配 讲授,1学时。 (二)内容及基本要求 主要内容: 【掌握】:熟悉金属键、离子键、共价键、范德华力和氢键的定义、特点。 【了解】:了解原子结构及键合类型;掌握物质的组成、原子的结构、电子结构和元素周期表; 【一般了解】:对什么是材料科学、材料的结构与内部性能之间的关系等知识进行概论。 第二章晶体结构 第一节晶体学基础 第二节纯金属的晶体结构 第三节离子晶体的结构 第四节共价晶体的结构 (一)教学方法与学时分配 讲授,10学时。 (二)内容及基本要求 主要内容: 【重点掌握】:熟悉晶体的特点、空间点阵、晶胞、晶系和布拉菲点阵,晶向和晶面的表示方法,晶体的对称性。 【掌握】:掌握材料的结合方式、晶体学基础、三种典型的金属晶体结构,致密度和配位数,点阵常数和原子半径,晶体的原子堆垛方式和间隙,多晶型性。

材料科学基础课后习题答案第二章

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 2 G V ; b )当非均匀形核形成球冠形晶核时,其△ 所以 所以 2-2如果临界晶核是边长为 a 的正方体,试求出其厶G K 与a 的关系。为什么形成立方体晶核 的厶G K 比球形晶核要大? 解:形核时的吉布斯自由能变化为 a )证明因为临界晶核半径 r K 临界晶核形成功 G K 16 故临界晶核的体积 V K 4 r ; G V )2 2 G K G V b )当非均匀形核形成球冠形晶核时, 非 r K 2 SL G V 临界晶核形成功 3 3( G ;7(2 3cos 3 cos 故临界晶核的体积 V K 3(r 非)3(2 3 3cos 3 cos V K G V 1 ( 3 卸2 3 3cos cos )G V 3 3(書 (2 3cos cos 3 ) G K % G K 与V K 之间的关系如何? G K

G V G v A a3G v 6a2 3 得临界晶核边长a K G V

临界形核功 将两式相比较 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。 2-3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?固态金属熔化时是否 会出现过热?为什么? 答:金属结晶时要有过冷度是相变热力学条件所需求的, 只有△ T>0时,才能造成固相的自 由能低于液相的自由能的条件,液固相间的自由能差便是结晶的驱动力。 金属结晶需在一定的过冷度下进行,是因为结晶时表面能增加造成阻力。固态金属熔 化时是否会出现过热现象,需要看熔化时表面能的变化。如果熔化前后表面能是降低的, 则 不需要过热;反之,则可能出现过热。 如果熔化时,液相与气相接触,当有少量液体金属在固体表面形成时,就会很快覆盖 在整个固体表面(因为液态金属总是润湿其同种固体金属 )。熔化时表面自由能的变化为: G 表面 G 终态 G 始态 A( GL SL SG ) 式中G 始态表示金属熔化前的表面自由能; G 终态表示当在少量液体金属在固体金属表面形成 时的表面自由能;A 表示液态金属润湿固态金属表面的面积;b GL 、CSL 、CSG 分别表示气液相 比表面能、固液相比表面能、固气相比表面能。因为液态金属总是润湿其同种固体金属,根 据润湿时表面张力之间的关系式可写出:b SG 》6GL + (SL 。这说明在熔化时,表面自由能的变 化厶G 表w o ,即不存在表面能障碍,也就不必过热。实际金属多属于这种情况。如果固体 16 3 3( G v )2 1 32 3 6 2 (G v )2 b K t K 4 G V )3 G V 6( 4 G v )2 64 3 96 3 32 r K 2 ~G ?, 球形核胚的临界形核功 (G v )2 (G v )2 (G v )2 G b K 2 G v )3 16 3( G v )2

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。如果两个相的晶粒尺度相差甚远,其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。如果弥散相的硬度明显高于基体相,则将显著提高材料的强度,同时降低材料的塑韧性。 10. 说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义,说明稳态结构和亚稳态结构之间的关系。 答:同一种材料在不同条件下可以得到不同的结构,其中能量最低的结构称为稳态结构或平衡太结构,而能量相对较高的结构则称为亚稳态结构。所谓的热力学条件是指结构形成时必须沿着能量降低的方向进行,或者说结构转变必须存在一个推动力,过程才能自发进行。热力学条件只预言了过程的可能性,至于过程是否真正实现,还需要考虑动力学条件,即反应速度。动力学条件的实质是考虑阻力。材料最终得到什么结构取决于何者起支配作用。如果热力学推动力起支配作用,则阻力并不大,材料最终得到稳态结构。从原则上讲,亚稳态结构有可能向稳态结构转变,以达到能量的最低状态,但这一转变必须在原子有足够活动能力的前提下才能够实现,而常温下的这种转变很难进行,因此亚稳态结构仍可以保持相对稳定。 第二章材料中的晶体结构 1. 回答下列问题: (1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向: 32)与[236] (001)与[210],(111)与[112],(110)与[111],(132)与[123],(2 (2)在立方晶系的一个晶胞中画出(111)和(112)晶面,并写出两晶面交线的晶向指数。 解:(1)

材料科学基础习题集(新)

第一部分:习题集 《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(),(),()。 14、如果用M表示金属,用X表示非金属,间隙相的分子式可以写成如下四种形式,分别是(),(),(),()。 15、Fe3C的铁、碳原子比为(),碳的重量百分数为(),它是()的主要强化相。 三、作图表示出立方晶系(123)、 (0)、(421)等晶面和

第7章答案

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Ca2+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M3+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: 所以欲使Ca2+在CaO中的扩散直至CaO的熔点(2600℃)时都是非本质扩散,M3+的浓度为 ,即 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℃和1716℃的扩散系数值;并计算CaO和Al2O3中Ca2+和Al3+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 cm2/s和cm2/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,保持硼在硅单晶表面的浓度恒定(恒定源半无限扩散),要求距表面10-3cm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℃=8×10-12cm2/s; 当时,)? 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=0,,所以有0.5=,即=0.5,把=10-3cm,D1600℃=8×10-12cm2/s代入得 t=s。 7-7 Zn2+在ZnS中扩散时,563℃时的扩散系数为3×10-4cm2/s;450℃时的扩散系数为 1.0×10-4cm2/s,求:(1)扩散活化能和D0;(2)750℃时的扩散系数; 解:(1)参考7-4得=48856J/mol,D0=3×10-15cm2/s; (2)把T=1023K代入中可得=cm2/s; 7-8 实验测得不同温度下碳在钛中的扩散系数分别为2×10-9cm2/s(736℃)、5×10-9cm2/s(782℃)、1.3×10-8cm2/s

材料科学基础课后答案

8.计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例 (1)NaF (2)CaO (3)ZnS 解:1、查表得:X Na =,X F = 根据鲍林公式可得NaF 中离子键比例为:21 (0.93 3.98)4 [1]100%90.2%e ---?= 共价键比例为:%=% 2、同理,CaO 中离子键比例为:21 (1.00 3.44)4 [1]100%77.4%e ---?= 共价键比例为:%=% 3、ZnS 中离子键比例为:2 1/4(2.581.65)[1]100%19.44%ZnS e --=-?=中离子键含量 共价键比例为:%=% 10说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义.说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。 答:结构转变的热力学条件决定转变是否可行,是结构转变的推动力,是转变的必要条件;动力学条件决定转变速度的大小,反映转变过程中阻力的大小。 稳态结构与亚稳态结构之间的关系:两种状态都是物质存在的状态,材料得到的结构是稳态或亚稳态,取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件),阻力小时得到稳态结构,阻力很大时则得到亚稳态结构。稳态结构能量最低,热力学上最稳定,亚稳态结构能量高,热力学上不稳定,但向稳定结构转变速度慢,能保持相对稳定甚至长期存在。但在一定条件下,亚稳态结构向稳态结构转变。 第二章 1.回答下列问题: (1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向: (001)与[210],(111)与[112],(110)与 [111],(132)与[123],(322)与[236] (2)在立方晶系的一个晶胞中画出(111)和 (112)晶面,并写出两晶面交线的晶向指数。 (3)在立方晶系的一个晶胞中画出同时位于(101). (011)和(112)晶面上的[111]晶向。 解:1、 2.有一正交点阵的 a=b, c=a/2。某晶面在三个晶轴上的截距分别为 6个、2个和4个原子间距,求该晶面的密勒指数。 3.立方晶系的 {111}, 1110}, {123)晶面族各包括多少晶面?写出它们的密勒指数。 4.写出六方晶系的{1012}晶面族中所有晶面的密勒指数,在六方晶胞中画出[1120]、[1101]晶向和(1012)晶面,并 确定(1012)晶面与六方晶胞交线的晶向指数。 5.根据刚性球模型回答下列问题: (1)以点阵常数为单位,计算体心立方、面心立方和密排六方晶体中的原子半径及四面体和八面体的间隙半径。 (2)计算体心立方、面心立方和密排六方晶胞中的原子数、致密度和配位数。 6.用密勒指数表示出体心立方、面心立方和密排六方结构中的原子密排面和原子密排方向,并分别计算这些晶面和晶向上的原子密度。 解:1、体心立方 密排面:{110}21 14 1.414a -+? = 密排方向:<111> 11.15a -= 2、面心立方

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《材料科学基础》第四章固体中原子即分子的运动 1.名词: 扩散扩散互扩散扩散系数互扩散系数扩散激活能扩散通量上坡扩散间隙扩散空位扩散原子迁移界面扩散表面扩散柯肯达尔效应反应扩散稳态扩散 2.设有一条内径为30mm的厚壁管道,被厚度为0.1mm的铁膜隔开,通过管子的一端向管内输入氮气,以保持膜片一侧氮气浓度为1200mol/m)而另一侧的 I气浓度为100 mol/m3,如在700C下测得通过管道的氮气流量为2.8xl0-8mol/s, 求此时氮气在铁中的扩散系数。 解:通过管道中铁膜的氮气通量为 J = J* ‘°——=4.4x 10 "mol/(m'?s) jx (0.03)2 膜片两侧氮浓度梯度为:一萱二'2()()-l()() = U x]0_7m〃〃秫 Ax 0.0001 据Fick's First Law : J = -D^- n。= ------------ -- = 4xl0-,,m2Is ox Ac / Ax 3.有一-硅单晶片,厚0.5mm,其一端面上每10’个硅原子包含两个像原子,另一个端面经处理后含镣的浓度增高。试求在该面上每个硅原子须包含儿个像原子,才能使浓度梯度成为2xl°26atoms/m3,硅的点阵常数为0.5407nm。 4. 950°C下对纯铁进行渗碳,并希望在0.1mm的深度得到Wi(C)=0.9%的碳含量。 假设表面碳含量保持在IA/2(C)=1.20%,扩散系数为D -Fe=1010m2/s,计算为达 到此要求至少要渗碳多少时间。 5.在-?个富碳的环境中对钢进行渗碳,可以硬化钢的表面。己知在1000°C下进行这种渗碳热处理,距离钢的表面l-2mm处,碳含量从x= 5%减到x=4%。 估计在近表面区域进入钢的碳原子的流人量J (atoms/m2s)o (y?Fe在1000°C的密度为7.63g/cm',碳在y-Fe ? | ?的扩散系数D o=2.0xl0'5m2/s,激活能Q= 142kJ/mol)o

材料科学基础习题集

材料科学基础习题集(2010) 第1章: 原子结构与键合 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? 2. 在多电子的原子中,核外电子的排布应遵循哪些原则? 3. 在元素周期表中,同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点?从左到右或从上到下 元素结构有什么区别?性质如何递变? 4. 何谓同位素?为什么元素的相对原子质量不总为正整数? 5. 铬的原子序数为24,它共有四种同位素:4.31%的Cr 原子含有26个中子,83.76%含有28个中 子,9.55%含有29个中子,且2.38%含有30个中子。试求铬的相对原子质量。 6. 铜的原子序数为29,相对原子质量为63.54,它共有两种同位素Cu 63和Cu 65,试求两种铜的同 位素之含量百分比。 7. 锡的原子序数为50,除了4f 亚层之外其它内部电子亚层均已填满。试从原子结构角度来确定 锡的价电子数。 8. 铂的原子序数为78,它在5d 亚层中只有9个电子,并且在5f 层中没有电子,请问在Pt 的6s 亚层中有几个电子? 9. 已知某元素原子序数为32,根据原子的电子结构知识,试指出它属于哪个周期?哪个族?并 判断其金属性强弱。 10. S 的化学行为有时象6价的元素,而有时却象4价元素。试解释S 这种行为的原因? 11. Al 2O 3的密度为3.8g/cm 3,试计算a)1mm 3中存在多少原子?b)1g 中含有多少原子? 12. 尽管HF 的相对分子质量较低,请解释为什么HF 的沸腾温度(19.4℃)要比HCl 的沸腾温度(-85℃)高? 13. 高分子材料按受热的表现可分为热塑性和热固性两大类,试从高分子链结构角度加以解释之。 14. 高密度的聚乙烯可以通过氯化处理即用氯原子来取代结构单元中氢原子的方法实现。若用氯取 代聚乙烯中8%的氢原子,试计算需添加氯的质量分数。

材料科学基础(武汉理工大学,张联盟版)课后习题及答案 第二章

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)。

材料科学基础课后习题谜底第二章

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 ;2 K 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 V r G σ =- ?临界晶核形成功 3 2 163()K V G G πσ?= ?故临界晶核的体积 3423K K K V r G V G π?== ?所以 2 K K V V G G ?=-?b) 当非均匀形核形成球冠形晶核时,SL 2K V r G σ=- ?非 临界晶核形成功 3 3 2 4(23cos cos )3() K SL V G G πσθθ?=-+?非 故临界晶核的体积 3 31(23cos cos ) 3 K K V r πθθ=-+非()3 33 3SL 3 281(23cos cos )(23cos cos )33() SL K V V V V V G G G G σπσπθθθθ?=--+?=-+??()所以 2 K 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 用管线敷设技术。线缆敷设过关运行高中资料试卷技术要求电力保护装置做到准确

333 3222 2 44649632()6()()()()K t K V K V V V V V V G V G A G G G G G G σσσσσσσ?=?+=-?+-=-+=?????,球形核胚的临界形核功2K V r G σ =- ?3 322 42216(4()33()K b V V V V G G G G G σσπσππσ?=-?+= ???将两式相比较 3 232 163()1 3262()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。 2-3 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?固态金属熔化时是否 会出现过热?为什么? 答:金属结晶时要有过冷度是相变热力学条件所需求的,只有△T>0时,才能造成固相的 自由能低于液相的自由能的条件,液固相间的自由能差便是结晶的驱动力。 金属结晶需在一定的过冷度下进行,是因为结晶时表面能增加造成阻力。固态金属熔 化时是否会出现过热现象,需要看熔化时表面能的变化。如果熔化前后表面能是降低的, 则不需要过热;反之,则可能出现过热。 如果熔化时,液相与气相接触,当有少量液体金属在固体表面形成时,就会很快覆盖 在整个固体表面(因为液态金属总是润湿其同种固体金属)。熔化时表面自由能的变化为: () GL SL SG G G G A σσσ?=-=+-表面终态始态式中G 始态表示金属熔化前的表面自由能;G 终态表示当在少量液体金属在固体金属表面形 成时的表面自由能;A 表示液态金属润湿固态金属表面的面积;σGL 、σSL 、σSG 分别表 示气液相比表面能、固液相比表面能、固气相比表面能。因为液态金属总是润湿其同种固 体金属,根据润湿时表面张力之间的关系式可写出:σSG ≥σGL +σSL 。这说明在熔化时, 表面自由能的变化△G 表≤0,即不存在表面能障碍,也就不必过热。实际金属多属于这种 情况。如果固体金属熔化时液相不与气相接触,则有可能时固态金属过热。

材料科学基础课程标准模板

《材料科学基础》学习领域(课程)标准 课程编号: 适用专业:光伏材料加工与应用 课程类别:岗位基础学习领域课程 修课方式:必修 教学时数:60 一、课程的性质和任务 (一)课程定位 《材料科学基础》学习领域是光伏材料加工与应用专业的一门核心学习领域课程。通过本课程的学习,使学生掌握材料的组成、结构与性能间的相互关系和变化规律;无机材料在高温下的物理化学过程;相变过程;界面现象。基本掌握各种材料制备工艺过程的物理化学基础和研究方法段,基本掌握常用仪器设备的使用与操作,能够对实验数据进行计算处理与分析,并能够撰写正确规范的实验报告。 (二)学习目标 通过《材料科学基础》的学习,使学生掌握以下知识、专业能力、方法能力、社会能力等目标。 1.专业能力目标 (1)学会材料组成的基础知识; (2)掌握材料结构与性能之间的变化规律; (3)学会材料在高温下的相变过程; (4)熟练掌握材料学仪器设备的使用与操作; (5)熟练材料制备工艺过程及研究方法; (6)掌握对实验数据的计算处理及分析。 2.社会能力目标 (1)具有较强的口头与书面表达能力、人际沟通能力;

(2)具有团队精神和协作精神; (3)具有良好的心理素质和克服困难的能力。 3.方法能力目标 (1)能独立制定工作计划并进行实施; (2)具有独立进行分析、设计、实施、评估的能力; (3)具有获取、分析、归纳、交流、使用信息和新技术的能力; (4)具有自学能力、理解能力与表达能力; (5)具有将知识与技术综合运用与转换的能力; (6)具有综合运用知识与技术从事程度教复杂的技术工作的能力。 (三)前导课程 本课程的为光伏材料加工与应用专业基础课程。 (四)后续课程 《半导体材料》,《硅材料科学》,《光伏材料加工》等。 二、课程内容标准 (一)学习情境划分及学时分配 《材料科学基础》采用以行动为导向,基于工作过程的课程开发方法进行设计,整个学习领域由若干个学习情境组成。学习情境的设计主要考虑以下因素: 1.学习情境的设计要符合基于工作过程的教学设计思想的要求。学习情境是在职业院校实训场地对真实工作过程的教学化加工,以完成具体的工作任务为目标。 2.学习情境的前后排序要符合学生认知规律,按典型材料加工过程中的具体工作进行设计。 根据典型材料加工的真实工作任务为载体,结合职业能力培养规律,整合选取了四个典型工作过程,学习情境的划分如下表1—1所示,教学内容按照结构完整的工作过程教学组织,即划分为“确

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