材料科学与工程基础第二版考试必备宝典

第1章绪论

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．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

1．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

2．电离能及其影响电离能的因素

解：电离能：从孤立原子中，去除束缚最弱的电子所需外加的能量。

影响因素：①同一周期，核电荷增大，原子半径减小,电离能增大；②同一族，原子半径增大，电离能减小；③电子构型的影响，惰性气体；非金属；过渡金属；碱金属； 3．混合键合实例

解：石墨：同一层碳原子之间以共价键结合，层与层之间以范德华力结合；高分子：同一条链原子之间以共价键结合，链与链之间以范德华力结合。

4.将离子键，共价键，金属键按有无方向性进行分类，简单说明理由

有方向性：共价键

无方向性：离子键，金属键

③金属键：正离子排列成有序晶格，每个原子尽可能同更多的原子相结合，形成低能量的密堆结构，正离子之间相对位置的改变不破坏电子与正离子间的结合力，无饱和性又无方向性。

②共价键：共用电子云最大重叠，有方向性

③离子键：正负离子相间排列，构成三维晶体结构，无方向性和饱和性

5.简述离子键，共价键，金属键的区别

6.为什么共价键材料密度通常要小于离子键或金属键材料

金属密度高的两个原因：

第一，金属有较高的相对原子质量。

第二，金属键没有方向性，原子趋于密集排列。

7.影响原子(离子)间距的因素：

（1）温度升高, 原子间距越大, 热膨胀性；

（2）离子价

负离子的半径 > 其原子半径 > 正离子的半径

（3）键能增强，原子距离缩短，键长减少（ C-C 单, 双, 叁键）；

（4）相邻原子的数目 (配位数)

配位数增加，相邻原子的电子斥力越大, 原子间距增大。相邻原子的数目越多，原子间距（结合原子或离子有效半径）越大。

8.原子的电子排布式

按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布。

解：N:1s22s22p3 O:1s22s22p4 Si:1s22s22p63s23p 2

Fe:1s22s22p63s23p63d64s2 Cu:1s22s22p63s23p63d104s1

Br:1s22s22p63s23p63d104s24p5

9．比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料在结合键上的差别。解：①金属材料：简单金属（指元素周期表上主族元素）的结合键完全为金属键，过渡族金属的结合键为金属键和共价键的混合，但以金属键为主。

②陶瓷材料：陶瓷材料是一种或多种金属同一种非金属（通常为氧）相结合的化合物，其主要结合方式为离子键，也有一定成分的共价键。

③高分子材料：高分子材料中，大分子内的原子之间结合方式为共价键，而大分子与大分子之间的结合方式为分子键和氢键。④复合材料：复合材料是由二种或者二种以上的材料组合而成的物质，因而其结合键非常复杂，不能一概而论。

10．比较键能大小，简述各种结合键的主要特点，简述结合键类型及键能大小对材料的熔点﹑密度﹑导电性﹑导热性﹑弹性模量和塑性有何影响。

解：键能大小：化学键能 > 物理键能共价键≥离子键 >金属键 >氢键 >范德华力共价键中：叁键键能 >双键键能 >单键键能结合键的主要特点：①金属键，由金属正离子和自由电子，靠库仑引力结合，电子的共有化，无饱和性，无方向性；②离子键以离子为结合单元，无饱和性，无方向性；③共价键共用电子对，有饱和性和方向性；④范德华力，原子或分子间偶极作用，无方向性，无饱和性；⑤氢键，分子间作用力，氢桥，有方向性和饱和性。结合键类型及键能大小对材料的熔点﹑密度﹑弹性模量和塑性的影响：①结合键的键能大小决定材料的熔点高低，其中纯共价键的金刚石有最高的熔点，金属的熔点相对较低，这是陶瓷材料比金属具有更高热稳定性的根本原因。金属中过渡金属具有较高的熔点，这可能是由于这些金属的内壳层电子没有充满，是结合键中有一定比例的共价键。具有二次键结合的材料如聚合物等，熔点偏低。②密度与结合键类型有关，金属密度最高，陶瓷材料次之，高分子材料密

度最低。金属的高密度有两个原因：一个是由于金属原子有较高的相对原子质量，另一个原因是因为金属键的结合方式没有方向性，所以金属原子中趋向

于密集排列，金属经常得到简单的原子密排结构。离子键和共价键结合时的情况，原子排列不可能非常致密，所以陶瓷材料的密度比较低。高分子中由于是通过二次键结合，分子之间堆垛不紧密，加上组成的原子质量比较小，所以其密度最低。③弹性模量是表征材料在发生弹性变形时所需要施加力的大小。结合键的键能是影响弹性模量的主要因素，键能越大，则弹性模量越大。陶瓷250~600GPa，金属70~350GPa，高分子0.7~3.5GPa。④塑性是一种在某种给定载荷下，材料产生永久变形的材料特性。材料的塑性也与结合键类型有关，金属键结合的材料具有良好的塑性，而离子键、共价键的材料的塑性变形困难，所以陶瓷材料的塑性很差，高分子材料具有一定的塑性。

11.晶体的共同性质

1）确定的熔点温度升高到某一值，排列方式解体，原子成无规则堆积，呈现液体；2）自发形成规则多面体外形的能力；

3) 稳定性（能量最低状态）；

4) 各向异性（不同方向, 物理性能不同）；

5) 均匀性 (一块晶体各部分的宏观性质相同)

12.名词解释：致密度：晶胞中原子体积的总和与晶胞体积之比。

13．同素异构转变，并举例说明。

解：同素异构转变：改变温度或压力等条件下，固体从一种晶体结构转变成另一种晶体结构。例：铁在不同温度下晶体结构不同， < 906℃体心立方结构，α- Fe 906～1401℃面心立方结构，γ－ Fe 1401℃～熔点（1540 ℃）体心立方结构，δ- Fe 高压下(150kPa) 密排六方结构，ε－Fe

14．按键合类型，晶体分哪几类？各自的键合类型和主要特点如何？

解：按键合类型，晶体分为：金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体。①金属晶体：金属键结合；失去外层电子的金属离子与自由电子的吸引；无方向性和饱和性；低能量密堆结构。（大多数金属晶体具有面心立方，体心立方和密排六方结构，金属晶体的原子排列比较紧密，其中面心立方和密排六方结构的配位数和致密度最高。）②离子晶体：离子键结合，无方向性和饱和性；正离子周围配位多个负离子，离子的堆积受邻近质点异号电荷及化学量比限制；堆积形式决定于正负离子的电荷数和正负相对大小。（硬度高、强度大、熔点和沸点高、热膨胀系数小、脆性大、绝缘高等特点。）③共价晶体：共价键结合，具有方向性和饱和性；配位数和方向受限制，晶体的配位数为（8-N）。N表示原子最外层的电子数。（强度高、硬度高、脆性大、熔点高、沸点高、挥发性低、导电能力较差和结构稳定等特点。配位数比金属晶体和离子晶体低）④分子晶体：范德华键合氢键结合；组元为分子，仅有范德华

键时，无方向性和饱和性，趋于密堆，分子对称性较低以及极性分子永久偶极相互作用，限制了堆砌方式；有氢键时，有方向性和饱和性。

15.2-15

16书中各例题

17.归纳总结3种典型金属结构的晶体学特点

18.已知916℃时，γ-Fe（面心立方）的点阵常数为0.365 nm，分别求（100） ,（111）,（112）的晶面间距。

属于立方晶系d=a/√h2+k2+l2，面心立方j、k、l不全为奇数或不全为偶数时d=a/2√h2+k2+l2

∴（100）面，d=a/2√h2+k2+l22=0.1825nm

（111）面，d=a/√h2+k2+l2=0.2107nm

（112）面，d=a/2√h2+k2+l2=0.4470nm

19. 2-39在温度为912℃，铁从bcc转到fcc。此温度时铁的两种结构的原子半径分别为0.126nm和0.129nm，（1）求其变化时的体积变化V/O。从室温加热到铁1000℃，铁的体积变化？

解：（1） bcc N1=2 fcc N2=4

ρ1=(N1/Na)M Fe/a31，ρ2=(N2/Na)M Fe/a32∴ρ1/ρ2= N1a32/ N2a31=0.986

VO = (V1?V2)/V1=1?V2/ V1

∴Vo =1?0.986=0.014 ∴其变化时的体积变化为0.014。

（2）912℃时，由bcc转变为fcc，体积减小；912℃-1000℃，受热膨胀，体积增大20. 计算面心立方、体心立方和密排六方晶胞的致密度

21. 计算（a）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r(Na+)=0.097,r(Cl-)=0.181）;（c）由计算结果，可以引出什么结论？

（c）结论：原子大小相同时，致密度与原子的大小无关；当有不同种类的原子出现时，其原子的相对大小必然影响致密度。

22．有序合金的原子排列有何特点? 这种排列和结合键有什么关系？

解：特点：各组元质点分别按照各自的布拉菲点阵排列，称为分点阵，整个固溶体由各组元的分点阵组成的复杂点阵，称为超点阵或超结构。

23 2-57

24.如何根据固溶体密度判断固溶体类型

ρc<ρe间隙式固溶体

ρc=ρe置换式固溶体

ρc<ρe缺位式固溶体

25.举例说明非化学计量化合物判断其正负离子空缺情况

组分偏移化学式的化合物即为非化学计量化合物

如FeO中Fe2+氧化成Fe3+则形成阳离子空位

26.书上各例题

27.铝为面心立方晶体，摩尔质量为26.97原子半径为0.143nm，求铝的密度？

ρc=N*M/Na*V

28．晶体缺陷的分类。肖脱基缺陷(Schottky Defect) 弗仑克尔缺陷(Frenkel Defect)：点缺陷对晶体性质的影响

解：肖脱基缺陷：有空位，无间隙原子，原子逃逸到晶体外表面或内界面（晶界）。弗仑克尔缺陷：同时形成等量的空位和间隙原子，空位和间隙原子对其数量远少于肖脱基（空位）缺陷。

点缺陷对晶体性质的影响：点缺陷存在和空位运动，造成小区域的晶格畸变。 1）使材料电阻增加定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡力，使电子在传导中的散射增加； 2）加快原子的扩散迁移空位的迁移伴随原子的反向运动； 3）使材料体积增加，密度下降 4）比热容增大附加空位生成焓 5）改变材料力学性能间隙原子和异类原子的存在，增加位错运动阻力,使强度提高，塑性下降。

29．柏氏矢量的物理意义。

解：表示晶体形成位错的滑移方向和大小。

30.体积（晶格）扩散的微观机制类型

解：体积扩散是金属原子从一个平衡位置转移到另一个平衡位置。包括3种微观扩散机制：①空位机制，其中一个原子与相邻空位交换位置。

②间隙机制，自间隙原子将一个相邻原子调换到间隙位置上。③直接交换机制，相邻原子成对的互相交换位置

31.比较下列各因素对扩散系数的影响，并简要说明原因。

1．温度对扩散系数的影响

2．金属键晶体的扩散系数与共价键晶体或离子键晶体的扩散系数

3．体积扩散系数（晶格或点阵）与短路扩散系数（沿位错、晶界、表面）

4．间隙固溶体的扩散系数与置换型固溶体的扩散系数。

5．铁的自扩散系数α(Fe ) 与γ( Fe )

解：1.温度越高，扩散系数越大；间隙机制和空位机制都遵循热激活规律，温度提高，超过能垒几率越大，同时晶体的平衡空位浓度也越高，扩散系数提高。

2.原子的迁移要挤开通路上的原子，引起局部点阵畸变，部分破坏原子结合键才能通过。键能越强，原子间的结合键力越强，激活能越大，扩散系数越小。共价键晶体和离子键晶体的扩散系数<金属键晶体的扩散系数。

3.①晶体结构反映了原子在空间的排列情况，原子排列越紧密，原子间的结合力越强，扩散激活能越高，而扩散系数越小；②处于晶体表面、晶界和位错处的原子位能总高于正常晶格上的原子，他们扩散所需的活化能也较小，相应的扩散系数较大。

D表面>D晶界>D沿位错>D晶内

4.间隙型固溶体比置换型固溶体容易扩散。因为间隙扩散机制的扩散激活能小于置换型扩散。间隙型固溶体中间隙原子已位于间隙，而置换型固溶体中溶质原子通过空位机制扩散时，需要首先形成空位，因而激活能高。

5.α(Fe )属于体心结构，γ( Fe )属于面心结构，面心结构点阵比体心结构点阵紧密，铁在面心立方点阵中的自扩散系数Dγ-Fe与在体心立方点阵的Dα-(Fe)相比，在912℃时，Dα-(Fe)≈280Dγ-Fe

32.书上例题

33.无规网络模型的结构特点

34 2-66

35．结构弛豫，非晶态的晶化和熔体结晶有何异同？

解：②结构驰豫刚制备的不稳定态非晶材料，常温或加热保温退火，许多性质将随时间发生变化，达到另一种亚稳态。

③非晶态的晶化与熔体冷凝结晶的异同点：都是由亚稳态向晶态的相变，受成核和晶体生长控制。

非晶态晶化: T ＜Tg，相变驱动力大，成核功小，利于成核和晶体生长；粘度大，固相内扩散，扩散慢，不利于成核和晶体生长，更有利于保持非晶状态。

熔体冷凝结晶：Tg＜T＜Tm，液体内的扩散

36．分别求W(Sn)=61.9%和W(Sn)=50%时，在183℃转变时，各相的相对含量?

解：②W(Sn)=50% w α =（ 61.9?50）/（61.9?19）×100%=27.74%，w β =1?w α =72.26%

37.固体表面结构的主要特点?

解：固体表面结构的主要特点是存在着不饱和键和范德华力。晶体不同晶面的表面能数值不同，密排面的表面能最低，故晶体力图以密排面作为晶体的外表面；

38.分析讨论影响材料表面能的因素?

解：表面能是增加单位面积的表面，需要做的功.扩张表面时。要克服原有原子、分子或离子之间的相互作用。作用力弱，做功小，表面能低。

1）键性：表面能反映质点间的引力作用，强键力的金属和无机材料表面能较高。低表面能物质：水0.059，石蜡 0.03， PE 0.035，PTFE 0.023，PA66 0.047

2）温度：温度升高，表面能一般减小。热运动削弱了质点间的吸引力。

3）杂质：含少量表面能较小的组分，可富集于表面，显著降低表面能；含少量表面能较大的组分，倾向于体内富集，对表面能影响小

39.三种润湿的数学表达式?

解：①沾湿：WA = －ΔG = γSg+ γLg－γSL

②润湿：Wi= －ΔG = γsg - γsL

③铺展：S = －ΔG = γsg - γLg - γsL

三种润湿的共同点: 液体将气体从固体表面排开，使原有的固/气(或液/气)界面消失，被固/液界面取代

三种润湿的规律：

沾湿粘附功Wa = A+ γLg Wa =γSg+ γLg－γSL

浸湿Wi = A =γsg - γsL

铺展S = A －γLg

γSg越大，γSL越小，粘附张力A越大，越有利于各种润湿；

沾湿：γLg大，有利沾湿；浸湿：γLg，无影响;

铺展：γLg小，有利铺展。改变润湿性主要取决于γSg，γLg，γSL的相对大小，改变γSg较难，实际上更多的是考虑改变γLg和γSL。

40.润湿的本质是

解：润湿的本质是异相接触后体系的表面能下降。

2-23

41.硅烷偶联剂？

硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，其经典产物可用通式YSiX3表示。式中，Y为非水解基团，包括链烯基（主要为乙烯基），以及末端带有Cl、NH2、SH、环氧、N3、（甲基）丙烯酰氧基、异氰酸酯基等官能团的烃基，即碳官能基；X为可水解基团，包括Cl,OMe, OEt, OC2H4OCH3, OSiMe3, 及OAc等。由于这一特殊结构，在其分子中同时具有能和无机质材料（如玻璃、硅砂、金属等）化学结合的反应基团及与有机质材料（合成树脂等）化学结合的反应基团，可以用于表面处理

第三章思考题

1．高分子材料组成和结构的基本特征

解：①平均分子量大和存在分子量分布；②高分子链具有多种形态；③分子链间以范氏力为主，部分化学键；分子内为共价键；④组成与结构的多层次性

2．比较分子链的近程结构对高分子链柔顺性的影响

解：①主链结构。极性小的碳链高分子，分子内相互作用不大，内旋转位垒小，柔性较大。主链中含非共轭双键，相邻单键的非键合原子（带*原子）间距增大,使最邻接双键的单键的内旋转较容易，柔顺性好。主链中含共轭双键，因电子云重叠，没有轴对称性，Л电子云在最大程度交叠时能量最低，而内旋转会使Л键的电子云变形和破裂，不能内旋转，刚性链分子。主链含不能内旋转的芳环、芳杂环时，可提高分子链的刚性。

②取代基。侧基极性越大，极性基团数目越多，相互作用越强，单键内旋转越困难，分子链柔顺性越差。

③氢键和交联结构的影响。高分子的分子内或分子间形成氢键，氢键影响比极性更显著，增加分子链的刚性。

3.相容剂及其增容作用

添加相容剂是改善高分子分散相与基体之间相容性，稳定熔融分散混合效果的有效方法。

相容剂通常为两相高分子的共聚物。

相容剂共聚物的链段会与共混体系中相应的均聚物部分相互作用，从而降低表面张力，增强分散相与基体的粘附。这一过程称为“增容作用”

4.内聚能密度对高聚物结构和性能的影响

内聚能密度: 单位体积的内聚能（CED）

CED < 290（J/cm3）,分子间力小，分子链柔顺，非极性高聚物，用作橡胶；CED﹦290～400（J/cm3）分子间力适中，分子链刚性大，用作塑料；CED > 400（J/cm3），多含强极性基团和氢键，分子间作用力大，有较高结晶性和强度，用作纤维。

5.聚合物制备方法，主要结构类型

加成聚合和缩聚

主要结构：

无规 ~ABBAABAB~ Random n < 102

交替 ~ABABAB~ Alternating

嵌段 ~AAAAAAAABBBBBBB~ Block 均聚链段 n = 102～3

接枝 ~AAAAAAAAAAAA~ Graft 主链和支链

6.与小分子相比，高分子有何特点

①平均分子量大和存在分子量分布

②高分子链具有多种形态

③组成与结构的多层次性

7.高分子按结构单元的化学组成可分为碳链高分子，杂链高分子，元素有机高分子，无机高分子，

8.聚乙烯可分为低密度聚乙烯，高密度聚乙烯，线性低密度聚乙烯，超高分子质量聚乙烯，改性聚乙烯

9.与低分子晶体比较，聚合物晶体的特点。

解：特点：①链段排入晶胞，分子链轴常与一根结晶主轴平行；②半晶结构（结晶不完全）；③熔程范围较宽，④结晶速度慢；⑤晶体形态多样。

10.名词解释：热塑性聚合物：指具有加热后软化、冷却时固化、可再度软化等特性的塑料

热固性聚合物：一般先形成预聚物，成型时，经加热使其中潜在的官能团继续反应成交联结构而固化。这种转变时不可逆的，只能成型一次，再加热时不能熔融塑化，也不溶于溶剂，一般是体型聚合物，如酚醛树脂、硫化橡胶等。

铁碳合金

1.高温莱氏体：奥氏体和渗碳体组成的机械混合物称高温莱氏体

2.铁素体 F (Ferrite): C溶于α-Fe中的间隙固溶体，bcc，

(室温) 0.006 ≤ C% ≤ 0.0218%（727℃），硬度和强度低，

塑性韧性好。

3.奥氏体 A (Austenite) C溶于γ-Fe中的间隙固溶体，fcc， (727℃) 0.77% ≤ C% ≤ 2.11%（1148℃），塑性和可锻性好，无磁性。

4.渗碳体 Fe3C (cementite) 铁和碳的间隙化合物，熔点高1600℃。 C含量6.67%；正交晶系，塑性差，脆性大。

5. 珠光体 P (Pearlite) 铁素体和渗碳体的共析混合物；

6.马氏体 Martensite钢和铁从高温奥氏体急冷（淬火强化），化学成分不变，晶格重构, fcc变为bcc，碳在 -Fe中的过饱和固溶体。硬度和强度很高。

7.黄铜：黄铜是由铜和锌所组成的合金

8.青铜：纯铜（红铜）中加入锡或铅的合金

2. 根据铁碳相图，说明各点（A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、N、P、S 和Q）的含义。

3碳对铁碳合金机械性能有何影响

铁素体软而韧，铁碳合金的塑性主要由铁素体提供；

渗碳体硬而脆。

铁素体和渗碳体形成片状珠光体，使铁碳合金的强度和硬度提高。

合金中珠光体的数量越多，合金的强度和硬度越高。

w(C) ＝0.77％，全部为珠光体，合金强度和硬度较高，兼有塑性和韧性。

合金组织中出现以渗碳体为基体的莱氏体时，铁碳合金的塑性和韧性大大降低，强度也降低。白口铸铁脆性很大，使用价值不大。

w(C) >1.0％, 沿珠光体边界形成网状Fe3CⅡ，降低了晶界的断裂强度，使合金脆性大大增加。

碳钢，一般要求 w(C) <1.0％

4 . 钢和铸铁在成分组织性能上的主要区别是什么

钢: 碳含量 < 2.11%（重量）的铁-碳合金。

碳钢和合金钢

1 碳钢

1）按碳含量（质量百分数）分类：

低碳钢 C≤0.25％

中碳钢 0.25％< C ≤ 0.6％ 45号钢的概念

高碳钢 C＞0.6％

含碳量越高，碳钢硬度和强度越大，但塑(韧)性降低。

2）按钢中杂质的质量含量分类（杂质硫、磷含量）：

普通碳素钢 S ≤0.055％，P ≤0.045％

优质碳素钢 S ≤0.040％，P ≤0.040％

高级优质碳素钢 S ≤0.030％，P ≤0.035％

3）按用途分类：

碳素结构钢：桥梁、船舶、建筑构件、机器零件等。

碳素工具钢：刀具、模具、量具等。

合金钢: 碳钢中加入一种或多种合金元素，形成的钢。

1）按含合金元素的总含量分类：

低合金钢（合金元素总质量分数≤5％）

中合金钢（合金元素总质量分数 = 5％～10％）

高合金钢（合金元素总质量分数＞10％）。

2）按主要合金元素种类分：

铬钢不锈钢铬镍钢锰钢硅锰钢等。

铸铁

含碳量＞ 2.11％的铁-碳合金。

铸铁成分范围：C:2.5～4.0%, Si:1.0 ～ 3.0%，Mn:0.5 ～ 1.4%, S:0.02 ～ 0.20%，P:0.01 ～ 0.50%。

为改善性能，也加入 Cr、Mo、V、Cu、Al等；

与钢相比，铸铁含碳和硅量较大，含杂质元素较多。

铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜。

广泛用在机械制造、冶金、矿上、石油化工、交通等领域。

按质量分数计算，铸铁件在

农业机械中占 40 ～ 60％；

汽车拖拉机中占 50 ～ 70％；

机床制造中占 60 ～ 90％。

灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁等。

铸铁中，碳可以石墨G形式存在，与铁构成Fe－ G平衡状态

5。Fe-Fe3C相图

6.分析w(C) ＝0.77％、w(C)＝1.2％、w(C)＝4.3％、w(C)＝4.5％的铁碳合金从液态平衡冷却到室温的转变过程，用组织示意图说明各阶段的组织变化。

7. 计算w(C) = 0.77%和w(C) = 0.40%的铁碳合金从液态平衡冷却到室温下的组织成物和相组织物含量.

8．铁碳合金中碳的存在形式。灰铸铁,白口铸铁，麻口铸铁的碳的存在形式有何不同。

解：铁碳合金中，碳的存在形式：①与铁间隙固溶；溶入铁的晶格，形成间隙固溶体。②化合态的渗碳体；亚稳态，在一定条件下分解为铁和石墨;③游离态的石墨G :稳定态，可从铸铁熔液中析出，也可从奥氏体中析出。白口铸铁（碳以渗碳体形式存在，断口为白亮色）灰口铸铁（碳以游离石墨形式存在，断口为暗灰色）麻口铸铁（同时含有石墨和渗碳体，断口灰白相间）

9．灰铸铁的组织特点，影响灰铸铁性能的因素。

解：灰口铸铁：基体组织和石墨两部分组成基体（铁素体、铁素体-珠光体、珠光体）＋石墨影响因素：①石墨对铸铁机械性能的影响石墨：松软而脆弱的固态物质，抗拉强度<20MPa，延伸率趋近于零；

石墨存在基体中，尤如一种裂纹或孔洞，分割削弱基体，破坏基体组织连续性；还会引起应力在该处集中，构成裂纹源。因而，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性都比钢铁低得多。基体相同的情况下，石墨形状由片状 (普通灰铸铁)变为细片状 (孕育灰铸铁)和球状 (球墨铸铁)时，其对基体的削弱作用以及应力集中的程度将依次减弱，表现出抗拉强度依次升高。②基体对铸铁机械性能的影响基体中铁素体的数量增多，塑性、韧性提高；珠光体数量增加，塑性、韧性降低，但强度、硬度有所增高。

10.灰口铸铁的组织按其基体的不同，可分为哪三种。灰口铸铁的组织可看成是；

解：铁素体灰口铸铁、铁素体-珠光体灰口铸铁、珠光体灰口铸铁。灰口铸铁的组织可看成是钢加上片状石墨

11. 灰口铸铁和球墨铸铁在组织和性能上有何区别。

解：灰口铸铁的组织特点是在基体上分布着片状石墨。球墨铸铁的组织特点是基体加球状石墨性能：球化越完整，球状石墨尺寸越细小，可减少应力集中，力学性能越优越；疲劳强度与中碳钢相似，耐磨性好，制造重要和形状复杂机械零件，如曲轴、连杆、涡轮、齿轮、水压机缸套等。

11.P184 3.1 3.5 3.7

无机非金属材料

1 硅酸盐结构的基本特点和类型。

解：硅酸盐晶体的结构特点：

(1)结构中Si4+间没有直接的键，而是通过O2－

连结；

(2) 以硅氧四面体为结构的基础；

(3) 每一个O2－

只能连接2个硅氧四面体；

(4) 硅氧四面体间只能共顶连接，不能共面连接。

硅酸盐晶体的主要结构类型：岛状结构；组群状（环状）结构；链状结构；层状结构；架状结构。

2 玻璃的定义及其通性，玻璃中的氧化物分为哪三类。

解：定义：将原料加热熔融（熔体），快冷却（过冷却）形成，室温下保持熔体结构的固体物质，固体非晶态(无定形)物质。

通性：①各向同性；②热力学介稳性；③状态转化的渐变性。

玻璃中的氧化物分为：①网络生成体氧化物；②网络外体氧化物；③中间体氧化物。

3.非晶态材料的分类与特征？

特征：高强度，高韧性，抗腐蚀性，软磁特征，超导电性，光学性质（光吸收，光电导，光致发射）光照下产生非平衡载流子，引起材料电导率变化的光学现象。

4.书上各例题

5．高岭石Al4[Si4O10](OH)8(Al2O3?2SiO2?2H2O)的结构。

解：三斜晶系，单网层结构：硅氧四面体层+ 八面体层下层为硅氧四面体层，硅氧四面体中的活性氧向上；上层为八面体层（由 1个Al3+，2个O2－ , 4个OH－组成），

每一个活性氧同时连接1个硅氧四面体和2个[AlO2(OH)4]八面体，层与层间为氢键结合，结合力较弱，层间易解理成片状，但OH-O之间仍有一定的吸引力，所以单网层之间水分子不易进去，不因水含量增加而膨胀。

6.从显微结构看，陶瓷材料主要有哪些相构成？各构成相的主要作用和对陶瓷性能的影响是什么？为什么外界温度的急剧变化可以使许多陶瓷器件开裂或破碎?

解：晶相、,玻璃相、气相和晶界晶粒是陶瓷最主要的组成相，晶相的性质是影响陶瓷性能的主要因素；烧成－冷却过程中，晶界处产生热应力，出现微裂纹，降低陶瓷强度。玻璃相的作用，粘结分散的晶粒，抑止晶粒长大；填充晶粒间的空隙，填充气孔，提高致密度，降低烧结温度。气相会降低陶瓷强度，造成裂纹。保留一定的气相，陶瓷的比重小，绝热性好。因为大多数陶瓷主要由晶相和玻璃相组成，这两种相的热膨胀系数相差较大，由高温很快冷却时，每种相的收缩不同，所造成的内应力足以使陶瓷器件开裂或破碎。

7．陶瓷材料中主要结合键是什么?从结合键的角度解释陶瓷材料所具有的特殊性能?

解：陶瓷材料中主要的结合键是离子键及共价键；由于离子键及共价键键能很强，故陶瓷的抗压强度很高，硬度极高；因为原子以离子键和共价键结合时，外层电子处于稳定的结构状态，不能自由运动，陶瓷材料的熔点很高，抗氧化性好，耐高温，化学稳定性高。

8．分析滑石Mg 3 [ Si4O10](OH)2的结构与性能的关系

解：复网层结构硅氧四面体层+ 八面体层+ 硅氧四面体层上下层均为硅氧四面体层，上层活性氧全向下，下层活性氧全向上，中间夹一镁氢氧层(由 1个Mg2+，4个O2－ , 2个OH－组成八面体）。每一个活性氧同时连接1个[SiO4]四面体和3 个[MgO4(OH)2]八面体，每一层O2－电价饱和。层与层间结合为范德华键，层间键合弱，易沿层面解理。

9．分析钙钛矿CaTiO3晶体的结构

解：立方晶系 Ca2+，在立方体顶角配位数为12（O2-）； O2-，在面心配位数为6 （4 Ca2+ +2 Ti4+）； Ti4+，在体心配位数为6 （O2-）； [TiO6]8-八面体通过顶

角共用氧，形成三维网络；

10．炭黑按用途分为哪两大类解：色素用炭黑（颜料）、橡胶用炭黑（补强等）

材料科学基础期末考试历届考试试题复习资料

四川理工学院试卷（2009至2010学年第1学期） 课程名称：材料科学基础 命题教师：罗宏 适用班级：2007级材料科学与工程及高分子材料专业 考试（考查） 年 月 日 共 页 1、 满分100分。要求卷面整洁、字迹工整、无错别字。 2、 考生必须将姓名、班级、学号完整、准确、清楚地填写在试卷规定的地方，否 则视为废卷。 3、 考生必须在签到单上签到，若出现遗漏，后果自负。 4、 如有答题纸，答案请全部写在答题纸上，否则不给分；考完请将试卷和答题卷 分别一同交回，否则不给分。 试题答案及评分标准 得分 评阅教师 一、判断题：（10分，每题1分，正确的记错误的记“％” 1?因为晶体的排列是长程有序的，所以其物理性质是各向同性。 （％ 2. 刃型位错线与滑移方向垂直。（话 3. 莱氏体是奥氏体和渗碳体的片层状混合物。（X ） 4?异类原子占据空位称为置换原子，不会引起晶格畸变。 （X 5. 电子化合物以金属键为主故有明显的金属特性。 （话 6. 冷拉后的钢条的硬度会增加。（话 7. 匀晶系是指二组元在液态、固态能完全互溶的系统。 （话 题号 -一- -二二 三 四 五 六 七 八 总分 评阅（统分”教师 得分 :题 * 冷 =要 密;

8.根据菲克定律，扩散驱动力是浓度梯度，因此扩散总是向浓度低的方向进行。（X

9. 细晶强化本质是晶粒越细，晶界越多，位错的塞积越严重，材料的强度也就 越高。（V ） 10. 体心立方的金属的致密度为 0.68。（V ） 、单一选择题：（10分，每空1分） (B) L+B — C+B （C ） L —A+B （D ） A+B^L 7. 对于冷变形小 的金属，再结晶核心形成的形核方式一般是（ A ） （A ） 凸出形核亚 （ B ）晶直接形核长大形核 （B ） 亚晶合并形核 （D ）其他方式 8. 用圆形钢饼加工齿轮，下述哪种方法更为理想？ （ C ） （A ）由钢板切出圆饼（B ）由合适的圆钢棒切下圆饼 （C ） 由较细的钢棒热镦成饼 （D ）铸造成形的圆饼 1. 体心立方结构每个晶胞有（B ） 个原子。 2. 3. (A) 3 ( B) 2 (C) 6 固溶体的不平衡凝固可能造成 （A ）晶内偏析 （C ）集中缩孔 属于＜100＞晶向族的晶向是（ (A) [011] (B) [110] (D) 1 (B) (D) (C) 晶间偏析 缩松 [001] (D) [101] 4.以下哪个工艺不是原子扩散理论的具体应用 （A ）渗氮 （B ）渗碳 （C ）硅晶片掺杂 （） （D ）提拉单晶5.影响铸锭性能主要晶粒区是（C ） （A ）表面细晶粒区 （B ）中心等轴（C ）柱状晶粒区 三个区影 响相同 6 ?属于包晶反应的是（A ） （ L 表示液相, A 、B 表示固相） (A) L+A — B

材料科学基础期末试题

材料科学基础考题 I卷 一、名词解释（任选5题，每题4分，共20分） 单位位错；交滑移；滑移系；伪共晶；离异共晶；奥氏体；成分过冷答： 单位位错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错称为单位位错。 交滑移：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，称为交滑移。滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系。 伪共晶：在非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。 离异共晶：由于非平衡共晶体数量较少，通常共晶体中的a相依附于初生a相生长，将共晶体中另一相B推到最后凝固的晶界处，从而使共晶体两组成相相间的组织特征消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶。 奥氏体：碳原子溶于丫-Fe形成的固溶体。 成分过冷：在合金的凝固过程中，将界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷称为成分过冷。 二、选择题（每题2分，共20分） 1. 在体心立方结构中，柏氏矢量为a[110]的位错（A ）分解为a/2[111]+a/2[l11]. （A）不能（B）能（C）可能 2. 原子扩散的驱动力是：（B ） （A）组元的浓度梯度（B）组元的化学势梯度（C）温度梯度 3?凝固的热力学条件为：（D ） （A）形核率（B）系统自由能增加 （C）能量守衡（D）过冷度 4?在TiO2中，当一部分Ti4+还原成Ti3+，为了平衡电荷就出现（A） （A）氧离子空位（B）钛离子空位（C）阳离子空位 5?在三元系浓度三角形中，凡成分位于（ A ）上的合金，它们含有另两个顶角所代表的两 组元含量相等。 （A）通过三角形顶角的中垂线 （B）通过三角形顶角的任一直线 （C）通过三角形顶角与对边成45°的直线 6?有效分配系数k e表示液相的混合程度，其值范围是（B ） （A）1vk e

材料科学基础第三章答案

第三章 1. 试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。 2. 如果纯镍凝固时的最大过冷度与其熔点（tm＝1453℃）的比值为0.18，试求其凝固驱动力。（ΔH＝-18075J/mol） 3. 已知Cu的熔点tm＝1083℃，熔化潜热Lm＝1.88×103J/cm3，比表面能σ＝1.44×105 J/cm3。（1）试计算Cu在853℃均匀形核时的临界晶核半径。（2）已知Cu的相对原子质量为63.5，密度为8.9g/cm3,求临界晶核中的原子数。 4. 试推导杰克逊（K.A.Jackson）方程 5. 铸件组织有何特点？ 6. 液体金属凝固时都需要过冷，那么固态金属熔化时是否会出现过热，为什么？ 7. 已知完全结晶的聚乙烯（PE）其密度为1.01g/cm3,低密度乙烯（LDPE）为0.92 g/cm3，而高密度乙烯（HDPE）为0.96 g/cm3，试计算在LDPE及HDPE中“资自由空间”的大小。8欲获得金属玻璃，为什么一般选用液相线很陡从而有较低共晶温度的二元系？9. 比较说明过冷度、临界过冷度、动态过冷度等概念的区别。 10. 分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。 11. 什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？ 12. 简述纯金属晶体长大的机制。13. 试分析单晶体形成的基本条件。 14. 指出下列概念的错误之处，并改正。(1) 所谓过冷度，是指结晶时，在冷却曲线上出现平台的温度与熔点之差；而动态过冷度是指结晶过程中，实际液相的温度与熔点之差。(2) 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减少，因此是一个自发过程。(3) 在任何温度下，液体金属中出现的最大结构起伏都是晶胚。

材料科学基础试题

第一章原子排列 本章需掌握的内容： 材料的结合方式：共价键，离子键，金属键，范德瓦尔键，氢键；各种结合键的比较及工程材料结合键的特性； 晶体学基础：晶体的概念，晶体特性（晶体的棱角，均匀性，各向异性，对称性），晶体的应用 空间点阵：等同点，空间点阵，点阵平移矢量，初基胞，复杂晶胞，点阵参数。 晶系与布拉菲点阵：种晶系，14种布拉菲点阵的特点； 晶面、晶向指数：晶面指数的确定及晶面族，晶向指数的确定及晶向族，晶带及晶带定律六方晶系的四轴座标系的晶面、晶向指数确定。 典型纯金属的晶体结构：三种典型的金属晶体结构：fcc、bcc、hcp； 晶胞中原子数、原子半径，配位数与致密度，晶面间距、晶向夹角 晶体中原子堆垛方式，晶体结构中间隙。 了解其它金属的晶体结构：亚金属的晶体结构，镧系金属的晶体结构，同素异构性 了解其它类型的晶体结构：离子键晶体结构：MgO陶瓷及NaCl，共价键晶体结构：SiC陶瓷，As、Sb 非晶态结构：非晶体与晶体的区别，非晶态结构 分子相结构 1. 填空 1. fcc结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______致密度为___________配位数是________________晶胞中原子数为___________，把原子视为刚性球时，原子的半径是____________；bcc结构的密排方向是_______，密排面是_____________致密度为___________配位数是________________ 晶胞中原子数为___________，原子的半径是____________；hcp结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______，致密度为___________配位数是________________，晶胞中原子数为 ___________，原子的半径是____________。 2. bcc点阵晶面指数h+k+l=奇数时，其晶面间距公式是________________。 3. Al的点阵常数为0.4049nm，其结构原子体积是________________。 4. 在体心立方晶胞中，体心原子的坐标是_________________。 5. 在fcc晶胞中，八面体间隙中心的坐标是____________。 6. 空间点阵只可能有___________种，铝晶体属于_____________点阵。Al的晶体结构是__________________， -Fe的晶体结构是____________。Cu的晶体结构是_______________， 7点阵常数是指__________________________________________。 8图1是fcc结构的(-1,1,0 )面，其中AB和AC的晶向指数是__________，CD的晶向指数分别 是___________，AC所在晶面指数是--------------------。

《材料科学基础》期末考试试卷及参考答案,2019年6月

第1页（共11页） ########2018-2019学年第二学期 ########专业####级《材料科学基础》期末考试试卷 （后附参考答案及评分标准） 考试时间：120分钟 考试日期：2019年6月 题 号 一 二 三 四 五 六 总 分 得 分 评卷人 复查人 一、单项选择题（请将正确答案填入表中相应题号处，本题13小题，每小题2分，共26分） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 题号 11 12 13 答案 1. 在形核-生长机制的液-固相变过程中，其形核过程有非均匀形核和均匀形核之分，其形核势垒有如下关系（ ）。 A. 非均匀形核势垒 ≤ 均匀形核势垒 B. 非均匀形核势垒 ≥ 均匀形核势垒 C. 非均匀形核势垒 = 均匀形核势垒 D. 视具体情况而定，以上都有可能 2. 按热力学方法分类，相变可以分为一级相变和二级相变，一级相变是在相变时两相自由焓相等，其一阶偏导数不相等，因此一级相变（ ）。 A. 有相变潜热改变，无体积改变 B. 有相变潜热改变，并伴随有体积改变 C. 无相变潜热改变，但伴随有体积改变 D. 无相变潜热改变，无体积改变 得分 专业 年级 姓名 学号 装订线

3. 以下不是材料变形的是（）。 A. 弹性变形 B. 塑性变形 C. 粘性变形 D. 刚性变形 4. 在固溶度限度以内，固溶体是几相？（） A. 2 B. 3 C. 1 D. 4 5. 下列不属于点缺陷的主要类型是（）。 A. 肖特基缺陷 B. 弗伦克尔缺陷 C. 螺位错 D. 色心 6. 由熔融态向玻璃态转变的过程是（）的过程。 A. 可逆与突变 B. 不可逆与渐变 C. 可逆与渐变 D. 不可逆与突变 7. 下列说法错误的是（）。 A. 晶界上原子与晶体内部的原子是不同的 B. 晶界上原子的堆积较晶体内部疏松 C. 晶界是原子、空位快速扩散的主要通道 D. 晶界易受腐蚀 8. 表面微裂纹是由于晶体缺陷或外力作用而产生，微裂纹同样会强烈地影响表面性质，对于脆性材料的强度这种影响尤为重要，微裂纹长度，断裂强度。（） A. 越长；越低 B. 越长；越高 C. 越短；越低 D. 越长；不变 9. 下列说法正确的是（）。 A. 再结晶期间，位错密度下降导致硬度上升 B. 再结晶期间，位错密度下降导致硬度下降 C. 再结晶期间，位错密度上升导致硬度上升 D. 再结晶期间，位错密度上升导致硬度下降 10. 下列材料中最难形成非晶态结构的是（）。 A. 陶瓷 B. 金属 C. 玻璃 D. 聚合物 第2页（共11页）

材料科学基础第三章答案

习题：第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章答案：第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章 3-2 略。 3-2试述位错的基本类型及其特点。 解：位错主要有两种：刃型位错和螺型位错。刃型位错特点：滑移方向与位错线垂直，符号⊥，有多余半片原子面。螺型位错特点：滑移方向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平面，呈螺施状，称螺型位错。 3-3非化学计量化合物有何特点？为什么非化学计量化合物都是n型或p型半导体材料？ 解：非化学计量化合物的特点：非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关；可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常数看出；非化学计量化合物都是半导体。由于负离子缺位和间隙正离子使金属离子过剩产生金属离子过剩（n型）半导体，正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩产生负离子过剩（p型）半导体。 3-4影响置换型固溶体和间隙型固溶体形成的因素有哪些？ 解：影响形成置换型固溶体影响因素：（1）离子尺寸：15%规律：1.（R1-R2）/R1>15%不连续。 2.<15%连续。 3.>40%不能形成固熔体。（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。（ 3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。（4）场强因素。（5）电负性：差值小，形成固熔体。差值大形成化合物。 影响形成间隙型固溶体影响因素：（1）杂质质点大小：即添加的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。（2）晶体（基质）结构：离子尺寸是与晶体结构的关系密切相关的，在一定程度上来说，结构中间隙的大小起了决定性的作用。一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体。（3）电价因素：外来杂质原子进人间隙时，必然引起晶体结构中电价的不平衡，这时可以通过生成空位，产生部分取代或离子的价态变化来保持电价平衡。 3-5试分析形成固溶体后对晶体性质的影响。 解：影响有：（1）稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生；（2）活化晶格，形成固溶体后，晶格结构有一定畸变，处于高能量的活化状态，有利于进行化学反应；（3）固溶强化，溶质原子的溶入，使固溶体的强度、硬度升高；（4）形成固溶体后对材料物理性质的影响：固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。固溶体的强度与硬度往往高于各组元，而塑性则较低， 3-6说明下列符号的含义：V Na，V Na'，V Cl˙，（V Na'V Cl˙），Ca K˙，Ca Ca，Ca i˙˙解：钠原子空位；钠离子空位，带一个单位负电荷；氯离子空位，带一个单位正电荷；最邻近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心；Ca2+占据K.位置，带一个单位正电荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+处于晶格间隙位置。 3-7写出下列缺陷反应式：（l）NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体；（2）CaCl2溶入NaCl中形成空位型固溶体；（3）NaCl形成肖特基缺陷；（4）Agl形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙）。

材料科学基础试题及答案考研专用

一、名词： 相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 匀晶转变：从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。 平衡结晶：合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。 成分起伏：液相中成分、大小和位置不断变化着的微小体积。 异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象。 共晶转变：在一定温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。 脱溶：由固溶体中析出另一个固相的过程，也称之为二次结晶。 包晶转变：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的固相的转变过程。 成分过冷：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度。 二、简答： 1. 固溶体合金结晶特点？ 答：异分结晶；需要一定的温度范围。 2. 晶内偏析程度与哪些因素有关？ 答：溶质平衡分配系数k0；溶质原子扩散能力；冷却速度。 3. 影响成分过冷的因素？ 答：合金成分；液相内温度梯度；凝固速度。

三、书后习题 1、何谓相图？有何用途？ 答：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 相图的作用：由相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。 2、什么是异分结晶？什么是分配系数？ 答：异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 分配系数：在一定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之比值。 3、何谓晶内偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对金属性能有何影响，如何消除？ 答：晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀的现象 形成过程：固溶体合金平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同，实际生产中，液态合金冷却速度较大，在一定温度下扩散过程尚未进行完全时温度就继续下降，使每个晶粒内部的化学成分布均匀，先结晶的含高熔点组元较多，后结晶的含低熔点组元较多，在晶粒内部存在着浓度差。 影响因素：1）分配系数k0：当k0<1时，k0值越小，则偏析越大；当k0>1时，k0越大，偏析也越大。2）溶质原子扩散能力，溶质原子扩散能力大，则偏析程度较小；反之，则偏析程度较大。3）冷却速度，冷却速度越大，晶内偏析程度越严重。 对金属性能的影响：使合金的机械性能下降，特别是使塑性和韧性显著降低，

材料科学基础期末考试

期末总复习 一、名词解释 空间点阵：表示晶体中原子规则排列的抽象质点。 配位数：直接与中心原子连接的配体的原子数目或基团数目。 对称：物体经过一系列操作后，空间性质复原；这种操作称为对称操作。 超结构：长程有序固溶体的通称 固溶体：一种元素进入到另一种元素的晶格结构形成的结晶，其结构一般保持和母相一致。 致密度：晶体结构中原子的体积与晶胞体积的比值。 正吸附：材料表面原子处于结合键不饱和状态，以吸附介质中原子或晶体内部溶质原子达到平衡状态，当溶质原子或杂质原子在表面浓度大于在其在晶体内部的浓度时称为正吸附； 晶界能：晶界上原子从晶格中正常结点位置脱离出来，引起晶界附近区域内晶格发生畸变，与晶内相比，界面的单位面积自由能升高，升高部分的能量为晶界能； 小角度晶界：多晶体材料中，每个晶粒之间的位向不同，晶粒与晶粒之间存在界面，若相邻晶粒之间的位向差在10°～2°之间，称为小角度晶界； 晶界偏聚：溶质原子或杂质原子在晶界或相界上的富集，也称内吸附，有因为尺寸因素造成的平衡偏聚和空位造成的非平衡偏聚。 肖脱基空位：脱位原子进入其他空位或者迁移至晶界或表面而形成的空位。 弗兰克耳空位：晶体中原子进入空隙形而形成的一对由空位和间隙原子组成的缺陷。 刃型位错：柏氏矢量与位错线垂直的位错。 螺型位错：柏氏矢量与位错线平行的位错。 柏氏矢量：用来表征晶体中位错区中原子的畸变程度和畸变方向的物理量。 单位位错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错 派—纳力：位错滑动时需要克服的周围原子的阻力。 过冷：凝固过程开始结晶温度低于理论结晶温度的现象。 过冷度：实际结晶温度和理论结晶温度之间的差值。 均匀形核：在过冷的液态金属中，依靠金属本身的能量起伏获得成核驱动力的形核过程。 过冷度：实际结晶温度和理论结晶温度之间的差值。 形核功：形成临界晶核时，由外界提供的用于补偿表面自由能和体积自由能差值的能量。 马氏体转变：是一种无扩散型相变，通过切变方式由一种晶体结构转变另一种结构，转变过程中，表面有浮凸，新旧相之间保持严格的位向关系。或者：由奥氏体向马氏体转变的

材料科学基础考试题

1. 熔体：介于气体和固体之间的一种物质状态，它具有流动性和各向同性，和气体相似， 但又具有较大的凝聚力和很小的压缩性和固体相似。 2. 吸附：固体和液体表面存在大量不饱和键的原子和离子，它们都能吸引外来的原子，离 子，分子，这一现象称为吸附。 3. 粘土的可塑性：当粘土与适当比例的水混合均匀制成泥团，该泥团受到高于某一个数值 剪切应力作用后，可以塑造成任何形状，当去除应力泥团能保持其形状，这种性质称为可塑性。 4. 粘土的触变性：泥浆静止不动时似凝固体，一经扰动或摇动，凝固的泥浆又重新获得流 动性。 5. 扩散：在一个相内因分子或原子的热激活运动导致成分混合或均匀化的分子动力学过 程。 6. 固相反应 广义：凡是有固相参与的化学反应。狭义：常指固体与固体间发生化学反 应生成新固体产物的过程。 7. 烧结：压制成型后的粉状物料在低于熔点的高温作用下、通过坯体间颗粒相互粘结和物 质传递，气孔排除，体积收缩，强度提高、逐渐变成具有一定的几何形状和坚固整体的过程。 8. 二次再结晶：坯体中少数大晶粒尺寸的异常增加，其结果是个别晶粒的尺寸增加，这是 区别于正常的晶粒长大的。 9. 计算SiO 2（石英玻璃）的网络参数？ 解：Si4+离子的配位数Z=4， R=O/Si=2/1=2，则X=2R-Z=0，Y=2Z-2R=4，说明结构中所有的氧离子都是桥氧，四面体的所有顶角都被共用，玻璃结构网络强度达到最大 10. 一种玻璃的组成试80％SiO 2和20％Na 2O ，试计算其非桥氧百分数。 解：将玻璃组成由质量百分数换算成摩尔百分数。 52 .348.0448.04224.2224 .26 .804 .1926.80=-=-==-?=-==+?= X Z Y Z R X R 非桥氧百分数＝ X Y X +2 ×100％＝ 48.02 52 .348 .0+×100＝21.5％ 2 Y 表示一个桥氧分属两个四面体共有。 11.有两种不同配位的玻璃，其组成如下（质量百分数）： 序号 Na 2O Al 2O 3 SiO 2 1 10 20 70 2 20 10 70 试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？ 解：将玻璃组成由质量百分数换算成摩尔百分数

材料科学基础期末考试

《材料科学基础》考试试卷（第一套） 课程号 6706601060 考试时间 120 分钟 一、 名词解释（简短解释，每题2分，共20分） 空间点阵 线缺陷 吸附 渗碳体组织 适用专业年级（方向）： 材 料 科 学 与 工 程 专 业 2006 级 考试方式及要求： 闭 卷 考 试

固态相变 稳态扩散 形核率 调幅分解 霍尔-配奇方程 平衡凝固 二、选择题（只有一个正确答案，每题1分，共10分）

1、弯曲表面的附加压力△P 总是( ) 曲面的曲率中心。 A.指向 B.背向 C.平行 D.垂直 2、润湿的过程是体系吉布斯自由能( )的过程。 A.升高 B.降低 C.不变 D.变化无规律 3、一级相变的特点是，相变发生时，两平衡相的( )相等，但其一阶偏微分不相等。 A.熵 B.体积 C.化学势 D.热容 4、固溶体合金的凝固是在变温下完成的，形成于一定温度区间，所以在平衡凝固条件下所得到的固溶体晶粒( ) A.成分内外不均匀 B.不同温度下形成的各晶粒成分是不同的 C.晶粒内外，晶粒形成不分先后，同母液成分是一致的 5、强化金属材料的各种手段，考虑的出发点都在于( ) A.制造无缺陷的晶体或设置位错运动的障碍 B.使位错增殖 C.使位错适当的减少 6、既能提高金属的强度，又能降低其脆性的手段是( ) A.加工硬化 B. 固溶强化 C. 晶粒细化 7、根据显微观察，固液界面有两种形式，即粗糙界面与光滑界面，区分两种界面的依据是值大小( ) A. α<=2为光滑界面 B. α>=1为光滑界面 C. α>=5为光滑界面 8、渗碳处理常常在钢的奥氏体区域进行，这是因为( ) A. 碳在奥氏体中的扩散系数比在铁素体中大 B. 碳在奥氏体中的浓度梯度比在铁素体中大 C. 碳在奥氏体中的扩散激活能比在铁素体中小 9、界面能最低的相界面是( ) A. 共格界面 B. 孪晶界 C. 小角度晶界 10、铁碳合金组织中的三次渗碳体来自于( )

材料科学基础课后作业第三章

3-3.有两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的w Ni=90%，另一个铸件的w Ni=50%，铸后自然冷却。问凝固后哪一个铸件的偏析严重？为什么？找出消除偏析的措施。 答： 合金在凝固过程中的偏析与溶质原子的再分配系数有关，再分配系数为k0=Cα/C L。对一给定的合金系，溶质原子再分配系数与合金的成分和原子扩散能力有关。根据Cu-Ni合金相图，在一定成分下凝固，合金溶质原子再分配系数与相图固、液相线之间的水平距成正比。当w Ni=50% 时，液相线与固相线之间的水平距离更大，固相与液相成分差异越大；同时其凝固结晶温度比w Ni=90%的结晶温度低，原子扩散能力降低，所以比偏析越严重。 一般采用在低于固相线100~200℃的温度下，长时间保温的均匀化退火来消除偏析。 3-6.铋（熔点为271.5℃）和锑（熔点为630.7℃）在液态和固态时均能彼此无限互溶，w Bi=50%的合金在520℃时开始凝固出成分为w Sb=87%的固相。w Bi=80%的合金在400℃时开始凝固出成分为w Sb=64%的固相。根据上述条件，要求： 1)绘出Bi-Sb相图，并标出各线和各相区的名称； 2）从相图上确定w Sb=40%合金的开始结晶终了温度，并求出它在400℃时的平衡相成分及其含量。

解：1 ）相图如图所示； 2）从相图读出结晶开始温度和结晶终了温度分别为495℃（左右），350℃（左右） 固、液相成分w Sb(L) =20%, w Sb(S)=64% 固、液相含量： %5.54%10020-6440-64=?=L ω %5.45%100)1(=?-=L S ωω 3-7.根据下列实验数据绘出概略的二元共晶相图：組元A 的熔点为1000℃，組元B 的熔点为700℃；w B =25%的合金在500℃结晶完毕，并由73-1/3%的先共晶α相与26-2/3%的(α+β)共晶体所组成；w B =50%的合金在500℃结晶完毕后，则由40%的先共晶α相与60%的(α+β)共晶体组成，而此合金中的α相总量为50%。 解：由题意由（α+β）共晶含量得 01.03226--25.0?=+）（）（）（αβααωωωB B B 6.0--5.0=+）（）（）（αβααωωωB B B

材料科学基础期末试题

几种强化加工硬化：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。 强化机制：金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力。 细晶强化：是由于晶粒减小，晶粒数量增多，尺寸减小，增大了位错连续滑移的阻力导致的强化；同时由于滑移分散，也使塑性增大。 弥散强化：又称时效强化。是由于细小弥散的第二相阻碍位错运动产生的强化。包括切过机制和绕过机制。（2 分） 复相强化：由于第二相的相对含量与基体处于同数量级是产生的强化机制。其强化程度取决于第二相的数量、尺寸、分布、形态等，且如果第二相强度低于基体则不一定能够起到强化作用。（2 分） 固溶强化：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象。。包括弹性交互作用、电交互作用和化学交互作用。 几种概念 1、滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。 2、交滑移：螺型位错在两个相交的滑移面上运动，螺位错在一个滑移面上运动遇有障碍，会转动到另一滑移面上继续滑移，滑移方向不变。 3、屈服现象：低碳钢在上屈服点开始塑性变形，当应力达到上屈服点之后开始应力降落，在下屈服点发生连续变形而应力并不升高，即出现水平台（吕德斯带）原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成，位错的增殖。 4、应变时效：低碳钢经过少量的预变形可以不出现明显的屈服点，但是在变形后在室温下放置一段较长时间或在低温经过短时间加热，在进行拉伸试验，则屈服点又重复出现，且屈服应力提高。 5、形变织构：随塑性变形量增加，变形多晶体某一晶体学取向趋于一致的现象。滑移和孪晶的区别 滑移是指在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶向，相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。 孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系。 伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的合金全部变成共晶组织，这种非共晶成分的共晶组织，称为伪共晶组合。 扩散驱动力：化学位梯度是扩散的根本驱动力。 一、填空题（20 分，每空格1 分） 1. 相律是在完全平衡状态下，系统的相数、组元数和温度压力之间的关系，是系统的平衡条件的数学表达式：f=C-P+2 2. 二元系相图是表示合金系中合金的相与温度、成分间关系的图解。 3?晶体的空间点阵分属于7大晶系，其中正方晶系点阵常数的特点为a=b M c,a = B =Y =90°，请列举除立方和正方晶系外其他任意三种晶系的名称三斜、单斜、六方、菱方、正交（任选三种）。 4. 合金铸锭的宏观组织包括表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区三部分。 5．在常温和低温下，金属的塑性变形主要是通过滑移的方式进行的。此外还有孪生和扭

2019年材料科学基础期末总结复习资料

材料科学基础期末总结复习资料 1、名词解释 （1）匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。 （2）共晶转变：合金系中某一定化学成分的合金在一定温度下，同时由液相中结晶出两种不同成分和不同晶体结构的固相的过程称 为共晶转变。 （3）包晶转变：成分为H点的δ固相，与它周围成分为B点的液相L，在一定的温度时，δ固相与L液相相互作用转变成成分是J 点的另一新相γ固溶体，这一转变叫包晶转变或包晶反应。即HJB---包晶转变线，LB+δH→rJ （4）枝晶偏析：合金以树枝状凝固时，枝晶干中心部位与枝晶间的溶质浓度明显不同的成分不均匀现象。 （5）晶界偏析：晶粒内杂质原子周围形成一个很强的弹性应变场,相应的化学势较高,而晶界处结构疏松,应变场弱,化学势低,所以晶粒内杂质会在晶界聚集,这种使得溶质在表面或界面上聚集的现象称为晶界偏析 （6）亚共晶合金：溶质含量低于共晶成分，凝固时初生相为基体相的共晶系合金。 （7）伪共晶：非平衡凝固时，共晶合金可能获得亚（或过）共晶组织，非共晶合金也可能获得全部共晶组织，这种由非共晶合金所获得的全部共晶组织称为伪共晶组织。

（8）离异共晶：在共晶转变时，共晶中与初晶相同的那个相即附着在初晶相之上，而剩下的另一相则单独存在于初晶晶粒的晶界处，从而失去共晶组织的特征，这种被分离开来的共晶组织称为离异共晶。 （9）纤维组织：当变形量很大时，晶粒变得模糊不清，晶粒已难以分辨而呈现出一片如纤维状的条纹，这称为纤维组织。 （10）胞状亚结构：经一定量的塑性变形后，晶体中的位错线 通过运动与交互作用，开始呈现纷乱的不均匀分布，并形成位错缠结，进一步增加变形度时，大量位错发生聚集，并由缠结的位错组成胞状亚结构。 （11）加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬 度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降。 （12）结构起伏：液态结构的最重要特征是原子排列为长程无序、短程有序，并且短程有序原子集团不是固定不变的，它是一种此消彼长、瞬息万变、尺寸不稳定的结构，这种现象称为结构起伏。 （13）能量起伏：能量起伏是指体系中每个微小体积所实际具 有的能量，会偏离体系平均能量水平而瞬时涨落的现象。 （14）垂直长大：对于粗糙界面，由于界面上约有一半的原子 位置空着，故液相的原子可以进入这些位置与晶体结合起来，晶体便连续地向液相中生长，故这种长大方式为垂直生长。 （15）滑移临界分切应力：晶体的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

材料科学基础试题库

一、单项选择题(请在每小题的4个备选答案中，选出一个最佳答案， 共10小题；每小题2分，共20分) 1、材料按照使用性能，可分为结构材料和 。 A. 高分子材料； B. 功能材料； C. 金属材料； D. 复合材料。 2、在下列结合键中，不属于一次键的是： A. 离子键； B. 金属键； C. 氢键； D. 共价键。 3、材料的许多性能均与结合键有关，如大多数金属均具有较高的密度是由于： A. 金属元素具有较高的相对原子质量； B. 金属键具有方向性； C. 金属键没有方向性； D.A 和C 。 3、下述晶面指数中，不属于同一晶面族的是： A. (110)； B. (101)； C. (011- ）；D. (100)。 4、 面心立方晶体中，一个晶胞中的原子数目为： A. 2； B. 4； C. 6； D. 14。 5、 体心立方结构晶体的配位数是： A. 8； B.12； C. 4； D. 16。 6、面心立方结构晶体的原子密排面是： A. {111}； B. {110}； C. (100)； D. [111]。 7、立方晶体中（110）和（211）面同属于 晶带 A. [110]； B. [100]； C. [211]； D. [--111]。 6、体心立方结构中原子的最密排晶向族是： A. <100>； B. [111]； C. <111>； D. (111)。 6、如果某一晶体中若干晶面属于某一晶带，则： A. 这些晶面必定是同族晶面； B. 这些晶面必定相互平行； C. 这些晶面上原子排列相同； D. 这些晶面之间的交线相互平行。 7、金属的典型晶体结构有面心立方、体心立方和密排六方三种，它们的晶胞中原子数分别为：A. 4, 2, 6; B. 6, 2, 4; C. 4, 4, 6; D. 2, 4, 6 7、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. 肖脱基缺陷； B. 弗兰克缺陷； C. 线缺陷； D. 面缺陷 7、两平行螺旋位错，当柏氏矢量同向时，其相互作用力：

材料科学基础期末试题

几种强化 加工硬化:金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度与硬度升高,而塑性与韧性降低的现象。 强化机制:金属在塑性变形时,晶粒发生滑移,出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎与纤维化,金属内部产生了残余应力。 细晶强化:就是由于晶粒减小,晶粒数量增多,尺寸减小,增大了位错连续滑移的阻力导致的强化;同时由于滑移分散,也使塑性增大。 弥散强化:又称时效强化。就是由于细小弥散的第二相阻碍位错运动产生的强化。包括切过机制与绕过机制。(2 分) 复相强化:由于第二相的相对含量与基体处于同数量级就是产生的强化机制。其强化程度取决于第二相的数量、尺寸、分布、形态等,且如果第二相强度低于基体则不一定能够起到强化作用。(2 分) 固溶强化:固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象。。包括弹性交互作用、电交互作用与化学交互作用。 几种概念 1、滑移系:一个滑移面与该面上一个滑移方向的组合。 2、交滑移:螺型位错在两个相交的滑移面上运动,螺位错在一个滑移面上运动遇有障碍,会转动到另一滑移面上继续滑移,滑移方向不变。 3、屈服现象:低碳钢在上屈服点开始塑性变形,当应力达到上屈服点之后开始应力降落,在下屈服点发生连续变形而应力并不升高,即出现水平台(吕德斯带) 原因:柯氏气团的存在、破坏与重新形成,位错的增殖。 4、应变时效:低碳钢经过少量的预变形可以不出现明显的屈服点,但就是在变形后在室温下放置一段较长时间或在低温经过短时间加热,在进行拉伸试验,则屈服点又重复出现,且屈服应力提高。 5、形变织构:随塑性变形量增加,变形多晶体某一晶体学取向趋于一致的现象。 滑移与孪晶的区别 滑移就是指在切应力的作用下,晶体的一部分沿一定晶面与晶向,相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。 孪生:在切应力作用下,晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面与晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系。 伪共晶:在不平衡结晶条件下,成分在共晶点附近的合金全部变成共晶组织,这种非共晶成分的共晶组织,称为伪共晶组合。 扩散驱动力:化学位梯度就是扩散的根本驱动力。 一、填空题(20 分,每空格1 分) 1、相律就是在完全平衡状态下,系统的相数、组元数与温度压力之间的关系,就是系统的平衡条件的数学表达式: f=C-P+2 2、二元系相图就是表示合金系中合金的相与温度、成分间关系的图解。 3、晶体的空间点阵分属于7 大晶系,其中正方晶系点阵常数的特点为a=b≠c,α= β=γ=90°,请列举除立方与正方晶系外其她任意三种晶系的名称三斜、单斜、六方、菱方、正交(任选三种)。 4、合金铸锭的宏观组织包括表层细晶区、柱状晶区与中心等轴晶区三部分。

无机材料科学基础期末试题及参考答案

1螺位错：柏格斯矢量与位错线平行的位错。 2同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 3晶胞：指晶体结构中的平行六面体单位，其形状大小与对应的空间格子中的单位平行六面体一致。 4肖特基缺陷：如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置，迁移到晶体的表面，在晶格内正常格点上留下空位，即为肖特基缺陷。肖特基缺陷：如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置，迁移到晶体的表面，在晶格内正常格点上留下空位，即为肖特基缺陷。 5聚合：由分化过程产生的低聚合物，相互作用，形成级次较高的聚合物，同时释放出部分Na2O，这个过程称为缩聚，也即聚合。 6非均匀成核：借助于表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化位置而形成晶 15二次再结晶：是液相独立析晶：是在转熔过程中发生的，由于冷却速度较快，被回收的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来，使转熔过程不能继续进行，从而使液相进行另一个单独的析晶过程，就是液相独立析晶。（2.5） 16泰曼温度：反应物开始呈现显著扩散作用的温度。（2.5） 17晶子假说：苏联学者列别捷夫提出晶子假说，他认为玻璃是高分散晶体（晶子）的结合体，硅酸盐玻璃的晶子的化学性质取决于玻璃的化学组成，玻璃的结构特征为微不均匀性和近程有序性。无规则网络假说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。这种网络是由离子多面体（三角体或四面体）构筑起来的。晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。

18正尖晶石；二价阳离子分布在1／8四面体空隙中，三价阳离子分布在l／2八面体空隙的尖晶石。 19液相独立析晶：是在转熔过程中发生的，由于冷却速度较快，被回收的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来，使转熔过程不能继续进行，从而使液相进行另一个单独的析晶过程，就是液相独立析晶。 20触变性：是泥浆从稀释流动状态到稠化的凝聚状态之间存在的介于两者之间的中间状态。即泥浆静止不动时似凝固体，一经扰动或摇动，凝固的泥浆又重新获得流动。如再静止又重新凝固，可重复无数次。 21固相烧结：固态粉末在适当的温度、压力、气氛和时间条件下，通过物质与气孔之间的传质，变为坚硬、致密烧结体的过程。 4、某晶体AB，A—的电荷数为1，A—B键的S=1/6，则A+的配位数为（）。 A、4 B、12 C、8 D、6 5、在单位晶胞的CaF2晶体中，其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为（）。 A、4，8 B、8，4 C、1，2 D、2，4 6、点群L6PC属（）晶族（）晶系。 A、高级等轴 B、低级正交 C、中级六方 D、高级六方 7、下列性质中（）不是晶体的基本性质。 A、自限性 B、最小内能性 C、有限性 D、各向异性

材料科学基础考试试卷

材料科学基础试卷一 一. 图1是Na 2 O的理想晶胞结构示意图，试回答： 1．晶胞分子数是多少； 2．结构中何种离子做何种密堆积；何种离子填充何种空隙，所占比例是多少； 3．结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体； 4．计算说明O2-的电价是否饱和； 5．画出Na 2 O结构在（001）面上的投影图。 二. 图2是高岭石(Al 2O 3 ·2SiO 2 ·2H 2 O)结构示意图，试回答： 1．请以结构式写法写出高岭石的化学式； 2．高岭石属于哪种硅酸盐结构类型； 3．分析层的构成和层的堆积方向； 4．分析结构中的作用力； 5．根据其结构特点推测高岭石具有什么性质。 三. 简答题： 1.晶体中的结构缺陷按几何尺寸可分为

哪几类？ 2.什么是负扩散？ 3．烧结初期的特征是什么？ 4.硅酸盐晶体的分类原则是什么？ 5.烧结推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移？ 6.相变的含义是什么？从热力学角度来划分，相变可以分为哪几类？ 四. 出下列缺陷反应式： 1.NaCl形成肖特基缺陷； 2.AgI形成弗仑克尔缺陷（Ag+进入间隙）； 3.TiO 2掺入到Nb 2 O 3 中，请写出二个合理的方程，并判断可能成立的方程是 哪一种？再写出每个方程的固溶体的化学式。 4.NaCl溶入CaCl 2 中形成空位型固溶体 五. 表面力的存在使固体表面处于高能量状态，然而，能量愈高系统愈不稳定，那么固体是通过何种方式降低其过剩的表面能以达到热力学稳定状态的。 六.粒径为1μ的球状Al 2O 3 由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定 温度下，第一个小时有20%的Al 2O 3 起了反应，计算完全反应的时间：⑴用杨德 方程计算；⑵用金斯特林格方程计算。 七.请分析熔体结构中负离子团的堆积方式、聚合度及对称性等与玻璃形成之关系。 八.试从结构和能量的观点解释为什么D晶界>D晶内？ 九.试分析二次再结晶过程对材料性能有何影响？工艺上如何防止或延缓二次再结晶的发生？ 十.图3是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题： 1．写出点P，R，S的成分； 2．设有2kgP，问需要多少何种成分的合金Z才可混熔成6kg成分为R的合金。

材料科学基础第三章

材料科学基础大作业——第3章凝固 2015年 月 日 班级： 姓名： 学号： 分数： 一、解释下列概念及术语： 1、结晶 2、过冷度 3、相起伏 4、均匀形核 5、晶粒度 6、形核率 7、形核功 8、枝晶偏析 9、成分过冷 10、临界形核半径 二、填空题 1. 过冷度的大小与金属的本性、纯度和冷却速度有关。金属不同，过冷度大小 同；金属的纯度越高，过冷度越 ；金属及其纯度确定后，过冷度大小主要取决于冷却速度，冷却速度越大，过冷度越 。 2. 金属和非金属，在结晶时均遵循相同的规律，即结晶过程是 和 的过程。 3. 根据热力学条件，金属发生结晶的驱动力为液态金属和固相金属的 之差。此差值与过冷度呈 比。 4.液态金属的晶胚能否形成晶核，主要取决于晶胚半径是否达到了临界形核半径的要求。此半径与过冷度呈 比。 5. 均匀形核时，过冷度△T 和理论结晶温度T m 之间的关系为 。形核功△G k 与过冷度△T 的平方呈 比，即过冷度越大，形核功越 。 6. 形核率可用12N N N ? =表示，其中N 1为受 影响的形核率因子，N 2为受 影响的形核率因子。 7. 工业生产中，液态金属的结晶总是以 形核方式进行，其所需过冷度一般不超过 ℃。 8. 决定晶体长大方式和长大速度的主要因素是晶核的 和其前沿液体中的 。 9. 光滑界面又称为 界面，粗糙界面又称为 界面，其杰克逊因子α值范围分别为 和 。 10.晶体长大方式主要为 长大机制、 长大机制和 长大机制。其中，大部分金属均以 长大机制进行。 11.在正的温度梯度下，光滑界面的界面形态呈 状；粗糙界面的界面形态为 界面。在负的温度梯度下，一般金属和半金属的界面都呈 状。杰克逊因子α值较高的物质保持 界面形态。 12、金属结晶后晶粒内部的成分不均匀现象叫 ；因初晶相与剩余液相比重不同而造成的偏析叫 。 三、判断题