材料科學(xué)基礎(chǔ) 復(fù)習(xí)題.doc

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緒論 一、填空題 1、材料科學(xué)主要研究的核心問題是 結(jié)構(gòu) 和 性能 的關(guān)系。 材料的結(jié)構(gòu)是理解和控制性能的中心環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)的最微細(xì)水平是 原子結(jié)構(gòu) ，第二個(gè)水平是 原子排列方式 ，第三個(gè)水平是 顯微組織 。 2. 根據(jù)材料的性能特點(diǎn)和用途，材料分為 結(jié)構(gòu)材料 和 功能材料 兩大類。 根據(jù)原子之間的鍵合特點(diǎn)，材料分為 金屬 、 陶瓷 、 高分子 和復(fù)合材料四大類。 第一章 材料的原子結(jié)構(gòu) 一、填空題 1. 金屬材料中原子結(jié)合以 金屬 鍵為主，陶瓷材料（無機(jī)非金屬材料）以 共價(jià)鍵 和 離子鍵 結(jié)合鍵為主，聚合物材料以 共價(jià)鍵 和 氫鍵以及范德華 鍵為主。 第二章 材料的結(jié)構(gòu) 一、填空題 1、晶體是 基元（原子團(tuán)）以周期性重復(fù)方式在三維空間作有規(guī)則的排列的固體 。 2、晶體與非晶體的最根本區(qū)別是 晶體原子排布長(zhǎng)程有序，而非晶體是長(zhǎng)程無序短程有序 。 3、晶胞是 晶體結(jié)構(gòu)中的最小單位 。 4、根據(jù)晶體的對(duì)稱性，晶系有 三 大晶族， 七 大晶系， 十四 種布拉菲Bravais點(diǎn)陣， 三十二 種點(diǎn)群， 230 種空間群。 5、金屬常見的晶格類型有 體心立方 、 面心立方 、 密排六方 。 6、fcc晶體的最密排方向?yàn)?<110> ，最密排面為 {111} ，最密排面的堆垛順序?yàn)? ABCABCABCABC…… 。 7、fcc晶體的致密度為 0.74 ，配位數(shù)為 12 ，原子在（111）面上的原子配位數(shù)為 6 。 8、bcc晶體的最密排方向?yàn)? <111> ，最密排面為 {110} ，致密度為 0.68 ，配位數(shù)為 8 。 9、晶體的宏觀對(duì)稱要素有 對(duì)稱點(diǎn) 、 對(duì)稱軸 、 對(duì)稱面 。 10、CsCl型結(jié)構(gòu)屬于 簡(jiǎn)單立方格子 ，NaCl型結(jié)構(gòu)屬于 面心立方格子 ，CaF2型結(jié)構(gòu)屬于 面心立方格子 。 11、MgO晶體具有 NaCl型結(jié)構(gòu)，其對(duì)稱型是3 L4 4L36L29PC ，晶族是 高級(jí)晶族 ，晶系是 立方晶系 ，晶體的鍵型是 離子鍵 。 12、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中的基本結(jié)構(gòu)單元是 硅氧四面體[SiO4]。 13、幾種硅酸鹽晶體的絡(luò)陰離子分別為[Si2O7]6-、[Si2O6]4-、[Si4O10]4-、[AlSi3O8]1-，它們的晶體結(jié)構(gòu)類型分別為 組群狀 ， 鏈狀 ， 層狀 ，和 架狀 。 14、表征晶體中晶向和晶面的方法有 解析法 和 圖示 法。 二、分析計(jì)算 1、Ni為面心立方結(jié)構(gòu)，原子半徑r=0.1243nm，求Ni的晶格常數(shù)和密度。 ; 2、Mo為體心立方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a=0.3147nm，求Mo的原子半徑r 。 3、CsCl中銫與氯的離子半徑分別為0.167nm、0.181nm。 試問（1）在CsCl內(nèi)離子在<100>或<111>方向是否相接觸？ （2）每單位晶胞內(nèi)有幾個(gè)離子？ （3）各離子的配位數(shù)是多少？ （4）密度 ρ和堆積系數(shù)（致密度）K？ 4、MgO具有NaCl型結(jié)構(gòu)。Mg2+的離子半徑為0.072nm，O2-的離子半徑為0.140 nm。試求MgO的密度ρ和堆積系數(shù)（致密度）K。 5、下列硅酸鹽化合物屬于什么結(jié)構(gòu)類型？ ， ， ，，，，， 解：第一種，Si：O=1：4所以是島狀，共頂數(shù)為0；第二種共頂數(shù)一個(gè)，成對(duì)硅氧團(tuán)；第三種Si：O=1：3，共頂數(shù)為兩個(gè)，三節(jié)環(huán)；第四種Si：O=1：3六節(jié)環(huán)；第五種三節(jié)環(huán)，這幾種都是組群狀；第六種Si：O=2：5為層狀，第七種第八種Si（Al）：O=1：2為架狀。 第三章 晶體結(jié)構(gòu)缺陷 一、填空題 1、按幾何組態(tài)，晶體中的缺陷分為 點(diǎn)缺陷 、 線缺陷 、面缺陷 和體缺陷。 2、點(diǎn)缺陷主要包括 空位、 間隙原子、置換原子 ；線缺陷有 位錯(cuò) ；面缺陷包括 晶界、相界、表面 等。 3、描述位錯(cuò)性質(zhì)及特征的是 柏氏矢量b 。 4、位錯(cuò)的類型有 刃位錯(cuò) 、 螺位錯(cuò) 和 混合位錯(cuò) 。 5、位錯(cuò)線與柏氏矢量垂直的位錯(cuò)為 刃位錯(cuò) ，位錯(cuò)線與柏氏矢量平行的位錯(cuò)稱為 螺位錯(cuò) 。 6、位錯(cuò)的基本運(yùn)動(dòng)方式有 滑移 和 攀移 。 7、 刃位錯(cuò) 可以滑移和攀移， 螺位錯(cuò) 可以滑移而不攀移，能進(jìn)行交滑移的位錯(cuò)必然是 螺位錯(cuò) 。 8、位錯(cuò)滑移一般沿著晶體的 密排（面）和 密排（方向）進(jìn)行。 9、柏氏矢量實(shí)際上反應(yīng)了位錯(cuò)線周圍區(qū)域 晶格畸變 的大小和方向。 10、兩平行同號(hào)螺位錯(cuò)間的作用力為 斥力 。 11、全位錯(cuò)是柏氏矢量等于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò) ； 不全位錯(cuò)是柏氏矢量不等于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò) 。 12、面心立方晶體的不全位錯(cuò)類型主要有Shockley不全位錯(cuò) 和 Franker不全位錯(cuò) ，柏氏矢量分別為b=a/6<112> ， b=a/3 <111> 。只能發(fā)生攀移運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)是 Franker不全位錯(cuò)。 13、位錯(cuò)間轉(zhuǎn)化（位錯(cuò)反應(yīng)）要滿足的條件有幾何條件：柏氏矢量守恒 和能量條件：反應(yīng)后位錯(cuò)的總能量降低 。 14、兩個(gè)不全位錯(cuò)夾一片層錯(cuò)的位錯(cuò)稱為 擴(kuò)展 位錯(cuò)。 二、分析題 1、畫一個(gè)方形位錯(cuò)環(huán)，（1）在此平面上畫出柏氏矢量，使其平行于位錯(cuò)環(huán)的其中一邊，任意選擇并畫出位錯(cuò)線方向，據(jù)此指出位錯(cuò)環(huán)各段的性質(zhì)。（2）能否使該位錯(cuò)環(huán)處處為刃位錯(cuò)？（3）能否使該位錯(cuò)環(huán)處處為螺位錯(cuò)？ 2、試分析在fcc中，下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行?并指出其中三個(gè)位錯(cuò)的性質(zhì)類型？反應(yīng)后生成的新位錯(cuò)能否在滑移面上運(yùn)動(dòng)？ 3、比較刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò)的異同點(diǎn)。 第四章 晶態(tài)固體中的擴(kuò)散 一、填空題 1、穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散是指單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于給定方向的單位面積的凈原子數(shù)（擴(kuò)散通量/濃度）不隨時(shí)間變化 ；非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散是指 單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于給定方向的單位面積的凈原子數(shù)（擴(kuò)散通量/濃度）隨時(shí)間變化。 2、Fick擴(kuò)散第二方程的高斯解適合求解總量為M的擴(kuò)散元素沉積為一薄層擴(kuò)散問題 ；Fick擴(kuò)散第二方程的誤差函數(shù)解適合求解 無限長(zhǎng)棒（擴(kuò)散偶）或半無限長(zhǎng)棒的擴(kuò)散問題。 3、擴(kuò)散的微觀機(jī)理有 空位擴(kuò)散 、 間隙擴(kuò)散、 位錯(cuò)擴(kuò)散 、 表面擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散 等。 4、空位擴(kuò)散的阻力比間隙擴(kuò)散 大 ，激活能 高。 5、在表面擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散、體擴(kuò)散、位錯(cuò)擴(kuò)散方式中，擴(kuò)散系數(shù)D最大的是 表面擴(kuò)散 。 6、在間隙固溶體中，H、O、C等原子以 間隙擴(kuò)撒機(jī)制 方式擴(kuò)散。 7、Cu-Al合金和Cu組成的擴(kuò)散偶發(fā)生柯肯達(dá)爾效應(yīng)，標(biāo)記向Cu-Al合金一側(cè)漂移，則 Al 的擴(kuò)散通量大。 8、上坡擴(kuò)散是指 物質(zhì)從低濃度向高濃度處聚集的反向擴(kuò)散。 9、擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是 化學(xué)位梯度 。 10、伴隨有反應(yīng)的擴(kuò)散稱為 反應(yīng)擴(kuò)散 。  第五章 相平衡與相圖 一、填空題 1. 組元是組成材料最基本的、獨(dú)立存在的物質(zhì)，組元一般是化學(xué)元素或化合物 。 2. 相是 系統(tǒng)中成分、結(jié)構(gòu)相同，性能一致的均勻組成部分，不同相之間有界面分開，相界處物質(zhì)的性能發(fā)生突變。相平衡是指各相的 化學(xué)熱力學(xué)平衡。 3. 組織是 由各種不同形貌及含量的相或組元所構(gòu)成的微觀圖像。 。 平衡凝固是指 極其緩慢 冷卻條件下的凝固。 4. 在二元系合金相圖中，杠桿法則只能用于 兩 相區(qū)。 5. 根據(jù)滲碳體的形狀，鋼中珠光體分為 片狀珠光體 和 球狀珠光體 兩種。 6. 根據(jù)含碳量，鋼分類為 亞共析鋼 、 共析鋼 和 過共析 鋼。隨著碳含量的增加，鋼的硬度和塑性的變化規(guī)律是 硬度提高，塑性下降 。 7. 在三元系濃度三角形中，凡成分位于 過一頂點(diǎn)直線 上的合金，它們含有另兩個(gè)頂角所代表的兩組元含量之比相等。平行于一邊的任一直線上的合金，其成分共性為 含這個(gè)邊對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)的組元含量均相等 。 8. 根據(jù)三元相圖的垂直截面圖，可以分析 合金的凝固過程 。 9. 根據(jù)三元相圖的水平（等溫）截面圖，可以 用杠桿法則計(jì)算各相的相對(duì)量。 10. 二元合金相圖三相平衡轉(zhuǎn)變的類型主要有 共晶（析）反應(yīng)和 包晶（析）反應(yīng) 。三元合金相圖四相平衡轉(zhuǎn)變的類型主要有 共晶反應(yīng) ， 包共晶反應(yīng) 和 包晶反應(yīng) 。 二、計(jì)算分析題 1、指出ω(C)=0.2%、ω(C)=0.6%、ω(C)=1.0% 的鐵碳合金從液態(tài)平衡冷卻到室溫的相組成物和組織組成物，并分別計(jì)算相和組織的相對(duì)含量。 2、某三元合金K在溫度為T時(shí)分解為B組元和液相，兩個(gè)相的相對(duì)量WB/WL=2。已知合金K中A組元和C組元的重量比為3，液相含B的量為40%，試求合金K的成分。 3、下圖為A-B-C 三元共晶相圖的投影圖，指出n1、n2、n3(E)、n4點(diǎn)從液態(tài)平衡冷卻結(jié)晶的室溫相和組織組成物，并分別計(jì)算相和組織的相對(duì)含量。 4、下圖為某三元相圖投影圖上3條液相單變量線及其溫度走向，判斷四相平衡反應(yīng)類型，寫出反應(yīng)式。 共晶反應(yīng) 包共晶反應(yīng) 包晶反應(yīng) 第六章 材料的凝固 1、凝固過程包括 形核 和 長(zhǎng)大 2個(gè)過程。 2、材料的凝固的驅(qū)動(dòng)力是 液固相變自由能差 ，阻力是 界面能 。 3、凝固形核的方式有 均勻形核 和 非均勻形核 ，其中 非均勻形核 的臨界形核功較小。 4、均勻形核時(shí)液、固兩相自由能差只能補(bǔ)償表面能的（2/3），其他靠系統(tǒng)中的 （能量起伏）補(bǔ)償。 5、液/固界面的微觀結(jié)構(gòu)分為 粗糙界面 和 光滑界面 。 6、在正溫度梯度下，晶體生長(zhǎng)成 平直 界面；負(fù)溫度梯度下成長(zhǎng)時(shí)，一般金屬界面都呈 樹枝 狀。 7、在正的溫度梯度下，純金屬以 平面 狀形式長(zhǎng)大，固溶體合金由于存在 成分過冷 以 樹枝 狀形式長(zhǎng)大。 8、固溶體結(jié)晶的形核條件是 結(jié)構(gòu)起伏 、 能量起伏 、 溫度場(chǎng) 、 成分過冷 和 過冷度 。 9、固溶體結(jié)晶與純金屬結(jié)晶的差異表現(xiàn)為溫度場(chǎng)、 濃度場(chǎng) 及成分過冷現(xiàn)象。 10、平衡結(jié)晶是指 無限緩慢 冷卻，組元間互擴(kuò)散 充分，每個(gè)階段都達(dá)到 平衡相均勻成份。 11、晶內(nèi)偏析（枝晶偏析）是一個(gè)晶粒內(nèi)部出現(xiàn)的成份不均勻現(xiàn)象 。 消除晶內(nèi)偏析（枝晶偏析）方法擴(kuò)散退火或均勻化退火。 12、對(duì)于液-固相變過程可通過控制過冷度來獲得數(shù)量和尺寸不等的晶體，要獲得晶粒多而尺寸小的細(xì)晶，則△T 大 。