复旦大学材料科学导论课后习题答案(搭配:石德珂《材料科学基础》教材)

复旦大学材料科学导论课后习题答案(搭配:石德珂《材料科学基础》教材)
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材料科学基础简答题(doc 12页)

简答题 第一章材料结构的基本知识 1、说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义。 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。 2、说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。 答: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。 3、说明离子键、共价键、分子键和金属键的特点。 答:离子键、共价键、分子键和金属键都是指固体中原子(离子或分子)间结合方式或作用力。离子键是由电离能很小、易失去电子的金属原子与电子亲合能大的非金属原于相互作用时,产生电子得失而形成的离子固体的结合方式。 共价键是由相邻原子共有其价电子来获得稳态电子结构的结合方式。 分子键是由分子(或原子)中电荷的极化现象所产生的弱引力结合的结合方式。 当大量金属原子的价电子脱离所属原子而形成自由电子时,由金属的正离子与自由电子间的静电引力使金属原子结合起来的方式为金属键。 第二章材料的晶体结构 1、在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标。6个面心构成一个正八面体,指出这个八面体各个表面的晶面指数、各个棱边和对角线的晶向指数。

解八面体中的晶面和晶向指数如图所示。图中A、B、C、D、E、F为立方晶胞中6个表面的面心,由它们构成的正八面体其表面和棱边两两互相平行。 ABF面平行CDE面,其晶面指数为; ABE面平行CDF面,其晶面指数为; ADF面平行BCE面,其晶面指数为; ADE面平行BCF面,其晶面指数为(111)。 棱边,,,,, ,其晶向指数分别为[110],,[011],,[101]。 对角线分别为,其晶向指数分别为[100],[010],[001] 图八面体中的晶面和晶向指数 2、标出图中ABCD面的晶面指数,并标出AB、BC、AC、BD线的晶向指数。 解:晶面指数: ABCD面在三个坐标轴上的截距分别为3/2a,3a,a, 截距倒数比为 ABCD面的晶面指数为(213) 晶向指数: AB的晶向指数:A、B两点的坐标为 A(0,0,1),B(0,1,2/3) (以a为单位) 则,化简即得AB的晶向指数 同理:BC、AC、BD线的晶向指数分别为,,。

石德珂材料科学选择题

《材料科学基础》 选择题 第一章材料结构的基本知识 1、原子结合健中 B 的键的本质是相同的 A、金属键与离子键 B、氢键与范德瓦尔斯键 C、离子键与共价键 2、钨、钼熔点很高,其结合键是 A 的混合键 A、金属键和离子键 B、金属键和共价键 C、离子键和共价键 3、MgO、Al2O3等的结合键是 C 的混合键 A、金属键和离子键 B、金属键和共价键 C、离子键和共价键 4、工程材料的强度与结合键有一定的联系,结合键能高的其强度也 A 些。 A、高 B、低 5、激活能反应材料结构转变 B 的大小; A、动力 B、阻力 6、材料处于能量最低状态称为 A ; A、稳态结构 B、亚稳态结构 7、一般而言,晶态结构的能量比非晶态要 B ; A、高 B、低 C、相等 第二章材料的晶体结构 1.氯化铯(CsCl)为有序体心立方结构,它属于 C A、体心立方 B、面心立方 C、简单立方点阵; 2.理想密排六方结构金属的c/a为 B A、 B、2(2/3)1/2; C、2/3 3.对面心立方晶体而言,表面能最低的晶面是 c A、 (100); B、(110), C、(111); D、(121) 4.下列四个六方晶系的晶面指数中,哪一个是错误的: C A、(1322); B、(0112); C、(0312); D、(3122) 5.面心立方结构的铝中,每个铝原子在本层(111)面上的原子配位数为 B

A 、12; B 、6; C 、4; D 、3 6. 简单立方晶体的致密度为 C A 、100% B 、65% C 、52% D 、58% 7. 立方晶体中(110)和(211)面同属 D 晶带 A 、[110] B 、[100] C 、[211] D 、[111] 8. 立方晶体中(111)和(101)面同属 D 晶带 A 、[111] B 、[010] C 、[011] D 、]011[ 9. 原子排列最密的一族晶面其面间距 A 、最小 B 、最大 10. 六方晶系中和(1121)晶面等同的晶面是 A A 、(1211)面; B 、(1112)面; C 、(1211)面; D 、(2111)面 11. 配位数是指晶体结构中: B A 、每个原子周围的原子数; B 、每个原子周围最邻近的原子数; C 、每个原子周围的相同原子数; D 、 每个原子周围最邻近的和次近邻的原子数之和 12. 密排六方与面心立方均属密排结构,他们的不同点是: D A 、晶胞选取方式不同; B 、原子配位数不同; C 、密排面上,原子排列方式不同; D 、原子密排面的 堆垛方式不同 13. 在立方晶系中,与(101)、(111)同属一晶带的晶面是: d A 、(110); Bb 、(011); C 、(110); D 、(010) 14. TiC 与NaCl 具有相同的晶体结构,但它们不属于同一类中间相,这是因为: D A 、TiC 是陶瓷,NaCl 是盐; B 、NaCl 符合正常化合价规律,Ti C 不符合正常化合价规律; C 、TiC 中电子浓度高, D 、NaCl 的致密度高 15. 立方晶体中(110)和(310)面同属 D 晶带 A 、[110] B 、[100] C 、[310] D 、[001] 16. 14种布拉菲点阵: A A 、按其对称性分类,可归结为七大晶系; B 、按其点阵常数分类,可归结为七大晶系;

新材料科学导论期末复习题(有答案版)

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。 19.1977年,美国化学家MacDiarmid,物理学家Heeger和日本化学家Shirakawa首次发现掺杂碘的聚乙炔具有金 属的导电特性,并因此获得2000年诺贝尔化学奖。 20.陶瓷材料的韧性和塑性较低,这是陶瓷材料的最大弱点。 第二部分名词解释

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

新材料科学导论期末复习题(有答案版)

、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。 19.1977 年,美国化学家MacDiarmid ,物理学家Heeger 和日本化学家Shirakawa 首次发现掺杂碘的聚乙炔具 有金属的导电特性,并因此获得2000 年诺贝尔化学奖。 20.陶瓷材料的韧性和塑性较低,这是陶瓷材料的最大弱点。 第二部分名词解释 1.高分子的柔顺性

石德珂计算题

《材料科学基础》 计算题 第一章 材料结构的基本知识 1、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 。已知 Na 、F 、Ca 、O 、Zn 、S 的电负性依次为0.93、3.98、1.00、3.44、1.65、2.58。 解:1、查表得:X Na =0.93,X F =3.98 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:1-90.2%=9.8% 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:1-77.4%=22.6% 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:1-19.44%=80.56% 第二章 材料的晶体结构 1、标出图2中ABCD 面的晶面指数,并标出AB 、BC 、AC 、BD 线的晶向指数。 解:晶面指数: ABCD 面在三个坐标轴上的截距分别为3/2a,3a,a, 截距倒数比为 3:1:21:3 1 :32= ∴ABCD 面的晶面指数为 (213) 4分 晶向指数: AB 的晶向指数:A 、B 两点的坐标为 A (0,0,1),B (0,1,2/3) (以a 为单位) 则 )3 1 ,1,0(-=,化简即得AB 的晶向指数]103[ 二(2)图 同理:BC 、AC 、BD 线的晶向指数分别为]230[,]111[,]133[。 各2分 2、计算面心立方、体心立方和密排六方晶胞的致密度。 解:面心立方晶胞致密度: η=V a /V=33 344a r π? =0.74 6分 体心立方晶胞致密度: η=V a /V =3 3 342a r π? =0.68 6分 密排六方晶胞致密度: η=V a /V =c a r ???60sin 334 62 3π(理想情况下) 8分 3、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

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--------------------。

材料科学基础试题库答案

Test of Fundamentals of Materials Science 材料科学基础试题库 郑举功编

东华理工大学材料科学与工程系 一、填空题 0001.烧结过程的主要传质机制有_____、_____、_____ 、_____,当烧结分别进行四种传质时,颈部增长x/r 与时 间t 的关系分别是_____、_____、_____ 、_____。 0002.晶体的对称要素中点对称要素种类有_____、_____、_____ 、_____ ,含有平移操作的对称要素种类有_____ 、 _____ 。 0003.晶族、晶系、对称型、结晶学单形、几何单形、布拉菲格子、空间群的数目分别是_____、_____ 、_____ 、 _____ 、_____ 、_____ 。 0004.晶体有两种理想形态,分别是_____和_____。 0005.晶体是指内部质点排列的固体。 0006.以NaCl 晶胞中(001)面心的一个球(Cl- 离子)为例,属于这个球的八面体空隙数为,所以属于这个球的四面体空隙数为。 0007.与非晶体比较晶体具有自限性、、、、和稳定性。 0008. 一个立方晶系晶胞中,一晶面在晶轴X 、Y 、Z 上的截距分别为2a、1/2a 、2/3a,其晶面的晶面指数是。 0009.固体表面粗糙度直接影响液固湿润性,当真实接触角θ时,粗糙度越大,表面接触角,就越容易湿润;当θ,则粗糙度,越不利于湿润。 0010.硼酸盐玻璃中,随着Na2O(R2O)含量的增加,桥氧数,热膨胀系数逐渐下降。当Na2O 含量达到15%—16%时,桥氧又开始,热膨胀系数重新上升,这种反常现象就是硼反常现象。 2+进入到KCl 间隙中而形成0011.晶体结构中的点缺陷类型共分、和三种,CaCl2中Ca 点缺陷的反应式为。 0012.固体质点扩散的推动力是________。 0013.本征扩散是指__________,其扩散系数D=_________,其扩散活化能由________和_________ 组成。 0014.析晶过程分两个阶段,先______后______。 0015.晶体产生Frankel 缺陷时,晶体体积_________,晶体密度_________;而有Schtty 缺陷时,晶体体积_________, 晶体密度_________。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时,_________是主要的;两种离子半径相差大 时,_________是主要的。 0016.少量CaCl2 在KCl 中形成固溶体后,实测密度值随Ca2+离子数/K+离子数比值增加而减少,由此可判断其 缺陷反应式为_________。 0017.Tg 是_________,它与玻璃形成过程的冷却速率有关,同组分熔体快冷时Tg 比慢冷时_________ ,淬冷玻璃比 慢冷玻璃的密度_________,热膨胀系数_________。 0018.同温度下,组成分别为:(1) 0.2Na2O-0.8SiO2 ;(2) 0.1Na2O-0.1CaO-0.8SiO2 ;(3) 0.2CaO-0.8SiO2 的 三种熔体,其粘度大小的顺序为_________。 0019.三T 图中三个T 代表_________, _________,和_________。 0020.粘滞活化能越_________ ,粘度越_________ 。硅酸盐熔体或玻璃的电导主要决定于_________ 。 0021.0.2Na2O-0.8SiO2 组成的熔体,若保持Na2O 含量不变,用CaO 置换部分SiO2 后,电导_________。 0022.在Na2O-SiO2 熔体中加入Al2O3(Na2O/Al2O3<1), 熔体粘度_________。 0023.组成Na2O . 1/2Al2O3 . 2SiO2 的玻璃中氧多面体平均非桥氧数为_________。 0024.在等大球体的最紧密堆积中,六方最紧密堆积与六方格子相对应,立方最紧密堆积与_______ 相对应。0025.在硅酸盐晶体中,硅氧四面体之间如果相连,只能是_________方式相连。 2

石德珂材料科学填空题

《材料科学基础》 填空题 第一章材料结构的基本知识 1. 原子核外电子的分布与四个量子数有关,且服从下述两个基本原理:泡利不相容原理和最低能量原理 2. 原子结合键中一次键(强健)有离子键、共价键、金属键;二次键(弱健)有范德瓦尔斯键、氢键、____________ 离子晶体和原子晶体硬度高,脆性大,熔点高、导电性差。 3. 金属晶体导电性、导热性、延展性好,熔点较高。 4. 能量最低的结构称为稳态结构或平衡态结构,能量相对较高的结构则称为亚稳态结_____ 5. 材料的稳态结构与亚稳态结构由热力学条件和动力学条件共同决定; 第二章材料的晶体结构 1、晶体结构中基元就是化学组成相同、空间结构相同、排列取向相同、周围环境相同的基本单元; 2、简单立方晶胞中(100)、( 110)、( 111)晶面中,面间距最小的是(111)面,最大的是(100) 面; 3、晶面族{100}包含(100) (010) (001)及平行(100IX 010 H201)等晶面; 4、(100) , (210), (110) , (2 1)等构成以[001]为晶带轴的晶带: (01 ) (01) (10) (11)等构成以[111]为晶带轴的晶带; 5、晶体宏观对称元素只有1, 2, 3, 4, 6,丄,m, £_等8种是基本的 6、金属中常见的晶体结构有面心立方、体心立方、密排六方三种; 7、金属密堆积结构中的间隙有四面体间隙和八面体间隙两种类型 &面心立方晶体中1个晶胞内有4个八面体间隙,8个四面体间隙。 9、陶瓷材料是以离子键、共价键以及离子键和共价键的混合键结合在一起; 10、硅酸盐的基本结构单元是硅 11、_____________________________________ Siθ2中主要化学键为共价键与离子键; 12、硅酸盐几种主要结构单元是岛状结构单元、双四面体结构单元、环状结构_________

上大材料科学基础简答题

A1(fcc)密排面:(100)密排方向:【110】h+k+l全基或全偶衍射 A2(bcc)密排面:(110)密排方向:【111】h+k+l为偶数衍射 A3(hcp)密牌面:(001)密排方向:【100】 2dsinθ=λ 性质、结构成分(研究对象)、合成/制备=效用 1.如何理解点缺陷是一种热力学平衡缺陷? 随着点缺陷数量增加,熵增加导致自由能下降,但是同时内能增加导致自由能增加,所以有一个平衡浓度,此时有最低的自由能值。 2.何谓位错的应变能。何谓位错的线张力,其估算值为多少。 位错在晶体中引起畸变,使晶体产生畸变能,称之为位错的应变能或位错的能量。

线张力的定义为:位错线增加一个单位长度时,引起晶体能量的增加。 通常用Gb2/2作为位错线张力的估算值。 请问影响合金相结构的因素主要有哪几个。 原子尺寸、晶体结构、电负性、电子浓度。 3.请简要说明:(1)刃型位错周围的原子处于怎样的应力状态(为切应力还是正应力,为拉应力还是压应力);(2)若有间隙原子存在,则间隙原子更容易存在于位错周围的哪些位置(可以以图示的方式说明)。 (1)刃型位错不仅有正应力同时还有切应力。所有的应力与沿位错线的方向无关,应力场与半原子面左右对称,包含半原子面的晶体受压应力,不包含半原子面的晶体受拉应力。 (2)对正刃型位错,滑移面上方的晶胞体积小于正常晶胞,吸引比基体原子小的置换式溶质原子或空位;滑移面下方的晶胞体积大于正常晶胞,吸引间隙原子和比基体原子大的置换式溶质原子。 4.铁素体钢在拉伸过程中很易出现屈服现象,请问:(1)产生屈服的原因?(2)如何可以消除屈服平台? 由于碳氮间隙原子钉扎位错,在塑性变形开始阶段需使位错脱离钉扎,从而产生屈服延伸现象;当有足够多的可动位错存在时,或者使间隙原子极少,或者经过预变形后在一段时间内再拉伸。 5.如何提高(或降低)材料的弹性?举例说明,并解释。 选择弹性模量小的材料、或者减小材料的截面积、或者提高材料的屈服强度都可以提高弹性。 6.何谓加工硬化、固溶强化、第二相强化、细晶强化,说明它们与位错的关系 加工硬化:晶体经过变形后,强度、硬度上升,塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。随着变形的进行,晶体内位错数目增加,位错产生交互作用,使位错可动性下降,强度上升。 固溶强化:由于溶质原子的存在,导致晶体强度、硬度增加,塑性、韧性下降的现象叫固溶强化。由于溶质原子的存在阻碍或定扎了位错的运动,导致强度的升高。 第二相强化:由于第二相的存在,导致晶体强度、硬度上升,塑性、韧性下降的现象叫第二相强化。由于第二相的存在,导致位错移动困难,从而使强度上升。 细晶强化:由于晶粒细化导致晶体强度、硬度上升,塑性、韧性不下降的现象叫细晶强化。 由于晶粒细化,使晶界数目增加,导致位错开动或运动容易受阻,使强度上升;又由于晶粒细化,使变形更均匀,使应力集中更小,所以,细晶强化在提高强度的同时,并不降低塑性和韧性。 7.说明金属在塑性变形后,其组织和性能将发生怎样的变化 金属塑性变形后,组织变化包括晶粒和亚结构的变化,其中,晶粒被拉长,形成

复旦大学材料科学导论课后习题答案(搭配_石德珂《材料科学基础》教材)

材料科学导论课后习题答案 第一章材料科学概论 1.氧化铝既牢固又坚硬且耐磨,但为什么不能用来制造榔头? 答:氧化铝脆性较高,且抗震性不佳。 2.将下列材料按金属、陶瓷、聚合物和复合材料进行分类: 黄铜、环氧树脂、混泥土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅锡焊料、橡胶、纸杯答:金属:黄铜、镁合金、铅锡焊料;陶瓷:碳化硅;聚合物:环氧树脂、沥青、橡胶、纸杯;复合材料:混泥土、玻璃钢 3.下列用品选材时,哪些性能特别重要? 答:汽车曲柄:强度,耐冲击韧度,耐磨性,抗疲劳强度; 电灯泡灯丝:熔点高,耐高温,电阻大; 剪刀:硬度和高耐磨性,足够的强度和冲击韧性; 汽车挡风玻璃:透光性,硬度; 电视机荧光屏:光学特性,足够的发光亮度。 第二章材料结构的基础知识 1.下列电子排列方式中,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 答:惰性元素:(2);卤族元素:(3);碱族:(6);碱土族:(4);过渡金属:(1),(5) 2.稀土族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? 答:稀土族元素的电子在填满6s态后,先依次填入远离外壳层的4f、5d层,在此过程中,由于电子层最外层和次外层的电子分布没有变化,这些元素具有几乎相同的化学性质,故处于周期表的同一空格内。 3.描述氢键的本质,什么情况下容易形成氢键? 答:氢键本质上与范德华键一样,是靠分子间的偶极吸引力结合在一起。它是氢原子同时与两个电负性很强、原子半径较小的原子(或原子团)之间的结合所形成的物理键。当氢原子与一个电负性很强的原子(或原子团)X结合成分子时,氢原子的一个电子转移至该原子壳层上;分子的氢变成一个裸露的质子,对另外一个电负性较大的原子Y表现出较强的吸引力,与Y之间形成氢键。 4.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高?

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:

石德珂材料科学简答题

《材料科学基础》 简答题 第一章材料结构的基本知识 1、说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义。 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。 2、说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。 答: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。 3、说明离子键、共价键、分子键和金属键的特点。 答:离子键、共价键、分子键和金属键都是指固体中原子(离子或分子)间结合方式或作用力。离子键是由电离能很小、易失去电子的金属原子与电子亲合能大的非金属原于相互作用时,产生电子得失而形成的离子固体的结合方式。 共价键是由相邻原子共有其价电子来获得稳态电子结构的结合方式。 分子键是由分子(或原子)中电荷的极化现象所产生的弱引力结合的结合方式。 当大量金属原子的价电子脱离所属原子而形成自由电子时,由金属的正离子与自由电子间的静电引力使金属原子结合起来的方式为金属键。 4、原子中的电子按照什么规律排列 答:原子核周围的电子按照四个量子数的规定从低能到高能依次排列在不同的量于状态下,同一原子中电子的四个量子数不可能完全相等。 第二章材料的晶体结构 1、在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标。6个面心构成一个正八面体,指出这个八面体各个表面的晶面指数、各个棱边和对角线的晶向指数。 解八面体中的晶面和晶向指数如图所示。图中A、B、C、D、E、F为立方晶胞中6个表面的面心,由它们构成的正八面体其表面和棱边两两互相平行。 ABF面平行CDE面,其晶面指数为(111); ABE面平行CDF面,其晶面指数为(111); ADF面平行BCE面,其晶面指数为(111);

《材料科学基础》考研—简答题常考题型汇总

材料科学基础简答题考研常考题型汇总 1.原子间的结合键共有几种?各自的特点如何?【11年真题】 答:(1)金属键:基本特点是电子的共有化,无饱和性、无方向性,因而每个原子有可能同更多的原子结合,并趋于形成低能量的密堆结构。当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时不至于破坏金属键,这就使得金属具有良好的延展性,又由于自由电子的存在,金属一般都具有良好的导电性和导热性能。 (2)离子键:正负离子相互吸引,结合牢固,无方向性、无饱和性。因此,七熔点和硬度均较高。离子晶体中很难产生自由运动的电子,因此他们都是良好的电绝缘体。 (3)共价键:有方向性和饱和性。共价键的结合极为牢固,故共价键晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点。共价结合的材料一般是绝缘体,其导电能力较差。 (4)范德瓦尔斯力:范德瓦尔斯力是借助微弱的、瞬时的电偶极矩的感应作用,将原来稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合。它没有方向性和饱和性,其结合不如化学键牢固。 (5)氢键:氢键是一种极性分子键,氢键具有方向性和饱和性,其键能介于化学键和范德瓦耳斯力之间。 2.说明间隙固溶体与间隙化合物有什么异同。 答:相同点:二者一般都是由过渡族金属与原子半径较小的C、N、H、O、B等非金属元素所组成。 不同点:(1)晶体结构不同。间隙固溶体属于固溶体相,保持溶剂的晶格类

型;间隙化合物属于金属化合物相,形成不同于其组元的新点阵。 (2)间隙固溶体用α、β、γ表示;间隙化合物用化学分子式MX、M2X 等表示。 间隙固溶体的强度、硬度较低,塑性、韧性好;间隙化合物的强度、熔点较高,塑性、韧性差。 3.为什么只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶,而间隙固溶体则不能? 答:因为形成固溶体时,溶质原子的溶入会使溶剂结构产生点阵畸变,从而使体系能量升高。溶质与溶剂原子尺寸相差较大,点阵畸变的程度也越大,则畸变能越高,结构的稳定性越低,溶解度越小。一般来说,间隙固溶体中溶质原子引起的点阵畸变较大,故不能无限互溶,只能有限熔解。 4.试述硅酸盐的结构和特点? 答:(1)硅酸盐结构的基本单元是[SiO4]四面体。Si原子位于O原子的四面体间隙内,Si、O之间的结合不仅有离子键还有共价键 (2)每一个氧最多被两个[SiO]四面体共有 (3)[Si]四面体可以孤立存在,也可以共顶点互相连接。 (4)Si-O-Si形成一折线。 分类:含有有限硅氧团的硅酸盐、岛状、链状、层状、骨架状硅酸盐。 5.为什么外界温度的急剧变化可以使许多陶瓷件开裂破碎? 答:由于大多数陶瓷由晶相和玻璃相构成,这两种相的热膨胀系数相差很大,高温很快冷却时,每种相的收缩程度不同,多造成的内应力足以使陶瓷器件开裂或破碎。 6.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

材料科学基础简答

6、叙述硅酸盐晶体结构分类原则及各种类型的特点,并举一例说明之。 解:硅酸盐矿物按照硅氧四面体的连接方式进行分类,具体类型见下表。 硅酸盐矿物的结构类型 结构类型共用氧数形状络阴离子氧硅比实例 岛状0 四面体[SiO4]4- 4 镁橄榄石Mg2[SiO4] 组群状1~2 六节环[Si6O18]12- 3.5~3 绿宝石Be3Al2[Si6O18] 链状2~3 单链[Si2O6]4- 3~2.5 透辉石CaMg[Si2O6] 层状 3 平面层[Si4O10]4- 2.5 滑石Mg3[Si4O10](OH)2 架状 4 骨架[SiO2] 2 石英SiO2 7、堇青石与绿宝石有相同结构,分析其有显著的离子电导,较小的热膨胀系数的原因。 答:堇青石Mg2Al3[AlSi5O18]具有绿宝石结构,以(3Al3++2Mg2+)置换绿宝石中的(3Be2++2Al3+)。6个[SiO4]通过顶角相连形成六节环,沿c轴方向上下迭置的六节环内形成了一个空腔,成为离子迁移的通道,因而具有显著的离子电导;另外离子受热后,振幅增大,但由于能够向结构空隙中膨胀,所以不发生明显的体积膨胀,因而热膨胀系数较小。 8、(1)什么叫阳离子交换? (2)从结构上说明高岭石、蒙脱石阳离子交换容量差异的原因。 (3)比较蒙脱石,伊利石同晶取代的不同,说明在平衡负电荷时为什么前者以水化阳离子形式进入结构单元层,而后者以配位阳离子形式进入结构单元层。 答:(1)在粘土矿物中,如果[AlO6]层中部分Al3+被Mg2+、Fe2+代替时,一些水化阳离子(如Na+、Ca2+等)进入层间,来平衡多余的负电荷,在一定条件下这些阳离子可以被其它阳离子交换,这种现象称为阳离子交换。 (2)高岭石的阳离子交换容量较小,而蒙脱石的阳离子交换容量较大。因为高岭石是1:1型结构,单网层与单网层之间以氢键相连,氢键强于范氏键,水化阳离子不易进入层间,因此阳离子交换容量较小。而蒙脱石是为2:1型结构,复网层间以范氏键相连,层间联系较弱,水化阳离子容易进入复网层间以平衡多余的负电荷,因此蒙脱石的阳离子交换容量较大。 (3)蒙脱石和伊利石均为2:1型结构。但是蒙脱石的铝氧八面体层中大约有1/3的铝离子被镁离子取代,平衡电荷的水化阳离子半径大,而且水化阳离子与负电荷之间距离远,覆网层间的结合力弱,所以进入层间位置。伊利石的硅氧四面体层中约1/6的硅离子被铝离子所取代,钾离子进入覆网层间以平衡多余的负电荷,钾离子位于上下二层硅氧层得六边形网络的中心,构成【KO12】,钾离子与硅氧层中的负电荷距离近,结合力较强,因此以配位例子形式进入结构单元。 10.同为碱土金属阳离子Be2+、Mg2+、Ca2+,其卤化物BeF2和SiO2结构同,MgF2与TiO2(金红石型)结构同,CaF2则有萤石型结构,分析其原因。 答:碱土金属离子Be2+、Mg2+、Ca2+,随着原子序数的增大,离子半径逐渐增大,极化性能变化不大。当阴离子同为F-时,使得其r+/r-增大,配位数增大,由BeF2的4配位到MgF2的6配位,再到CaF2的8配位。 5.2 从化学组成、相组成考虑,试比较固溶体与化合物、机械混合物的差别。 解:从化学组成、相组成考虑,固溶体、化合物和机械混合物的区别列下表5-1比较之。 表5-1 固溶体、化合物和机械混合物比较 (以AO溶质溶解在B2O3溶剂中为例)

材料科学基础试题及答案

第一章 原子排列与晶体结构 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r 与 点阵常数a 的关系是 ;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r 与点阵常数a 的关系 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r 与点阵常数a 的关系是 。 2. Al 的点阵常数为0.4049nm ,其结构原子体积是 ,每个晶胞中八面体间隙数 为 ,四面体间隙数为 。 3. 纯铁冷却时在912e 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构,配位数 , 致密度降低 ,晶体体积 ,原子半径发生 。 4. 在面心立方晶胞中画出)(211晶面和]211[晶向,指出﹤110﹥中位于(111)平面上的 方向。在hcp 晶胞的(0001)面上标出)(0121晶面和]0121[晶向。 5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。 6 在铅的(100)平面上,1mm 2有多少原子?已知铅为fcc 面心立方结构,其原子半径 R=0.175×10-6mm 。 第二章 合金相结构 一、 填空 1) 随着溶质浓度的增大,单相固溶体合金的强度 ,塑性 ,导电性 ,形成间 隙固溶体时,固溶体的点阵常数 。 2) 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是(1) ;(2) ; (3) ;(4) 和环境因素。 3) 置换式固溶体的不均匀性主要表现为 和 。 4) 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分,固溶体可分为 和 。 5) 无序固溶体转变为有序固溶体时,合金性能变化的一般规律是强度和硬度 ,塑 性 ,导电性 。 6)间隙固溶体是 ,间隙化合物 是 。 二、 问答 1、 分析氢,氮,碳,硼在a-Fe 和g-Fe 中形成固溶体的类型,进入点阵中的位置和固 溶度大小。已知元素的原子半径如下:氢:0.046nm ,氮:0.071nm ,碳:0.077nm ,硼: 0.091nm ,a-Fe :0.124nm ,g-Fe :0.126nm 。 2、简述形成有序固溶体的必要条件。 第三章 纯金属的凝固 1. 填空

材料科学导论习题解答

材料科学导论习题解答 材料科学导论作业 第一章材料科学概论 1. 氧化铝既牢固又坚硬而且耐磨,为什么不用来制造榔头? [答] 因为Al2O3的耐震性不佳,且脆性较高,不适合做榔头的材料。 2. 将下列材料按金属、陶瓷、聚合物或复合材料进行分类:黄铜、氯化钠、环氧树脂、混凝土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅-锡焊料、橡胶、纸杯 [答] 金属有黄铜、铅-锡焊料、镁合金。 陶瓷有氯化钠、碳化硅。 聚合物有环氧树脂、橡胶、沥青、纸杯。 复合材料有混凝土、玻璃钢。 3. 下列用品选材时,哪些力学性能和物理性能具有特别重要性:汽车曲柄轴、电灯泡灯丝、剪刀、汽车挡风玻璃、电视机荧光屏 [答] 汽车曲柄轴的疲劳寿命最为重要。 电灯泡灯丝的熔点需高,其发光性能要强。 剪刀的刀刃的硬度要强。 汽车挡风玻璃的光的穿透性要强。 电视机荧光屏光学的颜色及其他穿透性各种光学特性极重要。 4. 什么是纳米材料?纳米材料有哪些效应?请举例说明。 [答] 通常把粒子尺寸小于0.1μm(10nm)的颗粒称为纳米材料 纳米材料有以下效应: ⑴ 小尺寸效应 ⑵ 表面效应 ⑶ 量子尺寸效应 ⑷ 宏观量子隧道效应

举例略 第二章原子结构 1. 原子序数为12的Mg有三个同位素:78.70%的Mg原子有12个中子,10.13%的Mg 原子有13个中子,11.17%的Mg原子有14个中子,计算Mg的原子量。 [答] M = 0.7870×(12+12)+0.1013×(12+13)+0.1117×(12+14) = 24.3247 g/m ol 2. 试计算原子N壳层内的最大电子数,若K、L、M和N壳层中所有的能级都被填满,试确定该原子的原子序数。 [答] N壳层内最大电子数为2×42 = 32。但考虑能级交错:N壳层内刚刚达到最大电子数时的电子排布为:1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f14,该原子的原子数 为70。 (本题目书上原解:N壳层中电子最多有2+6+10+14 = 32个,K、L、M、N壳 层中电子共有2+8+18+32 = 60个,故原子序数为60。) 3. 试计算原子O壳层内的最大电子数,并定出K、L、M、N和Q壳层中所有能级都被 填满时的原子序数。 [答] O壳层内最大电子数为2×52 = 50。但考虑能级交错:O壳层内刚刚达到最大电子数时的电子排布为: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d105g18, 该原子的原子数为130。 (本题目书上原解:O壳层中电子最多有2+6+10+14+18 = 50个,K、L、M、 N、O壳层中电子共有2+8+18+32+50 = 110个,故原子序数为110。) 4. 试说明四种原子结合力并举例说明。 [答] 金属键:由金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键。其基本特点是电子的共有化,无饱和性,无方向性。例如:Hg、Al、Fe、W。离子键:金 属原子将最外层家电子给予非金属原子成为带正电的正离子,非金属原子得到价电子后成 为带负电的负离子,正负离子依靠静电引力结合在一起。其基本特点是以离子而不是以原 子为结合单元。大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合,例如:NaCl、MgO。

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