导论西安交大材料科学基础
西安交大材料科学基础课后答案
第一章8. 计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例(1) NaF(2) CaO ⑶Z nS解：1、查表得：X Na =0.93,X F =3.981(0.93 3.98) 2根据鲍林公式可得 NaF 中离子键比例为：［1 e 4 ］ 100% 90.2%共价键比例为：1-90.2%=9.8%2(1.00 3.44) 22、 同理，CaO 中离子键比例为：［1 e 4］ 100% 77.4%共价键比例为：1-77.4%=22.6%23、 ZnS 中离子键比例为：ZnS 中离子键含量［1 e 1/4(2.58 1.65) ］ 100% 19.44%共价键比例为：1-19.44%=80.56%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。
西安交大研究生材料科学基础判断题
课程重点在上述教学内容中，重点为以下四部分：第二章材料的晶体结构一般情况下，金属材料都是晶态，陶瓷材料中大多呈晶态，而高分子材料为部分晶态。
材料的晶体结构从本质上决定着材料的性能。
因此，晶体结构是学习本课程的基础知识，也是学习后续各门课程必备的基本知识。
第四章材料的相结构与相图材料都是由不同的相组成的，各组成相又通过其类型、数量、形状、大小、分布等特征——材料的组织——直接影响着材料的性能，而不同材料中的相组成及其类型、数量、形状、大小、分布等信息已经被前人记录在相图中。
因此，熟练掌握各类相图的特征，掌握分析相图的基本技能，准确地通过相图了解材料的性能，自如地运用相图制定各种加工工艺，对材料研究和材料加工成形尤为重要。
第五章材料的凝固材料制备与成形，如冶炼、液相烧结、铸造、焊接等过程中都会发生材料的凝固，而凝固过程中的形核、生长、原子的迁移及再分配等都会影响到材料或制品的组织和性能。
因此，这部分内容也是相当重要的。
第八章材料的变形与断裂对于结构材料，主要是使用材料的力学性能，但材料承载时都会发生变形甚至断裂。
掌握材料变形的过程、特别是塑性变形的方式及其机理，是寻求提高材料强、韧性途径的理论基础。
另外，对于对于材料的塑性成形加工也具有重要意义。
因此，这部分内容也是本课程的重点。
课程难点第三章晶体缺陷，特别是其中的位错部分一般情况下，晶体中总是含有位错且具有易动性，从而使晶体的实际强度远低于其理论强度。
强、韧化材料的根本途径在于增大其中运动位错的阻力。
因此，掌握位错的基本概念，对于学习材料的变形与断裂，提高材料的力学性能有十分重要的理论意义。
然而，由于位错是晶体中原子排列不完整的线型区域，具有微观、抽象、复杂等特点，从而成为本课程中学习难度最大的部分。
学习中应当特别注意基本概念的理解，加强形象思维能力的提高。
在教学过程中，我们会加强例题和课堂练习，特别是运用三维动画、录像片、课堂讨论等手段帮助大家度过这一“难关”。
材料科学基础 西安交大 石德珂 第六章 材料的凝固
图6–1
纯金属结晶的冷却曲线
三.凝固的热力学条件 驱动力 Gv Hv TSv Hs H L T Sv SL
Lm HL Hs .
H S H L Lm
当T Tm时.Gv 0.
液态和固态的吉布 斯自由能-温度曲线
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GV 0.H S H L TmSV SL 0
（2）对于光滑界面结构的晶体，其生长界 面以小平面台阶生长方式推进。小平面台 阶的扩展同样不能伸入到前方温度高于等 温线的液体中去，因此从宏观看液固相界 面似与等温线平行，但小平面与等温线呈 一定角度。 在负的温度梯度下，呈树枝状生长。 晶体生长界面一旦出现局部凸出生长，由 于前方液体具有更大的过冷度而使其生长 速度增加。在这种情况下，生长界面就不
Gk ，说明固体基底可视 当 时，Gk
为现成晶核。
当 0时, Gk 0 ，表明固体不起非均匀形
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的基底作用。 （3）若基底界面不是平面，而 是一曲面，表明当θ角和临界角 半径相同时，晶核的体积为在 基底凹面 最小，平面居中，凸 面较大。可见凹面对形核的促 进作用效能最高。
铸态组织，提高金属制品的性能有重要 的指导作用，而且也有助于理解金属及 合金的固态相变过程。 合金在极快冷速下可呈非晶态； 玻璃的凝固为非晶态；热固性塑料、橡 胶冷凝后为非晶态；热塑性塑料有些为 非晶态，有些为部分晶态。材料的凝固 与气相沉积是目前制备材料的两种主要 类型。 上页 下页
过冷现象 均匀 ●纯金属的凝固 形核 非均匀 凝固过程 粗糙 L-S界面微观结构 光滑 长大 胞状 生产形态 树枝状
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二、金属过冷现象的结晶（图） ， 热分析实验表明，纯金属实际开始 结晶温度T总是低于平衡结晶温度Tm （理论结晶温度），这种现象称为过 冷。实际结晶温度T与平衡结晶温度 Tm的差ΔT称为过冷度。 过冷度的大小可由在一定条件下 所测定的，冷却曲线来确定。当冷却 到理论结晶温度Tm以下的某一温度时， 上页 下页
西安交通大学大二材料专业材料科学基础试卷及答案
西安交通大学材料科学基础试卷（A）班级：_________学号__________姓名___________（注意：试卷满分100，时间100分钟，请考生将答案做于试卷答题纸上，违者以零分处理）一、名词解释(每小题1分，共10分)1．晶胞2．间隙固溶体3．临界晶核4．枝晶偏析5．离异共晶6．反应扩散7．临界分切应力8．回复9．调幅分解10．二次硬化二、判断正误(每小题1分，共10分)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.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 B＜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.和液固转变一样，固态相变也有驱动力并要克服阻力，因此两种转变的难易程度相似。
( )10.除Co以外，几乎所有溶入奥氏体中的合金元素都能使C曲线左移，从而增加钢的淬透性。
( )三、作图题(每小题5分，共15分)1. 在简单立方晶胞中标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：a)立方晶系 (421)，(231)，[112]；b)六方晶系(1112)，[3112]。
2. 设面心立方晶体中的(111)为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为2a [110]。
(1)在晶胞中画出柏氏矢量b 的方向并计算出其大小。
(2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，并写出此二位错线的晶向指数。
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。
材料科学基础-介绍导论
材料的分类
●
按物态划分：气态、液态和固态。
按组成和结合性质：金属材料、无机非金属 材料、高分子材料。
●
●
按使用领域：建筑材料、电子材料、医用材料、
仪表材料、能源材料等。
金属材料
黑色金属（钢和铸铁 ）
钢：碳素钢和合金钢（按成分）；普通钢、优质钢和高 级优质钢（按品质）；平炉钢、转炉钢、电炉钢和奥氏
体钢（按冶炼法）；结构钢、工具钢、特殊钢及专用钢
（按用途）。 铸铁：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊 性能铸铁等。
有色金属(非铁材料)
轻金属(密度﹤5)、重金属(密度﹥5)、贵金属和稀有金 属，如A1、Cu、Zn、Sn、Pb、Mg、Ni、Ti及其合金。在
工程上占有重要地位。
金属材料的基本属性
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高分子材料
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以C、H、N、O元素为基础，由大量结构相同的小单元聚合组成， 分子量大，并在某一范围内变化。 一般分为天然和合成的两类； 按使用性质：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等； 按链结构：碳链、杂链、元素高聚物； 按热性质：热塑性、热固性及热稳定性高聚物； 按用途：结构材料、电绝缘材料、耐高温材料、导电高分子、 高分子建筑材料、生物医用高分子材料、高分子催化剂、包装 材料等。 塑料是重要的高分子材料，分为通用塑料和工程塑料。 通用塑料包括：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛 塑料和氨基塑料。 工程塑料（高强、高模、耐高温）：ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙 烯)、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚苯硫醚、聚酰亚胺 和氟塑料等。
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金属键结合；
熔点较高； 具有金属光泽； 延展性大； 强度较高； 结构中存在自由电子，导热和导电性好； 在空气中易被氧化。
西安交通大学-2019年-硕士研究生 804材料科学基础考试大纲-01
《材料科学基础》（804）考试大纲一、《材料科学基础》（804）参考教材如下：
石德珂编著，《材料科学基础》第二版，机械工业出版社，2003二、《材料科学基础》考试大纲
第一章材料结构的基本知识
1、原子结构
2、原子结合键
3、原子排列方式
4、晶体材料组织
5、材料的稳态结构与亚稳态结构
第二章材料中的晶体结构
1、晶体学基础
2、纯金属的晶体结构、
3、离子晶体的结构
4、共价晶体的结构
第三章高分子材料结构
1、概述
2、高分子链的结构与构象
3、高分子的聚集态结构
4、高分子材料的性能与结构
第四章晶体缺陷（本章对位错的能量与交互作用不做要求）
1、点缺陷
2、位错的基本概念
3、位错的能量及交互作用。
材料科学基础 西安交大2.2纯金属的晶体结构
面心立方晶胞 ——面心立方最紧密堆积 面心立方最紧密堆积
C B A
密排面
六方最紧密堆积
1 6 5 4 2 3
ABAB……的层序堆积 的层序堆积
六方最紧密堆积
ABABAB…… 每两层重复一次
A B A B A
六方晶胞——六方密堆积 六方密堆积 六方晶胞
A A 密 B
排 B 面
A A
5.晶体结构中的间隙 晶体结构中的间隙
面心立方最紧密堆积 面心立方最紧密堆积
1 1 6 5 4 2 3 6 5 4 2 3
A
1 6 5 4 2 3
B C
面心立方最紧密堆积 面心立方最紧密堆积
A C B A C B A
ABCABC……, 即每三层重复一次
面心立方最紧密堆积 面心立方最紧密堆积
1 6 5
2 3 4
面心立方最紧密堆积 面心立方最紧密堆积
1 、温度与压力的影响
一般给出的原子半径都是在常温常压下的数据。 一般给出的原子半径都是在常温常压下的数据。当 温度改变时， 温度改变时，由于原子热振动及晶体内点阵缺陷平衡 温度的变化，都会使原子间距产生变化， 温度的变化，都会使原子间距产生变化，因而影响到 原子半径的大小。 原子半径的大小。 此外，晶体中的原子并非刚性接触， 此外，晶体中的原子并非刚性接触，由于原子间存 在一定的可压缩性，故当压力改变时也会引起原子半 在一定的可压缩性， 径的变化。 径的变化。
4.晶体中原子的堆垛方式 晶体中原子的堆垛方式
面心立方和密排六方结构的致密度均为0.74，是纯金属 ， 面心立方和密排六方结构的致密度均为 中最密集的结构 面心立方与密排六方虽然晶体结构不同， 面心立方与密排六方虽然晶体结构不同，但配位数与致 密度却相同，为搞清其原因， 密度却相同，为搞清其原因，必须研究晶体中原子的堆垛 方式 面心立方与密排六方的最密排面原子排列情况完全相同， 面心立方与密排六方的最密排面原子排列情况完全相同， 但堆垛方式不一样
西安交大材料科学基础课后答案
uuu OB
cos
即13辰41
cos
a靜58uuu uuu
r r
或AB OB OA
i 2k
uuu uu系中同指数的晶面与晶向相互］垂直，故210)与(320)晶面之间的夹角与］210］与［320］晶向之间的夹角相等，根据晶向 指数标定法可知：矢量OA 2i 1j必然平行于］210］晶向
uuu r r
矢量OB 3i 2j必然平行于］320］晶向
则：这两个矢量夹角即为［210］与［320］晶向之间的夹角
uur uuu
根据矢量点积公式:OAgOB OA
即
a=7.1°
uuu uuu uuu r r
OA i
uuu uuu uuu
矢量
根据余弦定理
解得：a=7.1°
3、由于（111）晶面与：11^晶向之间满足晶带定律：hu+kv+lw=0,
3、ZnS中离子键比例为：ZnS中离子键含量
共价键比例为：1-19.44%=80.56%
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。
2、根据晶带定律，hu+kv+lw=0，可得
2u+v+w=0
u+v=0
联立求解，得：
u:v:w=-1:1:1，故晶带轴为:111:
属于该晶带的晶面：(321)、(312)、(101 )、(011)、(431)等。
9.回答下列问题：
(1 )试求出立方晶系中］321］与［401］晶向之间的夹角。
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E——事物（或系统）内组元（Element）的集 合
R——组元间关系（Relationship）的集合
四、材料科学与工程
“材料学的体系”及“材料的应用与发展”
1引论
材料学
2失效 3性能
微观材料学
宏观材料学
4结构
5工艺
7选用
6经济
8科研
9系统
10展望
材料按空间尺度从大到小有：宇观→宏观→细观→微 观→介观
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分析在环境的作用下,材料内部宏观组元 （各类材料、各种材料）的自组织问题。
微观材料学（Macro-Materialogy）——
着眼于材料在自然环境（力、热、电、磁、
光、化学等）作用下所表现出来的各种行 为（即性能）,以及这些行为与材料内部
结构之间的关系。
“行为”——材料的性能,用于表征材料
导论
一、材料科学的重要地位
石器时代
青铜器时代
铁器时代
新材料时代 七个时代造就材料辉煌 水泥时代
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硅时代
钢时代
现在多数发达国家已经认识到材料研究是 至关重要的
现在很多著名的材料科学专家都在预测未 来材料科学的发展前景，但都不能清楚地描绘 新材料时代的具体图像，更不能明确地说明新 材料应用于生产时，将给社会生活和经济生活 带来何等程度的变化。
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三、材料性能与内部结构的关系
★从材料的内部结构，可分为四个层次：
原子结构
结合键
显微组织
★材料的五要素 go
原子排列方式
★材料的四要素
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
★微观材料学中的三个基础概念
环境[e(enviroment)]、结构[S(Structure)]、性能 [P(Property)],从哲学角度考虑,e及S分别是事物 变化的外因及内因，P是变化的结果。从这三个 基础概念，可总结出两个基本方程：
在给定外界条件下的行为。
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★材料的五要素
性质
受环境影响 （气氛温度受力状态）
成分
合成/制备 效能
（使用性能）
组织 结构
理论及
材料与工艺设计返回
激情时刻
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新材料的开发与应用，对人类社会的文明 与经济的发展，有着不可估量的作用
二、各种材料概况
金属材料（钢铁材料、有色金属） ●按属性分 陶瓷材料 （工程陶瓷、结构陶瓷）
高分子材料（塑料、合成纤维、橡胶） 结构材料
●按使用性能分 功能材料
●材料在工业中的应用：
•汽车中各种材料的比例 •波音767飞机所用的各种材料比例 •航天飞机上的先进结构陶瓷
● 材料科学 ——研究各种材料的结构、 制备加工工艺与性能之间关系的科学
● 材料工程——目的在于经济地而又能
为社会所能接受地控制材料地结构、性能
和形状
● 宏观材料学（Micro-Materialogy）—
—着眼于从整体上分析材料问题。即以材
料的整体作为研究对象——系统,考虑它与
环境（自然的及社会的）之间的交互作用;