西安交通大学-2019年-硕士研究生 903材料科学与工程基础考试大纲

材料工程专业课《材料科学与工程基础》（903）

考试大纲

一、《材料科学与工程基础》（903）参考教材及占比如下：

1、石德珂编著，《材料科学基础》第二版，机械工业出版社，2003

2、邵潭华方其先周根树浩宏奇编，《材料工程基础》，西安交通大学出版社，2000

3、其中《材料科学基础》占70%，《材料工程基础》占30%

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

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

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。

工程材料教学大纲教学基本目标课程涉及知识技能

《工程材料》教学大纲一、教学基本目标《工程材料》课程是高等院校机械类专业的一门必修的技术基础课，是机械设备设计合理选择材料和使用材料的基础。通过教学使学生： 1．了解工程材料的发展，了解非金属材料的分类及其应用，了解新材料、新工艺； 2．掌握机械工程材料的基本理论及基本知识，熟悉金属材料的分类及其应用；（毕业要求1-3） 3．熟悉铁碳相图、钢的热处理工艺、合金化等基本知识，掌握材料的成分、组织、性能之间的关系，具有分析机械工程材料性能的能力；（毕业要求1-3）4．能够根据机械零件使用条件和性能要求，对结构零件进行合理选材的能力；（毕业要求1-3） 5．能够根据机械零件使用条件和性能要求，制定结构零件热处理工艺的能力。（毕业要求1-3）二、课程涉及知识技能本课程通过课堂教学、实验、综合作业等综合教学环节，训练以下知识技能（毕业要求1-3）： 1．掌握工程材料基本理论及基本知识，具备根据工业需求选择材料及制定热处理工艺的初步能力； 2．掌握铁碳相图和钢的合金化原理相关知识，具备分析材料、成份和组织和性能关系的能力； 3．掌握钢的热处理工艺、目的及其应用，具备根据材料的性能需求选择热

处理工艺的能力； 4．培养学生自主学习的能力和材料性能分析的工程意识； 5．通过材料金相试样制备及金相组织观察实验，具备分析材料成份、组织和性能关系的能力； 6．设计典型机械零件材料热处理工艺实验，具备分析不同热处理工艺对材料组织和性能影响能力。三、相关能力培养 1．具有根据工业需求选择材料及制定热处理工艺的初步能力；（毕业要求1-3） 2．具有设计实验方案、进行实验、分析和解释数据的能力； 3．通过分组实验研究与讨论，培养学生具有团队意识和人际交流能力； 4．通过工程材料的选择与应用，培养学生工程设计的安全意识和社会责任感；（毕业要求1-3） 5．具有自主学习的能力。四、教学基本内容绪论 1. 了解材料的发展简史及工程材料研究的对象 2. 熟悉工程材料的分类第 1 章材料的结构与性能 1. 掌握常见的纯金属晶体结构和合金的晶体结构 2. 掌握实际金属中的晶体缺陷 3. 熟悉金属材料的力学性能，了解金属材料的工艺性能和理化性能 4. 了解金属晶体中的晶面和晶向 5. 了解组织和性能的关系第2章金属材料组织和性能的控制 1. 掌握纯金属的结晶过程 2. 掌握细晶强化的措施 3. 掌握匀晶相图、共晶相图、包晶相图和共析相图的分析 4. 掌握铁碳合金中的相和组织的概念，掌握相图中重要的点和线的含义，

材料工程基础实验指导书

材料工程基础实验指导书王连琪X洁徐兴文材料科学与工程学院

《材料成形工艺》介绍了铸造、锻压、焊接专业等方面的知识，为配合教材达到教学与实际相结合的目的，使学生能理性认识材料成形的方法，拟定了铸造、锻压、焊接实验。一铸造性能实验实验1 铸造合金流动性的测定 1.1实验目的： 1）测定铸造合金成分对该合金流动性的影响。 2）测定浇注温度对该合金流动性的影响。 1.2 实验的基本原理流动性是铸造合金的重要性能之一，它对铸件质量有较大的影响；如补缩、冷隔、浇不足等。为了获得优质铸件就必须对流动性加以研究。铸造合金流动性的定义为液态金属本身充满铸型的能力，它与合金的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。合金的流动性与合金的充型能力是两个概念。合金的充型能力是液态合金充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力。由于影响液态金属充型能力的因素很多，很难对各种合金在不同铸造条件下的充型能力进行比较。所以，常常用固定条件下所测得的合金流动性来表示合金的充型能力。 1.3 实验合金与试样 1）纯铝和铸铝102。 2）试样—取一箱一件螺旋形试样如图1.1 通过实验研究成分对流动性的影响。取纯Al和ZL102合金在相同温度下浇注螺旋形试样，进行比较。在实验时，要求铸型相同（透气性、紧实度等）和过热温度相同条件下进行比较。研究温度对合金流动性的影响，纯Al和ZL102合金分别在不同温度下浇注螺旋形式样，比较螺旋式样的长度。 1.4 实验设备与材料 1）熔化设备：坩埚电阻炉两台或感应电炉石墨坩埚两个 2）合金材料：工业纯Al 铸铝102 3）铸型：三副模板、三副砂箱、造型型砂及制型工具 4）热电偶（镍铬-镍硅）两支及毫伏表 5）去气剂：氯化锌

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）。

《机械工程材料》教学大纲

《机械工程材料》教学大纲修订单位：机械工程学院材料工程系执笔人：吕柏林一、课程基本信息 1.课程中文名称：机械工程材料 2.课程英文名称：Mechanical Engineering Materials 3.适用专业：机械设计制造及其自动化 4.总学时：48学时 5.总学分：3学分二、本课程在教学计划中的地位、作用和任务机械工程材料课程是为机械类本科生开设的必修课，本课程的主要目的是使学生通过本课程的学习，掌握金属材料，非金属材料，材料热处理以及材料选用等方面的技术基础知识．本课程的任务是结合校内金工教学实习，使学生通过工程材料的基础知识，材料处理，材料选用基础的学习，获得常用机械工程材料方面的实践应用能力，也为进一步学习毛坯成型和零件加工知识以及其它有关课程及课程设计，制造工艺方面奠定必要的基础。三、理论教学内容与教学基本要求（一）教学基本要求：１．熟悉工程材料的基本性能２．掌握金属学的基础知识，包括金属的晶体结构，结晶，塑性变形与再结晶，二元合金的结构与结晶．３．掌握运用铁碳合金相图，等温转变曲线，分析铁碳合金的组织与性能的关系．４．熟悉各种常规热处理工艺以及材料的表面热处理技术．５．掌握常用工程材料（包括高分子材料，陶瓷材料）的组织，性能，应用与选用原则．（二）理论教学内容 1．绪论（2学时）课程的目的和任务 ;教学方法和教学环节 ;学习要求与方法 2．工程材料的机械性能（2学时）强度，刚度，硬度，弹性，塑性，冲击韧性 3．金属的晶体结构和结晶（6学时）常见的三种晶体结构 ;金属实际结构及晶体缺陷 ;金属的同素异构转变4．金属的塑性变形与再结晶（6学时）

材料工程基础实验指导书

班级：学号：姓名：

实验一金相试样制备与组织观察综合实验实验学时：6h 实验性质：综合性一、实验目的 1了解金相显微镜的结构及主要零部件的作用；学会正确使用显微镜，提高物像的质量；了解显微镜的维护方法。 2学习金相试样的制备方法；了解金相试样质量对金相分析的影响。 3掌握二元铸态合金的固溶体，共晶（包括亚共晶和过共晶）和包晶组织的特征，能识别这些组织；掌握Fe—C合金平衡和非平衡组织的特征。二、实验内容本次实验为综合实验，要求综合运用金相显微镜和各种金相制样设备学会各种不同试样的金相制样要点，并能分析合金尤其是铁碳合金的典型组织。实验分三阶段进行，首先熟悉金相显微镜的结构、操作方法和维护要求，再进行具体试样的金相试样制备，第三步观察分析常见二元合金和铁碳合金的组织。实验中各阶段每位同学独立完成。通过预习了解显微镜结构、维护要求以及金相制样方法和不同合金的组织特征，写出实验步骤，然后到实验室通过自己的操作体会各个过程。三、实验仪器、设备及材料 3.1实验仪器、设备砂轮机、预磨机、抛光机、电吹风、金相显微镜 3.2实验材料试样：铁碳合金试样及有色金属合金试样（用于组织观察）；制备试样材料选用碳钢。制样材料：砂纸、抛光剂、抛光布、3-4%硝酸酒精、滤纸四实验原理 4.1 金相显微镜结构与使用 4.1.1成像原理简单地说，成像原理就是将物像两级放大。如图1—1 所示。物AB 经物镜放大成一倒立的实像 A ′ B′，再经目镜放大成虚像A ″B″。 1）显微镜的放大倍数显微镜的放大倍数等于物镜与目镜放大倍数的乘积： 1 250 M M物?M目 f 物f目 f 物，f 目——物镜和目镜的焦距；l——显微镜的光镜筒长度放大倍数的选择决定于组织的粗细和观察的目的。放大倍数大，则组织清晰，但视域小，不能观察全貌，代表性受局限，放大倍数低，则效果完全相反，如图1-2 所示。在金相分析时，根据需要，往往高、低倍变换使用。

工程材料教学大纲

《工程材料》课程教学大纲总学时：12 考核形式：考试教学目的：《工程材料》是一门综合性、应用性较强的专业基础必修课。学习本课程的目的在于使学生获得有关工程材料及热处理的基本理论、基础知识；了解常用工程材料的成分、组织和性能之间的关系；具有根据零件的使用性能要求，合理选用材料，正确选定热处理方法，妥善安排工艺路线的初步能力。主要教学内容及要求：绪论：讲明本课程的目的、内容、特点与学习方法。第一章材料结构与性能：了解晶格概念、常见晶格类型、晶面、晶间指数、晶界特点及应用；掌握金属材料性能、了解刃型位错、固溶体及金属化合物、高分子聚合物构型和构像及如何改变其构型和构像；陶瓷材料的结构、性能。第二章金属材料组织与性能的控制：熟悉过冷、过冷度及细化晶粒的基本途径；掌握匀晶相图和二元共晶相图；能利用杠杆定理计算组织组成物和相组成物的质量分数；了解其它相图，掌握Fe — Fe3C 相图，及 Wc 对组织性能的影响；掌握加工硬化、回复、再结晶、冷变形、热变形的概念及应用；掌握钢在加热时的冷却时组织转变，及退火、正火、淬火、回火及表面热处理的目的、工艺及应用。掌握合金元素在钢中的作用，了解表面技术。第三章金属材料：掌握钢的分类、钢中常存杂质对钢性能影响，掌握常用合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢的成分、热处理、性能、组织特点及应用；熟悉灰口铁、可锻铸铁、球墨铸铁成分、组织、性能及用途，特殊性能铸铁一般性介绍；掌握铝及铝合金组织、性能之间关系及应用，了解铜及铜合金、钛及钛合金、轴承合金组织、性能之间关系及应用。第四章高分子材料：熟悉高分子材料（工程塑料、橡胶、合成纤维）

材料科学与工程基础实验讲义全

华南农业大学材料与能源学院现代材料科学与工程基础实验讲义供材料科学专业本科生使用胡航 2016-02-30

实验一金属纳米颗粒的化学法制备一、实验容与目的 1. 了解并掌握金属纳米颗粒的化学法制备过程并制备Au 或Ag 纳米颗粒。 2. 了解金属纳米颗粒的光学特征。二、实验原理概述化学制备法是制备金属纳米微粒的一种重要方法，在基础研究和实际应用中被广泛采用。贵金属纳米颗粒的化学法制备主要有溶胶凝胶法、电镀法、氧化还原法等。其中氧化还原法又包括热分解和辐照分解等。贵金属纳米颗粒具有广泛的应用，如生物医学领域的杀菌，物理化学领域的催化等。本实验以金胶为例介绍交替法制备贵金属纳米颗粒，并以硝酸银在烷基胺中的热分解为例介绍表面活性剂中氧化还原法制备贵金属纳米颗粒。 1. 胶体金属（Au 、Ag ）的成核与生长总的来说，化学法制备金属纳米粒子都是让还原剂提供电子给溶液中带正电荷的金属离子形成金属原子。如，对于制备胶体金，如果采用柠檬酸三钠作为还原剂，其反应过程如下： 2H O -42223222222Δ HAuCl + HOC(CH )(CO )Au +Cl +CO +HCO H+CO(CH )(CO )+......??→粒子 2. 硝酸银热分解法制备银纳米粒子热分解法制备金属纳米颗粒原理简单，实验过程易操作。对制备数纳米到数十纳米尺寸围的纳米颗粒有较大优势。硝酸银在烷基胺中加热搅拌可形成澄清透明溶液。温度上升到150~200 °C 时，溶液颜色由浅色到深色快速变化，生成的银纳米颗粒被烷基胺包裹，稳定在溶液中。通过对样品洗涤、离心沉淀，可获得烷基胺包裹的银纳米粒子。三、实验方法与步骤（一）实验仪器与材料硝酸银，柠檬酸三钠，油胺或十八胺，十八烯（ODE ），无水乙醇，配有温度调控和磁力搅拌的油浴加热器，三颈瓶，抽气头，滤膜，温度计套管，10 mL 量筒，分析天平，玻璃滴管，离心管，离心机，电热干燥箱（二）实验方法与操作步骤

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

材料科学与工程实验室建设规划

成都理工大学材料与化学化工学院实验室“十二·五”建设规划系、部、室名称：材料科学与工程编制日期：2010年3月

一、“十一·五”期间学院实验室建设概况 1、实验室设臵情况经过多年的建设，目前本学科点基本具备课程实验教学条件，初步建立了材料组成与结构表征、材料加工与制备、材料性能测试等三大类11个专业教学实验室，总面积360m2，各实验室功能及承担教学科研工作具体情况见下表1。表1 专业实验室设臵情况 2、实验仪器设备投入情况除学院公用大型仪器设备外，材料科学与工程专业实验室现有设备见附表2。总价值

为2137929元。其中2006-2009年投入占70%左右，约150万元。 3、主要成绩十一五期间，按照材料科学与工程专业内涵及我校材料科学与工程专业办学特色，构建了材料科学与工程专业实验教学体系，规划和建立了材料组成与结构表征、材料加工与制备、材料性能测试等三大类教学实验室，重点建设了材料制备实验室，材料力学性能实验室，材料显微结构实验室。材料制备实验室主要购臵了用于无机非金属材料烧成的高温电阻电炉、微波烧结炉、气氛炉，热压烧结炉等，用于金属材料熔制的真空熔炼炉、电阻炉，以及用于金属热处理改性的真空热处理炉、渗碳炉等，基本能满足金属材料工程、无机非金属材料工程教学需要。材料力学性能实验室主要购臵了液压万能试验机、冲击试验机、蠕变试验机、疲劳试验机、各类硬度仪等设备，基本满足结构材料教学需要。材料显微结构实验室主要购臵了金相显微镜及金相制备相关设备，可以同时满足一个自然班的教学实验，是十一五期间建设较好的一个实验室。这些实验室共承担结晶学与矿物学、材料科学基础、材料科学研究方法与测试技术、材料设计与制备、金属学、金属热处理原理与工艺、合金熔炼原理、材料物理性能、材料力学性能，课程设计、现代金相实验技术、材料显微组织与结构实验、特色与创新实验等专业基础和专业综合实验教学课程，同时承担每年约150名专业毕业生的毕业设计、毕业实习教学任务、每年50名左右研究生的教学和科研任务。十一五期间，依托金刚石薄膜实验室、材料科学与技术研究所及现有专业实验室，承担项国家自然科学基金项目3项、国家科技攻关、科技支撑项目和四川省等省部级项目16项，发表论文100余篇，被3大检索收录40余篇。总之，较好地完成了上一个五年规划中提出的各项实验室建设任务。 4、教学队伍专业实验室设有管理人员3名（初级2名、中级1名），专职实验教师1名（热分析实验室），所有实验课程教学完全由专业教师执行。 5、存在的问题尽管通过多年建设，材料科学与工程专业实验教学平台建设取得了明显成效，但是随着本科教学模式改革的不断深化，工程化教育理念的不断深入，对本科生工程能力、创新能力要求的不断提高，现有实验室很难满足新的培养方案对于学生实验能力培养的要求，存在突出问题主要表现在以下几个方面：

材料科学与工程基础实验讲义

华南农业大学材料与能源学院现代材料科学与工程基础实验讲义供材料科学专业本科生使用胡航 2016-02-30

实验一金属纳米颗粒的化学法制备一、实验内容与目的 1. 了解并掌握金属纳米颗粒的化学法制备过程并制备Au 或Ag 纳米颗粒。 2. 了解金属纳米颗粒的光学特征。二、实验原理概述化学制备法是制备金属纳米微粒的一种重要方法，在基础研究和实际应用中被广泛采用。贵金属纳米颗粒的化学法制备主要有溶胶凝胶法、电镀法、氧化还原法等。其中氧化还原法又包括热分解和辐照分解等。贵金属纳米颗粒具有广泛的应用，如生物医学领域的杀菌，物理化学领域的催化等。本实验以金胶为例介绍交替法制备贵金属纳米颗粒，并以硝酸银在烷基胺中的热分解为例介绍表面活性剂中氧化还原法制备贵金属纳米颗粒。 1. 胶体金属（Au 、Ag ）的成核与生长总的来说，化学法制备金属纳米粒子都是让还原剂提供电子给溶液中带正电荷的金属离子形成金属原子。如，对于制备胶体金，如果采用柠檬酸三钠作为还原剂，其反应过程如下： 2H O -42223222222Δ HAuCl + HOC(CH )(CO )Au +Cl +CO +HCO H+CO(CH )(CO )+......??→粒子 2. 硝酸银热分解法制备银纳米粒子热分解法制备金属纳米颗粒原理简单，实验过程易操作。对制备数纳米到数十纳米尺寸范围的纳米颗粒有较大优势。硝酸银在烷基胺中加热搅拌可形成澄清透明溶液。温度上升到150~200 °C 时，溶液颜色由浅色到深色快速变化，生成的银纳米颗粒被烷基胺包裹，稳定在溶液中。通过对样品洗涤、离心沉淀，可获得烷基胺包裹的银纳米粒子。三、实验方法与步骤（一）实验仪器与材料硝酸银，柠檬酸三钠，油胺或十八胺，十八烯（ODE ），无水乙醇，配有温度调控和磁力搅拌的油浴加热器，三颈瓶，抽气头，滤膜，温度计套管，10 mL 量筒，分析天平，玻璃滴管，离心管，离心机，电热干燥箱（二）实验方法与操作步骤

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

考试大纲练习题—土木工程材料

《土木工程材料》考试专业：结构工程、防灾减灾工程及防护工程、岩土工程 ●硕士研究生入学考试大纲（一）土木工程材料的基本性质理论复习土木工程材料的组成、结构和构造及其以材料基本性质的关系；熟练掌握土木工程材料的基本物理性质与材料的基本力学性质和耐久性概念，问题举例。（二）建筑钢材理论复习建筑钢材的微观结构及其与性质的关系；熟练掌握建筑钢材的力学性质的意义及影响因素；熟悉建筑钢材的强化机理及强化方法；掌握土木工程中常用建筑钢材的分类及其选用原则；了解建筑钢材的防火及防锈措施，课件举例。 (三)无机胶凝材料理论复习石膏、石灰、水玻璃等气硬性胶凝材料的硬化机理、性质及使用要求与主要用途；熟练掌握硅酸盐水泥及掺混和材料硅酸盐水泥的矿物组成、硬化机理以及各种水泥的性质、检测方法、选用原则等，熟悉其他水泥品种的性质和使用特点。问题与解决方法举例（四）混凝土与砂浆理论复习掌握普通混凝土组成材料（砂、石、水泥、外加剂、水和掺合料）的品种、技术要求及选用，测定方法及对混凝土性能的影响；熟练掌握混凝土拌合物的性质及其测定和调整方法；熟练掌握硬化混凝土的力学性质、变形性质和耐久性及其影响因素；熟练掌握普通混凝土的配合比设计方法；了解混凝土技术的新进展及其发展趋势；掌握砂浆的性质、组成、检测方法。问题与解决方法举例。 (五)沥青和沥青混合料理论复习沥青材料的基本组成、技术性质及测定方法，了解沥青的改性方法；掌握沥青混合料的组成及其性质，了解沥青混合料的配合比设计方法。（六）实验理论复习，同时举例说明有关问题与解决方法。 1、水泥：测定标准稠度用水量、凝结时间、安定性和胶砂强度，判定水泥质量。 2、砂：测定表观密度、堆积密度、级配，计算空隙率、细度模数，绘制级配曲线。 3、卵（碎）石：测定针片状含量、表观密度、堆积密度、级配，计算空隙率。 4、水泥混凝土：根据所测定的水泥、砂、石性能指标和给定的混凝土强度等级，进行配合比设计计算、试配、调整、测定抗压强度，给出实验室混凝土配合比。 5、钢材实验方法与数据处理。 ●硕士研究生入学考试参考教材宋少民、孙凌主编《土木工程材料》第2版，武汉理工出版社 ●硕士研究生入学考试参考样题试题内容：一、选择题(20分，每空1分) 1. 含水率为5%的砂420 g，其干燥后的质量为( )。 A.399 g B.441 g C.400 g D.451 g

材料工程基础实验指导书

材料工程基础实验指导书王连琪郑洁徐兴文材料科学与工程学院

《材料成形工艺》介绍了铸造、锻压、焊接专业等方面的知识，为配合教材达到教学与实际相结合的目的，使学生能理性认识材料成形的方法，拟定了铸造、锻压、焊接实验。一铸造性能实验实验1 铸造合金流动性的测定 1.1 实验目的： 1）测定铸造合金成分对该合金流动性的影响。 2）测定浇注温度对该合金流动性的影响。 1.2 实验的基本原理流动性是铸造合金的重要性能之一，它对铸件质量有较大的影响；如补缩、冷隔、浇不足等。为了获得优质铸件就必须对流动性加以研究。铸造合金流动性的定义为液态金属本身充满铸型的能力，它与合金的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。合金的流动性与合金的充型能力是两个概念。合金的充型能力是液态合金充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力。由于影响液态金属充型能力的因素很多，很难对各种合金在不同铸造条件下的充型能力进行比较。所以，常常用固定条件下所测得的合金流动性来表示合金的充型能力。 1.3 实验合金与试样 1）纯铝和铸铝102。 2）试样—取一箱一件螺旋形试样如图1.1 通过实验研究成分对流动性的影响。取纯Al和ZL102合金在相同温度下浇注螺旋形试样，进行比较。在实验时，要求铸型相同（透气性、紧实度等）和过热温度相同条件下进行比较。研究温度对合金流动性的影响，纯Al和ZL102合金分别在不同温度下浇注螺旋形式样，比较螺旋式样的长度。 1.4 实验设备与材料 1）熔化设备：坩埚电阻炉两台或感应电炉石墨坩埚两个 2）合金材料：工业纯Al 铸铝102 3）铸型：三副模板、三副砂箱、造型型砂及制型工具 4）热电偶（镍铬-镍硅）两支及毫伏表 5）去气剂：氯化锌

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）

材料工程基础实验

昆明理工大学《金属材料工程基础》实验指导书材冶学院实验中心材料与冶金工程学院 2006年7月

实验一钢的热处理及性能一、实验目的： 1、了解热处理设备结构组成，掌握热处理的基本操作方法。 2、建立热处理工艺与钢的成分、组织及性能之间的关系。二、实验内容：（一）、热处理设备在实验室中由教师针对设备进行介绍及讲解。（二）、热处理工艺参数的选择：热处理工艺参数包括：加热温度、加热时间和冷却方式等。各种钢的加热温度，都是根据钢的临界点A C1、A C3、A CCm、来确定的。碳钢及低合金钢的加热经验公式如表2—1。其加热时间通常根据零件的有效厚度来计算，但应考虑装炉量及装炉方式加以修正，其经验公式及数据如表2—2。（三）、热处理后的组织结构类型： 1、珠光体：珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，因热处理工艺不同，珠光体中的渗碳体具有不同的形态。（1）、若热处理工艺为普通的退火或正火时，其显微组织为片层状，称为片壮珠光体。由于普通的退火或正火的冷却速度不同，因而珠光体的片间距离也不同，正火的冷却速度大于退火的冷却速度，因此正火后得到的组织比普通退火的细小，这些组织可能是索氏体或屈氏体。根据片间距不同，珠光体类型的组织的性能也不同： a、珠光体（P）：片间距离Δ0＞0.4μm,硬度为HB180左右它在光学显微镜下放大500倍下, 可清晰地看出片层状情况. b、索氏体(S): 片间距离Δ0=0.2～0.4μm，硬度为HB250左右，放大1000～1500倍时才能分辨出其片层状的特征。 c、屈氏体（T）：片间距离Δ0＜0.2μm，硬度为HB350～400左右，它需在电子显微镜下放大5000倍以上才能分辨出片层状的特点。（2）、马氏体：马氏体是碳在α—Fe中的过饱和固溶体。当钢的碳含量较低时，淬火后所得的是一束束尺寸大体相同的平行条状马氏体，称为板条马氏体，又叫低碳马氏体。若含碳量较高时，淬火后得到的是针状马氏体，又叫高碳马氏体。

074材料科学基础实验指导@北工大lab8

实验八晶体结晶过程观察及凝固条件对铸锭组织的影响（Observation of the crystallization process of crystalloid and the impact of solidification conditions on ingot structure）实验学时：2 实验类型：操作前修课程名称：《材料科学导论》适用专业：材料科学与工程一、实验目的 ⒈观察盐类的结晶过程： ⒉分析凝固条件对铸锭组织的影响。二、概述盐和金属均为晶体。由液态凝固形成晶体的过程叫结晶。不论盐的结晶，金属的结晶以及金属在固态下的重结晶都遵循生核和长大的规律。结晶的长大过程可以观察到，可是晶核的大小不能用肉眼看到，因为临界晶核的尺寸很小，而在试验中只能见到正在长大的晶粒，此刻已经不再是临界尺寸的晶核。金属和盐类晶体最常见到的是树枝状晶体。通过直接观察透明盐类（如氯化铵等）的结晶过程可以了解树枝状晶体（枝晶）的形成过程。在玻璃片上滴上一滴接近饱和的氯化铵溶液，观察它的结晶过程。随着液体的蒸发，溶液逐渐变浓，达到饱和，由于液滴边缘最薄，因此蒸发最快，结晶过程将从边缘开始向内扩展。结晶的第一阶段是在最外层形成一圈细小的等轴晶体，结晶的第二阶段是形成较为粗大的柱状晶体，其成长的方向是伸向液滴的中心，这是由于此时液滴的蒸发已比较慢，而且液滴的饱和顺序也是由外向里，最外层的细小等轴晶只有少数的位向有利于向中心生长，因此形成了比较粗大的、带有方向性的柱状晶。结晶的第三阶段是在液滴的中心部分形成不同位向的等轴枝晶。这是由于液滴的中心此时也变的较薄，蒸发也较快，同时溶液的补给也不足，因此可以看到明显的枝晶组织。

材料工程基础教学大纲

《材料工程基础》课程教学大纲制定依据：本大纲根据2014版本科人才培养方案制定课程编号：I0220024 学时数：64 学分数：4 适用专业：无机非金属材料工程先修课程：大学物理、高等数学、工程力学考核方式：考试一、课程的性质和任务材料工程基础课程是无机非金属材料工程专业的一门重要的学科基础课。围绕材料生产过程主要涉及到的工程理论，本课程主要介绍与之相关的基本理论和基础研究方法。通过本课程的学习，要使学生获得工程流体力学、传热与传质基础等方面的基本概念、基本理论和基本运算技能；掌握材料生产过程中相关的工程理论基本知识，具备一定的工程研究能力。在传授知识的同时，要通过各个教学环节逐步培养学生具有思维能力、自学能力、独立分析问题和解决问题的能力，还要特别注意培养学生工程研究能力和综合运用所学知识去分析和解决问题的能力。本门课程要求学生重点掌握如下知识： 1.正确理解下列基本概念和它们之间的内在联系：粘滞性，静压强，连续性方程的物理意义，能量方程的物理意义，流动的状态，流动阻力，传导传热，对流传热，辐射传热，导温系数，热阻，角系数，热流量，质量传递，量纲，相似准数，过剩空气系数，燃烧值，湿空气的各状态参数。 2.正确理解下列基本定理和公式并能正确运用：质量守恒定理，能量守恒定律，牛顿冷却定律，辐射换热的基本定理，相似三定理，量纲和谐原理。 3.牢固掌握下列公式：牛顿粘性定律，流体静力学基本方程，连续性方程，Bernoulli方程，傅立叶（Fourier）定律，牛顿冷却定律，物体间的辐射传热，燃料组成的换算，空气量的计算，烟气量计算。 4.熟练运用下列法则和方法：湿空气状态变化过程的特点、干燥过程的描述，量纲分析法、方程分析法，物料平衡法则，热量平衡法则。 5.会运用流体流动的基本规律、热量传递基本规律和工程研究基本方法解一些简单的工程问题。二、教学内容与要求理论教学（学时：64）

材料工程基础全复习

材料工程基础复习资料一、绪论 1、概念：科学：对于现象的观察、描述、确认、实验研究及理论解释。技术：泛指根据生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺操作方法与技能。工艺：使各种原材料、半成品加工成为产品的方法和过程。工程：将科学原理应用到实际目标，如设计、组装、运转经济而有效的结构、设备或系统。材料工程：是工程的一个领域，其目的在于经济地，而又为社会所能接受地控制材料的结构、性能和形状。 2、材料科学与工程的任务？材料科学与工程是关于材料成分、结构、工艺和它们的性能与用途之间有关的知识和应用的科学。 3、传统材料加工包括哪几个方面？ ①传统的金属铸造②塑性加工③粉末材料压制、烧结或胶凝固结为制品④材料的焊接与粘接材料的切除，材料的成型，材料的改性，材料的连接二、材料的熔炼 1、钢铁冶金 1）、高炉炼铁生产过程：①还原：矿石中的铁被还原；②造渣：高温下石灰石分解形成的氧化钙与酸性脉石形成炉渣；③传热和渣底反应：被还原的矿石降落使温度升高加速反应将全部氧化铁还原成氧化亚铁，风口区残余的氧化亚铁还原成铁，与炉渣一起进入炉缸。2）、炼钢过程中的理化过程： ①脱碳：碳被氧气直接氧化：在温度高于1100℃条件下 2C＋O2→2CO 间接氧化: 在温度低于1100℃条件下 2Fe＋O2→2FeO C＋FeO→Fe＋CO ②硅、锰的氧化：a.直接氧化反应： Si＋O2 → Si02 2Mn＋O2 → 2MnO b.间接氧化，但主要是间接反应： Si＋2FeO → Si02＋2Fe Mn＋FeO → MnO＋Fe ③脱磷：磷是以磷化铁(Fe2P)形态存在，炼钢利用炉渣中FeO及CaO与其化合生成磷酸钙渣去除 Fe2P＋5FeO＋4CaO→(CaO)4·P2O5＋9Fe ④脱硫：硫是以FeS形式存在，利用渣中足够的CaO，把其中FeS去除。

(13本科)实验指导书-《材料工程基础实验》.

湖南工学院材料工程基础实验实验指导书材料与化学工程学院 2015年10月湖南工学院

1 实验课要求 1、按时到达实验室进行实验，无故不得迟到、早退，违者将扣其实验课的平时成绩。 2、必须按照本人课表安排的时间来实验室进行实验，不得私自调换实验时间。 3、每次实验之前必须认真进行预习，并写好实验预习报告，无预习报告的，不得进行实验。 4、实验时，必须认真记录实验数据，不得抄袭别人的实验数据，并在实验结束后，认真撰写实验报告，在规定时间内统一交到办公室进行批改。 5、本实验课共分四次实验，无故缺席一次实验，实验成绩即为不及格，如确有客观原因不能在规定时间内进行实验的，必须及时告知实验老师，并在其安排的其他时间内补做实验。 6、实验课成绩由平时到课表现，预习及实验报告的成绩共同进行评定，实验课结束之后，仍未提交实验报告的，或者实验报告不全的，实验课成绩将记为不及格。 7、实验室的维护是大家共同的工作，所以，每次实验结束后，必须认真打扫后，方可离开，谢谢大家！

2 实验一流体流动阻力的测定实验一、实验目的 1、掌握流体流经直管和阀门时的阻力损失和测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。 2、测定直管摩擦系数λ与雷诺数Re的关系。 3、测定流体流经闸阀时的局部阻力系数ξ。二、实验内容 1、测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数λ。 2、测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系曲线和关系式。 3、测定流体流经闸阀时的局部阻力系数ξ。三、实验原理 1、概述本实验装置可以测定对比：DN20粗糙直管、光滑管和阀门等阻力系数。在实际生产中，许多过程都涉及到流体流动的内部细节，尤其是流体的流动阻力。流体在流动过程中为克服流动阻力必定要消耗能量。流体流动阻力产生根本的原因是流体具有粘性，流动时存在着内磨擦，而固定的管壁或其它形状固体壁面，促使流动流体的内部发生相对运动，为流体流动阻力的产生提供了条件，因此液体阻力的大小与流体的物性、流动状况及壁面等因素有关。流体在流动系统中作定态流动时，流体在各截面上的流速、密度、压强等物理参数仅随位置而改变而不随时间而变。 2、实验原理 1）直管阻力与局部阻力实验流体阻力产生的根源是流体具有粘性，流动时存在内摩擦。而壁的形状则促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件，流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。流动阻力可分为直管阻力和局部阻力。流体在流动过程中要消耗能量以克服流动阻力。因此，流动阻力的测定颇为重要。从流程图可知水从贮槽由泵输出，经流量计计量后，再流经管道后回到水槽，循环利用。改变流量并测定直管与管件的相应压差，即可测得流体流动阻力。 2）直管阻力磨擦系数λ的测定