材料科学基础 (20)
《材料科学基础》课后习题及参考答案
绪论1、仔细观察一下白炽灯泡，会发现有多少种不同的材料？每种材料需要何种热学、电学性质？2、为什么金属具有良好的导电性和导热性？3、为什么陶瓷、聚合物通常是绝缘体？4、铝原子的质量是多少？若铝的密度为2.7g/cm3，计算1mm3中有多少原子？5、为了防止碰撞造成纽折，汽车的挡板可有装甲制造，但实际应用中为何不如此设计？说出至少三种理由。
6、描述不同材料常用的加工方法。
7、叙述金属材料的类型及其分类依据。
8、试将下列材料按金属、陶瓷、聚合物或复合材料进行分类：黄铜钢筋混凝土橡胶氯化钠铅-锡焊料沥青环氧树脂镁合金碳化硅混凝土石墨玻璃钢9、 Al2O3陶瓷既牢固又坚硬且耐磨，为什么不用Al2O3制造铁锤？晶体结构1、解释下列概念晶系、晶胞、晶胞参数、空间点阵、米勒指数（晶面指数）、离子晶体的晶格能、原子半径与离子半径、配位数、离子极化、同质多晶与类质同晶、正尖晶石与反正尖晶石、反萤石结构、铁电效应、压电效应.2、（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的米勒指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的米勒指数。
3、在立方晶系的晶胞中画出下列米勒指数的晶面和晶向：（001）与[210]，（111）与[112]，（110）与[111]，（322）与[236]，（257）与[111]，（123）与[121]，（102），（112），（213），[110]，[111]，[120]，[321]4、写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
5、已知Mg2+半径为0.072nm，O2-半径为0.140nm，计算MgO晶体结构的堆积系数与密度。
6、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、堆积系数。
7、从理论计算公式计算NaC1与MgO的晶格能。
MgO的熔点为2800℃，NaC1为80l℃, 请说明这种差别的原因。
8、根据最密堆积原理，空间利用率越高，结构越稳定，金钢石结构的空间利用率很低(只有34.01％)，为什么它也很稳定?9、证明等径圆球面心立方最密堆积的空隙率为25．9％；10、金属镁原子作六方密堆积，测得它的密度为1.74克/厘米3，求它的晶胞体积。
材料科学基础复习题(2017)
《材料科学基础》复习题一、名词解释1、配位数；2、有序固溶体；3、间隙固溶体；4、固溶强化；5、弥散强化；6、不全位错；7、扩展位错；8、螺型位错；9、全位错；10、细晶强化；11、孪晶；12、位错；13、晶界能；14、柏氏矢量；15、肖特基空位；16、弗兰克尔空位；17、上坡扩散；18、间隙扩散；19、柯肯达尔效应；20、加工硬化；21、再结晶退火；22、柯氏气团；23、时效；24、回复；25、成分过冷；26、过冷度；27、离异共晶；28、异质形核；29、结构起伏；30、枝晶偏析；31、空间点阵；32、晶体缺陷；33、非均匀形核；34、杠杆定理；35、准晶；36、晶胞；37、攀移；38、形核功；39、珠光体；40、柯氏气团与铃木气团；41、滑移；42、离异共晶；43、再结晶；44、比重偏析；45、二次再结晶；46、临界晶核；47、微观偏析；48、再结晶结构；49、短路扩散；50、致密度；51、空间群；52、晶胚；53、堆垛层错；54、脱溶；55、亚稳态；56、临界切分应力；57、滑移系；58、再结晶温度；59、伪共晶；60、屈服现象；61、形变织构；62、离异共晶；玻璃化温度Tg；63、相平衡；64、包晶转变；65、相变；66、本证扩散；67、自扩散系数；68、互扩散系数；69、二．填空1.代表晶体中原子、原子团或分子（）的几何点的集合称为空间点阵。
2.在常温和低温下，金属的塑性变形主要是通过（）的方式进行的。
此外，还有（）等方式。
3．上坡扩散是指（），扩散的驱动力是（）。
4.位错的三种基本类型有（）（）（）。
5.刃型位错中柏氏矢量与位错线（）。
6.螺型位错中柏氏矢量与位错线（）。
7.刃型位错有（）个滑移面，螺型位错有（）个滑移面。
8.（）是间隙式固溶体中间隙原子扩散的主要机制，（）是FCC金属中扩散的主要机制。
9.一个面心立方晶胞中有（）个原子，其致密度为（），配位数为（）。
10.晶体的空间点阵分属于（）大晶系，其中正方晶系点阵常熟的特点为（）。
华中科技大学20级材料科学基础专业课《材料科学》考试试题及其答案
华中科技大学20级材料科学基础专业课《材料科学》考试试题及其答案一．选择题1．组元是由（A）组成A．可以稳定存在的相B.单相C.化合物 D. 元素2. 六方晶面（1120）与晶向[1120]的关系是（A）A．垂直 B.平行C 无关D.以上都不对3. 下列哪种方法不能有效降低晶粒的尺寸（C）A．加形核剂 B.搅拌 C.减小相对过冷度 D.加快冷却速度4.形变后材料升高温度发生回复再结晶以及长大，则点缺陷明显下降的阶段是（A）A.回复B.再结晶C.晶粒长大D.晶粒异常长大5.下列可能发生攀移的位错是（A）A．弗兰克 B.肖克利 C.螺型位错D.面角位错6. Cu-Al 合金和Cu 焊接成扩散偶发生柯肯达尔效应，标记面向Cu-Al 合金一侧移动，则CU 和Al 扩散通量大小是（B）A．Cu＞AlB.Cu=Al C.Cu＜AL D.无法确定7.再结晶后晶粒长大的驱动力主要来自（C）A．高的外加温度 B.高的材料内应用能 C.高的总界面能 D.过冷度8.金属镁的滑移系是（C）A.｛111｝[110] B｛112｝[111] C｛0001｝[1120] D｛110｝[111]9.根据三元相图垂直截面图可以（B）A. 分析相成分变化B.分析材料的平衡凝固过程C.使用杠杆定律计算各相相对量D.得到三元系投影图10.离子晶体中阳离子扩散速率比阴离子（A）A.快B.慢C.相等D.以上都不对11.能进行交滑移的位错必然是（B）A.刃位错B .螺位错C.偏位错D.混合位错12. fcc 的晶格滑移系的位错必然是（A）A．（111）+[0 1 1] B.（111）+[011]C.（011）+[111]D.（011）+[111]13.因一下二因素共同作用，实际固溶体合金一般都存在枝晶偏析（B）A．平衡结晶，成分过冷 B. 不平衡结晶，成分过冷C. 平衡结晶，临界过冷D.不平衡结晶，临界过冷14.某工厂用一根冷拉钢丝绳吊装一个大型工件进入热处理炉，并随工件一起加热到860℃保温，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，分析原因（B）A.发生固态相变B.发生再结晶C.发生回复D.发生加工硬化15.根据相率，纯金属结晶时液固两相共存，其自由度数（D）A．为1，所以结晶过程温度缓慢下降B. 为1，所以结晶过程温度保持恒定C．为0，所以结晶过程温度缓慢下降D. 为0，所以结晶过程温度保持恒定二，写晶向，画晶向晶面。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 材料科学中，材料的基本组成单元是（）。
A. 分子B. 原子C. 离子D. 电子答案：B2. 金属的塑性变形主要是通过（）来实现的。
A. 弹性变形B. 位错运动C. 相变D. 断裂答案：B3. 在材料科学中，硬度的定义是（）。
A. 材料抵抗变形的能力B. 材料抵抗磨损的能力C. 材料抵抗压缩的能力D. 材料抵抗拉伸的能力答案：B4. 材料的热处理过程中，淬火的主要目的是（）。
A. 提高硬度B. 增加韧性C. 减少变形D. 提高导电性答案：A5. 以下哪种材料不属于复合材料？A. 碳纤维增强塑料B. 钢筋混凝土C. 不锈钢D. 玻璃钢答案：C二、填空题（每空1分，共20分）1. 材料的强度是指材料在受到______作用时，抵抗______的能力。
答案：外力；破坏2. 材料的断裂韧性是指材料在______条件下，抵抗______的能力。
答案：裂纹存在；断裂3. 材料的疲劳是指材料在______作用下，经过______循环后发生断裂的现象。
答案：交变应力；多次4. 材料的导热性是指材料在______条件下，抵抗______的能力。
答案：温度梯度；热量传递5. 材料的电导率是指材料在单位电场强度下，单位时间内通过单位面积的______。
答案：电荷量三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述材料的弹性模量和屈服强度的区别。
答案：弹性模量是指材料在弹性范围内，应力与应变的比值，反映了材料抵抗形变的能力。
屈服强度是指材料在受到外力作用下，从弹性变形过渡到塑性变形时的应力值，反映了材料抵抗塑性变形的能力。
2. 描述材料的疲劳破坏过程。
答案：材料的疲劳破坏过程通常包括三个阶段：裂纹的萌生、裂纹的扩展和最终断裂。
在交变应力作用下，材料内部的微裂纹逐渐扩展，当裂纹扩展到一定程度，材料无法承受继续增加的应力时，就会发生断裂。
3. 什么是材料的热处理？请列举几种常见的热处理方法。
《材料科学基础》试题大全
《材料科学基础》试题库一、名词解释1、铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体2、共晶转变、共析转变、包晶转变、包析转变3、晶面族、晶向族4、有限固溶体、无限固溶体5、晶胞6、二次渗碳体7、回复、再结晶、二次再结晶8、晶体结构、空间点阵9、相、组织10、伪共晶、离异共晶11、临界变形度12、淬透性、淬硬性13、固溶体14、均匀形核、非均匀形核15、成分过冷16、间隙固溶体17、临界晶核18、枝晶偏析19、钢的退火，正火，淬火，回火20、反应扩散21、临界分切应力22、调幅分解23、二次硬化24、上坡扩散25、负温度梯度26、正常价化合物27、加聚反应28、缩聚反应29、30、二、选择1、在柯肯达尔效应中，标记漂移主要原因是扩散偶中_____。
A、两组元的原子尺寸不同B、仅一组元的扩散C、两组元的扩散速率不同2、在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于_____。
A、单相区中B、两相区中C、三相平衡水平线上3、铸铁与碳钢的区别在于有无_____。
A、莱氏体B、珠光体C、铁素体4、原子扩散的驱动力是_____。
A、组元的浓度梯度B、组元的化学势梯度C、温度梯度5、在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为_____。
A、原子互换机制B、间隙机制C、空位机制6、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、弗兰克尔缺陷C、线缺陷7、理想密排六方结构金属的c/a为_____。
A、1.6B、2×√(2/3)C、√(2/3)8、在三元系相图中，三相区的等温截面都是一个连接的三角形，其顶点触及_____。
A、单相区B、两相区C、三相区9、有效分配系数Ke表示液相的混合程度，其值范围是_____。
（其中Ko是平衡分配系数）A、1<Ke<K0B、Ko<Ke<1C、Ke<K0<110、面心立方晶体的孪晶面是_____。
A、{112}B、{110}C、{111}11、形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的_____。
考研试题
东北大学材料科学基础历年考研试题及答案2001年一、解释名词（20′）1、复合强化2、晶界偏析3、应变疲劳4、扩散激活能二、在晶格常数为a的面心立方晶胞中，画出{111}晶面族的全部晶面并标出各自的晶面指数，计算面间距。
（12′）三、晶粒直径为50um，若在晶界萌生位错所需要的应力约为G/30，晶粒中部有位错源，问要多大的外力才能使晶界萌生位错？（13′）四、含碳量为百分之3.5的铁－碳合金，在室温时由哪两个相组成？各占的重量百分数是多少？并计算室温时珠光体和莱氏体的百分含量。
（12′）五、再结晶后的晶粒大小如何计算?与哪些因素有关？为多数金属材料再结晶后晶粒尺寸随预定形变量的关系会百分之10变形量附近出现一个峰值？（13′）六、材料发生蠕变时通常符合的指数定律，对于同一种材料讨论说明式中的n 会不会随试验温度变化？试验测定n值的目的是什么？在例如800摄氏度的试验温度下，金属材料和陶瓷材料的n值由什么不同？（13分）七、什么是电子的分子轨道？为什么有的同类原子会形成分子？有的同类原子不形成分子？是否原子间核外电子越多，形成的分子就轨道越多？是否形成的分子轨道越多，形成的分子的结合键就越强？回答问题并给予简单讨论。
（12分）2001年《材料科学基础》参考答案1.{111}=(111)+(1-11)+(11-1)+(111-)↓↓↓↓ACD1A1BD C1BD A1C1B d=3a/32.η=Gb/L=2.85⨯104G3.α+Fe3C ；α% =（6.69-3.5）/（6.69-0.0218）= 47.8%C% = 1-47.8% = 52.2%Fe3Ld% = (3.5-2.11)/(4.3-2.11) = 63.5%P% = (4.3-3.5)/(4.3-2.11) (6.69-3.5)/(6.69-0.77) = 19.7%4.再结晶晶粒尺寸d=常数[G/.N]1/4，其中，G为生长率，.N为形核率。
《材料科学基础》复习提纲
《材料科学基础》复习提纲一、（共20分）名词解释（每个名词2分）简单正交点阵、晶向族、无限固溶体、配位数、交滑移、大角度晶界、上坡（顺）扩散、形核功、回复、滑移系底心正交点阵、晶面族、有限固溶体、致密度、攀移、小角度晶界、下坡（逆）扩散、形核率、再结晶、孪生二、（共30分）简要回答下列问题1、计算面心立方晶体的八面体间隙尺寸。
2、简述固溶体与中间相的区别。
3、已知两个不平行的晶面（h1k1l1）和（h2k2l2），求出其所属的晶带轴。
4、计算面心立方晶体{111}晶面的面密度。
5、简述刃型位错线方向、柏氏矢量方向、位错运动方向及晶体运动方向之间的关系。
6、简述刃型位错攀移的实质。
7、简述在外力的作用下，螺型位错的可能运动方式。
8、当碳原子和铁原子在相同温度的 -Fe中进行扩散时，为何碳原子的扩散系数大于铁原子的扩散系数？9、简述单组元晶体材料凝固的一般过程。
10、如图，已知A、B、C三组元固态完全不互溶，成分为80％A、10％B、10％C的O 合金在冷却过程中将进行二相共晶反应和三相共晶反应，在二元共晶反应开始时，该合金液相成分(a点)为60％A、20％B、20％C，而三元共晶反应开始时的液相成分(E点)为50% A、10%B、40%C，写出图中I和P合金的室温平衡组织。
1、计算体心立方晶体的八面体间隙尺寸。
2、简述决定组元形成固溶体与中间相的因素。
3、已知二晶向[u1v1w1]和[u2v2 w2]，求出由此二晶向所决定的晶面指数。
·4、计算体心立方晶体{110}晶面的面密度。
5、简述螺型位错线方向、柏氏矢量方向、位错运动方向及晶体运动方向之间的关系。
6、简述刃型位错滑移的实质。
7、简述在外力的作用下，刃型位错的可能运动方式。
8、当碳原子和铁原子在相同温度的a-Fe 中进行扩散时，为何碳原子的扩散系数大于铁原子的扩散系数？9、简述纯金属凝固的基本条件。
10、如图，已知A、B、C三组元固态完全不互溶，成分为80％A、10％B、10％C的O合金在冷却过程中将进行二相共晶反应和三相共晶反应，在二元共晶反应开始时，该合金液相成分(a点)为60％A、20％B、20％C，而三元共晶反应开始时的液相成分(E点)为%、(A+B)%和(A+B+C)%的相对量。
材料科学基础PPT精品课件幻灯片
❖ 材料发展动力： ▪ 社会需求（市场拉动） ▪ 技术发展（技术推动） ▪ 科学发展（对物质的了 解，是创新的源泉）
• 硅时代（1950年）
• 20新20/材12/1料9 时代（1990年材、料科特学征与工是程多学院种材材料学料教研并室存）
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2020/12/19
材料科学与工程学院材料学教研室
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材料的历史：300,000 BC—3,500 BC
川徐家岭楚墓出土。龙首、虎颈、虎身、虎尾、
编钟：春秋中期，1978年河南淅川出土， 龟足，张口吐舌，牙齿犀利。龙首上附六条蛇
最大钟通高120.4厘米，舞修52.3厘米，
形龙。脊背上有有一方座，座上有一神兽也为
铣间59.7厘米。该钟一组26件，形制相同， 龙首，口衔一条龙，龙 首。通身饰动物纹和
大2小02依0/1次2/递19减。
2020/12/19
材料科学与工程学院材料学教研室
3
提到“材料”，同学们会想到什么？列举一下现 代生活中用到了哪些材料？给材料下个定义。
请同学们能不能根据材料的发展来划分历史？如 果能，是怎样划分的？ 材料科学与材料工程有什么区别？
请问同学们材料是怎样分类的？
如何认识材料的科学问题？ （链接）
2020/12/19
•
由于材料的重要性，历史学家常常根据人类使用的材料来划分
人类社会发展的历史阶段。从古代到现在人类使用材料的历史共经
历了七个时代，其中的有些时代持续了几个世纪，各时代的开始时
间：
• 旧、新石器时代（公元前10万年） • 陶器时代 • 青铜器时代（公元前3000年） • 铁器时代（公元前1000年） • 水泥时代（公元0年） • 钢时代（1800年）
6
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2） 扩散系数D反映了扩散系统的特性，并不
仅仅取决于某一种组元的特性。
3
J = −D ∂C ∂x
不仅适用于扩散系统的任何位
置，而且适用于扩散过程的任一时刻。
知识点101. 菲克第二定律
当扩散处于不稳定扩散时，即各点的浓度随时间而 改变时，利用菲克第一定律不容易求解。但通常的扩散 过程大都是不稳定扩散，为便于求解，还要从物质的平 衡关系着手，建立第二个微分方程式。
随堂练习：
试从结构和能量的观点解释为什么D表面>D 晶面>D晶内
（4） 按离子晶体中的缺陷产生类型分：
本征扩散
非本征扩散
（5） 按扩散时浓度梯度是否不变分：
稳态扩散
非稳态扩散
知识点099. 固体扩散的微观机制
与气体、液体不同的是固体粒子间 很大的内聚力使粒子迁移必须克服一 定势垒，这使得迁移和混和过程变得 极为缓慢。然而迁移仍然是可能的。 但是由于存在着热起伏，粒子的能量 状态服从波尔兹曼分布定律。
一、基本概念 1. 扩散通量
扩散通量——单位时间内通过单位横截面的粒子 数。用J表示，为矢量（因为扩散流具有方向性） 量纲：粒子数/（时间·长度2） 单位：粒子数/（s·m2） 物理意义：衡量质点传递的快慢
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2.稳定（态）扩散和不稳定（态）扩散
学前指导
知识点104.原子随机行走于扩散 知识点105.空位扩散系数与间隙扩散系数
知识点106.本征扩散与非本征扩散 知识点107.非化学计量化合物中的扩散 知识点108.克肯达尔效应 知识点109.影响扩散系数的因素——内因 知识点106.影响扩散系数的因素——外因
知识点097. 扩散的含义及推动力
dC 浓度梯度，dx ，atoms· m-3/m或kg/(m3·m)
J = −D dC dx
“-”号表示扩散方向与浓度梯度的方向相反， 即扩散由高浓度向低浓度区进行。
讨论：
对于菲克第一定律，有以下三点值得注意：
1）
J = −D ∂C ∂x
是唯象的关系式，其中并不涉
及扩散系统内部原子运动的微观过程。
学前指导
第7章 基本动力学过程——扩散
7.1 扩散动力学方程——菲克定律 7.2 菲克定律的应用 7.3 扩散机构与扩散系数 7.4 多元系统的扩散 7.5 影响扩散系数的因素
知识点097. 扩散的含义及推动力 知识点098. 扩散的分类 知识点099. 固体扩散的微观机制 知识点100. 菲克第一定律 知识点101. 菲克第二定律 知识点102. 菲克第一定律的应用 知识点103. 菲克第二定律的应用
∆m ∝ ∆C Adt ∆x
dm = −D( ∂C )
Adt
∂x
dm = −D( ∂C )
Adt
∂x
在稳定扩散的条件下，单位时间内通过垂直于扩散方向的单 位面积的扩散通量与该截面处的浓度梯度成正比。
J = −D dC dx
扩散通量? 浓度梯度? 扩散系数?
单位：扩散通量，J，atoms/(m2·s)或kg/(m2·s) 扩散系数，D，m2/s；
1）稳定扩散 J=常数,与位置无关 2）不稳定扩散 J ≠常数,与位置有关
C = f (t, x)
∂C = 0 ∂t
∂C ≠ 0 ∂t
二、 菲克第一定律
1855 年，菲克（Fick）参照了傅里叶（Fourier）于
1822年建立的导热方程，获得了描述物质从高浓度区向低 浓度区迁移的定量公式。
假设有一单相固溶体，横截面积为A，浓度C不均匀， 在dt时间内，沿x正方向通过截面所迁移的物质的量与 该处的浓度梯度成正比：
活化能最小
从能量、几何上分析这扩散四种方式的可能性
结论： 在以上各种扩散方式中， 1.易位扩散所需的活化能最大。 2.环形扩散所需的活化能最小，数学上几率为0 。 2. 间隙位置和空位处势能较高，故空位扩散所需活 化能最小，间隙扩散次之。
空位扩散和间隙扩散是晶体中扩散的主要机制
知识点100. 菲克第一定律
扩散推动力
浓度梯度
扩散方向和浓度梯度是一致的吗？
例如：固溶体中的偏聚，玻璃分相，晶界的内吸附
扩散动力是系统的化学位梯度
知识点098. 扩散的分类
一、从不同的角度对扩散进行分类 （1）按扩散系统分：
多组分系统中两种以上物质相互的 空间扩散叫互扩散；纯材料中的扩散叫自 扩散；
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（2） 按扩散方向分： 由高浓度区向低浓度区的扩散叫顺
扩散，又称下坡扩散; 由低浓度区向高浓 度区的扩散叫逆扩散，又称上坡扩散。
（3） 按原子的扩散部位分： 在晶粒内部进行的扩散称为体扩散；在表面进行
的扩散称为表面扩散；沿晶界进行的扩散称为晶界扩 散。表面扩散和晶界扩散的扩散速度比体扩散要快得 多，一般称前两种情况为短路扩散。此外还有沿位错 线的扩散，沿层错面的扩散等。
•扩散的最简单形式是原子由一个位置到另一个位置 的随机跳动。因此高温下、开放性不太密排的结构中 扩散速率更大。
三、扩散的推动力
当不存在外场时，晶体中粒子的迁移完全是由于热 振动引起的。只有在外场作用下，这种粒子的迁移才能 形成定向的扩散流。形成定向扩散流必需要有推动力， 这种推动力通常是由浓度梯度提供的。
晶体中质点迁移主要方式(四种)
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从能量、几何上分析这扩散四种方式的可能性 活化能最小，几率为0.
从能量、几何上分析这扩散四种方式的可能性
易位扩散
活化能最大
从能量、几何上分析这扩散四种方式的可能性
间隙扩散
空位扩散
活化能比空位扩散大
一、扩散的含义
扩散的例子： （1）打开香水盖子，短时间内空气中可以闻到香味 （2）墨水在静止水中的移动，遍及整个水中 （3）碳原子放在热铁表面，碳会渗入铁内（渗碳）
•扩散发生在气液固各态物质中，但气液中物质的 扩散常被其自然对流所掩盖。很大程度上香水分子 是靠对流输运的。
扩散的定义： （1）原子或分子移动的机制 （2）是涉及一种原子移动到另一种原子中去的物质输 运过程 （3）物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到 均匀分布的现象。
1、一维菲克第二定律推导
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