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构；

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（001）（010）（100）等晶面；

4、（100），（210），（110），（2ī0）等构成以[001]为晶带轴的晶带；

（01ī），（0ī1），（10ī），（1ī0）等构成以[111] 为晶带轴的晶带； 5、晶体宏观对称元素只有 1，2，3，4，6，1，m ，4 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

8、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酸根四面体；

11、SiO2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、环状结构单元以及链状结构单元、层状结构单元；

13、离子晶体中决定正负离子堆积方式的两因数是：电荷大小，满足电中性；正负离子的相对大小；

14、陶瓷材料的组成相有玻璃相、气相和结晶相

15、上图为离子晶体中稳定和不稳定的配位图形，图为不稳定配位图形

第三章高分子材料的结构

1. 1. 按照聚合物热行为可将聚合物分为_热固性塑料_和______热塑性塑料____两类。

2. 写出下列聚合物的结构单元：聚乙烯__–CH2CH2-______、聚氯乙烯___-CH2CHCl- ___、聚苯乙烯__________、尼龙-6 ____-HN(CH)5CO-_____。

3. 加聚反应是指由___由一种或多种单体相互加成____而连接成聚合物的反应。

4. 高分子材料的结构主要包括两个微观层次即_高分子链结构___结构和___高分子聚集态结构___结构。

5. 高分子主链中含有氧原子能提高高分子的___弹性_____;磷和氯原子能提高___耐热性__;氟原子能提高__化学稳定性。

6. 从分子链结构看，聚氯乙烯的链柔顺性比聚丙烯的链柔顺性_差___，比聚丙烯腈的链柔顺性____好_____，

这是因为___分子链上取代基极性不同____而造成的。

7. 一般缩聚物的高分子主链上不存在不对称的碳原子，因此主链结构比较规整，结晶度_高__。8．ABS树脂是由__苯乙烯__、__丁二烯____和____丙烯腈____三者共聚而得。

9. 一些高分子材料在Tg温度附近冷拉，可以使其强度和弹性模量__提高___。

第四章晶体缺陷

1.晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷；

2.肖脱基缺陷是离位原子进入其它空位或迁移至晶界或表面形成的点缺陷

3.弗兰克尔缺陷是离位原子进入晶体间隙形成的点缺陷

4.位错可分为刃位错、螺位错和混合型位错;

5.具有环形位错线的位错不可能是纯螺位错

6.当点缺陷浓度达到平衡值时，晶体自由能最低

7.根据螺旋面前进的方向与螺旋面旋转方向的关系可分为左、右螺型位错

8.位错在晶体中运动有两种方式——滑移和攀移；

9.不论是刃或螺型位错，使位错滑移的切应力方向和柏氏矢量b都是一致的；

10.滑移面两侧晶体的相对位移是与柏氏矢量b相一致的。

11.刃型位错的位错线t⊥b，滑移面是唯一的，位错只能在确定的面上滑移

12.螺位错的位错线t∥b，任何通过位错线的晶面都满足滑移面的条件，可以有多个滑移面。

13.攀移正是通过原子的扩散而实现的，攀移需要正应力，滑移需要切应力；

14.表面张力在数值上等于表面能

15.两根同号螺位错互相排斥, 随距离增加而逐渐减小；

16.两根异号螺型位错之间相互吸引，直至异号位错互毁，此时位错的应变能也就完全消失；

17.晶体中还可能形成一些柏氏矢量小于点阵矢量的位错，即柏氏矢量不是从一个原子到另一个原子位

置，而是从原子位置到结点之间的某一位置，这类位错称为分位错或不全位错。

18. 对于小角度晶界，晶界能随位向差的增大而提高；

19. 晶体表面结构的主要特点是存在着不饱和键力及范德瓦耳斯力；

20. 自然界的有些矿物或人工结晶的盐类等常具有规则的几何外形，表面常由最密排面及次密排面组成，

这是一种低能的几何形态；

21. 物理吸附是由范德华耳斯力作用而相互吸引的

22. 化学吸附来源于剩余的不饱和键力，吸附时表面与被吸附分子间发生了电子交换，电子或多或少地被

两者所共有，其实质上是形成了化合物，即发生了强键结合。

23. 化学吸附的特点是吸附有选择性、单层吸附，并且化学吸附的吸附热与化学反应热接近，明显大于物

理吸附热。

24. 晶体材料的界面能会促使显微组织发生变化，尺寸较小的晶粒一定具有较少的边界数，边界向外弯曲；

尺寸较大的晶粒边数大于6，晶界向内弯曲 ；只有6条边的晶粒晶界才是直线 。

25. 只有刃型位错才能发生攀移；

26. 螺位错是不能攀移的

第五章 材料的相结构及相图

1. 合金相可分为价化合物、电子相和尺寸因数化合物三个主要类型

2. 合金相可分为一次固溶体和中间相两大类

3. 若A 、B 组元能形成连续固溶体则A 、B 结构必然相同；

4. 拉弗斯相是借大小原子排列的配合而实现的密排结构，它有3种典型组成结构：

222,,MgCu MgZn MgNi

5. 相律是表示材料系统相平衡的热力学表达式，具体表示系统自由度、组元数和相数之间的关系；

6.相组成包括相的数目、成分及相对含量；

7.相律是表示材料系统相平衡的热力学表达式，具体表示系统自由度、组元数和相数之间的关系。

8.间隙固溶体只能形成有限固溶体

9.匀晶相图中两组元在液态、固态都无限互溶；

10.固溶体凝固时，实际冷却在短时间内完成，固相来不及扩散，溶液只在固相表面建立平衡；

11.液相线与固相线间的水平距离和垂直距离越大，则固溶体的枝晶偏析越大，合金的流动性越差；

12.钢的共同点是在高温下都可以进入奥氏体单相区，铸铁的共同点是都含有共晶体。

13.珠光体较铁素体强度高，是因为细片状渗碳体分布在铁素体基体上，起了强化作用。

14.相平衡时，各组元在各相的化学位相等。

第六章材料凝固与气相沉积

1.形核的必要条件有结构起伏、能量起伏、过冷度；

2.凝固时在形核阶段，只有核胚半径等于或大于临界尺寸时才能成为结晶的核心。当形成的核胚其半径

等于临界尺寸时，体系的自由能变化大于零。

3.过冷就是凝固的热力学条件；

4.形核的充分条件是结构起伏、能量起伏、过冷度。

5.过冷是凝固的热力学条件，在过冷的液相中是否有足够数量的晶胚达到临界尺寸，使凝固过程能以有

用的速率进行是凝固过程的动力学条件；

6.晶体生长所需动态过冷度远小于形核临界过冷度；

7.晶体长大过程中，要使液固界面稳定迁移，就必须使界面能量始终保持最低状态，实验表明只有两种

界面：光滑界面和粗糙界面; )

8.在液-固界面为正的温度梯度下，晶体生长按连续生长机制，呈平面式向液相中推进；在负的温度梯

度下，晶体则呈树枝状向液体中生长；

9.在负的温度梯度下，晶体则呈树枝状向液体中生长

10.铸锭凝固时如大部分结晶潜热可通过液相散失时，则固态显微组织主要为树枝晶。

11.典型的铸锭的组织包含细等轴晶区，柱状晶区，等轴晶区等3个区域；

12.熔化焊时熔池各处凝固速度不同，柱状晶生长方向沿最大温度梯度方向；

13.单晶体的凝固结晶学条件：只有一个晶核；动力学条件：1、液相温度稍高于熔点；2、液相界面温

度稍低于固相熔点;

14.决定液体冷却时是否能结晶或形成玻璃的因数有冷速以及结构基元复杂与否等；

15.长链高分子的结晶在结构上有以下两个困难：(1)结构基元复杂；(2)已有链段的重排，只能通过所有

各链段的缓慢扩散来完成。

第七章扩散与固态相变

1.菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随时间变化。

2.固体中的扩散机制有空位机制和间隙机制

3.在柯肯达尔效应中，标记漂移主要原因是扩散偶中两组元的扩散速率不同。

4.若A和A-B合金焊接后发生克根达尔效应，测得界面向A试样方向移动，则A组元扩散速率大于B组元；

5.金属自扩散激活能应等于空位形成能和迁移激活能的总和；

6.影响扩散系数的因数有多种，其中溶质原子的熔点越高，其在固溶体中的扩散系数越小；

7.在912℃时γ铁的自扩散系数小于α铁的自扩散系数

8.在同一种晶体的体积扩散系数、晶界扩散系数和表面扩散系数中，体积扩散系数最小，表面扩散系数

最大；

9.固态金属中，原子扩散的驱动力是；

10.上坡扩散产生的主要原因是存在有化学位梯度或应力场

11.上坡扩散时，原子扩散的驱动力是组元的化学势梯度

12.钢加热时，碳化物溶入奥氏体的过程是下坡扩散；而冷却时，碳化物析出的过程是上坡扩散。

13.固态相变中形成的新相与母相的相界面包括共格、半共格和非共格界面；

14.界面能一般可分为两部分：一部分是化学键能；另一部分是原子离开平衡位置引起的应变能。

15.界面能包含化学键能和应变能；

16.在共格界面周围，点阵产生畸变，界面能中以应变能为主。

17.在部分共格界面上，共格区的界面能以应变能为主；而非共格区的位错处，界面能以化学键能为主。

18.固态相变均匀形核时体积应变能和界面能的共同作用决定了新相的形状；

19.固相共格形核时，当体积一定，新相为球状时，体积应变能最高，盘状最低，针状居中；

20.固态相变的晶体成长机制包括扩散控制长大和界面控制长大

21.固态相变按是否发生扩散来分类可分为扩散型相变与非扩散型相变；

22.调幅分解在形核时不需克服能垒，长大时却需要克服界面能和应变能

23.调幅分解能否发生，必须取决于两个条件：1)合金成分必须在拐点范围之内；2)相变驱动力必须大于

梯度能和应变能；

24.相变时形状的变化有两个分量——切变分量和膨胀分量，马氏体转变必须有切变参与；

25.相变过程决定于以下两个条件：①、热力学条件：决定相变是否可能发生；

②、动力学条件：决定相变速率

第八章材料的变形与断裂

1.材料的强度就是指对变形与断裂的抗力

2.弹性形变是卸载后完全消失的形变，塑性形变是卸载后不能消失而残留下来的形变；

3.金属材料的应力-应变图，除了像铸铁淬火高碳钢等少数脆性材料外，都有弹性变形、塑性变形和最

后断裂三个阶段；

4.从拉伸试验可以获得弹性模量、规定非比例伸长应力、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率等以下几

项力学性能；

5.金属弹性变形的主要特点是变形是可逆的，去除外力后变形消失；应力与应变呈线性关系。

6.金属在常温下的变形以滑移、孪生为基本方式;

<>。

7.面心立方晶体中的滑移系是{111}110

8.滑移时一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合称为滑移系。

9.金属形变时，滑移是一种不均匀切变，孪生是一种均匀切变。

10.滑移面两侧晶体位向不变，孪生面两边晶体位向不同

11.面心立方晶体的孪晶面是（lll）。

12.FCC、BCC、HCP三种晶体结构中，塑性变形时最容易生成孪晶的是HCP ；

13.图中为单滑移、为多滑移、为交滑移

14.晶粒越细，强度越高，塑、韧性越高

15.固溶强化时，溶质原子含量越多，强化效果越好；溶剂与溶质原子半径差越大，强化效果越好；

16.固溶强化时，溶剂与溶质原子价电子数差越大，强化效果越好；

17.固溶强化时，间隙式溶质原子的强化效果高于置换式溶质原子。

18.变形强化与其他强化方法相比，虽然能最有效地提高强度，但塑性和韧性也降低得最多

19.强化金属材料的各种手段的出发点都在于制造无缺陷的晶体或使位错运动的受到阻碍；

20.多晶体变形特点：第一是变形的传递，第二是变形的协调。

21.通过加工硬化或变形强化金属，经变形后，其流变应力随变形程度的增加而增加；

22.形变织构是多晶体材料由塑性变形导致的各晶粒呈择优取向的组织。

23.随着变形程度的增加，变形的抗力也增加，要继续变形，必须增加外力，这种现象叫做加工硬化；

24.金属冷变形时形成形变织构主要有丝织构和板织构；

25.金属的断裂一般可分为脆断与韧断

26.韧性是材料在断裂以前能够吸收的能量大小的量度。

27.金属脆断过程就是裂纹的形成及扩展过程;

28.冷变形金属在加热过程小要经历回复、再结晶、晶粒长大三个主要阶段；

29.形变后的材料再升温时发生回复和再结晶现象，则点缺陷浓度下降明显发生在回复阶段；

30.再结晶的驱动力是冷变形所产生储能的释放。

31.影响金属及合金再结晶过程的重要因素有原始变形量、温度、时间、原始晶粒尺寸、金属或合金的成

分；

32.再结晶的驱动力是储存能，再结晶完成后的晶粒长大的驱动力是总界面能的减少。

33.冷变形金属的再结晶虽然是形核与长大过程，但这个过程中，金属的化学成分与晶体结构不

会改变

34.再结晶后晶粒长大方式包括正常长大和异常长大（二次再结晶）

35.金属在再结晶温度以上的加工变形叫做热变形

36.超塑性变形的本质，多数的观点是认为由晶界的滑动与晶粒的转动所致。

37.超塑性变形时没有晶粒的伸长变形，细晶粒和高温是实现这一变形的必要条件。

38、疲劳破坏过程就是裂纹的形成及扩展过程;

39、S-N曲线用于测定材料的疲劳寿命

第九章固体材料的电子结构与物理性能

1、金属能带结构包括价带不满、导带与价带间存在交叠两种情况，或者兼而有之。

2、结缘体作为材料使用可分为绝缘材料和介电材料．

3、属于介电性的有电致伸缩性、压电性和铁电性

4、介电损耗的大小不仅与介电材料有关，还与电场频率有关

5、分子极化包括电子极化、原子（离子）极化和取向极化

6、磁性材料可分为软磁材料和硬磁材料;

7、决定是否铁磁性的2个因数;

1. 原子是否有本征磁矩；

2.原子在晶格中的排列方式

8、金属价带与导带是重叠的，它们之间没有能隙，因此，吸收入射光子，不透明；

9、激发源去除后，发光时间短于10-8s称为荧光，时间更长些则为磷光；