从结合键的角度分析工程材料分类及特点
材料科学与工程基本概念及其应掌握的内容 (1)
基本概念再结晶退火、再结晶、动态再结晶、二次再结晶、晶体、点阵、空间点阵、点阵畸变、晶胞、晶族、同质多晶、同质异构体、晶粒生长、一级相变、二级相变、珠光体相变、相图中的自由度、相平衡、连线规则、共晶转变、中间相、伪共析转变、共析转变、包晶转变、离异共晶、晶界偏聚、金属键、共价键、离子键、配位数、费米能级、能带、储存能、形变组织、临界变形量、形变织构、网络形成体、网路变性体、尖晶石结构、反尖晶石结构、线缺陷、组分缺陷、福伦克尔（Frenker）缺陷、肖特基缺陷、位错、位错滑移、交滑移、螺位错、全位错、弗兰克尔空位、非化学计量结构缺陷、孪生、空间群、点群、电子化合物、稳态扩散、上坡扩散、反应扩散、弛豫、时效、均相成核、异相成核、固溶体、索氏体、珠光体、配位多面体、高分子的数均相对分子质量（Mn）、高分子链的构型、间同立构、平衡分凝系数、热力学势函数、活性氧、调幅分解、金属玻璃、金属间化合物、润湿、.独立组分、烧结填空题1. 材料的组织结构包括：、、和。
2. 在描述原子中电子的空间位置和能量的4个量子数中，其中决定体系角动量和电子几率分布的空间对称性的是第量子数。
3. 派生键合包括和4. 组合成分子轨道的条件是、、和。
5. 晶体结构= +。
6. 晶胞的基本要素：和。
7. 固体的表面特性包括、和。
8. 最紧密堆积的晶体结构有两种：一种是，每个晶胞中有个原子；另外一种是，每个晶胞中有个原子。
9. 金刚石结构中，C是链连接，配位数为。
10. 固态相变的驱动力是，阻力是和。
11. 金属材料常用的强化手段有、、和。
12. 在离子晶体结构中，正离子构成，正负离子间的距离取决于，配位数取决于正负离子的。
13. 高分子链中由于而产生的分子在空间的不同形态称为构象，高分子能够改变构象的性质称为。
14. 形成置换固溶体的影响因素有、、和。
15. 马氏体相变的两个基本特点是和。
16. 多晶体材料塑性变形至少需要独立滑移系开动。
北京科技大学《材料科学基础》考研真题强化教程
考点1：金属键，离子键，共价键，氢键，范德瓦耳斯力的定义。
例1（名词解释）：离子键。
例2：解释金属键。
例3：大多数实际材料键合的特点是（）。
A．几种键合形式同时存在B．以离子键的形式存在C．以金属键的形式存在考点2：金属键，离子键，共价键的特征。
例4：化学键中既有方向性又有饱和性的为（）。
A．共价键B．金属键C．离子键例5：原子的结合键有哪几种？各有什么特点？考点3：依据结合键对于材料的分类。
例6：解释高分子材料与陶瓷材料。
例7：试从结合键的角度，分析工程材料的分类及其特点。
例8：何谓陶瓷？从组织结构的角度解释其主要性能特点。
考点1：以米勒指数描述晶向和晶面1.1 晶面族例1：什么是晶面族？{111}晶面族包含哪些晶面？例2：请分别写出立方晶系中{110}和{100}晶面族包括的晶面。
1.2 晶面夹角和晶面间距例：面心立方结构金属的[100]和[111]晶向间的夹角是多少？{100}面间距是多少？1.3 晶带定理例1（名词解释）：晶带定理。
例4：晶面（110）和(111)所在的晶带，其晶带轴的指数为（）。
1.4 HCP的米勒指数例1：写出如图所示六方晶胞中EFGHIJE面的密勒-布拉菲晶面指数，以及EF、FG、GH、HI、IJ、JE各晶向的密勒-布拉菲晶向指数。
例2：写出如图所示六方晶胞中EFGHIJE晶面、EF晶向、FG晶向、CH晶向、JE晶向的密勒-布拉菲指数。
例3：六方晶系的[100]晶向指数，若改用四坐标轴的密勒指数标定，可表示为（）。
1.5 画晶向和晶面，面密度的求法例2：bcc结构的金属铁，其（112）晶面的原子面密度为9.94×1014atoms/cm3。
（1）请计算（110）晶面的原子面密度；（2）分别计算（112）和（110）晶面的晶面间距；（3）确定通常在那个晶面上最可能产生晶面滑移？为什么？（bcc结构铁的晶格常数为a=0.2866nm）1.6 晶向指数的意义例：一组数[uvw]，称为晶向指数，它是用来表示（）。
西北工业大学材料科学基础04-12年真题答案剖析
2004年西北工业大学硕士研究生入学试题 参考答案一、简答题：（共40分，每小题8分）1、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？答：相同点：小原子溶入。
不同点：间隙固溶体保持溶剂（大原子）点阵；间隙相、间隙化合物改变了大原子点阵，形成新点阵。
间隙相结构简单；间隙化合物结构复杂。
2、请简述影响扩散的主要因素有哪些。
答：影响扩散的主要因素：（1）温度；（2）晶体结构与类型；（3）晶体缺陷；（4）化学成分。
3、临界晶核的物理意义是什么？形成临界晶核的充分条件是什么？答：临界晶核的物理意义：可以自发长大的最小晶胚（或，半径等于rk 的晶核） 形成临界晶核的充分条件：（1）形成r ≥rk 的晶胚；（2）获得A ≥A*（临界形核功）的形核功。
4、有哪些因素影响形成非晶态金属？为什么？答：液态金属的粘度：粘度越大原子扩散越困难，易于保留液态金属结构。
冷却速度；冷却速度越快，原子重新排列时间越断，越容易保留液态金属结构。
5、合金强化途径有哪些？各有什么特点？答：细晶强化、固溶强化、复相强化、弥散强化（时效强化）加工硬化。
二、计算、作图题：（共60分，每小题12分）1、求]111[和]120[两晶向所决定的晶面，并绘图表示出来。
答：设所求的晶面指数为（h k l ） 则)112(0211:2111:1011::=----=l k h2、氧化镁（MgO ）具有NaCl 型结构，即具有O2-离子的面心立方结构。
问：（1）若其离子半径+2Mg r =0.066nm ，-2O r ＝0.140nm ，则其原子堆积密度为多少？ （2）如果+2Mg r /-2O r ＝0.41，则原子堆积密度是否改变？答：（1）点阵常数nm r r a O Mg 412.0)(222=+=-+堆积密度73.04)(43322=⨯+=-+a r r P O Mg f π（2）堆积密度会改变，因为Pf 与两异号离子半径的比值有关。
3、已知液态纯镍在 1.013×105 Pa （1大气压），过冷度为319 K 时发生均匀形核，设临界晶核半径为1nm ，纯镍熔点为1726 K ，熔化热ΔHm＝18075J/mol ，摩尔体积Vs ＝6.6cm3/mol ，试计算纯镍的液－固界面能和临界形核功。
西安交大复试机械工程材料
沈莲主编《机械工程材料》（第2版）习题与思考题第一章 机械零件的失效分析1. 何谓失效？零件失效方式有哪些？2. 静载性能指标有哪些？并说明它们各自的含义。
3. 过量弹性变形、过量塑性变形而失效的原因是什么？如何预防？4. 何谓韧性断裂和脆性断裂的因素的哪些？5. 何谓冲击韧性？如何根据冲击韧性来判断材料的低温脆性倾向？6. 何谓断裂韧性？如何根据材料的断裂韧度KIC、零件的工作应力σ和零件中裂纹半长度a 来判断零件是否会发生低应力脆断？7. 压力容器钢的1000s MPa s =，1/2170IC K MPa m =；铝合金的400s MPa s =，1/225IC K MPa m =。
试问这两种材料制作压力容器时发生低应力脆断时裂纹的临界尺寸各是多少（设裂纹的几何形状因子Y =8. 说明典型疲劳断口的特征。
如何根据疲劳断口形态大致判断：1）循环应力大小；2）应力特循环周次多少；3）应力集中程度大小。
9. 疲劳抗力指标有哪些？影响疲劳抗力的因素有哪些？10.磨损失效类型有几种？如何防止零件的各类磨损失效？11.腐蚀失效类型有几种？如何防止零件的各类磨损失效？12.何谓蠕变极限和持久强度？零件在高温下的失效形式有哪些？如何防止？13.有一根轴向尺寸很大的轴，在500℃温度下工作，承受交变扭转载荷和交变弯曲载荷，轴颈处承受摩擦力和接触应力，试分析此轴的失效形式可能有哪几种？设计时需要考核哪几个力学性能指标？第二章 碳钢1. 何谓过冷度?为什么结晶需要过冷度?它对结晶后晶粒大小有何影响?2. 何谓晶体、单晶体、多晶体、晶体结构、点阵、晶格、晶胞?3. 金属中常见的晶体结构类型有哪几种?α-Fe、γ-Fe、A1、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn 各属何种晶体结构?4. 何谓同素异构转变?纯铁在常压下有哪几种同素异构体?各具有何种晶体结构?5. 实际晶体中的晶体缺陷有哪几种类型?它们对晶体的性能有何影响?6. 固溶体和化合物有何区别?固溶体类型有哪几种? Si、N、Cr、Mn、Ni、B、V、Ti、W 与铁和碳形成何种固溶体或化合物?7. 何谓匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、固溶体的二次析出转变?根据Fe-Fe 3C 相图写出它们的转变反应式，并说明转变产物的名称、形态及对铁碳合金力学性能的影响。
工程材料绪论全解PPT课件
石器
陶器
瓷器 4
我国青铜的冶炼在夏朝(公元前2140年始)以前就开始了，到殷、西周时期已发展到很高的水 平。青铜主要用于制造各种工具、食器、兵器。从河南安阳晚商遗址出土的司母戊鼎重达8750 N, 外型尺寸为1.33 m×0.78 m×1.10 m, 是迄今世界上最古老的大型青铜器。从湖北隋县出土的战 国青铜编钟是我国古代文化艺术高度发达的见证。
1、离子键 当周期表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素原子接触时，前者失去最外层价电子变
成带正电荷的正离子，后者获得电子变成带负电荷的满壳层负离子。正离子和负离子由静电引力 相互吸引；同时当它们十分接近时发生排斥，引力和斥力相等即形成稳定的离子键。NaCl、CaO 、Al2O3等由离子键组成。
离子键的结合力很大，因此离子晶体的硬度高，强度大，热膨胀系统小，但脆性大。离子键 中很难产生可以自由运动的电子，所以离子晶体都是良好的绝缘体。在离子键结合中，由于离子 的外层电子比较牢固地被束缚，可见光的能量一般不足以使其受激发，因而不吸收可见光，所以
工程材料课程介绍
工程材料课程是高等院校机械类专业的一门十分重要的技术基础课。课程的任务是从机械工 程的应用角度出发，阐明机械工程材料的基本理论，了解材料的成分、加工工艺、组织、结构与 性能之间的关系；介绍常用机械工程材料及其应用等基本知识。
本课程的目的是使学生通过学习，在掌握机械工程材料的基本理论及基本知识的基础上，具 备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及制订零件工艺路线的初步能力 。
近年来超导材料、磁性材料、形状记忆材料、信息材料等各种功能材料有很大的发展。 我国在新材料新工艺的研究和应用方面取得重大成果。 ➢ 研制成功性能优越、用途广泛的新型结构钢—贝氏体钢； ➢ 研制出零电阻温度为128.7 K的Tl-Ca-Ba-Cu-O超导体(铊系超导体)； ➢ 镁铝合金的开发和应用研究取得重大成果。 ➢ 材料快速成型技术和材料表面处理技术在我国得到迅速发展。
金属学原理3答案
一、简答题1. 试从结合键的角度，分析工程材料的分类及其特点。
答：金属材料：主要以金属键为主，大多数金属强度和硬度较高，塑性较好。
陶瓷材料：以共价键和离子键为主，硬、脆，不易变形，熔点高。
高分子材料：分子内部以共价键为主，分子间为分子键和氢键为主。
复合材料：是以上三中基本材料的人工复合物，结合键种类繁多。
性能差异很大。
2. 位错密度有哪几种表征方式？答：有两种方式：体密度，即单位体积内的位错线长度；面密度，即垂直穿过单位面积的位错线根数。
3. 陶瓷晶体相可分为哪两大类？有何共同特点？答：氧化物陶瓷和硅酸盐陶瓷。
特点：1. 结合键主要是离子键，含有一定比例的共价键；2. 有确定的成分，可以用准确的分子式表达； 3. 具有典型的非金属性质。
4. 冷轧纯铜板，如果要求保持较高强度，应进行何种热处理？若需要继续冷轧变薄时，又应进行何种热处理？答：保持较高强度则应进行低温退火，使其只发生回复，去除残余应力；要继续冷变形则应进行高温退火，使其发生再结晶，以软化组织。
5. 扩散激活能的物理意义为何？试比较置换扩散和间隙扩散的激活能的大小。
答：扩散激活能的物理意义是原子跃迁过程中必须克服周围原子对其的阻碍，即必须克服势垒。
相比而言，间隙扩散的激活能较小。
二、综合分析题1. 试从晶界的结构特征和能量特征分析晶界的特点。
答：晶界结构特征：原子排列比较混乱，含有大量缺陷。
晶界能量特征：原子的能量较晶粒内部高，活动能量强。
晶界特征：•晶界——畸变——晶界能——向低能量状态转化——晶粒长大、晶界变直——晶界面积减小•阻碍位错运动——σ b ↑ ——细晶强化•位错、空位等缺陷多——晶界扩散速度高•晶界能量高、结构复杂——容易满足固态相变的条件——固态相变首先发生地•化学稳定性差——晶界容易受腐蚀•微量元素、杂质富集2. 试分析冷塑性变形对合金组织结构、力学性能、物理化学性能、体系能量的影响。
答：•组织结构：（1 ）形成纤维组织：晶粒沿变形方向被拉长；（2 ）形成位错胞；（3 ）晶粒转动形成变形织构。
昆明理工大学硕士研究生入学考试-材料科学基础历年考试真题和考试大纲
昆明理工大学硕士研究生入学考试《材料科学基础》考试大纲适用专业：080501 材料物理与化学、080502 材料学、080503 材料加工工程、085204 材料工程第一部分考试形式和试卷结构一、试卷满分及考试时间试卷满分为150分，考试时间为180分钟。
二、答题方式答题方式为闭卷、笔试。
三、试卷内容结构1、晶体学基础、固体材料的结构约20分2、晶体的缺陷约30分3、相图、凝固与结晶约40分4、固体中的扩散、化学反应与烧结约20分5、晶体的范性形变、回复与再结晶约20分6、固态相变约20分四、试卷的题型结构概念题15-30％简答题30-45％计算、画图分析题30-45%综合分析题30-45％第二部分考察的知识及范围一、晶体学基础晶体学的基本概念；晶面指数和晶向指数的标定；常见晶体结构及其几何特征；晶体的堆垛方式。
二、固体材料的结构原子结构、结合键；晶体的电子结构；元素的晶体结构和性质；合金相结构及影响因素；固溶体；离子化合物；金属间化合物；间隙化合物。
三、晶体的范性形变单晶体范性变形的基本方式和特点；滑移系统和临界分切应力定律（Schmid定律）；滑移和孪生的比较；多晶体范性变形（塑性变形）的特点；冷加工对金属组织和性能的影响；晶体的断裂。
四、晶体的缺陷1、晶体缺陷的分类及概念。
2、点缺陷：基本类型；点缺陷的平衡浓度；过饱和点缺陷的形成。
3、线缺陷－位错：基本类型；刃型位错和螺型位错的特征；柏氏矢量；位错的运动；位错密度；位错的弹性能和线张力；作用于位错上的力；位错与位错间的交互作用；位错与点缺陷之间的交互作用；派－纳力；位错的增殖；位错的塞积；位错的交割；面心立方晶体中的位错；位错反应；位错理论的应用。
4、面缺陷－界面：界面类型和结构；小角度晶界类型及其结构；晶界特性。
五、相图相图的基本规律、分析方法与应用；分析各种类型的二元相图及其晶体的结晶过程和组织；掌握Fe-Fe3C相图。
六、固体中的扩散、化学反应与烧结扩散定义及分类；扩散定律及其应用；扩散的微观理论和机制；扩散系数和扩散激活能的计算；影响扩散的因素；反应扩散；固相化学反应、烧结基本理论。
湖南大学材料考研知识删减版
材料科学基础知识点总结绪论：材料概述及分类合金：有两种或者两种以上的金属或者金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。
固溶体：以合金中某一组元作为溶剂，在其晶体点阵中融入其它组元原子，所形成的与溶剂有相同晶体结构、晶格常数稍有变化的固态溶体。
置换固溶体：当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固溶体称为置换固溶体。
间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体。
金属间化合物：金属和金属之间，类金属和金属原子之间以共价键形式结合生成的化合物总称为金属间化合物，由于金属间化合物在合金相图中处于相图的中间位置，故也称为中间相。
形成无限固溶体的条件是（即休姆-罗瑟里规则）：①溶质和溶剂的尺寸差别必须不大于15%，即r1-r2/r1≤15%。
②两类原子的电负性必须相近。
③两类原子的价必须相似。
④两个组分必须具有完全相同的晶体结构类型。
热塑性聚合物：具有线性和支化高分子链结构，在共价键聚合链间具有二次键，加热后会变软，可反复加热和再成形，例如，PE。
热固性聚合物：具有三维共价键网结构，不溶于任何溶剂，也不能熔融，加热时维持原有形状并降解——烧焦或燃烧，一旦定型后不能再改变形状，无法再生，例如，橡胶。
相关真题：2009年论述题5.试从结合键的角度分析工程材料的分类及特点。
(15分)答：金属材料：简单金属（指元素周期表上的主族元素）的结合键完全为金属键，过渡族金属的结合键为金属键和共价键的混合，但以金属键为主；特点：大多数金属强度和硬度较高，塑性较好。
陶瓷材料：是由一种或者多种金属同一种非金属（通常为氧）相结合的化合物，其主要结合方式为离子键，也有一定成分的共价键，特点：硬、脆，不易变形，熔点高。
高分子材料：大分子内的原子之间的结合方式为共价键，而大分子与大分之间的结合键为范德瓦尔键和氢键。
特点：有很高的分子量,质轻,密度小,有优良的力学性能、绝缘性能和隔热性能。
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从结合键的角度分析工程材料分类及特点工程材料是指用于建筑、道路、桥梁、机械设备等工程施工中所使用
的各种材料。
从结合键的角度分析工程材料的分类及特点可以有助于我们
更好地了解和选择合适的材料。
结合键是指构成物质的原子之间的相互作用力。
根据结合键的类型，
工程材料可以分为以下几类：
1.离子键材料：离子键是由正负电荷的离子之间的静电力相互吸引而
形成的结合力。
这类材料主要有金属与非金属的化合物，如氯化钠、氧化
镁等。
离子键材料具有硬度高、熔点高、导电性好等特点，一般具备较好
的耐热性和耐腐蚀性。
2.共价键材料：共价键是由原子间的电子云重叠而形成的结合力。
这
类材料主要包括纯金属、合金及一些陶瓷材料，如铁、铜、氧化铝等。
共
价键材料的特点是导电性好、延展性、强度高，但一般耐热性较差。
3.金属键材料：金属键是由金属离子之间及金属离子与自由电子间的
电磁力所形成的结合力。
这类材料主要为金属元素及其合金，如铝、铜合
金等。
金属键材料具有导电性好、延展性、塑性、可锻性等特点，但强度
一般较低。
4.杂化键材料：杂化键是由共价键和离子键的特点共同构成的结合力。
这类材料中，金属与非金属之间的化合物居多，如氢氧化钙、氯化钙等。
杂化键材料的特点是硬度高、导电性好，但耐热性和机械性能一般较差。
除了以上几类按结合键类型分类的工程材料，还可以根据其用途和性
质进一步分为：
1.结构材料：主要承受建筑物、桥梁等工程的整体荷载，如钢、混凝土等。
其特点是强度高、稳定性好、耐久性强。
2.功能材料：用于实现特定功能或满足特定需求，如绝缘材料、隔热材料、防水材料等。
其特点是具备特殊的物理、化学性能以及良好的工程性能。
3.装饰材料：用于增加建筑物的美观性、舒适性，如瓷砖、玻璃、涂料等。
其特点是颜色多样、表面光洁、易清洁。
总之，从结合键的角度分析工程材料的分类及特点有助于我们理解材料的性质和应用范围，从而更好地选择和使用合适的材料。
不同类型和用途的工程材料具备不同的特点和适应性，我们需要在工程设计中根据具体的要求和条件来选择合适的材料，以保证工程的质量和寿命。