赵品《材料科学基础教程》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解 第13章 复合材料 【圣才出品
材料科学基础考研真题(附答案)
硕士研究生入学考试试题考试科目代码及名称：959 材料科学基础考试时限：3小时 总分：150分一、名词解释 （10×3=30分）加工硬化 沉淀强化 交滑移 上坡扩散 调幅分解 金属化合物 临界分切应力 珠光体 Orowan 机制 等强温度二、解答题（6×10=60分）1、判断下列位错反应能否进行：（1）]110[2]101[2]100[a a a +→；(2)]111[2]111[6]112[3a a a →+ 2、请指明下列五种结构分别属于什么布拉菲点阵。
注：a=b=c,α=β=γ=90°。
图省3、冷变形金属在回复和再结晶过程中，组织和性能分别有什么变化？4、试分别给出FCC,BCC 及HOP 的主要滑移系。
5、试分析液态金属凝固过程中形成中心等轴晶区的条件是什么？6、为什么空位是热力学稳定缺陷，而位错是非热力学稳定缺陷。
三、问答题(3×20=60分)1、绘出Fe-Fe 3C 相图，标出其中的关键成分和关键温度，并且回答：（1）分析碳含量对Fe-C 合金室温组织和力学性能的影响。
（2）分析45钢的拉伸变形过程可分为哪几个阶段及其相应的特征和机理。
2、试解释为什么材料的理论强度远高于其实际强度。
随着现代科学技术的进步和国民经济的发展，材料的强韧化越来越重要，试举例说明材料强化或韧化的4种方法，并阐述相应的强化和韧化原理。
3、试分析下列材料科学过程是否与原子扩散有关，为什么？A 热弹性马氏体箱变B 脱溶分解C 成分均匀化D 高温蠕变E G.P 形成硕士研究生入学考试试题参考答案考试科目代码及名称：959 材料科学基础考试时限：3小时 总分：150分一、名词解释（30分）加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降的现象。
沉淀强化：过饱和固溶体随温度下降或长时间保温过程中（时效）发生脱溶分解，细小的沉淀物分散于基体之中，阻碍位错运动而产生强化的现象。
考研材料科学基础试题及答案
考研材料科学基础试题及答案材料科学基础习题叶荷 11及材料班2013-1-10 第三章⼆元合⾦相图和合⾦的凝固⼀、名词：相图：表⽰合⾦系中的合⾦状态与温度、成分之间关系的图解。
匀晶转变：从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。
平衡结晶：合⾦在极缓慢冷却条件下进⾏结晶的过程。
成分起伏：液相中成分、⼤⼩和位置不断变化着的微⼩体积。
异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。
枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝⼲和枝间化学成分不同的现象。
共晶转变：在⼀定温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分⼀定的固相的转变过程。
脱溶：由固溶体中析出另⼀个固相的过程，也称之为⼆次结晶。
包晶转变：在⼀定温度下，由⼀定成分的固相与⼀定成分的液相作⽤，形成另⼀个⼀定成分的固相的转变过程。
成分过冷：成分过冷：由液相成分变化⽽引起的过冷度。
⼆、简答：1. 固溶体合⾦结晶特点？答：异分结晶；需要⼀定的温度范围。
2. 晶内偏析程度与哪些因素有关？答：溶质平衡分配系数k0；溶质原⼦扩散能⼒；冷却速度。
3. 影响成分过冷的因素？答：合⾦成分；液相内温度梯度；凝固速度。
4. 相图分折有哪⼏步？答：以稳定化合物为独⽴组元分割相图并分析；熟悉相区及相；确定三相平衡转变性质。
三、绘图题绘图表⽰铸锭宏观组织三晶区。
四、书后习题1、何谓相图？有何⽤途？答：相图：表⽰合⾦系中的合⾦状态与温度、成分之间关系的图解。
相图的作⽤：由相图可以知道各种成分的合⾦在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。
2、什么是异分结晶？什么是分配系数？答：异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。
分配系数：在⼀定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之⽐值。
3、何谓晶内偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对⾦属性能有何影响，如何消除？答：晶内偏析：⼀个晶粒内部化学成分不均匀的现象形成过程：固溶体合⾦平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同，实际⽣产中，液态合⾦冷却速度较⼤，在⼀定温度下扩散过程尚未进⾏完全时温度就继续下降，使每个晶粒内部的化学成分布均匀，先结晶的含⾼熔点组元较多，后结晶的含低熔点组元较多，在晶粒内部存在着浓度差。
复旦大学材料科学导论课后习题答案(搭配：石德珂《材料科学基础》教材)
资料科学导论课后习题谜底之巴公井开创作第二章资料科学概论1.氧化铝既牢固又坚硬且耐磨,但为什么不能用来制造榔头？答：氧化铝脆性较高,且抗震性欠安.2.将下列资料按金属、陶瓷、聚合物和复合资料进行分类：黄铜、环氧树脂、混泥土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅锡焊料、橡胶、纸杯答：金属：黄铜、镁合金、铅锡焊料；陶瓷：碳化硅；聚合物：环氧树脂、沥青、橡胶、纸杯；复合资料：混泥土、玻璃钢3.下列用品选材时,哪些性能特别重要？答：汽车曲柄：强度,耐冲击韧度,耐磨性,抗疲劳强度；电灯胆灯丝：熔点高,耐高温,电阻年夜；剪刀：硬度和高耐磨性,足够的强度和冲击韧性；汽车挡风玻璃：透光性,硬度；电视机荧光屏：光学特性,足够的发光亮度.第三章资料结构的基础知识1.下列电子排列方式中,哪一个是惰性元素、卤族元素、碱族、碱土族元素及过渡金属？(1) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2(2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6(3) 1s2 2s2 2p5(4) 1s2 2s2 2p6 3s2(5)1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2(6) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1答：惰性元素：(2)；卤族元素：(3)；碱族：(6)；碱土族：(4)；过渡金属：(1),(5)2.稀土族元素电子排列的特点是什么？为什么它们处于周期表的同一空格内？答：稀土族元素的电子在填满6s态后,先依次填入远离外壳层的4f、5d层,在此过程中,由于电子层最外层和次外层的电子分布没有变动,这些元素具有几乎相同的化学性质,故处于周期表的同一空格内.3.描述氢键的实质,什么情况下容易形成氢键？答：氢键实质上与范德华键一样,是靠分子间的偶极吸引力结合在一起.它是氢原子同时与两个电负性很强、原子半径较小的原子（或原子团）之间的结合所形成的物理键.当氢原子与一个电负性很强的原子（或原子团）X结合成份子时,氢原子的一个电子转移至该原子壳层上；分子的氢酿成一个裸露的质子,对另外一个电负性较年夜的原子Y暗示出较强的吸引力,与Y之间形成氢键.4.为什么金属键结合的固体资料的密度比离子键或共价键固体高？答：一是金属原子质量年夜；二是金属键的结合方式没有方向性,原子趋于紧密排列,获得简单的原子排列形态.离子键和共价键结合的原子,相邻原子的个数受到共价键数目的限制,离子键结合还要满足正、负离子间电荷的平衡,原子不成能紧密聚积,而且存在孔洞缺陷,故金属键结合的固体资料的密度比离子键或共价键固体高.5.应用公式计算Mg2+O2-离子对的结合键能,以及每摩尔MgO晶体的结合键能.假设离子半径为rMg2+=0.065nm；rO2-=0.140nm；n=7.答：在平衡时,F吸引=F排斥故,解得晶体的结合键能：转换为每摩尔MgO晶体的结合键能：6.原子序数为12的Mg有三种同位素：78.70%的Mg原子由12个中子,10.13%的Mg原子由13个中子,11.17%的Mg原子由14个中子,试计算Mg的原子量.答：7.试计算原子N壳层内的最年夜电子数.若K,L,M和N壳层中所有能级都被填满,试确定该原子的原子数.答：N壳层内最年夜电子数：1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p66s2该原子的原子数是708.试写出Al原子13个电子的每个电子的全部量子数.答：n l m ms10020021021121-13003109.资料的三级和四级结构可以通过加工工艺来改变,那么资料的二级结构可以改变吗？为什么？答：原子的结合键是资料的二级结构.对单一的资料来说,其价键结构是不成以通过加工工艺来改变的.可是实际工程应用中,通过一定的加工工艺来改变资料的二级结构,比如金刚石具有共价键,石墨具有共价键和物理键,而石墨等碳质原料和某些金属在高温高压下可以反应生成金刚石,即一定水平上改变了资料的二级结构.第四章固体资料的晶体学基础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,与[111],与[123],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),(112)晶面上的晶向.答：作图略.（2）两晶面交线的晶向指数为.2.有一正交点阵的a=b,c=a/2.某晶面在三个晶轴上的截距分别为6个,2个,4个原子间距,求该晶面的密勒指数.答：（263）3.写出六方晶系的晶面族中所有晶面的密勒指数,在六方晶胞中画出、晶向和晶面,并确定晶面与六方晶胞交线的晶向指数.答：晶面族中所有晶面的密勒指数为：作图略,（）晶面与六方晶胞交线的晶向指数为：4.根据刚性球模型回答下列问题：（1）以点阵常数为单位,计算体心立方、面心立方和密排六方晶体中的原子半径及四面体和八面体的间隙半径.（2）计算体心立方、面心立方和密排六方晶胞中的原子数、致密度和配位数.答：体心立方面心立方密排六方原子半径 a a a四面体间隙 a a a八面体间隙 a a a原子数 2 4 6致密度0.68 0.74 0.74配位数8 12 125.用密勒指数暗示出体心立方、面心立方和密排六方结构中的原子密排面和原子密排方向,并分别计算这些晶面和晶向上的原子密度.答：体心立方面心立方密排六方原子密排面{110} {111} {0001}晶面的原子密度原子密排方向<111> <110> <>晶向的原子密度6.求下列晶面的晶面间距,并指出晶面间距最年夜的晶面.（1）已知室温下α-Fe的点阵常数为0.286nm,分别求出（100）、（110）、（123）的晶面间距.（2）已知916℃时γ-Fe的点阵常数为0.365nm,分别求出（100）、（111）、（112）的晶面间距.（3）已知室温下Mg的点阵常数为a=0.321nm,c=0.521nm,分别求出的晶面间距.答：（1）其中,晶面间距最年夜的晶面为（100）（2）其中,晶面间距最年夜的晶面为（110）（3）其中,晶面间距最年夜的晶面为7.已知Na+和Cl-的半径分别为0.097nm和0.181nm,请计算NaCl中钠离子中心到：（1）最近邻离子中心间的距离；（2）最近邻正离子中心间的距离；（3）第二个最近的氯离子中心间的距离；（4）第三个最近的氯离子中心间的距离；（5）它最近的同等位置间的距离.答：(1) r=r++r-=0.278nm (2) r=(3) r=(4) r= (5) r=8.根据NaCl的晶体结构及Na+和Cl-的原子量,计算氯化钠的密度.答：9.示意画出金刚石型结构的晶胞,说明其中包括有几个原子,并写出各个原子的坐标.答：作图略,其中包括原子数：极点坐标：（000）,（100）,（010）,（001）,（110）,（101）,（011）,（111）（选填一个即可）面心坐标：（选填三个即可）晶胞内坐标：（）,（）,（）,（）10.何谓单体、聚合物和链节？它们相互之间有什么关系？请写出以下高分子链节的结构式：聚乙烯；聚氯乙烯；聚丙烯；聚苯乙烯；聚四氟乙烯.答：单体是合成聚合物的起始原料,是化合物自力存在的基本单位,是单个分子存在的稳定状态.聚合物是由一种或多种简单低分子化合物聚合而成的相对分子质量很年夜的化合物.链节是组成年夜分子链的特定结构单位.聚乙烯：[-CH2-CH2-]n; 聚氯乙烯：[-CHCl-CH2-]n; 聚丙烯：[-CHCH3-CH2-]n;聚苯乙烯：[-CHAr-CH2-]n; 聚四氟乙烯：[-CF2-CF2-]n第四章固体资料的晶体缺陷1.纯Cu的空位形成能为1.5aJ/atom,（1aJ=10-18J）,将纯Cu加热至850℃后激冷至室温（20℃）,若高温下的空位全部保管,试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值.答：2.空位对资料行为的主要影响是什么？答：首先,资料中原子（或分子）的扩散机制与空位的运动有关.其次,空位可以造成资料物理性能与力学性能的改变,如密度降低,体积膨胀,电阻增加,强度提高,脆性也更明显,晶体高温下发生蠕变等.3.某晶体中有一条柏氏矢量为a[001]的位错线,位错线的一端露头于晶体概况,另一端与两条位错线相连接,其中一条柏氏矢量为,求另一条位错线的柏氏矢量.答：a[001]=4.如附图a所示,试求某一晶格参数为2.5A0的立方金属刃型位错的burgers矢量的Miller指数及其长度.答：柏氏矢量垂直于(220),故其Miller指数为[110]5.如附图b所示,写出在FCC金属的滑移方向的晶向指数.答：第五章固体资料的凝固与结晶1.液体金属在凝固时必需过冷,而加热使其融化却毋需过热,即一旦加热到熔点就立即熔化,为什么？答：液体金属在凝固时必需克服概况能,形核时自由能变动年夜于零,故需要过冷.固态金属在熔化时,液相与气相接触,当有少量液体金属在固相概况形成时,就会很快覆盖在整个概况（因为液体金属总是润湿同一种固体金属）.概况能变动决定过程能否自发进行.根据实验数据,在熔化过程中,概况自由能的变动小于零,即不存在概况能障碍,也就不用过热.2.金属凝固时的形核率常桉下式做简化计算,即试计算液体Cu在过冷度为180K、200K和220K时的均匀形核率.并将计算结果与书图6-4b比力.（已知）答：代入数据得,180K时N均=7.50；200K时N均=7.89；220K时N均=13.36与图6-4b相比,结果吻合,标明只有过冷度到达一定水平,使凝固温度接近有效成核温度时,形核率才会急剧增加.3.试解释凝固与结晶、晶胚与形核的相互关系.答：凝固是指物质从液态冷却成固态的一种转变过程,可以形成晶态或非晶态.若冷却后成为晶体,这种凝固成为结晶.根据热力学判断,在过冷液态金属中,短程规则排列的结构尺寸越年夜,就越稳定,只有尺寸较年夜的短程规则排列的结构,才华成为晶核.晶胚即是过冷液态金属中短程规则排列尺寸较年夜的原子有序排列部份.一定温度下,最年夜晶胚有一个极限值rmax；而液态金属的过冷度越年夜,实际可能呈现的最年夜晶胚尺寸也越年夜.当液态金属中形成的晶胚尺寸年夜于或即是一定临界尺寸时,成为晶核,其有两种形成方式：均匀成核（依靠液态金属自己能量的变动获得驱动力并由晶胚直接成核的过程）和非均匀成核（晶胚是依附在其他物质概况上形核的过程）.4.金属结晶的热力学条件和结构条件是什么？答：过冷度是金属结晶的热力学条件；结构起伏和能量起伏是结构条件.5.哪些因素会影响金属结晶时的非均匀形核率？答：过冷度,固体杂质及其概况形貌,物理性能如液相宏观流动,外加电磁场,受机械作用等.第六章资料的扩散与迁移1. 把P原子扩散到单晶硅中的搀杂工艺是制备n型半导体的经常使用方法.若将原来的每107个Si原子中含有一个P原子的1mm厚的硅片,通过扩散搀杂处置后概况到达每107 Si原子中含有400个P原子,试分别按：(a) 原子百分数/cm, (b) 原子数/cm3.cm 的暗示方法计算浓度梯度.硅的晶格常数为5.4307A0.答：(a)(b) 硅的晶胞体积为：单位晶胞中有8个Si原子,则107Si所占体积为：2．试说明影响扩散的因素.答：温度,原子键力和晶体结构,固溶体类型和浓度,晶体缺陷,第三组元.3．试利用公式D=α2РГ,解释各因素对扩散的影响.答：D与α2,Р,Г成正比.其中,α为最邻近的间隙原子距离,与晶体结构有关；Р为跃迁几率,,跟温度,畸变能等有关；为跃迁频率,,与温度、晶体结构、畸变能、扩散机制等因素有关.4. 自扩散与空位扩散有何关系？为什么自扩散系数公式要比空位扩散系数Dv小很多？（Dv=D/nv,nv为空位的平衡浓度）答：对纯金属或间隙固溶体合金,原子都处于正常的晶格结点位置.若晶格结点某处的原子空缺时,相邻原子可能跃迁到此空缺位置,之后又留下新的空位,原子的这种扩散方式叫空位扩散.当晶体内完全是同类原子时,原子在纯资料中的扩散为自扩散.自扩散是空位扩散的一种特殊形式.对置换固溶体合金和纯金属,溶质原子与溶剂原子的尺寸和化学性质分歧,与空位交换位置的几率也分歧,D=D0exp（-Q/RT）,自扩散的扩散激活能要比空位扩散的扩散激活能年夜.空位扩散系数Dv=D/nv,由于空位平衡浓度nv远小于1,Dv比D年夜很多.第七章热力学与相图1.分析共晶反应,包晶反应和共析反应的异同点.答：（1）分歧点：共晶反应是一定成份的液体合金,在一定温度下,同时结晶形成另外一种固相的反应过程；包晶反应是一定成份的固相与一定成份的液相作用,形成另外一种固相的反应过程；共析反应是由特定成份的单相固态合金,在恒定的温度下,分解成两个新的,具有一定晶体结构的固相的反应过程.（2）相同点：均是在恒温下发生,处于三相平衡的状态.2.试分析图7-6中合金IV的结晶过程（wsn=70%）,计算室温下组元成份的含量及显微组织.答：结晶过程为匀晶反应+共晶反应+二次析出,冷却过程如下图所示,室温下组元成份：αII+ β+（α+β）共晶室温下组元成份的含量：3.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,wBi=50%的合金在520时开始结晶处成份为wSb=87%的固相.wBi=80%的合金在400℃时开始结晶出成份为wSb=64%的固相.根据上述条件,（1）绘出Bi-Sb相图,并标出各线和各相区的名称.（2）从相图上确定含锑量为wSb=40%合金的开始结晶和结晶终了温度,并求出它在400℃时的平衡相成份及相对量.答：（1）（2）根据相图,含锑量为40%合金开始结晶温度年夜约为490℃,终了温度为350℃,液相含量54.5%,固相含量45.5%.4. （1）应用相律时需考虑哪些限制条件？（2）试指出图5-115中的毛病之处,并用相律说明理由,且加以改正.答：（1）A.相律只适用于热力学平衡状态.平衡状态下各相的温度应相等；各相的压力应相等；每一阻元在各相中的化学位必需相同.B.相律只能暗示体系中组元和相的数目,不能指明组元或相的类型和含量.C.相律不能预告反应动力学.D.自由度的值不得小于零.（2）A.二元体系两相平衡,自由度为1,故不成为直线.B.单一体系两相平衡,自由度为0,故应为一点.C.二元体系最多只能三相平衡,此处含四相.D.二元体系三相平衡,自由度为0,故应为水平线.5.分析wc=0.2%的铁-碳合金从液态平衡冷却至室温的转变过程,用冷却曲线和组织示意图,说明各阶段的组织,并分别计算室温下的相组织物及组织组成物的相对量.答：合金在t1~t2之间发生匀晶反应析出δ固溶体,冷却至t2（1495℃）时,液相L与δ固溶体发生包晶转变生成γ.包晶转变完成后,剩余的液相L在t2~t3之间不竭结晶出奥氏体,冷却至t3,合金全部为奥氏体.单相奥氏体在t4开始析出铁素体.当温度达t5（727℃）时,剩余的奥氏体发生共析反应转酿成珠光体,此时合金组织为铁素体加珠光体.727℃以下,铁素体中会析出少量三次渗碳体.该合金室温时的组织为铁素体与珠光体,相组成为α与Fe3C.冷却至室温的转变过程如图所示.相组成物的相对量：组织组成物的相对量:时间：二O二一年七月二十九日。
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材料科学与工程基础 - 第二章 - 课后习题答案2.1 选择题1.D2.B3.C4.A5.D2.2 填空题1.结构、性质、性能、制备、应用2.金属、陶瓷、聚合物3.晶体4.金属材料、陶瓷材料、聚合物材料、复合材料5.原子、分子2.3 简答题1.材料科学与工程的基础概念和特点有：–材料科学：研究材料的结构、性质、制备和性能等方面的科学。
–材料工程：研究通过控制材料的结构和制备方法，得到具有特定性能和使用寿命的材料并应用于工程中。
材料科学与工程的特点包括：–综合性：材料科学与工程是一门综合性的学科，涉及物理、化学、力学、热学等各个学科。
–实用性：材料科学与工程以实际应用为目的，研究如何通过控制材料的结构和性能，满足工程和产品的需求。
–发展性：随着科技的进步和社会的发展，材料科学与工程也在不断发展，涌现出各种新材料和新技术。
2.不同材料的结构特点及其对材料性能的影响–金属材料：金属材料具有密排列的晶体结构，其晶粒间有较好的连续性，导致金属材料具有良好的导电性、导热性和机械性能。
–陶瓷材料：陶瓷材料以离子键或共价键为主要结合方式，具有非常硬、脆和耐高温的特点，但导电性差。
–聚合物材料：聚合物材料由长链状分子构成，具有良好的绝缘性、柔韧性和可塑性，但强度和硬度较低。
–复合材料：复合材料由不同的两种或更多种材料组成，通过它们的相互作用产生优异的整体性能。
同时，复合材料的结构也决定其性能。
3.材料的制备方法包括：–金属材料的制备方法有铸造、锻造、挤压、焊接等。
–陶瓷材料的制备方法有干法制备和湿法制备等。
–聚合物材料的制备方法有合成聚合法、溶液聚合法、熔融聚合法等。
–复合材料的制备方法有增强相法、混合相法、层压法等。
4.材料性能的测试方法包括：–机械性能的测试方法有拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。
–热性能的测试方法有热膨胀试验、热导率测试等。
–电学性能的测试方法有导电性测试、介电常数测试等。
–光学性能的测试方法有透光率测试、折射率测试等。
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(名校考研真题 固体结构)【圣才出品】
7．超结构[燕山大学 2005 研] 答：超结构，又称超点阵，是有序固溶体结构的通称。从广义超结构来说是指在一定 结构层次基础上形成的高于该结构层次的某种复合结构或变异结构，结构化学中不同体系
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的超结构有不同的具体内含。有台序固溶体的点阵常数与无序固溶体不同，在 X 射线衍射图
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）。[哈尔滨工业大学
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A． (112) B． (1 12) C． (02 1) D． (0 12) 【答案】A
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二、填空题 1．晶体的多形性是指“同一成分具有多种结构”，这类晶体的典型例子如：_______和 _______，或_______和_______。[南京大学 2003 研] 【答案】石墨；金刚石；bcc-Fe；fcc-Fe
【答案】×
3．置换固溶体和间隙固溶体都有可能形成无限固溶体。（ ）[西安工业大学 2009 研]
【答案】× 【解析】只有置换固溶体才有可能形成无限固溶体，而间隙固溶体只能形成固溶度很 小的有限固溶体。
4．密排六方结构是纯金属的基本晶体结构之一，也是布拉菲点阵中的一种。（ ） [西安工业大学 2009 研]
【答案】2；0.68；8；6
三、判断题
1．对于螺型位错，其柏氏矢量平行于位错线，因此纯螺位错只能是一条直线。（
）[北京工业大学 2007 研]
839材料科学基础
2.5 共价晶体结构
第三章 晶体缺陷（★★★★）
什么是晶体缺陷？有几种存在方式？ 3.1 点缺陷 点缺陷的形成有哪几种？离子晶体？ 点缺陷的平衡浓度的形成原因？
真题再现
平衡浓度的公式
n 点C缺陷 的运动Aexp(
EV
)
N
kT
3.2 位错 刃型位错和螺型位错的特点，混合位错。 伯氏矢量的确定？位错型的确定？特性？ 位错的运动？滑移、攀移，交割。要求会判断运动方向等问题
4.1 表象理论
菲克第一定律
J D d 物理意义，单位，使用条件
菲克第二定dx律 使用条件，理解其推导过程
化学扩散，自扩散 渗碳厚度计算
（x, t）
s
(s
0 )erf
( 2
x) Dt
x A Dt 或x2 BDt
薄膜扩散衰减分布
（x, t） M exp( x2 )
置换固溶体2中的D扩t 散 4Dt 柯肯达尔效应，互扩散系数
4.7 反应扩散
概念，不存在两相混合区的解释 4.8 离子晶体中的扩散
真题再现
第五章 材料的形变和再结晶（★★★★★）
5.1 弹性和粘弹性 了解弹性形变的本质 弹性模量的物理意义和其对材料的影响
真题再现
弹性不完整性的现象 粘性流动和粘弹性的概念，性质，粘弹性的物理模型
5.2 晶体的塑性变形 什么是滑移线和滑移带？什么是滑移系？ fcc,bcc,hcp的滑移系各是什么，会产生什么影响
（三）晶体中的缺陷 1．点缺陷 2．位错 3．面缺陷
（四）固体中的扩散 1．扩散的表象理论 2．扩散的热力学 3．扩散的微观理论与机制 4．扩散激活能 5．影响扩散的因素 6．反应扩散 7．离子晶体中的扩散
2020年智慧树知道网课《材料科学基础(中南大学)》课后习题章节测试满分答案
第一章测试1【判断题】(2分)fcc可以看成是原子在密排面（111）面在空间的堆垛。
A.对B.错2【单选题】(2分)已知Al为正三价，阿伏加德诺常数为6.02×1023，铝摩尔量为26.98，质量1g的Al中的价电子数量为（)。
A.6.69×10∧23B.6.69×10∧21C.6.69×10∧22D.6.02×10∧223【单选题】(2分)聚乙烯高分子材料中，C-H化学键结合属于（）。
A.氢键B.金属键C.共价键D.离子键4【单选题】(2分)化学键中，没有方向性也没有饱和性的为（）。
A.金属键B.共价键C.离子键D.氢键5【单选题】(2分)晶体的对称轴不存在（）对称轴。
A.六次B.四次C.三次D.五次6【判断题】(2分)晶面族是指一系列平面的晶面。
A.错B.对7【多选题】(2分)一个晶胞内原子个数、配位数对于fcc是（），bcc是（）。
A.4,8B.2,12C.4,12D.2,88【多选题】(2分)bcc晶胞的密排面是（），密排方向分别是（）。
A.{111}B.<111>C. {110}D.<110>9【单选题】(2分)A.8.58B.7.78C.8.98D.8.2810【单选题】(2分)晶带是与过某个晶向或与其平行的所有晶面，这个晶向称为晶带轴。
若晶带轴指数为［u vw］，则［uvw］与晶带中的一个晶面（hkl）这两个指数之间点积，［uvw］·（hkl）等于（）。
A.1B.0.5C.-1D.11【单选题】(2分)一个fcc晶胞的原子中的原子个数为（）个。
A.2B.6C.8D.412【单选题】(2分)一个bcc晶胞中的原子个数为（）个。
A.2B.4C.6D.813【判断题】(2分)铜和镍属于异质同构。
A.对B.错14【判断题】(2分)间隙固溶体中间隙原子可以无限固溶得到固溶度为100%的无限固溶体。
A.错B.对15【判断题】(2分)一个金属元素与一个非金属元素容易形成固溶体。
湖南大学等四校合编《土木工程材料》(第2版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(第一章 土木工程材料的
第一章 土木工程材料的基本性质1.1 复习笔记【知识框架】【重点难点归纳】 一、材料科学的基本理论 1．材料科学与工程 土木工程材料学是材料科学与工程的一个组成部分。
材料是指工程上把能用于结构、机器、器件或其他产品的具有某些性能的物质。
材料的性能决定于材料的组成、结构和构造。
2．材料的组成（见表1-1）表1-1 材料的组成 材料科学与工程 化学组成材料科学的基本理论 材料的组成 矿物组成相组成宏观结构材料的结构和构造 细观结构 微观结构材料的密度、表观密度与堆积密度 材料的密实度与孔隙率材料的基本物理性质 材料的空隙率与填充率 亲水性与憎水性 材料与水相关的性质 水性与吸湿性耐水性 理论强度强度材料的基本力学性质 弹性与塑性脆性与韧性材料科学的耐久性 土木工程材料的基本性质注：自然界中的物质可分为气相、液相、固相三种形态。
3．材料的结构和构造（1）材料的结构（见表1-2）表1-2 材料的结构分类（2）材料的构造①材料的构造是指具有特定性质的材料结构单元的相互搭配情况。
②材料科学是实验科学，为了准确把握真实材料的性能，必须要进行测试试验。
二、材料的基本物理性质1．材料的密度、表观密度与堆积密度（见表1-3）表1-3 材料的密度、表观密度与堆积密度2．孔隙率孔隙率是指材料的体积内，孔隙体积所占的比例。
按下式计算：即D＋P=1或密实度＋孔隙率=1。
（1）孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。
材料内部孔隙的构造，可分为连通与封闭两种。
连通孔隙不仅彼此连通而且与外界连通，而封闭孔不仅彼此封闭且与外界相隔绝。
（2）孔隙可按其孔径尺寸的大小分为极微细孔隙、细小孔隙和粗大孔隙。
在孔隙率一定的前提下，孔隙结构和孔径尺寸及其分布对材料的性能影响较大。
3．材料的填充率与空隙率（1）填充率。
指在某堆积体积中，被散粒材料的颗粒所填充的程度。
按下式计算：（2）空隙率。
指在某堆积体积中，散粒材料颗粒之间的空隙体积所占的比例。
沈维道《工程热力学》(第4版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(第12~13章)【圣才出品】
V Vi
i
道尔顿分压力定律和亚美格分体积定律只适用于理想气体状态。
2．混合气体的成分
（1）气体混合物占组成含量百分数分类
①质量分数；
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(12-3)
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②摩尔分数；
③体积分数。
（2）各种百分数的表示方法
①质量分数是组分气体质量与混合气体总质量之比，第 i 种气体的质量分数用 wi 表示
律。
（2）分体积定律
另一种分离方式如图 l2-1 所示。各组成气体都处于与混合物相同的温度、压力(T、p)
下，各自单独占据的体积Vi 称为分体积。对第 i 种组成写出状态方程式为 pVi ni RT
(12-2)
图 l2-1 理想气体分体积示意图 对各组成气体相加，得出
pVi RT ni
i
i
可得
i
xi
i
Rg ,eq
1
Rg ,eq Rg .i wi
i
（12-10）
二、理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵 1．理想气体混合物的比热容
混合气体的比热容是 lkg 混合气体温度升高 l℃所需热量。1kg 混合气体中有 wi kg 的
第 i 组分。因而，混合气体的比热容为
c wici
i
同理可得混合气体的摩尔热容和体积热容分别为
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沈维道《工程热力学》（第 4 版）笔记和课后习题（含考研真题）详解
第 12 章 理想气体混合物及湿空气
12.1 复习笔记
一、理想气体混合物 1．分压力定律和分体积定律 （1）分压定律
p pi
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(章节题库 晶体缺陷)【圣才出品】
9．有两个被钉扎住的刃型位错 A-B 和 C-D，它们的长度 x 相等，且具有相同的 b， 而 b 的大小和方向相同（图 3-2）。每个位错都可看作 F-R 位错源。试分析在其增殖过程
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8．假定有一个 b 在[00]晶向的刃型位错沿着（100）晶面滑动，（1）如果有另一个伯 氏矢量在[O1O]方向，沿着（001）晶面上运动的刃型位错，通过上述位错时该位错将发 生扭折还是割阶？（2）如果有一个 b 方向为[100]，并在（001）晶面上滑动的螺型位错 通过上述位错，试问它将发生扭折还是割阶？
2
2
答：（1）几何条件，
v
b前
=
a [11 1] 3
v
b后
；能量条件，
v
b前
2
=
2a2 3
＞
v b后
2
=
a2 3
。可见，能够进行。
（2）几何条件，
v b前 =a[100]
v b后 ；能量条件，
v2 b前 =
v b后
2
=a2
，两边相等，
可见，不能进行。
7．如图 3-1 所示的两根螺型位错，一个含有扭折，而另一个含有割阶。图上所示的 箭头方向为位错钱的正方向，扭折部分和割阶部分都为刃型位错。（1）若图示滑移面为
台
中二者间的交互作用。若能形成一个大的位错源，使其开动的 τc 多大？若两位错 b 相反，
情况又如何？
图 3-2 答：两位错在外力作用下将向上弯曲并不断扩大，当他们扩大相遇时，将于相互连接 处断开，放出一个大的位错环。新位错源的长度为 5x，将之代入，得 F-R 源开动所需的临 界切应力为：
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第13章复合材料
13.1复习笔记
一、概述
1．复合材料的概念
复合材料是指由两种或两种以上不同性质的材料，通过不同的工艺方法人工合成的，各
组分间有明显界面且性能优于各组成材料的多相材料。
2．复合材料的分类
（1）按照基体材料可将复合材料分为以下两类：
①非金属基复合材料
a．无机非金属基复合材料，如陶瓷基、水泥基复合材料等；
b．有机材料基复合材料，如塑料基、橡胶基复合材料。
②金属基复合材料
（2）按照增强材料可将复合材料分为以下三类：
①纤维增强复合材料
②粒子增强复合材料
③叠层复合材料
3．复合材料的命名
（1）强调基体时，以基体为主来命名；
（2）强调增强材料时，则以增强材料为主命名；
（3）基体与增强材料并用的命名；
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（4）以商业名称命名。
二、复合材料的增强机制及性能
1．复合材料的增强机制
（1）纤维增强复合材料的增强机制
①纤维增强复合材料
纤维增强复合材料是指由高强度、高弹性模量的连续（长）纤维或不连续（短）纤维与
基体（树脂或金属、陶瓷等）复合而成的材料。
②纤维增强复合材料的增强机制
a．复合材料受力时，高强度、高模量的增强纤维承受大部分载荷，而基体主要作为媒
介，传递和分散载荷。
b．单向纤维增强复合材料的断裂强度σc与各组分材料性能的关系
式中，σf——纤维强度；
σm——基体材料的强度；
k1——常数，主要与界面强度有关。
c．单向纤维增强复合材料的弹性模量Ec与各组分材料的性能的关系
式中，Em——弹性模量；
Φ——纤维体积分数；
k2——常数，主要与界面强度有关。
③达到强化的条件
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为达到强化目的，必须满足下列条件：
a．增强纤维的强度、弹性模量应远远高于基体，以保证复合材料受力时主要由纤维承
受外加载荷。
b．纤维和基体之间有一定结合强度，保证基体所承受的载荷能通过界面传递给纤维，
并防止脆性断裂。
c．纤维的排列方向要和构件的受力方向一致，才能发挥增强作用。
d．纤维和基体之间不能发生使结合强度降低的化学反应。
e．纤维和基体的热膨胀系数应匹配，不能相差过大，否则在热胀冷缩过程中会引起纤
维和基体结合强度降低。
f．纤维所占的体积分数、纤维长度L和直径d及长径比L/d等必须满足一定要求。一
般是纤维所占的体积分数越高、纤维越长、越细，增强效果越好。
（2）粒子增强型复合材料的增强机制
①分类
粒子增强型复合材料按照颗粒尺寸大小和数量多少可分为：
a．弥散强化的复合材料
第一，定义
弥散强化的复合材料是指将一种或几种材料的颗粒（＜0.1μm）弥散、均匀分布在基体
材料内所形成的材料。
第二，粒子的大小和数量
其粒子直径d一般为0.01～0.1μm，粒子体积分数φp为1％～15％。
b．颗粒增强的复合材料
第一，定义
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颗粒增强复合材料是指用金属或高分子聚合物为粘接剂，把具有耐热性好、硬度高但不
耐冲击的金属氧化物、碳化物，氮化物粘结在一起而形成的材料。
第二，粒子的大小和数量
其粒子直径d为1～50μm，体积分数为φp＞20％。
②弥散强化的复合材料的增强机制
a．增强机制
在外力的作用下，复合材料的基体将主要承受载荷，而弥散均匀分布的增强粒子将阻碍
导致基体塑性变形的位错运动或分子链运动。
b．强化效果
第一，使常温下材料的强度、硬度有较大提高；
第二，在高温下材料的强度下降幅度将减少，强化效果与粒子直径及体积分数有关，质
点尺寸越小、体积分数越高，强化效果越好。
③颗粒增强复合材料的增强机制
a．增强机制
由于强化相的颗粒较大（d＞1μm），它对位错的滑移（金属基）和分子链运动（聚合
物基）已没有多大的阻碍作用，因此强化效果并不显著。
b．强化效果
颗粒增强复合材料主要不是为了提高强度，而是为了改善耐磨性或者综合的力学性能。
2．复合材料的性能特点
（1）比强度和比模量高
①比强度是指强度与密度的比值。
②比模量是指弹性模量与密度的比值。
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③它们是衡量材料承载能力的一个重要指标，比强度越高，在同样强度下，同一零件的
自重越小；比模量越大，在重量相同的条件下零件的刚度越大。
（2）良好的抗疲劳性能
①纤维增强复合材料对缺口应力集中敏感性小；
②纤维和基体界面能够阻止疲劳裂纹扩展和改变裂纹扩展方向。因此具有良好的抗疲劳
性能。
（3）破断安全性能
当纤维复合材料构件由于超载或其他原因使少数纤维断裂时，载荷就会重新分配到其他
未破断的纤维上，因而构件不会在短期内突然断裂。故破断安全性好。
（4）优良的高温性能
大多数增强纤维在高温下仍能保持高的温度，用其增强金属和树脂基体时能显著提高它
们的耐高温性能。
（5）减震性能好
①复合材料的比模量高，其自振频率也高。由此避免构件在工作状态下产生共振；
②纤维与基体界面能吸收振动能量，即使产生了振动也会很快地衰减下来。所以纤维增
强复合材料具有很好的减震性能。
三、常用复合材料
1．纤维增强复合材料
（1）常用的增强纤维
①玻璃纤维
a．玻璃纤维的形成
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玻璃纤维是将熔化的玻璃以极快的速度拉成细丝而制得。
b．玻璃纤维的性能特点
第一，优点：强度高；弹性模量比金属低得多；密度小；比强度、比模量比钢高；化学
稳定性好；不吸水、不燃烧、尺寸稳定、隔热、吸声、绝缘等；
第二，缺点：脆性较大，耐热性低，250℃以上开始软化。
ｃ．分类
按玻璃纤维中Na2O和K2O的含量不同，可将其分为：
无碱纤维（含碱量＜2％）、中碱纤维（含碱量2％～12％）、高碱纤维（含碱量＞12％）。
②碳纤维
a．碳纤维的形成
人造纤维在200℃～300℃空气中加热并施加一定张力进行预氧化处理，然后在氮气的
保护下，在1000℃～1500℃的高温下进行碳化处理而制得。
b．碳纤维的性能特点
第一，优点：碳纤维密度小；弹性模量高；高温及低温性能好；导电性好、化学稳定性
高、摩擦系数小、自润滑性能好。
第二，缺点：脆性大、易氧化、与基体结合力差，必须用硝酸对纤维进行氧化处理以增
强结合力。
ｃ．分类
第一，Ⅰ型碳纤维
其碳的质量分数为98％以上。碳纤维中的石墨晶体的层面有规则地沿纤维方向排列，
具有高的弹性模量，称为石墨纤维或高模量碳纤维，又称Ⅰ型碳纤维。
第二，Ⅱ型碳纤维