材料科学基础试题及答案

《材料科学基础》样题及答案

试题一

一. 图1是Na2O的理想晶胞结构示意图，试回答：

1．晶胞分子数是多少；

2．结构中何种离子做何种密堆积；何种离子填充何种空隙，所占比例是多少；

3．结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；

4．计算说明O2-的电价是否饱和；

5．画出Na2O结构在（001）面上的投影图。

二. 图2是高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O)结构示意图，试回答：

1．请以结构式写法写出高岭石的化学式；

2．高岭石属于哪种硅酸盐结构类型；

3．分析层的构成和层的堆积方向；

4．分析结构中的作用力；

5．根据其结构特点推测高岭石具有什么性质。

三. 简答题：

1.晶体中的结构缺陷按几何尺寸可分为哪几类？

2.什么是负扩散？

3．烧结初期的特征是什么？

4.硅酸盐晶体的分类原则是什么？

5.烧结推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移？

6.相变的含义是什么？从热力学角度来划分，相变可以分为哪几类？

四. 出下列缺陷反应式：

1.NaCl形成肖特基缺陷；

2.AgI形成弗仑克尔缺陷（Ag+进入间隙）；

3.TiO2掺入到Nb2O3中，请写出二个合理的方程，并判断可能成立的方程是哪一种？再写出每个方程的固溶体的化学式。

4.NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体

五. 表面力的存在使固体表面处于高能量状态，然而，能量愈高系统愈不稳定，那么固体是通过何种方式降低其过剩的表面能以达到热力学稳定状态的。

六.粒径为1μ的球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al2O3起了反应，计算完全反应的时间：⑴用杨德方程计算；⑵用金斯特林格方程计算。

七.请分析熔体结构中负离子团的堆积方式、聚合度及对称性等与玻璃形成之关系。

八.试从结构和能量的观点解释为什么D晶界>D晶内？

九.试分析二次再结晶过程对材料性能有何影响？工艺上如何防止或延缓二次再结晶的发生？

十.图3是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：

1．写出点P，R，S的成分；

2．设有2kgP，问需要多少何种成分的合金Z才可混熔成6kg成分为R的合金。

十一.图4是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：

1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条线上温度下降方向及界线的性质；

2．判断化合物D、F的性质；

3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；

4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；

5．写出组成点H在完全平衡条件下的冷却结晶过程，写出当液相组成点刚刚到达E4点和结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。

试题二

一、(1)（12分）根据CaTiO3晶胞图（见图1）回答下列问题：

1.晶面BCGF、DEG的晶面指数；晶向DF、HA的晶向指数。

2.结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；

3.晶胞分子数是多少？何种离子添何种空隙，空隙利用率是多少？

4.结构中是否存在TiO32-离子，为什么？

(2)（11分）图2是镁橄榄石(Mg2[SiO4])结构示意图，试回答：

1．镁橄榄石属于哪种硅酸盐结构类型；

2．计算说明O2-的电价是否饱和；

3．结构中有几种配位多而体，各配位多面体间的连接方式怎样

4．镁橄榄石是否容易形成玻璃，为什么？

图1 图2

二、（10分）写出下列缺陷反应式：

1.NaCl形成肖脱基缺陷。

2.AgI形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙）

3.TiO2掺入到Nb2O3中，请写出二个合理的方程，写出固溶体的化学式，并判断可能成立的方程是哪一种？

三、（10分）判断下列叙述是否正确？若不正确，请改正。

1.Na2O-SiO2系统中随SiO2含量的增加，熔体的粘度将降低。

2.扩散的推动力是浓度梯度，所有扩散系统中，物质都是由高浓度处向低浓度处扩散。

3.晶粒正常长大是小晶粒吞食大晶粒，反常长大是大晶粒吞食小晶粒。

4.固溶体是在固态条件下，一种物质以原子尺寸溶解在另一种物质中形成的单相均匀的固体。

5.在热力学平衡条件下，二元凝聚系统最多可以3相平衡共存，它们是一个固相、一个液相和一个气相。

四、（6分）什么叫弛豫表面？NaCl单晶表面具有什么样的结构特点？

五、（6分）巳知Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO4中的自扩散系数与温度的关系分别为

1.试求1403K时Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO4中的扩散系数。

2.将细铂丝涂在两种氧化物ZnO和Cr2O3的分界线上，然后将这些压制成型的样品进行扩散退火。（标记物铂丝非常细，不影响离子在不同氧化物之间的扩散）。根据所得数据判断铂丝将向哪一方向移动？

六、（6分）为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变什么情况下需过冷，什么情况下需过热，各举一个例子。

七、（6分）粒径为1μ球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al2O3起了反应，分别用扬德方程、金斯特林格方程计算完全反应的时间，对计算结果进行比较并说明为什么？

八、（6分）陶瓷材料中晶粒的大小与什么有关？工艺上如何控制晶粒尺寸（请列出三种途径）？

九、（26分）图3 是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：

1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；

2．判断化合物D、M的性质；

3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；

4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；

5．写出组成点H在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。

试题三

一、根据CaTiO3晶胞图（见图1）回答下列问题（18）：

1、晶面BCGF、HAC的晶面指数；晶向DF、AH的晶向指数。

2、结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；

3、晶胞分子数是多少？何种离子添何种空隙，空隙利用率是多少？

4、计算说明O2-的电价是否饱和；

5、结构中是否存在TiO32-离子，为什么？

图1

二、下列硅酸盐矿物各属何种结构类型（6）：

r-Ca2[Si04]，K[AISi3O8]，CaMg[Si2O6]，

Mg3[Si4O10](OH)2，Ca2Al[AlSiO7]，Ca2Mg5[Si4O11]（OH）2

三、1、写出下列缺陷反应式（10）：

(1) CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体，并写出固溶体的化学式；

(2) NaCl形成肖脱基缺陷。

2、为什么间隙型固溶体不能形成无限固溶体？

四、硅酸盐熔体的结构特征是什么？从Na2O—SiO系统出发，随引入B2O3量的增加，系统的粘度如何变化，为什么？（10）

五、固体是如何降低系统的表面能的，为什么相同组成的固体的表面能总是高于液体的表面能？（8）

六、假定碳在α—Fe(体心立方)和γ—Fe（面心立方）中进行扩散，碳在α—Fe中的D0和扩散活化能为0.0079、83600J/mol，碳在γ—Fe中的D0和扩散活化能为0.21和141284J/mol，计算800℃时各自的扩散系数并解释其差别。（6）

七、为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变什么情况下需过冷，什么情况下需过热，试证明之。（6）

八、如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为Mg(OH)2、MgO、γ-Al2O3、α-Al2O3，从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？请说明原因。（6）

九、下列过程中哪一个能使烧结体强度增大，而不产生坯体宏观上的收缩（6分）

(a)蒸发冷凝、(b) 体积扩散、(c)粘性流动、(d)表面扩散、(e)溶解沉淀

十、图2是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题（24）：

1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；

2．判断化合物S1、S2、S3的性质；

3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；

4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；

5．写出组成为H的混合物在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出组成H的混合物在完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。

试题四

一、填空题（2×10=20分）

1、依据（）之间关系的不同，可以把所有晶体的空间点阵划归为七类，即（）晶系、单斜晶系、（）晶系、三方晶系、正方晶系、六方晶系和（）晶系。

2、扩散的基本推动力是（），一般情况下以（）等形式（列出一种即可）表现出来，扩散常伴随着物质的（）。

3、晶面族是指（）的一组晶面，同一晶面族中，不同晶面的指数的（）相同，只是（）不同。

4、向MgO、沸石、TiO2、萤石中，加入同样的外来杂质原子，可以预料形成间隙型固溶体的固溶度大小的顺序将是（）。

5、烧结过程可以分为（）三个阶段，在烧结的中后期，与烧结同时进行的过程是（）。

6、液体表面能和表面张力数值相等、量纲相同，而固体则不同，这种说法（是/否）正确，因为（）。

7、驰豫表面是指（），NaCl单晶的表面是（）。

8、一般的固态反应包括（）两个过程，化学动力学范围是指（）。

9、从熔体结构角度，估计长石、辉石(MgOSiO2)、镁橄榄石三种矿物的高温熔体表面张力大小顺序（）。

10、刃性位错的柏氏矢量与位错线呈（）关系，而螺位错两者呈（）关系。

二、Zn2+在ZnS中扩散时，563℃时的扩散系数为3×10-14cm2/sec，450℃时的扩散系数为

1.0×10-14cm2/sec,（10分）

求:(1) 扩散的活化能和D0；

(2) 750℃时的扩散系数。

三、根据Mg2[SiO4]在(110)面的投影图回答（10分）：

(1) 结构中有几种配位多面体，各配位多面体间的连接方式怎样

(2) O2-的电价是否饱和 (3) 晶胞的分子数是多少

(4) Si4+和Mg2+所占的四面体空隙和八面体空隙的分数是多少

黑球：Si4+

小白球：Mg2+

大白球：O2-

图2

四、铜在过冷的液体中均匀形核，设晶胚为球状，半径为r。已知△Gv=—3.6×106J/cm3；液固界面的

界面能为σ=0.15J/cm2；铜为面心立方结构，其点阵常数a=0.361nm,1nm=10-7cm。（10分）求:(1) 根据能量方程导出临界晶核半径r*的表达式，并计算其大小；

(2) 求出临界晶核中的原子个数。

五、熔体结晶时（10分）：

(1) 讨论温度对总结晶速率的影响；

(2) 指出在哪一温度范围内对形成玻璃有利，为什么？

六、1．写出下列缺陷方应方程式。（5分）

1）TiO2加入到A12O3中（写出两种）；

2）NaCl形成肖脱基缺陷。

2．画出体心立方点阵的晶胞结构图，并在图中作出(112)晶面和晶向。（5分）

3．实验室要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为Mg(OH)2、MgO、Al2O3·3H2O、γ-Al2O3、

α-Al2O3。从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？请说明原因。（5分）

七、如图A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题（25分）：

1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；

2．判断化合物F、G、H 的性质；

3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；

4．写出组成点M1在完全平衡条件下的冷却结晶过程；

5．写出组成点M2在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出完

全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。

图二

试题五

一、填空题（1′10=10分）

1、密排六方结构（等径球堆积）单位晶胞中分子数是（），配位数是（）。

2、Fick扩散第二定律的一维表达式为（）。

3、当晶核剂和晶核具有（）时，对核化最有利。

4、广义材料腐蚀是指材料由于（）而引起的破坏和变质过程。

5、烧结中后期所伴随的（）等，决定了材料显微结构的形成，也决定了材料最终的性质或性能。

6、固态物质的反应活性通常（），当反应物之一存在多晶转变时则转变温度通常也是（）。

7、从熔融态向玻璃态转化的过程是可逆的和渐变的，是在（）范围内完成，无固定熔点。

8、刃位错的柏氏矢量与位错线呈（）关系。

二、晶体结构-性质关系（20分）

1、根据下图的萤石结构图回答下列问题（14分）：

1）指出萤石结构中正负离子的堆积方式（两种方式）；

2）写出结构中正负离子的配位数及其配位多面体；

3）Ca2+离子的配位多面体之间是如何连接的？

4）在结构图中用△和▽标示相互平行的同号离子层，分析萤石晶体的解理性。

2、根据Si/O比例不同划分硅酸盐晶体结构类型。（6分）

三、晶体结构缺陷（10分）

1、晶体A属于体心立方空间点阵，若原子B溶入A晶格的顶点位置形成置换型固溶体（全部取代），那么其成分可能是AB还是AB3？为什么？(4分)

2、Al2O3掺入到MgO中，请写出二个合理的方程，并写出对应的固溶体化学式(6分)。

四、从熔体结构角度，估计长石、辉石(MgO·SiO2)、镁橄榄石三种矿物的高温熔体表面张力

大小顺序，并分析它们形成玻璃的能力。（10分）

五、 1、氧化铝瓷件表面上涂银后，烧到1000℃时，巳知γ(Al2O3，固)＝1J/m2；γ(Ag，液)＝

0.92J/m2；γ(Ag，液/ Al2O3，固)＝1.77 J/m2，试问液态银能否润湿氧化铝瓷件表面？可以用什么方法改善它们之间的润湿性？请提出一种最有可能实现的措施。(6分)

2、根据威尔的表面双电层理论，某些化合物表面可能由负离子组成，正离子被负离子所屏蔽。已知PbI2的表面能为1.3×10－5J/cm2，CaF2的表面能为2.5×10－4J/cm2，请判断PbI2和CaF2的表面双电层厚度的大小，并解释产生的原因。(4分)

六、已知铜的熔点Tm＝1083℃，熔化热△H＝1628J/cm3，固液界面能γ＝1.77×10－5J/cm2，铜为面心立方晶体，点阵常数a＝0.3615nm。（10分）

1、当液态金属铜过冷至853℃进行均态形核时，求临界晶核半径和每个临界晶核的原子数（设晶核为球形）。

2、若为非均态形核，求临界球冠的原子数。（设形成球冠的高度为h＝0.2R，球冠体积

，R为球冠半径）

七、经过计算可知1000℃下氢在面心立方铁中的扩散系数为＝1.08×10－4cm2/s，同等条件下镍在面心

立方铁中的扩散系数为＝4.27×10－11cm2/s，＞＞，请对这种差别进行解释。（5分）

八、实验室要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为MgCO3、MgO、α－Al2O3、γ－Al2O3。从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？请说明原因。（5分）

九、如图A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题（20分）：

1、在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；

2、判断化合物D 的性质；

3、写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；

4、写出组成点M1在完全平衡条件下的冷却结晶过程，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）；

5、写出组成点M2在完全平衡条件下的冷却结晶过程，在M2熔体的液相组成点刚刚到达J1时，求其相组成（用线段比表示）。在J1的反应哪个晶相先消失，为什么？

试题一答案

一、1：4；

2：O2-离子做面心立方密堆积，Na+填全部四面体空隙；

3：=4CN O2-=8 [NaO4][ONa8]；

4：O2-电价饱和，因为O2-的电价=（Na+的电价/Na+的配位数）×O2的配位数；

5：

二、1：Al4[Si4O10](OH)8；

2：单网层状结构；

3：一层硅氧层一层水铝石层且沿C轴方向堆积；

4：层内是共价键，层间是氢键；

5：片状微晶解理。

三、1：点缺陷，线缺陷，面缺陷；

2：由低浓度向高浓度的扩散；

3：坯体间颗粒重排，接触处产生键合，大气孔消失，但固-气总表面积变化不大；

4：按硅氧比值分类或按硅氧聚和体的大小分类；

5：表面能的降低，流动传质、扩散传质、气相传质和溶解-沉淀传质；

6：随自由能的变化而发生的相的结构的变化，一级相变、二级相变和三级相变。

四、1：O←→VNa ′+VCl˙

2：AgAg→Agi˙+VAg′

3：3TiO23Ti Nb˙+V Nb˙+6O O2TiO22Ti Nb˙+O i′′+3O0

Nb2-x Ti3x O3可能成立Nb2-2x Ti2x O3+x

4：NaCl NaCa′+ClCl+VCl˙

五、一是通过表面质点的极化、变形、重排来降低表面能，二是通过吸附来降低表面能。

1：t=195h2：t=68h

七、当O/Si由2→4时，熔体中负离子团的堆积形式由三维架状转化为孤立的岛状，负离子团的聚合度相应的降至最低。一般情况下，熔体中负离子团的聚合度越高，特别是形成三维架状的空间网络时，这些大的聚合离子团位移、转动、重排都比较困难，故质点不易调整成规则排列的晶体结构，易形成玻璃。熔体中负离子团的对称性越好，转变成晶体越容易，则形成玻璃愈难，反之亦然。

八、晶界上质点排列结构不同于内部，较晶体内疏松，原子排列混乱，存在着许多空位、位错、键变形等缺陷，使之处于应力畸变状态，具有较高能量，质点在晶界迁移所需活化能较晶内为小，扩散系数为大。

九、二次再结晶出现后，由于个别晶粒异常长大，使气孔不能排除，坯体不在致密，加之大晶粒的晶界上有应力存在，使其内部易出现隐裂纹，继续烧结时坯体易膨胀而开裂，使烧结体的机械、电学性能下降。工艺上常采用引入适当的添加剂，以减缓晶界的移动速度，使气孔及时沿晶界排除，从而防止或延缓二次再结晶的发生。

十、

P R S Z

ωA20 10 45 5

ωB10 60 45 85

ωC70 30 10 10

十一、略

试题二答案

一、(1)1、（010）（111）[111][101]；(4分)

3、1；Ti4+添八面体空隙，八面体空隙利用率1/4，四八面体空隙全；(3分)

4、否，因为Ti4+和O2-间没有明显的共价键成分。(2分)

(2)1、岛状结构；(1分)；

2、O2-与一个[SiO4]、三个[MgO6]配位：4/4×1+2／6×3=2= O2-的电价，O2-的电价(2分)；

3、结构中有两种配位多面体[SiO4]、[MgO6] (2分)；[SiO4]呈孤立的岛状，中间被[MgO6]隔开，SiO4]与[MgO6]之间共顶或共棱连接，同层的[MgO6]之间共棱、不同层的[MgO6]之间共顶连接；(4分)

4、不易，因为镁橄榄石的Si/O=1/4，最低，网络连接程度弱，结构中络阴离子团尺寸小，迁移阻力小，熔体的粘度低，冷却过程中结构调整速率很快。(2分)

二、写出下列缺陷反应式（10）：

1、OVNa ′+VCl˙

2、Ag Ag→A Ai+V Ag′

3、3TiO23Ti Nb˙+V Nb′′′+6O02TiO22Ti Nb˙+O i′′+3O0

Nb2-x Ti3x O3可能成立Nb2-2x Ti2x O3+x

三、1．(2分)粘度增加；

2．(2分)扩散也可以从低浓度向高浓度进行；

3．(2分)都是晶界移动的结果。正常长大是晶粒平均尺寸增加，反常长大是个别大晶粒尺寸异常增加。

4．(2分)正确

5．(2分)两个固相和一个液相

四、表面上的原子产生相对于正常位置的上、下位移，称为表面弛豫。(2分)

NaCl单晶中处于表面层的负离子只受到上下和内侧正离子的作用，而外侧是不饱和的。电子云将被拉向内侧的正离子一方而变形，使该负离子诱导成偶极子。这样就降低了晶体表面的负电场。接着，表面层离子开始重排以使之在能量上趋于稳定。为此，表面的负离子被推向外侧，正离子被拉向内侧从而形成了表面双电层。(4分)

五、

(2分)

(2分) 因为<,所以铂丝向Cr2O3方向移动。(2分)

六、由热力学可知，在等温、等压下有

在平衡条件下，，则有

式中：Ｔ0是相变的平衡温度；为相变热。

若在任意温度的不平衡条件下，则有

若与不随温度而变化，将上式代入上式得：

可见，相变过程要自发进行，必须有，则。

(1)若相变过程放热（如凝聚、结晶等）。要使，必须有，

，即，这表明系统必须“过冷”。

(2)若相变过程吸热（如蒸发、熔融等），要满足这一条件则必须，即

，这表明系统要自发相变则必须“过热”。

七、扬德方程[1—（1—G）1/3]2=K4t t=194.6h(2分)

金斯特林格方程1—2/3G—（1-G）2/3=K6t t=68.1t=68.1(2分)

扬德方程假设反应过程中扩散截面不变，而金斯特林格方程考虑了反应中扩散截面的变化。随反应的进行，反应物体积减小，扩散截面变小，所需反应时间要比扬德假设所计算出的时间短。(2分)

八、陶瓷材料中晶粒的大小与物料的原始粒度、烧结温度和时间等因素有关；(3分)

控制晶粒尺寸方法：控制原始粒度均匀细小，控制烧结温度和时间，添加剂等。(3分)

九、1、见图，付三角形3分，界线性质1分，界线上温度降低的方向4.5分；

2、D，一致熔融二元化合物，高温稳定、低温分解；(1.5分)

M，不一致熔融三元化合物；（1分）

3、（4分）E1，单转熔点，

E2，低共熔点，

E3，单转熔点，

E4，过渡点，

4、（6分）

L (结晶结束)

S （产物C+B+M）

5、E2温度（1分），H点所在温度（1分）；过H点做副三角形BCM的两条边CM、BM的平行线HH1、HH2，

C%=BH2/BC×100%，B%=CH1/BC×100%，C%=H1H2/BC×100%（3分）。

试题三答案

一、1 （100）（111）[111] [0-11] 各1分

2 CNT i4+=6 [T i O6] CN Ca2+=12 [CaO12] CN O2--=6 [OTi2Ca4] 各1分

3 Z=1(1分) T i4+ (1分)占据1/4八面体空隙(1分)

4 因为：Z+=2/12*4+4/6*2=2=Z-所以：饱和(3分)

5 不存在，因为是复合氧化合物。(2分)

二、岛状、架状、链状、层状、组群状、链状各1分

三、（1）CaCl2V Na′+2Cl Cl+CaNa′(2分)

NaC1-2x Ca x Cl(1分)

（2）O V Na′+V Cl′(2分)

（3）一是因为晶体中的间隙位置有限，二是因为间隙质点超过一定的限度会不破坏晶体结构的稳定性。

四、[SiO4]为基本结构单元，四面体组成形状不规则大小不同的聚合力子团，络阴离子团之间依靠金属离子连接。（4分）；

从Na2O—SiO2系统出发，随引入B2O3量的增加，[BO3]与游离氧结合，转变为[BO4]，使断裂的网络重新连接，系统粘度增加（3分）；

继续引入B2O3，B2O3以层状或链状的[BO3]存在，系统的粘度降低（3分）。

五、固体表面通过表面质点的极化、变形、重排降低固体的表面能（3分）；

液体分子可自由移动，通过形成球形表面来降低表面能（2分）；

固体质点不能自由移动，只能通过表面质点的极化、变形、重排降低表面能，因此表面能总是高于同

组成的液体的表面能（3分）。

六、由公式D=D0exp(-Q/RT)；（1分）计算Dα=6.72*10-7；（1分）Dγ=2.7*10-8（1分）；Dα〉Dγ；（1分）因为体心结构较面心结构疏松（2分）。

七、由热力学可知,在等温、等压下有

在平衡条件下,=0，则有

式中：Ｔ0是相变的平衡温度；为相变热。

若在任意温度T 的不平衡条件下，则有

若与不随温度而变化，将上式代入上式得：

可见，相变过程要自发进行，必须有<0,则<0 。

（3）若相变过程放热（如凝聚、结晶等）<0。要使<0，必须有>0，，即T0>T，这表明系统必须“过冷”。

（4）若相变过程吸热（如蒸发、熔融等）>0,要满足<0这一条件则必须<0，即T0

八、选择Mg(OH)2、γ-Al2O3（3分）；因为反应活性高，结构不稳定（3分）。

九、蒸发冷凝、表面扩散

十、1．见图（6分）；

2．S1二元不一致熔融化合物，S2二元不致熔融化合物，S3三元不一致熔融化合物；（各1分）

3．P1：过渡点A+B S；P2：双转熔点L+B+S1=S3；P3：低共熔点L=B+C+S3；P4：单转熔点L+A =S2+S1；P5单转熔点L+S1= S2+S3；P6低共熔点

L=C+S2+S3；（各1分）

4．（4分）

L:

(结晶结束)

S:（产物S1+ S2+S3）

5．P3,H,B：C：S3=CC1：BB1：B1C1（5分）

试题四答案

一填空题（第1题每空0.5分，其它每空1分，总计20分）

1. 晶胞参数，三斜，正交（斜方），立方。

2. 化学位梯度，浓度梯度的，定向迁移。

3. 原子排列状况相同但位向不同，数字相同、数序和正负号不同。

4. 沸石>萤石>TiO2>MgO。

5. 烧结初期、烧结中期和烧结后期，再结晶和晶粒长大。

6. 是，固体质点不能自由移动。

7. 在垂直于表面的方向上原子间距不同于该方向上晶格内部原子间距的表面，驰豫表面。

8. 相界面上的化学反应和反应物通过产物层的扩散，相界面上的化学反应速率远小于反应物通过产物层的扩散速率。

9. 镁橄榄石>辉石>长石。

10. 垂直平行。

二、（10分）解：(1) D=D0exp(-Q/RT) 2分

T=563+273=836K时，D=3×10-14cm2/s 2分

T=450+273=723K时，D=1.0×10-14cm2/s 2分

代入上式可求Q=48875J，D0=0.34×10-11cm2/s 2分

(2) D=D0exp(-Q/RT) =1.1×10-14 cm2/s 2分

三、（10分）解：（1）有两种配位多面体，[SiO4]，[MgO6]，同层的[MgO6]八面体共棱，如59[MgO6]和49[MgO6]共棱75O2-和27O2-，不同层的[MgO6]八面体共顶，如1[MgO6]和51[MgO6]共顶是22O2-，同层的[MgO6]与[SiO4]共顶，如T[MgO6]和7[SiO4]共顶22O2-，不同层的[MgO6]与[SiO4]共棱，T[MgO6]和43[SiO4]共28O2-和28O2-；2.5分

（3）z=4(2.5分)；

（4）Si4+占四面体空隙=1/8，Mg2+占八面体空隙=1/2。（2.5分）

四、1、∵△G＝·△G V＋·σ

令则

已知：△G V＝－3.6×106J/cm3；σ＝0.15 J/cm2

∴＝8.33×10－8cm（5分）

2、个（5分）

五、1．如右图，I表示核化速率，u表示晶化速率（5分）；

2．在阴影部分以外的温度对形成玻璃有利，因为此时核化速率与晶化速率都较小或只存在一种情况（5分）。

六、1 1）（2分）

（2分）

2）（1分）

2 体心立方点阵的晶胞结构图（2分），

(112)晶面和晶向（各1.5分）。

3 选择Mg(OH)2、γ-Al2O3；因为反应活性高，结构不稳定。（3+2）

七、1、见图；（6分）

2、G，一致熔融二元化合物；F，不一致熔融二元化合物；H，不一致熔融三元化合物（3分）

3、E1，单转熔点，

E2，低共熔点，

E3，低共熔点，

E4，单转熔点，

E 5，单转熔点，

E 6，多晶转变点，（6分）

4、

L ：

(结

晶结束)（B 消失）（4分）

S ： （产物A+F+H ） （2分）

5、E 2温度，M 2点所在温度；过M 2点做副三角形CGH 的

两条边GH 、GC 的平行线M 2X 、M 2Y ，C%=YH/HC×100%，

H%=CX/HC×100%，G%=XY/HC×100%。（4分）

试题五答案

一、填空题（1?10=10分） 1. 6 ，12 。

2. 22x

c

D t c ??=?? 。 3. 结构相同或相似，或具有相似的原子排列，或接触角为0，或接触角较小。 4. 环境的作用。 5. 晶粒长大和再结晶。

6. 较低，速度较慢；反应开始明显进行的温度或较高。

7.一定的温度。

8. 垂直。

二、晶体结构分析（20分）

1、 1）Ca 2+面心立方堆积，简单立方堆积；（4分）

2） 钙的配位数为8，[CaF 8]立方体；F 的配位数为4，[FCa 4]

四面体；（4分）

3） [CaF 8]立方体之间共棱（共用2个顶点）连接；（2分） 4） 见图（1分），平行（111）面存在同号离子层，外力作

用下沿平行（111）面方向有解理现象（3分）。

2、Si/O=1/2，架状结构；Si/O=4/10，层状结构；Si/O=4/11，双链结构；Si/O=2/6，单链结构；Si/O=2/7，组群状（双四面体）结构；Si/O=2/7，组群状（双四面体）结构；Si/O=1/3，组群状（环状）结构；Si/O=1/4，岛状结构；（6分） 三、晶体结构缺陷（10分）

1、都不对(2分)。若B 进入顶点位置，则形成固溶体化学式为8

)

188(x x

B A +-，简化后得x x B A )16(-， x 取1到8

的整数，全部取代顶点位置的质点，得AB(4分) 2、间隙型固溶体："3

222i O Mg MgO O O Al O Al ++??→??

(2分)Al 2x Mg 1－2x O 1＋x 或 Al 2x Mg 2－2x O 2＋x (1分)

置换型固溶体："

3232Mg O Mg MgO V O Al O Al ++??→?? (2分) Al 2x Mg 1－3x O 或Al 2x Mg 3－3x O 3 (1分)

四、（10分）

长石<辉石(MgO·SiO 2)<镁橄榄石（2分）

长石〉辉石(MgO·SiO 2)〉镁橄榄石（2分）

| 理由：从长石、辉石(MgO·SiO 2)到镁橄榄石，熔体结构从架状、链状到岛状，络阴离子团尺寸减小，作用力矩减小，因此表面张力增大；同理，长石熔体具有架状结构，氧硅比2，网络连接程度好，冷却过程中不易规则排列而容易形成玻璃，镁橄榄石具有岛状，氧硅比4，硅氧四面体孤立存在，冷却过程中易规则排列而最不容易形成玻璃，辉石形成玻璃的能力居中。（6分） 五（10分）、1、0837.0cos )

,,O Al /,),O (Al 3

2

3

2

<-=-=

液（固）

液（固Ag Ag γγγθ

(2分)

接解角大于90°，所以液态银不能润温氧化铝瓷件表面(2分)

最有可能实现的措施：在液态银中加入表面活性剂，降低γ(Ag ，液/ Al2O3，固)，可使其润湿。(2分)

2、PbI 2> CaF 2(2分)。与Ca 2＋

和F －

相比，Pb 2＋

与I －

具有较大的极化性能，因此表面双电层的厚度较厚(2分)。 六、（10分）

1、Tm ＝1083℃＝1356K 1分 △T ＝1356－（853＋273）＝230K 1分

cm T H Tm r 751028.1230

16281356

1077.122*--?=????=?????-

=γ 2分 7444)

103615.0()1028.1(344*343

73733=????=??=--ππa r n （个） 2分 2、R*＝r*＝1.28×10－7

cm 1分 h ＝0.2R*=0.2×1.28×10－7

=0.256×10－7

cm 1分 ()321772

72

1024.0)10256.01028.13(3

)10256.0(*33

cm h R h V ----?=?-?????=

-=

ππ

1分

204)103615.0(1024.043

7213=???=?=--a V n （个） 1分

七、（5分）固溶体类型不同，扩散机制不同，导致扩散系数差别很大。1分

氢在面心立方铁中形成间隙固溶体，按间隙扩散机制进行扩散，其扩散活化能比较小，故扩散系数大； 2分 而镍在面心立方铁中形成置换固溶体，按空位扩散机制进行扩散，其扩散活化能比较大，故扩散系数小。2分

或答原子半径小，在相同的扩散基质中进行扩散，阻力小，活化能低，扩散系数大。（5分） 八、（5分）

选择MgCO 3、γ－Al 2O 3较好。 3分

MgCO 3在加热到350℃～400℃分解为MgO 和CO 2，具有比较高的反应活性； 1分

γ－Al 2O 3在加热到950℃时转变为α－Al 2O 3，由于发生晶格重排，会使晶格活化，具有比较高的反应活性。 1分 九、（20分）

1． 见图。三个副三角形，各0.5分，计1.5分；温降箭头和性质各0.5分，计3分。合计4.5分； 2． 不一致熔融二元、低温稳定高温分解的化合物，各0.5分，合计1.5分； 3． E ：三元低共熔点

D B C L ++?

J 1：过渡点 D B A L

?→←

+ J 2：单转熔点

D C A L +?+ 各1分，合计3分；

4．

1

1M d D D A A E

E c b a M D

B C L D C L D L D A L A L →→→→→???→????→???→????→???→?++→+→→→+→（液相消失，结晶结

束，产物C+B+D ），3分。B%=xy/CD, C%=yD/CD, B%=Cx/CD ，1.5分。合计4.5分 5．

2

112M g f f A A E

E J J e M B D C L B D L D B A B A L A L L

→→→→→???→????→?????→????→???→?++→+→?→?++→→（液相消失，结

晶结束，产物C+B+D ），3分。L%=fM 2/f J 1, A%= J 1M 2/f J 1*Bf/AB, B%= J 1M 2/f J 1*Af/AB ，1.5分。A 先消失，因为此时系统中A 与B 的比小于化合物D 中A 与B 的比，2分。合计6.5分。

武汉理工大学《材料科学基础》考试大纲

第一部分 考试说明 一、考试性质

《材料科学基础》是材料学科的专业基础课，着重研究材料的成分、加工方法与材料的组织、性能之间的关系以及其变化规律，它是如何发挥材料潜力使用好现有材料和研究开发新材料的理论基础，也是学习材料学科专业课的先行课程，所以设立为材料学科专业硕士研究生的入学专业基础考试课程。 二、考试的学科范围

考查的详细要点见第二部分。知识面要全面兼顾，重点在于基础。 三、评价目标

对《材料科学基础》的基本理论掌握，应用基本理论分析常见的工程现象的能力。分析问题要求文字语言通顺，层次清楚；回答问题要求要点明确，即提出论点，指明方向，简要说明理由；计算题要有明确原理，原始数据来源，准确的结果，合理的计量单位。 四、考试形式与试卷结构

考试时间180分钟，采用闭卷笔试。

题形为问答方式的分析和论述题，含通用的计算内容。按题目内容分小题按要点记分。 五、参考书目

侧重公有的基础理论，不限书目。可以为任何90年后出版的材料专业的教科书。

例如 西安交大石德柯等编《材料科学基础》，清华潘金生等编《材料科学基础》，哈工大李超编《金属学原理》，中南矿冶曹明盛编《物理冶金基础》等等。

第二部分考查要点

一、材料的晶体结构

名词概念

晶体与非晶体晶格与晶胞晶向指数与晶面指数体心立方面心立方密排六方

内容要求

1．晶胞中晶向指数与晶面指数表示方法，即指数与图形对应关系。

2．金属中常见三种典型晶型的原子位置、单胞中原子数、致密度、配位数、密排面与密排方向。

3．立方晶系中方向指数的夹角和晶面间距。

二、晶体缺陷

名词概念

单晶体与多晶体晶粒与晶界点缺陷线缺陷面缺陷空位位错柏氏矢量刃型位错和螺型位错滑移与攀移

内容要求

1．定性说明晶体平衡时为什么存在一定的空位浓度。

2．简单立方晶系中刃型位错和螺型位错原子模型，及其对应的柏氏矢量。

3．位错滑移运动的条件及其结果。

4．晶体中的界面形式、界面能及其对晶粒形貌的影响。

三、材料的相结构

名词概念

固溶体与化合物电子浓度

内容要求

1．固溶体有哪些类型，影响固溶体溶解度的因素。

2．材料中的化合物有哪些类型，及其它们的主要形成条件。

四、相图

名词概念

合金组元相、组织、组织组成物固溶体与化合物匀晶、共晶、包晶、共析转变杠杆定律枝晶偏

析铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体碳钢与白口铸铁成分三角形连接线连接三角形等温截面图垂直截面图

内容要求

1．阅读二元相图，已知部分相区确定相邻相区，确定双相区和三相区的冷却转变类型和反应式，分析合金冷却时的相变过程及对应的冷却曲线。

2．根据相图(含匀晶、共晶、包晶、共析、包析综合)分析相和组织转变过程，用杠杆定律定律计算平衡转变时相组成和组织组成物的相对含量。

3．快速冷却对不同类型转变将会带来那些影响。

4．记住Fe－Fe3C平衡相图及相关点的成分和温度，分析相和组织转变过程，计算平衡转变时相组成和组织组成物的相对含量。认识或绘制室温组织示意图。

5．三元系的成分表示方法，即成分点和成分值的对应。

2．三相平衡区和四相平衡区空间结构特点和截面图中的形状及区的相邻关系。降温过程发生的转变类型。3．看懂较简单的基本三元相图的平面图。

五、材料的凝固

名词概念

凝固与结晶形核与长大形核率与长大速度溶质分配系数成分过冷

内容要求

1．结晶的一般过程是怎样的，均匀形核和非均匀形核的主要差别，为什么晶核需要一定的临界尺寸。2．金属型材料结晶过程中晶体的长大方式与温度分布的关系。

3．控制晶粒尺寸和凝固体组织的方法，及其用凝固理论的解释。

4．什么是成分过冷，它的形成原因、影响因素以及对固溶体凝固组织的影响。

六、材料的塑性变形与回复再结晶

名词概念

塑性变形屈服滑移、滑移系、滑移面、滑移方向孪生加工硬化变形织构回复、再结晶再结晶温

度热加工

内容要求

1．金属塑性变形的基本过程与方式。

2．面心立方和体心立方晶系的滑移系及外力作用下的首开滑移系。

3．塑性变形后的组织、性能的变化。什么是加工硬化，产生原因及工程意义。

4．利用位错的基本理论说明滑移方式塑性变形的若干现象。

5．回复和再结晶时发生了哪些变化，它们给材料的组织、性能哪些影响。

6．再结晶和凝固结晶有哪些相同和不同的地方，为什么再结晶过程不是相变。

7．影响再结晶后晶粒尺寸的因素及其控制。

七、固体中的扩散

名词概念

扩散与扩散系数间隙扩散与代位扩散上坡扩散与反应扩散柯肯达尔效应

内容要求

1．菲克第二定律的误差函数解的形式，及其在工程中的应用计算。

2．影响扩散系数的因素有那些，对其原因和方向能进行基本说明。

3．利用热力学原理解释上坡扩散与反应扩散。

八、固态相变

名词概念

固态相变扩散型相变马氏体型相变

内容要求

1．固态相变有哪些类型，与凝固过程相比有那些特点。

2．什么是扩散型相变什么是马氏体型相变各自发生的条件和转变特点。

材料科学基础习题解析

1、略。

2、解：（1）h:k:l=1/2:1/3:1/6=3:2:1,∴该晶面的米勒指数为（321）；（2）（321）

3、略。

4、略。

5、解：MgO为NaCl型，O2-做密堆积，Mg2+填充空隙。r O2- =0.140nm，r Mg2+=0.072nm，z=4，晶胞中质点体积：

(4/3×πr O2-3+4/3×πr Mg2+3)×4，a=2(r++r-)，晶胞体积=a3，堆积系数=晶胞中MgO体积/晶胞体积=68.5%，密度=晶胞中MgO质量/晶胞体积=3.49g/cm3。

6、解：体心：原子数 2，配位数 8，堆积密度 55.5%；

面心：原子数 4，配位数 6，堆积密度 74.04%；

六方：原子数 6，配位数 6，堆积密度 74.04%。

材料科学基础期末考试历届考试试题复习资料

四川理工学院试卷（2009至2010学年第1学期） 课程名称：材料科学基础 命题教师：罗宏 适用班级：2007级材料科学与工程及高分子材料专业 考试（考查） 年 月 日 共 页 1、 满分100分。要求卷面整洁、字迹工整、无错别字。 2、 考生必须将姓名、班级、学号完整、准确、清楚地填写在试卷规定的地方，否 则视为废卷。 3、 考生必须在签到单上签到，若出现遗漏，后果自负。 4、 如有答题纸，答案请全部写在答题纸上，否则不给分；考完请将试卷和答题卷 分别一同交回，否则不给分。 试题答案及评分标准 得分 评阅教师 一、判断题：（10分，每题1分，正确的记错误的记“％” 1?因为晶体的排列是长程有序的，所以其物理性质是各向同性。 （％ 2. 刃型位错线与滑移方向垂直。（话 3. 莱氏体是奥氏体和渗碳体的片层状混合物。（X ） 4?异类原子占据空位称为置换原子，不会引起晶格畸变。 （X 5. 电子化合物以金属键为主故有明显的金属特性。 （话 6. 冷拉后的钢条的硬度会增加。（话 7. 匀晶系是指二组元在液态、固态能完全互溶的系统。 （话 题号 -一- -二二 三 四 五 六 七 八 总分 评阅（统分”教师 得分 :题 * 冷 =要 密;

8.根据菲克定律，扩散驱动力是浓度梯度，因此扩散总是向浓度低的方向进行。（X

9. 细晶强化本质是晶粒越细，晶界越多，位错的塞积越严重，材料的强度也就 越高。（V ） 10. 体心立方的金属的致密度为 0.68。（V ） 、单一选择题：（10分，每空1分） (B) L+B — C+B （C ） L —A+B （D ） A+B^L 7. 对于冷变形小 的金属，再结晶核心形成的形核方式一般是（ A ） （A ） 凸出形核亚 （ B ）晶直接形核长大形核 （B ） 亚晶合并形核 （D ）其他方式 8. 用圆形钢饼加工齿轮，下述哪种方法更为理想？ （ C ） （A ）由钢板切出圆饼（B ）由合适的圆钢棒切下圆饼 （C ） 由较细的钢棒热镦成饼 （D ）铸造成形的圆饼 1. 体心立方结构每个晶胞有（B ） 个原子。 2. 3. (A) 3 ( B) 2 (C) 6 固溶体的不平衡凝固可能造成 （A ）晶内偏析 （C ）集中缩孔 属于＜100＞晶向族的晶向是（ (A) [011] (B) [110] (D) 1 (B) (D) (C) 晶间偏析 缩松 [001] (D) [101] 4.以下哪个工艺不是原子扩散理论的具体应用 （A ）渗氮 （B ）渗碳 （C ）硅晶片掺杂 （） （D ）提拉单晶5.影响铸锭性能主要晶粒区是（C ） （A ）表面细晶粒区 （B ）中心等轴（C ）柱状晶粒区 三个区影 响相同 6 ?属于包晶反应的是（A ） （ L 表示液相, A 、B 表示固相） (A) L+A — B

中南大学材料科学基础考试试卷

中南大学考试试卷 2001 —— 2002 学年第二学期时间 110 分钟 材料科学与工程课程 64 学时 4 学分考试形式：闭卷 专业年级材料 1999 级总分 100 分，占总评成绩 70% 一、名词解释（5分×8） 1、金属玻璃 2、金属间化合物 3、离异共晶 4、晶界偏聚 5、科垂尔气团（Cottrell Atmosphere） 6、孪生 7、反应扩散 8、变形织构 二、问答题 1、（10分）标出hcp晶胞中晶面ABCDEF面、ABO面的晶面指数，OC方向、OC方向的晶向指数。这些晶面与晶向中，那些可构成滑移系？指出最容易产生滑移的滑移系。 2、（10分）判断 ] 1101 [ 6 ]1 2 1[ 6 ]1 1 2[ 6 a a a → + 位错反应在面心立方晶体中能否进行？若两个扩 展位错的领先位错发生上述反应，会对面心立方金属性能有何影响。 3、（10分）写出非稳态扩散方程的表达式，说明影响方程中扩散系数的主要因素。 4、（10分）指出影响冷变形后金属再结晶温度的主要因素。要获得尺寸细小的再结晶晶粒，有那些主要措施，为什么? 5、（15分）试述针对工业纯铝、Al－5％Cu合金、Al－5％Al2O3复合材料分别可能采用那些主要的强化机制来进行强化。 6、（15分）请在如下Pb－Bi－Sn相图中 （1）写出三相平衡和四相平衡反应式； （2）标出成分为5％Pb，65％Bi与30％Sn合金所在位置，写出该合金凝固结晶过程，画出并说明其在室温下的组织示意图。

7、（20分）Cu－Sn合金相图如图所示。 （1）写出相图中三条水平线的反应式，并画出T1温度下的成分－自由能曲线示意图； （2）说明Cu－10wt％Sn合金平衡和非平衡凝固过程，分别画出室温下组织示意图； （3）非平衡凝固对Cu－5wt％Sn合金的组织性能有何影响，如何消除？ 8、（20分）低层错能的工业纯铜铸锭采用T＝0.5T熔点温度热加工开坯轧制。 （1）画出该材料分别在高、低应变速率下热加工时的真应力－真应变曲线示意图，并说明影响曲线变化的各种作用机制； （2）开坯后该金属在室温下继续进行轧制，画出此时的真应力－真应变曲线示意图，并说明影响曲线变化的机制； （3）开坯后该金属要获得硬态、半硬态和软态制品，最后工序中可采用那些方法，为什么？ 中南大学考试试卷 2002 —— 2003 学年第二学期时间 110 分钟 材料科学与工程课程 64 学时 4 学分考试形式：闭卷 专业年级材料 2000 级总分 100 分，占总评成绩 70% 一、填空（0.5X30=15分） 1、fcc结构的密排方向是_____，密排面是____，密排面的堆垛顺序是_____，致密度为________，配位数是____，晶胞中原子数为___，把原子视为半径为r的刚性球时，原子的半径是点阵常数a 的关系为_________。 2、形成有序固溶体的必要条件是：（1）________，（2）_________，（3）________。 3、无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是：强度和硬度__________，塑性_______________，导电性_________________。 4、Fe-Fe3C相图中含碳量小于___为钢，大于____为铸铁；铁碳合金室温平衡组织均由______和___两个基本相组成；奥氏体其晶体结构是____，合金平衡结晶时，奥氏体的最大含碳量是 ______；珠光体的含碳量是_____；莱氏体的含碳量为____；在常温下，亚共析钢的平衡组织是_____，过共析钢的平衡组织是_____；Fe3C I是从_____中析出的，Fe3C II是从____中析出的，Fe3C III

材料科学基础期末试题

材料科学基础考题 I卷 一、名词解释（任选5题，每题4分，共20分） 单位位错；交滑移；滑移系；伪共晶；离异共晶；奥氏体；成分过冷答： 单位位错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错称为单位位错。 交滑移：两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移，称为交滑移。滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系。 伪共晶：在非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。 离异共晶：由于非平衡共晶体数量较少，通常共晶体中的a相依附于初生a相生长，将共晶体中另一相B推到最后凝固的晶界处，从而使共晶体两组成相相间的组织特征消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶。 奥氏体：碳原子溶于丫-Fe形成的固溶体。 成分过冷：在合金的凝固过程中，将界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷称为成分过冷。 二、选择题（每题2分，共20分） 1. 在体心立方结构中，柏氏矢量为a[110]的位错（A ）分解为a/2[111]+a/2[l11]. （A）不能（B）能（C）可能 2. 原子扩散的驱动力是：（B ） （A）组元的浓度梯度（B）组元的化学势梯度（C）温度梯度 3?凝固的热力学条件为：（D ） （A）形核率（B）系统自由能增加 （C）能量守衡（D）过冷度 4?在TiO2中，当一部分Ti4+还原成Ti3+，为了平衡电荷就出现（A） （A）氧离子空位（B）钛离子空位（C）阳离子空位 5?在三元系浓度三角形中，凡成分位于（ A ）上的合金，它们含有另两个顶角所代表的两 组元含量相等。 （A）通过三角形顶角的中垂线 （B）通过三角形顶角的任一直线 （C）通过三角形顶角与对边成45°的直线 6?有效分配系数k e表示液相的混合程度，其值范围是（B ） （A）1vk e

[考研]材料科学基础试题库

《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、1.6 B、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

《材料科学基础》期末考试试卷及参考答案,2019年6月

第1页（共11页） ########2018-2019学年第二学期 ########专业####级《材料科学基础》期末考试试卷 （后附参考答案及评分标准） 考试时间：120分钟 考试日期：2019年6月 题 号 一 二 三 四 五 六 总 分 得 分 评卷人 复查人 一、单项选择题（请将正确答案填入表中相应题号处，本题13小题，每小题2分，共26分） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 题号 11 12 13 答案 1. 在形核-生长机制的液-固相变过程中，其形核过程有非均匀形核和均匀形核之分，其形核势垒有如下关系（ ）。 A. 非均匀形核势垒 ≤ 均匀形核势垒 B. 非均匀形核势垒 ≥ 均匀形核势垒 C. 非均匀形核势垒 = 均匀形核势垒 D. 视具体情况而定，以上都有可能 2. 按热力学方法分类，相变可以分为一级相变和二级相变，一级相变是在相变时两相自由焓相等，其一阶偏导数不相等，因此一级相变（ ）。 A. 有相变潜热改变，无体积改变 B. 有相变潜热改变，并伴随有体积改变 C. 无相变潜热改变，但伴随有体积改变 D. 无相变潜热改变，无体积改变 得分 专业 年级 姓名 学号 装订线

3. 以下不是材料变形的是（）。 A. 弹性变形 B. 塑性变形 C. 粘性变形 D. 刚性变形 4. 在固溶度限度以内，固溶体是几相？（） A. 2 B. 3 C. 1 D. 4 5. 下列不属于点缺陷的主要类型是（）。 A. 肖特基缺陷 B. 弗伦克尔缺陷 C. 螺位错 D. 色心 6. 由熔融态向玻璃态转变的过程是（）的过程。 A. 可逆与突变 B. 不可逆与渐变 C. 可逆与渐变 D. 不可逆与突变 7. 下列说法错误的是（）。 A. 晶界上原子与晶体内部的原子是不同的 B. 晶界上原子的堆积较晶体内部疏松 C. 晶界是原子、空位快速扩散的主要通道 D. 晶界易受腐蚀 8. 表面微裂纹是由于晶体缺陷或外力作用而产生，微裂纹同样会强烈地影响表面性质，对于脆性材料的强度这种影响尤为重要，微裂纹长度，断裂强度。（） A. 越长；越低 B. 越长；越高 C. 越短；越低 D. 越长；不变 9. 下列说法正确的是（）。 A. 再结晶期间，位错密度下降导致硬度上升 B. 再结晶期间，位错密度下降导致硬度下降 C. 再结晶期间，位错密度上升导致硬度上升 D. 再结晶期间，位错密度上升导致硬度下降 10. 下列材料中最难形成非晶态结构的是（）。 A. 陶瓷 B. 金属 C. 玻璃 D. 聚合物 第2页（共11页）

材料科学基础试题及答案考研专用

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。

三、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。 影响因素：1）分配系数k0：当k0<1时，k0值越小，则偏析越大；当k0>1时，k0越大，偏析也越大。2）溶质原子扩散能力，溶质原子扩散能力大，则偏析程度较小；反之，则偏析程度较大。3）冷却速度，冷却速度越大，晶内偏析程度越严重。 对金属性能的影响：使合金的机械性能下降，特别是使塑性和韧性显著降低，

材料科学基础期末考试

期末总复习 一、名词解释 空间点阵：表示晶体中原子规则排列的抽象质点。 配位数：直接与中心原子连接的配体的原子数目或基团数目。 对称：物体经过一系列操作后，空间性质复原；这种操作称为对称操作。 超结构：长程有序固溶体的通称 固溶体：一种元素进入到另一种元素的晶格结构形成的结晶，其结构一般保持和母相一致。 致密度：晶体结构中原子的体积与晶胞体积的比值。 正吸附：材料表面原子处于结合键不饱和状态，以吸附介质中原子或晶体内部溶质原子达到平衡状态，当溶质原子或杂质原子在表面浓度大于在其在晶体内部的浓度时称为正吸附； 晶界能：晶界上原子从晶格中正常结点位置脱离出来，引起晶界附近区域内晶格发生畸变，与晶内相比，界面的单位面积自由能升高，升高部分的能量为晶界能； 小角度晶界：多晶体材料中，每个晶粒之间的位向不同，晶粒与晶粒之间存在界面，若相邻晶粒之间的位向差在10°～2°之间，称为小角度晶界； 晶界偏聚：溶质原子或杂质原子在晶界或相界上的富集，也称内吸附，有因为尺寸因素造成的平衡偏聚和空位造成的非平衡偏聚。 肖脱基空位：脱位原子进入其他空位或者迁移至晶界或表面而形成的空位。 弗兰克耳空位：晶体中原子进入空隙形而形成的一对由空位和间隙原子组成的缺陷。 刃型位错：柏氏矢量与位错线垂直的位错。 螺型位错：柏氏矢量与位错线平行的位错。 柏氏矢量：用来表征晶体中位错区中原子的畸变程度和畸变方向的物理量。 单位位错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错 派—纳力：位错滑动时需要克服的周围原子的阻力。 过冷：凝固过程开始结晶温度低于理论结晶温度的现象。 过冷度：实际结晶温度和理论结晶温度之间的差值。 均匀形核：在过冷的液态金属中，依靠金属本身的能量起伏获得成核驱动力的形核过程。 过冷度：实际结晶温度和理论结晶温度之间的差值。 形核功：形成临界晶核时，由外界提供的用于补偿表面自由能和体积自由能差值的能量。 马氏体转变：是一种无扩散型相变，通过切变方式由一种晶体结构转变另一种结构，转变过程中，表面有浮凸，新旧相之间保持严格的位向关系。或者：由奥氏体向马氏体转变的

材料科学基础期末试题

几种强化加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象。 强化机制：金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力。 细晶强化：是由于晶粒减小，晶粒数量增多，尺寸减小，增大了位错连续滑移的阻力导致的强化；同时由于滑移分散，也使塑性增大。 弥散强化：又称时效强化。是由于细小弥散的第二相阻碍位错运动产生的强化。包括切过机制和绕过机制。（2 分） 复相强化：由于第二相的相对含量与基体处于同数量级是产生的强化机制。其强化程度取决于第二相的数量、尺寸、分布、形态等，且如果第二相强度低于基体则不一定能够起到强化作用。（2 分） 固溶强化：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象。。包括弹性交互作用、电交互作用和化学交互作用。 几种概念 1、滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。 2、交滑移：螺型位错在两个相交的滑移面上运动，螺位错在一个滑移面上运动遇有障碍，会转动到另一滑移面上继续滑移，滑移方向不变。 3、屈服现象：低碳钢在上屈服点开始塑性变形，当应力达到上屈服点之后开始应力降落，在下屈服点发生连续变形而应力并不升高，即出现水平台（吕德斯带）原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成，位错的增殖。 4、应变时效：低碳钢经过少量的预变形可以不出现明显的屈服点，但是在变形后在室温下放置一段较长时间或在低温经过短时间加热，在进行拉伸试验，则屈服点又重复出现，且屈服应力提高。 5、形变织构：随塑性变形量增加，变形多晶体某一晶体学取向趋于一致的现象。滑移和孪晶的区别 滑移是指在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶向，相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。 孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系。 伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的合金全部变成共晶组织，这种非共晶成分的共晶组织，称为伪共晶组合。 扩散驱动力：化学位梯度是扩散的根本驱动力。 一、填空题（20 分，每空格1 分） 1. 相律是在完全平衡状态下，系统的相数、组元数和温度压力之间的关系，是系统的平衡条件的数学表达式：f=C-P+2 2. 二元系相图是表示合金系中合金的相与温度、成分间关系的图解。 3?晶体的空间点阵分属于7大晶系，其中正方晶系点阵常数的特点为a=b M c,a = B =Y =90°，请列举除立方和正方晶系外其他任意三种晶系的名称三斜、单斜、六方、菱方、正交（任选三种）。 4. 合金铸锭的宏观组织包括表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区三部分。 5．在常温和低温下，金属的塑性变形主要是通过滑移的方式进行的。此外还有孪生和扭

材料科学基础试卷(带答案)

材料科学基础试卷(一) 一、概念辨析题（说明下列各组概念的异同。任选六题，每小题3分，共18分） 1 晶体结构与空间点阵 2 热加工与冷加工 3 上坡扩散与下坡扩散 4 间隙固溶体与间隙化合物 5 相与组织 6 交滑移与多滑移 7 金属键与共价键 8 全位错与不全位错 9 共晶转变与共析转变 二、画图题（任选两题。每题6分，共12分） 1 在一个简单立方晶胞内画出［010］、［120］、［210］晶向和（110）、（112）晶面。 2 画出成分过冷形成原理示意图（至少画出三个图）。 3 综合画出冷变形金属在加热时的组织变化示意图和晶粒大小、内应力、强度和塑性变化趋势图。 4 以“固溶体中溶质原子的作用”为主线，用框图法建立与其相关的各章内容之间的联系。 三、简答题（任选6题，回答要点。每题5分，共 30 分） 1 在点阵中选取晶胞的原则有哪些？ 2 简述柏氏矢量的物理意义与应用。 3 二元相图中有哪些几何规律？ 4 如何根据三元相图中的垂直截面图和液相单变量线判断四相反应类型？ 5 材料结晶的必要条件有哪些？

6 细化材料铸态晶粒的措施有哪些？ 7 简述共晶系合金的不平衡冷却组织及其形成条件。 8 晶体中的滑移系与其塑性有何关系？ 9 马氏体高强度高硬度的主要原因是什么？ 10 哪一种晶体缺陷是热力学平衡的缺陷，为什么？ 四、分析题（任选1题。10分） 1 计算含碳量0.04的铁碳合金按亚稳态冷却到室温后，组织中的珠光体、二次渗碳体和莱氏体的相对含量。 2 由扩散第二定律推导出第一定律，并说明它们各自的适用条件。 3 试分析液固转变、固态相变、扩散、回复、再结晶、晶粒长大的驱动力及可能对应的工艺条件。 五、某面心立方晶体的可动滑移系为(111) [110].（15分） (1) 指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量. (2) 如果滑移由纯刃型位错引起,试指出位错线的方向. (3) 如果滑移由纯螺型位错引起,试指出位错线的方向. (4) 在(2),(3)两种情况下,位错线的滑移方向如何? (5) 如果在该滑移系上作用一大小为0.7的切应力，试确定单位刃型位错和螺型位错 线受力的大小和方向。（点阵常数0.2)。 六、论述题（任选1题，15分） 1 试论材料强化的主要方法、原理及工艺实现途径。 2 试论固态相变的主要特点。 3 试论塑性变形对材料组织和性能的影响。

2009年硕士研究生入学考试材料科学基础试题...

2009年硕士研究生入学考试材料科学基础试题...

西北工业大学 2009年硕士研究生入学考试试题 试题名称：材料科学基础（B 卷） 试题编号：832 说 明：所有答题一律写在答题纸上 第 1 页 共 3 页 1. 简答题（每题10分，共60分） 1. 在位错发生滑移时，请分析刃位错、螺位错和混合位错的位错线l 与柏氏矢量b 、外加切应力τ与柏氏矢量b 、外加切应力τ与位错线l 之间的夹角关系，及位错线运动方向。（请绘表格作答，答案务必写在答题册上） 2. 什么是置换固溶体？影响置换固溶体溶解度的因素有哪些？形成无限固溶体的条件是什么？ 3. 置换扩散与间隙扩散的扩散系数有何不同？在扩散偶中，如果是间隙扩散，是否会发生柯肯达尔效应？为什么？ 4. 在室温下对铁板（其熔点为 1538℃ ）和锡板（其熔点为 232℃ ），分别进行来回弯折，随着弯折的进行，各会发生什么现象？为什么？ 5. 何为固溶强化？请简述其强化机制。 6. 请比较二元共晶转变与包晶转变的异同。 二、作图计算题（每题10分，共40分） 混合位错 螺位错 刃位错 位错线运动 方向 τ与 l τ 与 b b 与 l 类型

1.请比较FCC晶体中和两位错的畸变能哪个较大。 2.面心立方晶体沿[001]方向拉伸，可能有几个滑移系开动？请写出各滑移系指 数，并分别绘图示之。 3.在Al单晶中，（111）面上有一位错，面上另一位错 。若两位错发生反应，请绘出新位错，并判断其性质。 4. 请分别写出立方晶系中{110}和{100}晶面族包括的晶面。 1)综合分析题（每题25分，共50分） 1. 请分析影响回复和再结晶的因素各有哪些，以及影响因素的异同，并请分析其原因。 23 35 ℃ ℃ ℃ ℃℃℃

材料科学基础期末试题

几种强化 加工硬化:金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度与硬度升高,而塑性与韧性降低的现象。 强化机制:金属在塑性变形时,晶粒发生滑移,出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎与纤维化,金属内部产生了残余应力。 细晶强化:就是由于晶粒减小,晶粒数量增多,尺寸减小,增大了位错连续滑移的阻力导致的强化;同时由于滑移分散,也使塑性增大。 弥散强化:又称时效强化。就是由于细小弥散的第二相阻碍位错运动产生的强化。包括切过机制与绕过机制。(2 分) 复相强化:由于第二相的相对含量与基体处于同数量级就是产生的强化机制。其强化程度取决于第二相的数量、尺寸、分布、形态等,且如果第二相强度低于基体则不一定能够起到强化作用。(2 分) 固溶强化:固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象。。包括弹性交互作用、电交互作用与化学交互作用。 几种概念 1、滑移系:一个滑移面与该面上一个滑移方向的组合。 2、交滑移:螺型位错在两个相交的滑移面上运动,螺位错在一个滑移面上运动遇有障碍,会转动到另一滑移面上继续滑移,滑移方向不变。 3、屈服现象:低碳钢在上屈服点开始塑性变形,当应力达到上屈服点之后开始应力降落,在下屈服点发生连续变形而应力并不升高,即出现水平台(吕德斯带) 原因:柯氏气团的存在、破坏与重新形成,位错的增殖。 4、应变时效:低碳钢经过少量的预变形可以不出现明显的屈服点,但就是在变形后在室温下放置一段较长时间或在低温经过短时间加热,在进行拉伸试验,则屈服点又重复出现,且屈服应力提高。 5、形变织构:随塑性变形量增加,变形多晶体某一晶体学取向趋于一致的现象。 滑移与孪晶的区别 滑移就是指在切应力的作用下,晶体的一部分沿一定晶面与晶向,相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。 孪生:在切应力作用下,晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面与晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系。 伪共晶:在不平衡结晶条件下,成分在共晶点附近的合金全部变成共晶组织,这种非共晶成分的共晶组织,称为伪共晶组合。 扩散驱动力:化学位梯度就是扩散的根本驱动力。 一、填空题(20 分,每空格1 分) 1、相律就是在完全平衡状态下,系统的相数、组元数与温度压力之间的关系,就是系统的平衡条件的数学表达式: f=C-P+2 2、二元系相图就是表示合金系中合金的相与温度、成分间关系的图解。 3、晶体的空间点阵分属于7 大晶系,其中正方晶系点阵常数的特点为a=b≠c,α= β=γ=90°,请列举除立方与正方晶系外其她任意三种晶系的名称三斜、单斜、六方、菱方、正交(任选三种)。 4、合金铸锭的宏观组织包括表层细晶区、柱状晶区与中心等轴晶区三部分。

材料科学基础考研经典题目doc资料

材料科学基础考研经 典题目

16.简述金属固态扩散的条件。 答：⑴扩散要有驱动力——热力学条件，化学势梯度、温度、应力、电场等。 ⑵扩散原子与基体有固溶性——前提条件；⑶足够高温度——动力学条件；⑷足够长的时间——宏观迁移的动力学条件 17. 何为成分过冷？它对固溶体合金凝固时的生长形貌有何影响？ 答：成分过冷：在合金的凝固过程中，虽然实际温度分布一定，但由于液相中溶质分布发生了变化，改变了液相的凝固点，此时过冷由成分变化与实际温度分布这两个因素共同决定，这种过冷称为成分过冷。成分过冷区的形成在液固界面前沿产生了类似负温度梯度的区域，使液固界面变得不稳定。当成分过冷区较窄时，液固界面的不稳定程度较小，界面上偶然突出部分只能稍微超前生长，使固溶体的生长形态为不规则胞状、伸长胞状或规则胞状；当成分过冷区较宽时，液固界面的不稳定程度较大，界面上偶然突出部分较快超前生长，使固溶体的生长形态为胞状树枝或树枝状。所以成分过冷是造成固溶体合金在非平衡凝固时按胞状或树枝状生长的主要原因。 18.为什么间隙固溶体只能是有限固溶体，而置换固溶体可能是无限固溶体？ 答：这是因为当溶质原子溶入溶剂后，会使溶剂产生点阵畸变，引起点阵畸变能增加，体系能量升高。间隙固溶体中，溶质原子位于点阵的间隙中，产生的点阵畸变大，体系能量升高得多；随着溶质溶入量的增加，体系能量升高到一定程度后，溶剂点阵就会变得不稳定，于是溶质原子便不能再继续溶解，所以间隙固溶体只能是有限固溶体。而置换固溶体中，溶质原子位于溶剂点阵的阵点上，产生的点阵畸变较小；溶质和溶剂原子尺寸差别越小，点阵畸变越小，固溶度就越大；如果溶质与溶剂原子尺寸接近，同时晶体结构相同，电子浓度和电负性都有利的情况下，就有可能形成无限固溶体。 19.在液固相界面前沿液体处于正温度梯度条件下，纯金属凝固时界面形貌如何？同样 条件下，单相固溶体合金凝固的形貌又如何？分析原因

材料科学基础试卷答案

中南大学考试试卷答案 2001 —— 2002 学年第二学期时间 110 分钟 材料科学与工程课程 64 学时 4 学分考试形式：闭卷 专业年级材料 1999 级总分 100 分，占总评成绩 70% 一、名词解释（5分×8） 1、金属玻璃 2、金属间化合物 3、离异共晶 4、晶界偏聚 5、科垂尔气团（Cottrell Atmosphere） 6、孪生 7、反应扩散 8、变形织构 参考答案： 1.金属玻璃：指金属从液态凝固后其结构与液态金属相同的固体； 2.金属间化合物：金属与金属、金属与某些非金属之间形成的化合物，结构与组成金属间化合物的纯金属不同，一一般具有熔点高、硬度高、脆性大的特点。 3.离异共晶：有共晶反应的合金中，如果成分离共晶点较远，由于初晶数量多，共晶数量很少，共晶中与初晶相同的相依附初晶长大，共晶中另外一个相呈现单独分布，使得共晶组织失去其特有组织特征的现象； 4.晶界偏聚：由于晶内与晶界上的畸变能差别或由于空位的存在使得溶质原子或杂质原子在晶界上的富集现象； 5.科垂尔气团：溶质原子在刃型位错周围的聚集的现象，这种气团可以阻碍位错运动，产生固溶强化效应等结果； 6.孪生：是晶体塑性变形的一种重要方式，晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于另一部分晶体作均匀切变，使得相邻部分晶体取向不同，并以切变晶面（挛晶面）成镜面对称； 7.反应扩散：伴随有化学反应而形成新相的扩散称为反应扩散，如从金属表面向内部渗入金属时，渗入元素浓度超过溶解度出现新相； 8.变形织构：经过塑性变形后原来多晶体中位向不同的晶粒变成取向基本一致，形成晶粒的择优取向，择优取向后的晶体结构为织构，若织构是在塑性变形中产生的，称为变形织构。 二、问答题 1、（10分）标出hcp晶胞中晶面ABCDEF面、ABO面的晶面指数，OC方向、OC方向的晶向指数。这些晶面与晶向中，那些可构成滑移系？指出最容易产生滑移的滑移系。

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ko；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。

材料科学基础考研经典题目教学内容

16.简述金属固态扩散的条件。 答：⑴扩散要有驱动力——热力学条件，化学势梯度、温度、应力、电场等。 ⑵扩散原子与基体有固溶性——前提条件；⑶足够高温度——动力学条件；⑷足够长的时间——宏观迁移的动力学条件 17. 何为成分过冷？它对固溶体合金凝固时的生长形貌有何影响？ 答：成分过冷：在合金的凝固过程中，虽然实际温度分布一定，但由于液相中溶质分布发生了变化，改变了液相的凝固点，此时过冷由成分变化与实际温度分布这两个因素共同决定，这种过冷称为成分过冷。成分过冷区的形成在液固界面前沿产生了类似负温度梯度的区域，使液固界面变得不稳定。当成分过冷区较窄时，液固界面的不稳定程度较小，界面上偶然突出部分只能稍微超前生长，使固溶体的生长形态为不规则胞状、伸长胞状或规则胞状；当成分过冷区较宽时，液固界面的不稳定程度较大，界面上偶然突出部分较快超前生长，使固溶体的生长形态为胞状树枝或树枝状。所以成分过冷是造成固溶体合金在非平衡凝固时按胞状或树枝状生长的主要原因。 18. 为什么间隙固溶体只能是有限固溶体，而置换固溶体可能是无限固溶体？ 答：这是因为当溶质原子溶入溶剂后，会使溶剂产生点阵畸变，引起点阵畸变能增加，体系能量升高。间隙固溶体中，溶质原子位于点阵的间隙中，产生的点阵畸变大，体系能量升高得多；随着溶质溶入量的增加，体系能量升高到一定程度后，溶剂点阵就会变得不稳定，于是溶质原子便不能再继续溶解，所以间隙固溶体只能是有限固溶体。而置换固溶体中，溶质原子位于溶剂点阵的阵点上，产生的点阵畸变较小；溶质和溶剂原子尺寸差别越小，点阵畸变越小，固溶度就越大；如果溶质与溶剂原子尺寸接近，同时晶体结构相同，电子浓度和电负性都有利的情况下，就有可能形成无限固溶体。 19. 在液固相界面前沿液体处于正温度梯度条件下，纯金属凝固时界面形貌如何？同样条件下，单相 固溶体合金凝固的形貌又如何？分析原因 答：正的温度梯度指的是随着离开液—固界面的距离Z 的增大，液相温度T 随之升高的情况，即0>dZ dT 。在这种条件下，纯金属晶体的生长以接近平面状向前推移，这是由于温度梯度是正的，当界面上偶尔有凸起部分而伸入温度较高的液体中时，它的生长速度就会减慢甚至停止，周围部分的过冷度较凸起部分大，从而赶上来，使凸起部分消失，这种过程使液—固界面保持稳定的平面形状。固溶体合金凝固时会产生成分过冷，在液体处于正的温度梯度下，相界面前沿的成分过冷区呈现月牙形，其大小与很多因素有关。此时，成分过冷区的特性与纯金属在负的温度梯度下的热过冷非常相似。可以按液固相界面前沿过冷区的大小分三种情况讨论：⑴当无成分过冷区或成分过冷区较小时，界面不可能出现较大的凸起，此时平界面是稳定的，合金以平面状生长，形成平面晶。⑵当成分过冷区稍大时，这时界面上凸起的尖部将获得一定的过冷度，从而促进了凸起进一步向液体深处生长，考虑到界面的力学平衡关系，平界面变得不稳定，合金以胞状生长，形成胞状晶或胞状组织。⑶当成分过冷区较大时，平界面变得更加不稳定，界面上的凸起将以较快速度向液体深处生长，形成一次轴，同时在一次轴的侧向形成二次轴，以此类推，因此合金以树枝状生长，最终形成树枝晶。 20. 纯金属晶体中主要的点缺陷类型是什么？试述它们可能产生的途径？ 答：纯金属晶体中，点缺陷的主要类型是空位、间隙原子、空位对及空位与间隙原子对等。产生的途径：⑴依靠热振动使原子脱离正常点阵位置而产生。空位、间隙原子或空位与间隙原子对都可由热激活而形成。这种缺陷受热的控制，它的浓度依赖于温度，随温度升高，其平衡态的浓度亦增高。⑵冷加工时由于位错间有交互作用。在适当条件下，位错交互作用的结果能产生点缺陷，如带割阶的位错运动会放出空位。⑶辐照。高能粒子（中子、α粒子、高速电子）轰击金属晶体时，点阵中的原子由于粒子轰击而离开原来位置，产生空位或间隙原子。 21. 简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力，并如何区分冷热加工？动态再结晶与静态再结晶后的组 织结构的主要区别是什么？ 答：一次再结晶的驱动力是基体的弹性畸变能，而二次再结晶的驱动力是来自界面能的降低。再结晶温

2012年武汉科技大学考研试题810材料科学基础及答案

二O 一二年招收硕士研究生入学考试试题 考试科目及代码： 材料科学基础810 可使用的常用工具：（计算器、尺和量角器） 答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效考完后试题随答题纸交回。 考试时间3小时，总分值150分。 姓 名： 报考学科、专业： 准考证号码： 密封线内不要写题

计算简单立方晶体中（110）和（121）的面间距。（材控专业10已知纯铝（fcc）τc=0.79Mpa，使()111面产生[101]方向的滑移，需在上施加多大的力？（8分） 1 、2和3题，共26分；其他专业只有2题不做，共 什么是单滑移、多滑移和交滑移？滑移在抛光金属表面留下线， 晶体错动留下台阶是怎样形成？（10分） 如右图一楔型纯铜铸锭，经连轧机组轧制成板材后，其 0，右边为60%。然后将板带进行再结晶退火 后，画出最终晶粒示意图，并分析退火对板带的加工性能和 力学性能带来的变化？（6分）

二O一二年招收硕士研究生入学考试试题参考答案 考试科目及代码： 材料科学基础810 适用专业：材料学、材料加工学、等离子物理和材料物理与化学 一、名词解释，24分 （材料加工学任选6题，每题4分，其他专业任选8题，每题3分） 1、晶格：晶体中原子（或离子、分子、原子集团）在三维空间有规律的周期性的重复排列，若假想用三组平行直线将它们几何中心连接，这些直线所形成的空间格子。 2、配位数：晶体结构中，与任一原子最近邻并且等距离的原子数。 3、成分过冷：由于溶液中溶质分布的变化，改变了熔点，从而产生的过冷称为成分过冷。 4、离异共晶：当合金成分偏离共晶成分很远时，在不平衡凝固时会形成两相分离的共晶组织，称为离异共晶。 5、位错密度：单位体积晶体中位错线的总长度。 6、枝晶偏析：金属与合金凝固时固相以枝晶方式生长，使晶内高次枝晶与低次枝晶部成分不均匀的现象。 7、柏氏矢量：代表位错畸变总量和方向的矢量 8、取向因子：当晶体受到外力时，如果外力轴与滑移面法线夹角为ψ，与滑移方向夹角为λ，则cosλcosψ称为取向因子。 9、再结晶温度：通常把再结晶温度定义为经过严重冷变形的金属（ε>70%），加热1小时，再结晶体积占到总体积的95%的温度。 10、加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时，由于晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，使金属的强度和硬度升高，塑性和韧性降低的现象。 11、动态回复：热加工时由于温度很高，金属在变形的同时发生回复，同时发生加工硬化和软化两个相反的过程。这种在热变形时由于温度和外力联合作用下发生的回复过程称为“动态回复”。 12、间隙扩散：扩散原子在点阵的间隙位置之间跳迁而导致的扩散。间隙固溶体中溶质原子半径较小，间隙位置数目较多，易发生间隙扩散。 二、填空题（1×20＝20分） 1、14，7， 2、空位，间隙原子，温度 3、粗糙，光滑 4、温度，成分，0 5、{110}，<111>，12 6、切过，绕过 7、化学位梯度，冷变形产生的储存能的释放，晶粒长大前后的界面能差 8、平行，直线 9、激冷细小等轴晶区，柱状晶区，粗大等轴晶区 10、f=C-P+1 三、画图题（材料加工44分，其他专业40分）

材料科学基础期末考试题

2010-2011年材料科学基础期末考试题 一、简答题 1.简述空间点阵和晶体结构的区别 空间点阵是由周围环境相同的阵点在空间排列的三维列阵，其中一个节点可以为原子、分子、离子或原子集团；晶体结构是在点阵晶胞的范围内，标出相应的晶体结构中各原子的位置，即其中一个点代表一个原子。空间点阵将构成晶体的实际质点的体积忽略，抽象成为纯粹的几何点，晶体结构是指原子的具体排列。2.简述间隙固溶体、间隙化合物和间隙相的区别 间隙固溶体属于固溶体，保持溶剂的晶格类型，表达式为α、β、γ，强度硬度较低，塑性、韧性好；间隙相与间隙化合物属于金属间化合物，形成与其组元不同的新点阵，用分子式、MX…2等表示，强度硬度高，塑性韧性差。间隙相和间隙化合物的主要区别是原子半径比不同，用、分别表示化合物中的金属与非金属的原子半径，当<0.59时，形成具有简单晶体结构的相，称为间隙相；当>0.59时，形成具有复杂晶体结构的相，称为间隙化合物。 3.在正温度梯度下，纯金属和单相固溶体凝固形貌的区别 在正温度梯度下，纯金属以平直界面方式推移长大（此时，界面上任何偶然的、小的凸起伸入液体时，都会使其过冷度减小、长大速率减小或者停止生长，即被周围部分赶上，保持平直界面，长大中晶体沿平行温度梯度方向生长或者沿散热方向的推移）．

反向生长，其他方向生长受到抑制。 单相固溶体中不仅存在热过冷，还可能存在成分过冷，当<(1)时，即存在成分过冷，平面生长被破坏。当成分过冷较小000时，凸起部分不可能有较大的伸展，使界面形成胞状组织；若成分过冷区较大，则界面可形成树枝状组织。温度梯度较小不形成成分过冷时，仍可保持平直状生长。 4.铝板在轧制一天后和四天后在同一温度下进行退火，退火时间相同，将它们进行再结晶时温度有何不同，为什么？ 放置四天后的铝板再结晶温度较高。 原因：再结晶驱动力是变形金属储存的畸变能，畸变能越大，驱动力越大，再结晶温度越低。放置四天后的铝板由于时效作用，释放出部分畸变能，因而再结晶驱动力减小，再结晶温度升高。 5.许多金属材料的塑性比陶瓷好，为什么？纯铁和纯铜的相比，谁的塑性比较好，为什么？ 金属材料的塑性好，因为陶瓷烧结过程中具有很多先天性微裂纹，在拉伸时，裂纹尖端会产生严重的应力集中，当裂纹达到临界尺寸时就会失稳扩展而断裂；且构成陶瓷晶体相的主要为离子键和共价键，共价键的饱和性和方向性使陶瓷的塑性较低。（加上金 属材料主要是金属键。。。。。。） 纯铜的塑性好，因为纯铜是结构，纯铁是结构,虽然的滑移系较多，但是滑移方向较的少，且滑移面原子的密排程度较低，所以面心立方的塑性高于体心立方。