大学材料科学基础复习题复习资料.docx

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大学材料科学基础复习题复习资料

20XX年复习资料

大

学

复

习

资

料

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材料科学基础复习题

一、名词解释

晶体、晶胞、空间点阵、对称、对称变换、对称要素、点群、组元、相和组织、相界和晶界、化学热力学平衡、自由度、共晶合金、亚共晶合金、过共晶合金、相接触法则、铁素体、奥氏体、直线法则、重心法则、共轭连线、三相平衡的单变量线、结晶、非晶转变或玻璃化转变、过冷、均匀形核、非均匀形核、临界晶核半径、临界晶核形核功、能量起伏、临界过冷度、结晶取向因子、晶内偏析、平衡分配系数K、热过冷、成分过冷、伪共晶、玻璃态、高弹态、粘流态、表面与界面、理想表面、表面吸附与偏析、小角度晶界和大角度晶界、倾转晶界、扭转晶界、孪晶、共格孪晶界、非共格孪晶界、重合位置密度、倒易密度∑、晶界偏析（晶界偏聚）、相界、共格界面、半共格界面、非共格界面、固态相变、扩散型相变、非扩散型相变、有核相变、无核相变、非协同型长大、协同型长大、块状转变、沉淀强化、弥散强化、形变诱发马氏体、形变诱发马氏体转变温度Md、形变诱发奥氏体转变温度Ad

二、选择题

1、下列对称要素组合不正确的是（）

A、L2⊥L2→2L2B、P⊥L4→PL4CC、P+L3→L33PD、L2⊥

→

3L2P

2、下列对称关系哪种不正确（）

A、

=L3+CB、

=L3+CC、

D、

3、点缺陷是热力学的缺陷，而位错是热力学的缺陷。

（）

A、稳定，稳定B、稳定，不稳定

C、不稳定，稳定D、不稳定，不稳定

4、a≠b≠c、α＝β＝γ=90°的晶体属于什么晶族和晶系（）

A、中级晶族，正交晶系B、中级晶族，四方晶系

C、低级晶族，正交晶系D、低级晶族，四方晶系

5、由晶面（20XXXX1）与（20XXXX0）所决定的晶带轴指数为（）

A、

B、

C、

D、[221]

三、填空题

1、材料科学基础的研究内容是：

。

2、材料根据组成通常可分为：

。

根据材料特性和用途常又可分为：

。

3、立方晶体所包含的对称元素有哪些：

。

4、根据晶体中高次轴的存在及数目将晶体划分为3个晶族，据旋转轴和旋转反伸轴的轴次和数目把晶体分成

7个晶系。

5、请写出在立方晶系中{20XXXX1}晶面族所包含的等价晶面：

。

6、固溶体据外来组元位置不同可分为和两种固溶体，据外来组元固溶度可分为和两种固溶体。

7、在置换固溶体中要形成连续固溶体的充分必要条件是：

。

8、非晶态固体的结构具有和特点。

9、在玻璃Na2O·Al2O3·2SiO2中，网络形成体：

，网络中间体：

，网络变性体：

。

网络变性体增加，桥氧，玻璃粘度下降。

20XXXX、二十面体点群对称性为：

。

20XXXX、高分子材料相对分子质量愈大，机械强度，粘度，加工成型愈困难；链段长度越大，柔顺性就；高聚物结晶晶胞的特点是：

。

20XXXX、高聚物的结晶度越高，密度增大，熔点，硬度，拉伸强度，伸长率随之降低。

20XXXX、晶体中缺陷有、和这三种类型。

20XXXX、点缺陷是热力学的缺陷，而位错是热力学的缺陷。

（稳定、不稳定、无法判断）

20XXXX、常通过、和这三种方法产生过饱和点缺陷。

20XXXX、两个平行刃型位错相互作用时，若只允许滑移，柏氏矢量同号的将于滑移面排列，异号的将束缚于线上。

柯垂耳气团会阻碍位错运动，需要外力作更多的功，这就是效应。

位错塞积会产生应力，这是晶体受外力作用产生裂缝的重要机制。

20XXXX、位错交割后，每个位错线上都会产生一小段曲折位错，柏氏矢量与携带它们的位错，大小取决于与之相交的另一位错的。

当小段位错不在所属位错滑移面上时则形成，反之形成。

20XXXX、结晶相变是各种相变中最常见的相变，通过对结晶相变的研究可揭示相变进行时所必须的条件、相变规律和相变后的组织与相变条件之间的变化规律

，对材料的抽取、加工成形及性能的控制均有指导作用。

19、均匀形核给体系能量带来两项变化，分别为和。

其一是晶核者部分体积由液态转变成晶体所释放出的能量，使体系能量降低；其二是晶核与液相之间形成了相界面是体系能量增加。

20XX、合金形核除需要与纯金属形核相同条件（过冷、足够尺寸的和相应的）外还需。

21、固溶体合金结晶时，由于在液相中的扩散系数是固相中的20XXXX3倍多，这样在各温度下按（Cs）i=K0（CL）i关系生成的固相成分在随后冷却中保持不变，而相界面处液相的浓度（CL）i则取决于液相内溶质混合状况，通常情况下凝固过程中液相内溶质混合情况可分为3种类型，即、

和。

22、纯金属晶体界面前沿液体内实际温度分布为正梯度时，其生长时界面为；若为负梯度时，其生长时界面为。

合金晶体生长时，若为负梯度，肯定界面是，晶体将以树枝晶方式生长，在生产中这种情况要尽量避免和克服；正温度梯度时，若不形成成分过冷区，则界面为，若存在成分过冷区，界面又为。

23、共晶体核心形成后的长大是两相、、生长。

24、共晶组织按共晶两相本性与液固界面结构可分为、

和3类。

25、硅酸盐熔体最大的特性是，此特性是由熔体结构特性所决定，熔体中的各种结构形成的阴离子团倾向于聚合形成各种网络，使熔体流动的

增大，聚合度越高粘度也。

26、获得微晶玻璃的方法有两种，其一是；其二是。

27、大分子链运动单元分为的热运动、的运动和

的运动；链运动的难易程度除与内在因素有关外，还与外界条件有关；温度低于Tg时，只有分子链内单键的微弱运动，升高到Tg以上，运动开始启动，大分子在外力作用下发生相应的蜷曲或伸展，链的柔性增大，聚合物呈现出态，温度继续升高到Tf或Tm以上时，此时分子链的各运动单元都开动，特别是运动，使聚合物具有流动性。

28、温度和温度是聚合物加工成型的下限和上限温度。

29、态是聚合物所独有，在此区间整链运动已被冻结，只有运动，在这种状态下聚合物的特性是：

。

态是橡胶的使用状态，态是塑料的使用状态。

30、聚合物是由、和3种结构单元以不同配比组成。

31、聚合物内结晶区的特点是，在物理性质上结晶聚合物的特点是。

32、Avrami方程中指数n与和有关，若某聚合物结晶时为异相形核，生成的为球晶，则其Avrami方程指数n为。

33、多晶的晶体材料中的界面可分为两类，一类是，包括晶粒界、孪晶界、畴界和堆垛层错等；另一类是，如同素异构体间的界面等，简称相界。

34、表面偶电层的形成使晶体表面极易吸附其他物质，表面吸附可分为

和两种，前者是反应分子靠吸附在固体表面上，后者是吸附剂和吸附物发生化学反应，以化学键的形式结合在一起。

35、设形成一个表面原子所需要拆开的键数为Z0，则Z0越大的表面，越具

有的比表面能，最密排表面具有的表面能。

44、晶界的性质取决于它的结构，而晶界的结构在很大程度上取决于的相对取向和的相对位向，所以要描述界面的位向，需要与5个自由度。

45、重合位置点阵模型（CSL）中的4个基本参数是：

、

、和。

46、晶界迁移速度取决于晶界和。

晶界运动的驱动力主要有和两种。

47、界面凹侧的化学位总是较高，使原子移向凸侧，使移向凹侧，也就是说，曲率诱致晶界移动总是使晶界向着晶界的移动，这种晶界移动的结果使小晶粒变得更，而大晶粒变得更。

48、据

的平衡条件，单相多晶体平衡时，在与晶棱垂直的面上的晶界应交成叉结点，线与线间夹角接近，为实现此要求晶粒的边线不同，晶界的曲率不同，其规律是大晶粒的边数，小晶粒的边数，曲率中心在小晶粒一侧，由晶界曲率驱动晶界移动规律可知，界面将向一侧移动，最后大晶粒把小晶粒吞并。

49、固态相变按相变过程中原子迁移情况可将固态相变分为

和。

50、绝大多数固态相变是通过形核-长大方式进行的，晶核的形成可分为

和。

均匀形核的驱动力是，阻力是。

51、过饱和固溶体脱溶沉淀过程中，沉淀方式有和两种。

52、调幅分解中调幅结构波长λ一般约20XXXX0nm范围内，过冷度越大，λ越，由于调幅结构的弥散度非常大，且不发生位错堆积，一般均有较好的。

53、在连续冷却条件下，冷却速度越快，则过冷度越大，片间距。

54、据渗碳体的形状，钢中珠光体可分为和两种。

55、透射电镜观察表明，板条状马氏体亚结构为，片状马氏体为，ε`薄片状马氏体为。

56、马氏体转变的晶体学唯象理论，其着眼点不在于解释原子如何移动导致转变，而只是据转变和的晶体状态，预测马氏体转变的，其基本假设是。

57、形状记忆合金形状记忆效应实质是，被记忆的是，形状恢复的原因是。

58、钢中典型上贝氏体由成簇分布的平行条状和条间的断续条状所组成，呈羽毛特征。

典型下贝氏体是针状或片状贝氏体铁素体内分布呈一定角度排列的，亚结构也是位错，但位错密度比上贝氏体铁素体，未发现孪晶亚结构。

59、贝氏体转变是在中温区发生，转变依赖于碳原子的扩散，上贝氏体的长大速度受碳在中扩散控制，而下贝氏体受碳在中扩散控制。

60、贝氏体形成温度愈低，贝氏体条愈细小，强度愈，上贝氏体形成温度较下贝氏体高，所以上贝氏体中碳化物颗粒较，且不均匀地分布在贝氏体铁素体条间，所以上贝氏体的强度比下贝氏体的，韧性比下贝氏体。

61、钢铁热处理的基础是：

。

62、事实说明，碳素钢或合金钢的CCT曲线都处于TTT曲线的右下方，表明过冷奥氏体连续冷却时，转变温度，孕育期。

四、简答题

1、请在立方晶系的晶胞中画出（20XXXX0XX）、（20XXXX0XX）晶面和[20XXXX0XX]、[20XXXX0XX]晶向。

2、请在六方晶胞中画出（0001）、

晶面和[0001]、

晶向。

3、求

（1）由晶面（20XXXX1）与（20XXXX0）所决定的晶带轴指数。

（2）由晶向[20XXXX1]与[20XXXX0XX]所决定的晶面指数。

4、

（1）已知室温下α-Fe的点阵常数为0.286nm，求（20XXXX1）的晶面间距。

已知920XXXX℃时γ-Fe的点阵常数为0.365nm，分别求出（20XXXX1）晶面间距。

5、

（1）a≠b≠c、α＝β＝γ=90°的晶体属于什么晶族和晶系？

（2）a≠b≠c、α≠β≠γ≠90°的晶体属于什么晶族和晶系？

画出这两种晶体的布拉维格子。

6、确定MgO晶体结构的点群、空间群、晶族晶系、质点的空间坐标、正负离子的配位数、晶体的键型、一个晶胞占有正负离子的数目。

7、计算体心立方中的原子数、配位数和堆积系数。

8、叙述高岭石的结构特点（结构类型、层内结构特点、层内带电荷情况、层间结合力）。

9、玻璃具有哪些通性？

20XXXX、确定四方双锥晶的点群，并画出极射赤平投影图。

20XXXX、请用固体能带理论解释绝缘体、导体和半导体。

20XXXX、试分析在FCC中下述反应能否进行？

并指出其中3个位错的性质类型，反应后生成的新位错能否在滑移面上运动？

20XXXX、若面心立方晶体中有

的全位错和

的不全位错，此两位错相遇发生位错反应，试问：

（1）此反应能否进行？

为什么？

（2）写出合成位错的柏氏矢量，并说明合成位错的性质。

20XXXX、在下图所示的立方体形晶体中，ABCD滑移面上有一个位错环，其柏氏矢量b平行于AC。

（1）指出位错环各部分的位错类型。

（2）指出使位错环向外运动所需施加的切应力的方向。

（3）位错环运动出晶体后晶体外形如何变化？

20XXXX、已知某FCC晶体的堆垛层错，γ=0.01J/m2，G=7×20XXXX20XXXXPa，a=0.3nm，试确定

两个分位错之间的平衡距离。

20XXXX、假定图中的这两个位错正在扩大，试问两个位错环在交互作用时，是因塞积而钉扎住还是形成一个在的位错环（请用图示说明）？

20XXXX、影响晶态固体扩散系数的因数有哪些？

并说明如何影响。

20XXXX、将Fe-C（ω=0.4%）与Fe-C（ω=0.4%）-Si（ω=3.8%）焊接在一起，在20XXXX0XX0℃下进行长时间扩散退为，试说明在整个扩散过程中C和Si的浓度变化情况。

20XXXX、

（1）以MO为例写出肖特基缺陷产生的化学反应式。

（2）在MO2在掺入m2O3，写出缺陷产生的化学反应式。

20XX、20XX钢在927℃进行气体渗碳，假定表面碳质量分数增加到1.20XXXX%并保持不变。

试求距表面0.5mm处的碳质量分数达0.40%所需的时间。

已知D927℃=1.28×20XXXX-20XXXXm2/s。

21、当处于两相平衡时，各相的成分点和含量分别如何确定？

三相平衡呢？

22、二元系相图有哪几种类型？

三元系统中三相平衡转变有哪几种类型？

四相平衡转变呢？

22、在二元共晶相图中，请绘出各特征区的冷却曲线及结晶示意图，并指出室温时各区的组织组成物和相组成物及它们各自的含量。

23、二元相图、三元相图各有哪些几何规律？

24、为什么奥氏体的溶碳能力比铁素体好？

25、铁碳合金据有无共晶转变可分为哪几类？

据含碳量及组织特征可分为哪几类？

26、在二元相图中如何据相图特征判断恒温转变的类型？

在三元相图中如何据相图特征判断三相平衡转变和四相平衡转变？

27、在三元共晶相图中，叙述各特征区的冷却结晶过程，并指出室温时各区的组织组成物和相组成物及它们各自的含量。

28、碳对铁碳合金的组织与性能有哪些影响？

29、试述自由能—成分曲线中的公切线法则，并用学会用自由能—成分曲线绘制匀晶和共晶相图。

30、在三元匀晶相图中，随温度的降低，共轭连接线及固相成分点分别如何变化？

31、在三元相图中如何据液相面投影图判断四相平衡反应类型？

32、非均匀形核时，晶核与基底平面的接触角θ对成核如何影响？

33、均匀形核的形核率受哪两个矛盾因素的控制？

如何影响？

34、液-固界面的微观结构有几种类型？

每种类型分别包括哪些元素及化合物？

35、试述晶体的长大机制。

36、晶体生长形态有几种形式？

37、试述固溶体合金的平衡结晶和非平衡结晶过程，并找出它们的差异。

38、试据图6-24分析温度梯度分别为G1、G2、G3三种情况下的合金晶体形貌。

39、试述共晶晶核的形成过程。

40、试述典型共晶体形态是层片状和棒条状的原因。

41、能在热力学伪共晶区生成伪共晶的一般条件是什么？

42、请用籽晶成核黄素理论解释铸锭中心等轴粗晶区的形成。

43、试述哪些条件有利铸锭柱状晶的形成，可采取哪些措施抑制柱状晶的形成？

44、在C0成分单相合金的棒料中存在成分不均匀，请指出为使之均匀化和提纯金属所采用的方法和措施。

45、为使固溶体合金在凝固中使晶体呈柱状树枝状生长应采取什么措施，而欲使生长界面保持稳定又采取什么措施？

46、图6-48为高分子材料在不同冷却速率条件下的变化曲线，试用简要的语言说明每条曲线的变化过程。

47、结晶聚合物主要有几种形态？

各种形态的形成条件如何？

48、物理吸附与化学吸附有哪些不同？

49、由图7-26可得出界面能与位向差什么样关系？

50、晶界偏析的驱动力和阻力分别是什么？

51、晶界偏析受哪些因素影响？

如何影响？

52、影响晶界迁移率的主要因素有哪些？

如何影响？

53、由基体和第二相组成的复相组织中，第二相在基体中可能存在的位置主要有哪4种类型？

试述第二相位于这4种不同位置时的平衡形状。

54、固态相变与液体结晶相比有哪些特点？

55、固态相变据相变前后热力学函数的变化特征，可将相变分为哪两类？

各有什么特点？

56、据晶核的长大方式及母相和新相的化学成分的差异情况，可将固态相变长大分为哪4类？

试分析它们的长大受哪些因素的控制？

57、请据图8-20XXXX分析非均匀形核及受扩散控制长大的固态相变速度，在不同等温条件下的快慢，并简要说明原因。

58、据图8-34判断哪种脱溶沉淀的临界形核功△G*和临界形核半径r*最小？

为什么？

59、试用调幅分解理论解释利用含硼硅酸盐溶体制造多微孔石英玻璃的过程。

60、试述沉淀相粗化的过程。

61、图8-47是共析碳素钢的珠光体转变动力学图，由此图可得出什么结论？

62、试解释细片状珠光体（索氏体、托氏体）强度、硬度及塑性、韧性都比粗片状珠光体好的原因。

63、马氏体转变有哪些基本特征？

64、为什么马氏体转变必须在比较大的过冷度下才能发生？

65、图8-74是Fe-Ni合金马氏体等温转变动力学曲线，由此图可看出转变速度随等温温度变化的关系，并解释原因？

66、试述氧化锆作为脆性陶瓷材料中的韧化剂原理。

67、试述钢中马氏体强化原理。

68、试述镍钛形状记忆效应在空间飞行器天线上应用时的转变过程。

69、影响临界淬火冷却速度的因素有哪些？

如何影响？

70、过冷奥氏体等温转变过程中影响TTT图的因素有哪些？

如何影响？