材料科学基础试题库选题.docx
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材料科学基础试题库选题
Ch1习题及思考题
1．名词解释
晶体
液晶
非晶体
长程有序
短程有序
等同点
空间点阵
结构基元
晶体结构
晶体点阵
空间格子
布拉菲点阵
单胞（晶胞）
点阵常数
晶系
2．体心单斜和底心正方是否皆为新点阵？
3．绘图说明面心正方点阵可表示为体心正方点阵。
4．试证明金刚石晶体不是布拉菲点阵，而是复式面心立方点阵。
金刚石晶体属于立方晶系，
其中碳原子坐标是（000）、（01/21/2）、（1/21/20）、（1/201/2）、（1/41/41/4）、（3/41/43/4）、（1/43/43/4）、（3/43/41/4）。
5．求金刚石结构中通过（0，0，0）和（3/4，3/4，1/4）两碳原子的晶向，及与该晶向垂直的晶面。
6.画出立方晶系中所有的｛110｝和｛111｝。
7.写出立方晶系中属于｛123｝晶面族的所有晶面和属于〈110〉晶向族的所有晶向。
8.画出立方晶系中具有下列密勒指数的晶面和晶向：
（130）、（211）、（131）、（112）、（321）晶面和［210］、［111］、［321］、［121］晶向。
9.试在完整的六方晶系的晶胞中画出（1012）晶面和［1120］、［1101］，并列出｛1012｝晶面族中所有晶面的密勒指数。
10.点阵平面（110）、（311）和（132）是否属于同一晶带？
如果是的话，试指出其晶带轴，另外再指出属于该晶带的任一其它点阵平面；如果不是的话，为什么？
11.求（121）和（100）决定的晶带轴与（001）和（111）所决定的晶带轴所构成的晶面的晶面指数。
12.计算立方晶系［321］与［120］夹角，（111）与（111）之间的夹角。
13.写出镍晶体中面间距为0.1246nm的晶面族指数。
镍的点阵常数为0.3524nm。
14.1）计算fcc结构的（111）面的面间距（用点阵常数表示）；
2）欲确定一成分为18%C,18%Ni的不锈钢晶体在室温下的可能结构是fee还是bee,
由X射线测得此晶体的（111）面间距为0.21nm,已知bee铁的a=0.286nm,fee铁的
a=0.363nm，试问此晶体属何种结构？
Ch2.1-2习题及思考题
1．分别说明什么是过渡族金属、镧系金属和锕系金属？
2．什么是一次键、二次键？
它们分别包括哪些键？
3．什么是离子键、共价键和金属键？
它们有何特性，并给予解释。
4．什么是分子键？
什么是氢键？
5．试述结合键的多重性。
6．晶体结合键与其性能有何关系？
7．元素周期表中的元素可分为哪几大类？
每一类结构有何特点？
8．什么是配位数？
什么是致密度？
9．常见金属晶体结构有哪三大类？
在这些晶胞中，分别说明晶胞中的原子数目、原子半径和点阵常数的关系、配位数和致密度。
10.HCP六方晶体点阵是不是一种独立的布拉菲点阵？
11．什么是同素异构转变？
12.简述FCC和HCP的密排结构特点，并比较二者的异同点。
13.试说明FCGBCCHCP晶体结构中间隙的种类、位置、大小及多少。
14.影响金属原子半径的因素有哪些？
并说明如何影响。
15.铁的点阵常数是2.86埃，原子量是55.84，用阿佛伽德罗常数（6.023X1023）计算其密度。
16.丫-Fe在略高于910C时的点阵常数a=0.3633nm,a-Fe在略低于910C时a=0.2892nm,求：
⑴上述温度时丫-Fe何和a-Fe的原子半径R;
⑵丫-Fe^a-Fe时的体积变化率；
⑶设丫-Fefa-Fe转变时的原子半径不发生变化，求此转变时的体积变化率，与⑵的结果相比较并加以说明。
17.钛冷却到880C发生b.c.cfh.c.p相变时体积收缩了3.3%，已知h.c.p结构的钛点阵常数a为0.2956nm,c为0.4638nm，求：
⑴b.c.c结构的钛的点阵常数；
⑵b.c.cfh.c.p转变时的原子半径有何变化？
18.已知金刚石晶胞中最邻近的原子间距为0.1544nm，试求出金刚石的点阵常数a,配位数P和致密度K。
19.举例说明亚金属晶体结构有何特点。
Ch2.3习题及思考题
1.简述纯金属作为结构材料合金化的目的
2.名词解释合金组元相
组织固溶体化合物
3.固溶体是如何分类的?
4.影响置换固溶体溶解度的因素有哪些?
它们是如何影响的?
5.什么是间隙固溶体?
形成间隙固溶体有何条件?
6.C原子可与a-Fe形成间隙固溶体，请问C占据的是八面体间隙还是四面体间隙？
为什么•
7.什么是固溶强化和有序强化?
8.化合物有何特点?
常见化合物有哪几种?
9.什么是正常价化合物?
并简述其结合键、稳定性和性能特点.
10.电子化合物有哪几种类型?
其性能有何特点.
11•说明丫黄铜型结构的特点•
12.描述具有砷化镍结构的相的特点.
13.列表说明受原子尺寸因素控制的中间相的形成条件.
14.间隙相有何特点?
性能如何?
有何用途?
15.常见间隙相有哪几种?
原子位置如何?
16.间隙化合物结构有何特点?
常见类型有哪些?
17.描述Fe3C结构特点.
18.说明Cr23C6的性能与一般用途
19.什么是拓朴密堆相?
20.黄铜是指以Cu-Zn为基的合金，为什么常用黄铜的含Zn量控制在50%以内?
21.具有NiAs结构的相有何特点?
22.比较无限固溶体和有限固溶体的形成条件?
23.间隙固溶体、间隙相和间隙化合物有何异同点?
24.在NaCI型、立方ZnS型、CaF2型和M4X型的间隙相中,若金属原子以FCC排布,请问非金属原子应该如何排布?
25.描述或绘图说明Cu3Au型、CuAuI型、CuAuH型和CuPt型的超结构原子排列特点•
26.描述或绘图说明CuZn（3黄铜）型、Fe3AI和FeAl型的超结构原子排列特点
27.什么是反相畴和反相畴界?
影响有序化转变的因素有哪些?
Ch2-4习题及思考题
1．请问材料分别按化学组成、状态及用途是如何分类的？
2．陶瓷材料的组成相有哪些？
它们各起什么作用？
3．陶瓷材料如何分类？
其生产过程可分为哪几步？
4．什么是负离子配位多面体？
常见负离子配位多面体有哪些？
并画出陶瓷材料中最常见的两个负离子配位多面体。
5．举例说明在离子晶体中，正、负离子是如何排列的？
正离子的配位数主要取决于什么？
（即鲍林第一规则的实质是什么？
）
6．当负离子配位多面体共用顶点、棱和面时，离子晶体结构稳定性如何？
（即请解释鲍林第三规则）
7.MX组成的离子晶体通常有哪四种晶体结构？
并说出其离子排列特征。
该类离子晶体的结构与离子半径一般有什么关系？
&画出萤石和金红石的晶体结构；说明3-方石英晶体结构中原子排列特征。
9.画出CsO（赤铜矿的主要成分）离子晶体结构。
10.说出刚玉结构特征。
11.比较在a-Al2Q、FeTiO3（钛铁矿的主要成分）、LiSbO3三种离子晶体中离子排列的异同点。
12.简述CaTiQ（灰钛石的主要成分）晶体结构特征。
13.什么是硅酸盐材料？
举例说明硅酸盐矿物化学式的两种表达方法。
14.说明硅酸盐晶体结构的主要规律。
15.按照硅氧四面体在空间的组合情况，硅酸盐结构可以分成、、
_、和几种方式。
硅酸盐晶体就是由一定方式的硅氧结构单元通过其它—
联系起来而形成的。
16.以锆英石Zr[SiO4]和镁橄榄石Mg2[SiO4]为例说明岛状硅酸盐晶体结构特征。
17.为什么说绿宝石结构（其结构式为Be3Al2[Si6O18]）可以成为离子导电的载体
18.每个硅氧四面体通过个公共的连接起来，形成一维空间无限伸展的链
状结构，即。
两条相同的通过尚未公用的可以形成。
19.层状结构的基本单元是由的某一个面，在平面上彼此以其节点连接成向二维空
间无限延伸的节环的硅氧层.硅氧层的化学式应是.
20•层状结构中的硅氧层有两类，一类是所有活性氧,另一类是活性氧.大
部分层状结构硅酸盐矿物是由复网层（双四面体）构成的.复网层是由活性氧相对着的两层硅
氧层通过联系起来而组成的•对于某些矿物，在复网层与复网层之间可以有层间—
存在。
21.叶蜡石A12O3•4SiO2•H2O（分子式）的结构式为A12[Si4O0KOH）2,请说明其结构特征。
22.叶腊石与蒙脱石、莫来石、滑石及白云母结构有何关联？
23.架状结构中每一个氧都是,整个结构就是由连接成的三维骨架•石英族（即硅石）晶体属于架状结构,通式为,它有3种基本结构：
和,每一种都有2种或3种变体.24.a-石英，3-石英，3-鳞石英和3-方石英结构上有何不同？
25.晶体与非晶体在X射线衍射图和电子衍射图上衍射结果有何不同？
并给予解释。
26.试用无规网络模型来描述玻璃的结构。
27.影响玻璃生成的因素有哪些？
玻璃中常加有哪些调整剂？
并简单说明其作用。
28.什么是玻璃陶瓷？
说明其性能及制造工艺特点，并举例说明其应用。
29.什么是金属玻璃？
简述其性能特点及应用。
30.非晶态材料的制备方法可分为哪三类？
Ch2-5习题及思考题
1.名词解释：
高分子化合物
单体
链节
聚合度
ABS塑料
加聚反应
均聚反映
共聚反应
缩聚反应
共缩聚反应
均缩聚反应
2.试比较加聚反应与缩聚反应的特点。
3.简述高分子化合物的基本性质。
4.举例说明高聚物常见的改性途径。
5.熟悉高聚物的分类，了解高聚物的命名。
6.简述高聚物的结构特点及研究高聚物结构的主要内容。
7.高聚物的大分子链是由哪些元素组成的？
高聚物的密度为什么一般仅有钢铁的1/4〜1/7
3
（即0.9〜2.0g/cm）。
8.分别列举均聚物与共聚物中常出现的链接方式或序列。
9.说明常见高聚物分子链的键接方式及其对聚合物性能的影响。
10.什么是高分子链的构型？
乙烯类大分子链有哪三类常见的立体异构？
并举例说明不同立体异构对其性能的影响。
11.如何理解高聚物分子量的多分散性？
高聚物的平均分子量及分子量分布宽窄对高聚物性能有何影响？
12.什么是大分子链的柔性？
影响大分子链的柔性有哪些因素？
13.在高聚物大分子链中有哪些热运动单元？
这些热运动单元与高聚物宏观性状有何关联？
14.简述高聚物中原子键合的种类及特点。
15•非晶态高聚物一般包括、、以及。
关于非晶态高聚物结构的两种代表
性模型是—模型和—模型。
16.怎样理解晶态高聚物的结构？
17.什么是结晶度？
影响结晶度的因素有哪些？
结晶对高聚物性能有何影响?
18•举例说明什么是高分子合金及其特性。
Ch3习题及思考题
55
1.计算当压力增加到500X10Pa时锡的熔点的变化时，已知在10Pa下，锡的熔点为505K,熔化热7196J/mol,摩尔质量为118.8X10-3kg/mol,固体锡的体积质量密度7.30X103kg/m,熔化时的体积变化为+2.7%。
2.考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即：
△T=1,10,100和200C,
计算：
（a）临界晶核尺寸；
（b）半径为r*的晶核个数；
（c）从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化△6（形核功）；
（d）从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化△Gv。
932
铝的熔点T=993K,单位体积熔化热Lm=1.836X10J/m，固液界面比表面能S=93mJ/m,
2293
书中表6-4是121mJ/m,原子体积Vo=1.66X10-m。
3.（a）已知液态纯镍在1.013X105Pa（1个大气压），过冷度为319C时发生均匀形核。
设临界晶核半径为1nm纯镍的熔点为1726K,熔化热Lm=18075J/mol,摩尔体积V=6.6cm3/mol,计算纯镍的液-固界面能和临界形核功。
（b）若要在2045K发生均匀形核，需将大气压增加到多少？
已知凝固时体积变化△
353
V=-0.26cm/mol（1J=9.87X10cm.Pa）o
4.纯金属的均匀形核率可以下式表示
式中Afci1035,exp（-Q/kT）10-2,△G为临界形核功，k为波耳兹曼常数，其值为
23
1.38*10-J/K
（a）假设过冷度△T分别为20C和200C,界面能Z=2X10-5J/cm2,熔化热△
■
H=12600J/mol，熔点Tn=1000K,摩尔体积V=6cni/mol，计算均匀形核率「。
I
（b）若为非均匀形核，晶核与杂质的接触角0=60°，则「如何变化？
△T为多少？
（c）导出「*与4T的关系式，计算r*=1nm时的△T/Tmo
5.试证明在同样过冷度下均匀形核时，球形晶核较立方晶核更易形成。
6.证明任意形状晶核的临界晶核形成功△G与临界晶核体积V的关系：
11.名词解释:
12•纯金属液固转变的驱动力是什么？
为什么说过冷度越大这个相变的驱动力也越大?
13.试说明与气态金属相比，液态金属的性质更接近于固态金属。
14•液态金属的结晶过程是与的过程。
15.证明均匀形核的临界形核功等于表面能的1/3。
16.能否说明过冷度"T越大，相变的形核率就越大，为什么？
17•晶核长大的动力学条件是什么？
长大机制有哪几种？
长大速度如何？
18.推导相律f=C—P+2o
Ch4习题及思考题
1.固溶体合金的相图如图所示，试根据相图确定：
（a）成分为40%B的合金首先凝固出来的固体成分；
（b）若首先凝固出来的固体成分含60%B合金的成分为多少?
（c）成分为70%B的合金最后凝固的液体成分；
（d）合金成分为50%B凝固到某温度时液相含有40%B固体含有80%B此时液体和固体各占多少分数？
2.指出下列相图中的错误，并加以改正。
3.Mg-Ni系的一个共晶反应为
507
L（23.5Wt.%Ni）二a（纯镁）+Mg2Ni（54.6Wt.%Ni）
设G为亚共晶合金，C2为过共晶合金，这两种合金中的先共晶相的重量分数相等，但C
合金中的a总量为C2合金中的a总量的2.5倍，试计算C和C2的成分。
4.组元A和B在液态完全互溶，但在固态互不溶解，且形成一个与A、B不同晶体结构的中
间化合物，由热分析测得下列数据：
含B量（wt%.%，液相线温度（C）,固相线温度（C）
0,—,1000
20,900,750
40,765,750
43,—,750
50,930,750
63,—,1040
80,850,640
90,—,640
100,—,800
（a）画出平衡相图，并注明个区域的相、各点的成分及温度，并写出中间化合物的
分子式（原子量A=28,B=24）。
（b）100kg的含20wt.%B的合金在800C平衡冷却到室温，最多能分离出多少纯A。
5.一种由SiO2-45%Al2Q（wt%）构成的耐高温材料被用来盛装熔融态的钢（1600C）。
（a）在此情况下有多少百分率的耐热材料会熔化？
（共晶成分10wt%AbO）
（b）选用该耐高温材料是否正确？
（实际使用，液相不能超过20%
6•画出Fe—FesC相图，并写出各关键点的温度及习惯标注的字母、表明各相区。
7•画出含碳3.5%的铁碳合金的冷却曲线并表明其组织变化示意图；在室温下，它由什么相
组成，各相的比例是多少？
在室温下，它由什么组织组成，各组成物比例是多少？
&在Fe—FesC相图中，分别画出1148C、800C、727C、700C时各相的自由能-成分曲线。
9•说明固溶体的平衡凝固过程是：
形核t相界平衡t扩散破坏平衡t长大t相界平衡。
10.分别画出液相完全混合、部分混合和完全混合时固溶体不平衡凝固过程中的溶质分布情
况。
11.名词解释：
枝晶偏析（晶内偏析）
匀晶转变
共晶转变
伪共晶
离异共晶
包晶转变
扩散退火（均匀化退火）
熔晶转变
偏晶转变
合晶转变
共析转变
包析转变
铁素体奥氏体
渗碳体
珠光体
莱氏体
定向凝固
区域熔炼
12.什么是成分过冷？
它对液-固界面的形貌有何影响?
13•共晶合金是如何形核和长大的？
14•简述铸锭的组织及其形成机理。
15.铸锭中常见的缺陷有哪些？
16•为什么高分子混合时不太易达到分子量级的混合？
17.简述高分子合金化的方法和特点。
18.青铜（Cu-Sn）和黄铜（Cu-Zn）相图如图所示:
（a）叙述Cu-10%Sn合金的不平衡冷却过程并指出室温时的金相组织；
（b）比较Cu-10%Sn合金铸件和Cu-30%Zn合金铸件的铸造性能及铸造组织；说明Cu-10%Sn合金铸件中有许多分散砂眼的原因；
（c）分别含2%Sn11%Sn和15%Sn的青铜合金，哪一种可进行压力加工，哪种可利用铸造法来制造机件？
Ch5习题及思考题
1•在三元相图中，常用的成分三角形有哪些？
2•材料相图的实验测定方法包括哪些？
3.名词解释：
杠杆定律直线法则重心法则
4•三元相图：
⑴熟悉立体模型，能够想象出各个点、线、面及区（包括单相区、两相区、三相区及四
相区）所处的空间位置及代表的意义；
⑵垂直截面及其用途；
⑶画出各温度下的水平截面；
⑷熟悉液相面投影图及液相面等温投影图；
⑸画出组织区分图、冷却曲线及室温下各区的组织。
相平衡转变有哪几种类型？
分别在立体模型、投影图及垂直截面图上画出各四相平衡转变的位置特征，并写出各四相平衡转变的反应式及其转变前后的三相平衡反应式。
6•实际三元相图应用举例：
要求看懂图。
7.某三元合金K在温度为ti时分解为B组元和液相，两个相的相对量WW_=2。
已知合金K
中A组元和C组元的重量比为3,液相含B量为40%试求合金K的成分。
&已知ABC三组元固态完全不互溶，成分为80%A10%B10%C的O合金在冷却过程中将进行二元共晶反应和三元共晶反应，在二元共晶反应开始时，该合金液相成分（a点）
为60%A、20%B、20%C,而三元共晶反应开始时的液相成分（E点）为50%A10%B40%
Co
（a）试计算A初％、（A+B）%和（A+B+C）%勺相对量。
（b）写出右图中I和P合金的室温平衡组织。
9•成分为40%A30%B和30%C的三元系合金在共晶温度形成三相平衡，三相成分如下:
液相：
50%A
40%B
10%C
a相
85%A
10%B
5%C
3相
10%A
20%B
70%C
（a）计算液相、a相和3相各占多少分数;
（b）试估计在同一温度，a
相和3相的成分同上，但各占50%寸合金的成分。
10.Cu-Sn-Zn三元系相图在600C时的部分等温截面如上图示：
（a）请在此图中标出合金成分点P点（Cu-32%Zn-5%Sn,Q点（Cu-40%Zn-6%Sr）和T点（Cu-33%Zn-1%Sr）,并指出这些合金在600C时由那些平衡相组成。
（b）若将5kgP合金、5kgQ合金和10kgT合金熔合在一起，则新合金的成分为多少？
11•根据图中的合金X,在四相反应前为Q+R+U三相平衡，四相反应后为U+Q+V三相平衡。
试证明该反应为廿Q+U+V类型反应。
12.根据图中的合金X,在四相反应前为Q+R+U三相平衡，四相反应后为U+Q+VE相平衡。
试证明该反应为R+8U+V类型反应。
作业1
1.纯金属晶体中主要的点缺陷类型有哪些？
并试述它们产生的途径。
2•银的空位形成能为1.76X10-19,试计算600C和300C时1cm3银晶体中所包含的平衡空位数（银的密度为10.5g/cm3,原子量为107.9）
3.某晶体的长度（L）和晶格常数（a）随温度变化关系如右图所示：
（1）说明为何高温时/L/L>/a/a
一
（2）证明在较高温度时晶体的平衡浓度可
表示为：
CV=3（/L/L—/a/a）
作业2
1.
指出图1各段位错的性质，并说明刃型位错部分的多余半原子面。
2.在面心立方晶体中，画出（111）面上的b=a/2[101]和b=a/2[011]。
3.如图2所示，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b的位错环，
并受到一均匀切应力T的作用。
1）分析该位错环各段位错的结构类型；
2）在T勺作用下，该位错环将如何运动？
1）过饱和空位；2）过饱和间隙原子；3）低于平衡浓度的空位;
4）低于平衡浓度的间隙原子等四种情形，该位错怎样攀移。
作业3
1.计算产生1cm长的刃位错所需要的能量，并求出占该位错一半能量的区域半径。
（设ro=1nm,R=1cm,b=0.25nm”=1/3,G=50Gpa）2•试判断下列位错反应在面心立方晶体中能否进行，并确定无外力
作用时的反应方向:
（1）
⑵
⑶
押I］號卩口］斗血］
知1谢1］灵冋
326
3011]
3.铜晶体中有一直刃位错，试作出由此位错所产生的最大切应力与距离的关系曲线，并计算当距离为1卩m时的最大分切应力。
（铜
晶体的G=50Gpa,丫=1/3,b=0.256nm）
作业4
1.选择题
（1）计算位错受力的表达式？
=nb中的n是指
a.外力在滑移面的滑移方向上的分切应力；
b.外加切应力；
c.外力在位错线运动方向上的分切应力。
⑵在一块晶体中有一根刃位错线L和一根相同长度的螺位错线S,
两者的应变能有以下关系：
a.El>ES
b.丘c.El=E
（3）位错受力（运动）方向处处垂直于位错线，在运动过程中是可变的，晶体作相对滑动的方向----
d.也随位错线运动方向而改变
e.始终是柏氏矢量方向
f.始终是外力方向
B
7T
2•抚在相距为I的两滑移面上有两个平行
的异号刃位错，如图所示，问
（1）要使两位错在各自滑移面上作相向运动，需施加多大切应力方向如何？
（2）要使两位错在各自滑移面上作反向运动，需施加多大切应力方向如何？
思考题.设有两条交叉（正交但不共面）的位错线」疥和⑶,其柏氏矢量分别为A和矗，且丨氏I=丨矗丨二b。
试求下述情况下两位错间的交互作用（要求算出单位长度位错线的受力？
，总力F和总力距M）:
（1）两个位错都是螺型；
（2）两个位错都是刃型；
（3）一个是螺型，一个是刃型。
作业5
1.方形晶体中有两根刃型位错（如图所示），
（1）当周围晶体中：
（a）空位多于平衡值；（b）空位少于平衡值；（c）间隙原子多于平衡值；
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