材料科学基础作业题.docx

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材料科学基础作业题

第一章原子结构与键合

1、说明量子力学中有关原子结构的玻尔模型和几率波模型。

2、给出下列离子的电子组态：

Fe2+,Fe3+,Cu+,Ba2+,Br-,S2-。

3、对于K+—Cl-离子对，吸引能EA和排斥能ER分别表示为：

计算平衡距离r0和结合能E0。

（提示：

净能对原子间距r的微分为0时，r=r0。

r的单位为nm）

4、净能有时可表示为

其中，r为离子间距，C，D和r为常数。

试推出结合能E0对于平衡距离r0的表达式。

5、计算下列化合物中，离子键的百分含量：

TiO，ZnTe，CsCl，InSb，MgCl。

6、下列物质含有何种键：

黄铜（brass）、橡胶（rubber）、金刚石（diamond）、SiO2、单晶Si、NaCl。

7、HF（hydrogenfluoride）的分子量小于HCl（hydrogenchloride），为什么HF具有比HCl更高的沸点。

8、画出下列物质单体单元的结构图：

（1）聚乙烯（polyethylenePV）；

（2）聚四氟乙烯（polytetrafluorethylenePTFE）；

（3）聚苯乙烯（polystyrenePS）；

（4）聚甲基丙烯酸甲酯[俗]有机玻璃

（polymethylmethacrylatePMMA）。

9、

（1）计算聚乙烯结构单元的分子量；

（2）聚乙烯的数均分子重量为1,000,000g/mol，计算其数均聚合度。

10、两种聚四氟乙烯样品的密度及其晶化率如下：

i）2.144g/cm3,51.3%;ii）2.215g/cm3,74.2%.

计算晶态聚四氟乙烯和非晶态聚四氟乙烯的密度。

11、简述高分子链结构的形态特征以及与性能的定性关系。

第二章固体结构

1、锆（Zr，Zirconium）具有HCP结构，密度为6.51g/cm3，

（a）计算晶胞体积；

（b）如果c/a为1.593，计算c和a。

2、铑（Rh，Rhodium）的原子半径为0.1345nm，密度为12.41g/cm3。

判定其晶体结构属于FCC，还是BCC？

3、在立方晶胞中画出下列晶向：

4、在立方晶胞中画出下列晶面：

5、确定下图中晶向和晶面的指数。

6、计算比较FCC中[100]、[110]、[111]晶向的线密度。

7、计算比较BCC中（100）、（110）晶面的面密度。

8、确定FCC铂（Platinum，Pt）的（113）晶面的一级衍射角（即n=1），X射线波长为0.1542nm。

9、说明原子结构和晶体结构的差别。

10、解释为什么多晶材料的性质通常是各项同性。

11、解释以下基本概念

合金、相、固溶体、极限电子浓度、电子化合物、超结构。

12、试比较间隙固溶体、间隙相和间隙化合物的结构和性能特点。

7、FeAl为电子化合物，计算其电子浓度，画出晶胞及（112）面的原子排列图。

13、下列合金相为何种类型

FeCo、Cr7C3、Mg2Pb、WC、FeAl、Cu3Al、Fe4N、Fe3C。

第三章缺陷

第三章缺陷

1、解释以下基本概念

肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移及攀移、弗兰克-瑞德源、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、重整位置点阵、失配度、对称倾侧晶界、非共格晶界。

2、计算Fe在850o时，每立方米体积中的空位数。

已知Fe在850o时的空位形成能、密度及原子重量分别为1.08eV/atom、7.65g/cm3、55.85g/mol。

3、如图，在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。

（1）分析该位错环各段位错的结构类型；

（2）分析各段位错线的受力情况；

（3）在t的作用下，该位错环将如何运动？

4、面心立方晶体中，在（111）面上的单位位错

在（111）面上分解为两个肖克莱不全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出：

（G切变模量，g层错能）

5、判断下列位错反应能否进行？

若能进行，试在晶胞上作出矢量图。

6、试分析在（111）面上运动的柏氏矢量为的螺型位错受阻时，能否通过交滑移转移到面中的某个面上继续运动？

为什么？

7、根据晶粒的位相差及结构特点，晶界有哪些类型？

有何特点属性？

8、直接观察铝试样，在晶粒内部位错密度为5x1013/m2，如果亚晶间的角度为5o，试估算界面上的位错间距（铝的晶格常数为a=2.8x10-10m）。

第五章二元相图

1.合金系统的自由度F的含义是：

（单选）

A、可以使合金状态改变的因素数；

B、保持合金平衡状态不变的前提下，可以独立改变的因素数；

C、够使系统发生变化的最大因素数。

2.自由度F=0的含义是：

（单选）

A、任何因素的变化都会造成系统平衡状态的变化；

B、没有任何因素可以引起系统状态变化；

C、这样的系统状态不存在。

3.纯金属凝固时，（多选）

A、冷却曲线（温度-时间）是水平的；

B、系统自由度F=0；

C、纯金属凝固是在恒温下进行的。

4.在平衡条件下，100˚C的纯水处于（单选）

A、液态；B、气态；C、气、液二相共存状态。

5、下列说法哪些是正确的？

（多选）

A、温度高于液相线的合金为液态；

B、温度低于液相线的合金为固态；

C、温度低于固相线的合金为固态;

D、温度高于固相线的合金为液态。

6、非平衡凝固的匀晶合金一般会出现什么现象？

。

（单选）

A、组织、成分均匀化；

B、成分不均匀，出现树枝状偏析；

C、与平衡凝固的合金组织、成分一样，没有区别。

7、在共晶合金系中，只有共晶成分的合金才能发生共晶转变。

（单选）

A是                B否

8、发生共晶转变的液相，其成分一定是共晶成分。

（单选）

A是                B否

9、根据Pb-Sn相图，应用杠杆定律计算40%Sn合金的共晶组织中的a相占全部合金的相对量。

（单选）

A、22.16%；B、45.5%；C、40%

提示：

40%Sn合金由初生的a相（先共晶a）和共晶体组成，

共晶体又由a相和b相组成（见示意图）。

10、匀晶、共晶和包晶转变有何共同特点？

（单选）

A、这三个转变都是在恒温下进行的；

B、这三个转变的反应相中都有液相，而生成相都是固相；

C、这三个转变都不是恒温转变。

11、共晶和共析转变有何共同特点？

（多选）

A、都是由一个相同时转变成二个相；

B、都是恒温转变；

C、生成相都是固相。

12、共析与包析转变有何不同？

（单选）

A、都是固态转变；B、都是恒温转变；C、共析转变是由一个固相转变成二个固相，包析转变则相反。

13、熔晶与偏晶转变都是恒温转变吗？

（单选）

A 是            B 否

14、在分析相图时可以将稳定化合物看作一个组元，从而将复杂相图分成若干个简单相图。

你认为分析复杂相图时这是必须的吗？

（单选）

A 是            B 否

1、说明下列基本概念

工业纯铁、碳钢、铸铁、包晶转变、共晶转变、共析转变、a-Fe、铁素体、g-Fe、奥氏体、一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、珠光体、莱氏体。

2、下列说法正确的是：

（多选）

A、铁素体是碳溶解于α-Fe中形成的固溶体，具有体心立方晶体结构；

B、渗碳体是碳溶解于γ-Fe中形成的固溶体，具有体心立方晶体结构；

C、奥氏体是碳溶解于γ-Fe中形成的固溶体，具有面心立方晶体结构。

3、亚共析钢的含碳量范围是：

（单选）

A、0.0218%~0.77%C；B、0.77%~2.11%C；C、2.11%~4.3%C。

4、共析钢的室温组织是：

（单选）

A、珠光体P+二次渗碳体Fe3CII；B、珠光体P（100%）；C莱氏体Ld’（100%）。

5、计算1148℃共晶转变刚结束时莱氏体中渗碳体Fe3C的相对量。

（单选）

A、52%；B、60%；C、48%。

6、计算室温时莱氏体中渗碳体Fe3C的相对量（室温铁素体的含碳量看作0）。

（单选）

A、48.23%C；B、52.77%C；C、64.47%。

7、随着含碳量的增高，亚共析钢的。

（单选）

A强度、硬度升高，塑性下降；

B塑性升高，强度、硬度下降；

C强度、硬度和塑性都升高。

8、对于过共析钢，含碳量越高。

（单选）

A钢的强度、硬度越高，塑性越低；

B钢的强度、硬度越低，塑性越高；

C钢的硬度越高，强度和塑性越低。

第六章扩散与凝固

一、概念

结构起伏、能量起伏、过冷度、晶胚、临界晶核、临界形核功、均匀形核、非均匀形核、光滑界面、粗糙界面；质量浓度、自扩散、互扩散、下坡扩散、上坡扩散、稳态扩散、非稳态扩散、扩散系数、扩散通量、柯肯达尔效应。

二、选择题

第六章凝固与扩散

1、金属液体在熔点温度保温，则（c）

a需要很长时间才能结晶； b到熔点温度就会结晶； c永不结晶。

2、下述哪些现象结晶时出现？

（多选）

 a在低于熔点的温度下结晶才能进行；

b结晶时有热量放出；

 c液态金属冷却到熔点时就开始结晶。

3、形成临界晶核时需要的形核功由什么提供？

（单选）

 a由外界加热提供；

 b由能量起伏提供；

 c由体积自由能提供。

4、临界晶核有可能继续长大，也有可能消失（熔化）。

 a 是 b 否

5、在相同过冷度的条件下，（下述说法哪些正确？

）（多选）

 a非均匀形核比均匀形核的形核率高；

 b均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径；

 c非均匀形核比均匀形核的形核功小；

 d非均匀形核比均匀形核的临界晶核体积小。

6非均匀形核时，θ角越小，形核越容易。

这是因为（下述说法哪些正确？

）（多选）

 a临界晶核的体积和表面积越小；

  b形核需要的过冷度越小；

 c需要的形核功越小。

 7、在负的温度梯度下，晶体生长以平面状前推进。

（单选）

 a是    b否    c不能确定

8、形核率越高、晶体生长速率越小，最后得到的晶粒越细小。

（单选）

a是    b否    c不能确定

9、快速凝固技术能获得的新材料有：

非晶态合金，超细晶态金属或合金。

a是     b否 

10、单向凝固要求不仅具有正温度梯度，而且温度梯度要很大。

a是     b否

11、制取单晶体的技术关键是保证液体结晶时只有一个晶核。

a是     b否

12、对于浓度不均匀的固溶体中的扩散，溶质原子的扩散属于互扩散，溶剂（基体）原子的扩散则属于自扩散。

a是       b否

13、在稳态扩散过程中，扩散组元的浓度C只随距离x变化，而不随时间t变化。

a是       b否

14、在非稳态扩散过程中，扩散组元的浓度C也是只随距离x变化，而不随时间t变化。

a是       b否

15、扩散系数D是描述扩散速度的重要物理量，D值越大则扩散越慢。

a是       b否

16、已知Mg（镁）在Al（铝）中的扩散常数D0=1.2×10-4m2/s，扩散激活能Q=131000J/mol, 500℃时扩散系数D=1.8×10-13m2/s，问400℃时Mg在Al中的扩散系数D是多少？

a 8.1×10-15m2/s   b 1.8×1