硅所材料科学基础2008
(完整版)1《材料科学基础》第一章晶体学基础
晶向、晶
钯的PDF卡片-----Pd 89－4897
crystal system,space
图 2 CdS纳米棒的TEM照片（左）和 HRTEM照片（右）
图2 选区电子衍射图
图1. La(Sr)3SrMnO7的低 温电子衍射图
晶向、晶面、晶面间距
晶向：空间点阵中行列的方向代表晶体中原子排 列的方向，称为晶向。
晶面：通过空间点阵中任意一组结点的平面代表 晶体中的原子平面，称为晶面。
L M
P点坐标?
(2,2,2)或222
N
一、晶向指数
1、晶向指数：表示晶体中点阵方向的指数，由晶向上结点的 坐标值决定。
2、求法 1）建立坐标系。 以晶胞中待定晶向上的某一阵点O为原点，
联系：一般情况下，晶胞的几何形状、大小与对应的单胞是 一致的，可由同一组晶格常数来表示。
不区分 图示
晶 胞
空间点阵
单
胞
•NaCl晶体的晶胞，对应的是立方面心格子 •晶格常数a=b=c=0.5628nm，α=β=γ=90°
大晶胞
大晶胞：是相对 于单位晶胞而言 的
例：六方原始格子形式的晶胞就是常见的大晶胞
① 所选取的平行六面体应能反映整个空间点阵的对称性； ② 在上述前提下，平行六面体棱与棱之间的直角应最多； ③ 在遵循上两个条件的前提下，平行六面体的体积应最小。
具有L44P的平面点阵
单胞表
3、单胞的表征
原点：单胞角上的某一阵点 坐标轴：单胞上过原点的三个棱边 x，y，z 点阵参数：a，b，c，α，β，γ
准晶
是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶具有长程定向有 序，然而又不具有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有 晶体所不允许的宏观对称性。
北京工业大学硕士材料科学基础真题2008年
试卷八2008年攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目：材料科学基础适用专业：材料科学与工程一、名词解释1．金属键2．问隙固溶体3．肖脱基空位4．共晶转变5．负温度梯度6．上坡扩散7．形变织构8．惯习面9．时效10．一级相变二、填空1．如果晶体中不同的原子面用A、B、C、D等字母来表示，面心立方晶体中原子的堆垛方式为 (1) ，密排六方晶体原子的堆垛方式为 (2) 。
2．原子或离子的 (3) 是指在晶体结构中，该原子或离子的周围与它直接相邻结合的原子个数或所有异号离子的个数。
3．点缺陷的平衡浓度随 (4) 的升高而增大。
4．柏氏矢量等于点阵矢量的位错称为 (5) ；在面心立方晶体中，由 (6) 造成的不全位错称为肖克莱不全位错；由插入或者抽去一层密排面造成的不全位错称为 (7) 不全位错。
5．由一个固相同时析出成分和晶体结构均不相同的两个新固相的过程称为(8) 转变。
6．在合金平衡相图中，确定一定温度和合金组分下合金内存在的各相的比例时，可以通过等温连接线，利用 (9) 定律进行计算。
7．在均一的液相中靠自身的结构起伏和能量起伏等条件形成晶核的方式称为 (10) 形核。
8．固态相变形核的驱动力是 (11) ，阻力主要是 (12) 和 (13) 。
9．金属多晶体塑性变形至少需 (14) 独立滑移系开动。
10．发生在固体表面的吸附可分为 (15) 和 (16) 两种类型。
11．根据界面上原子排列结构不同，可把固体中的相界面分为 (17) 、(18) 和 (19) 界面。
12．能产生交滑移的位错必然是 (20) 位错。
三、判断正误1．与CsCl类似，CsBr具有AX类型的体心立方晶体结构。
2．在非晶态固体材料中，原子在三维空间不具备周期性的重复排列，处于完全无序状态。
3．溶质和溶剂晶体结构相同，是形成连续固溶体的充分必要条件。
4．亚共晶白口铸铁的室温平衡组织由珠光体、变态莱氏体以及二次渗碳体组成，其中的珠光体是由初晶奥氏体共析转变形成的。
西南交通大学硕士材料科学基础真题2008年
试卷五2008年攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目：材料科学基础适用专业：材料科学与工程一、概念题1．弥散强化(或沉淀强化)2．再结晶退火3．上坡扩散4．晶体5．一级相变二、画图题1．在立方晶胞内画出晶面，以及[110]、[010]、晶向。
2．画出下列合金及其热处理后的室温组织：(1) 共析钢的平衡组织(2) 共晶白口铸铁(3) T12钢完全奥氏体化后的淬火组织(4) 45钢的平衡组织(5) 铝硅共晶组织(6) 45钢调质处理的组织三、公式题1．给出下列各公式，说明公式中各物理量的含义及单位：(1) Hall-Petch公式 (2) 一维形式的菲克第二定律2．推导在液相中均匀形成半径为r的奥氏体球形晶核的临界形核功△G*和临界尺寸r*的表达式。
3．根据图5-1所示，推导在T1温度下成分为X0的合金在α+L两相区时，表示两相α和L的相对量(重量)的杠杆定律(图中成分均为重量百分数)。
四、简答题1．以低碳钢的拉伸曲线为例，运用位错理论说明屈服现象及加工硬化现象。
2．请简单说明层错能高低对螺型位错交滑移的影响，及其对金属加工硬化速率的影响。
3．请以Al-4.5%Cu合金为例，说明130℃时效过程(组织转变)及其性能(硬度)变化。
4．说明马氏体相变的主要特征。
五、综合分析题1．根据Fe-Fe3C相图，完成下列工作：(1) 画出Fe-Fe3C相图(可以忽略高温铁素体相变及包晶转变)。
(2) 画出35钢(w C=0.35%，下同)从高温液态到室温的平衡冷却曲线(不考虑铁素体的溶解度变化)，并标明相的变化过程。
(3) 示意画出高温液态到室温的组织转变过程图。
(4) 说明35钢在室温下的平衡组织，给出每一种组织的成分，计算各组织的相对重量。
2．根据共析碳钢的过冷奥氏体转变C曲线(TTT曲线)(如图5-2所示)，请写出经过图中所示6种不同工艺处理后材料的组织名称以及硬度排列(从高到低)。
标准答案一、1．弥散强化(或沉淀强化)：过饱和固溶体随温度下降或在长时间保温过程中(时效)发生脱溶分解。
材料科学基础(第1章)
三、教材及参考书
教材： 崔忠圻.金属学与热处理（第2版）.机械工业出版社
参考书及实验指导书： （1）石得珂.材料科学基础.机械工业出版社 （2）李超.金属学原理.哈尔滨工业大学出版社 （3）张廷楷.金属学及热处理实验指导书.重庆大学出
版社 （4）林昭淑.金属学及热处理实验.湖南大学出版社
3. 不透明并呈现特有的量，因而具有不透明性。而
吸收了能量被激发的电子随后会辐射出具有一定波长的光能，从而具
有一定光泽。
4. 良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。
金属键没有方向性，原子间也没有选择性，所以在受外力作用而
发生原子位置的相对移动时，结合键不会遭到破坏。
第一节 原子结构
一、 物质的组成 一切物质都是由无数微粒按一定的方式聚集
而成的。这些微粒可能是分子、原子或离子。 原 子结构直接影响原子间的结合方式。 二、 原子的结构
近代科学实验证明：原子是由质子和中子组 成的原子核，以及核外的电子所构成的。原子的 体积很小，直径约为10-10m数量级，而其原子核 直径更小，仅为10-15m数量级。然而，原子的质 量恰主要集中在原子核内。因为每个质子和中子 的质量大致为1.67x10-24g，而电子的质量约为 9.11x10-28g，仅为质子的1/1836。
1.4 范德华力 属物理键，系一种次价键，没有方向性和饱
和性。比化学键的键能少1～2个数量级。不同 的高分子聚合物有不同的性能，分子间的范德 华力不同是一个重要因素。
1.5 氢键 是一种特殊的分子间作用力。它是由氢原子
同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子 （ｏ，ｆ，ｎ等）相结合而产生的具有比一般 次价键大的键力，具有饱和性和方向性。氢键 在高分子材料中特别重要。
材料科学基础试卷
材料科学基础试卷一一. 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。
材料科学基础.第一章
3.标准投影图
以晶体的某个晶面平行于投影 面，作出全部主要晶面的极射投影 图称为标准投影图（图1.16）。立方 系中，相同指数的晶面和晶向互相 垂直，所以立方系标准投影图的极 点既代表了晶面又代表了晶向。
4.吴/乌氏网（Wulff net）
吴氏网是球网坐标的 极射平面投影，具有保 角度的特性，如右下图。
立方系 六方系
对复杂点阵(体心立方，面心立方等)，要考虑晶面层数的增加。 体心立方(001)面之间还有一同类的晶面（002），因此间距减半。
1.2.4 晶体的极射赤面投影
通过投影图可将立体图表现于平面上。晶体投影方法很多， 包括球面投影和极射赤面投影。 1.参考球与球面投影 将立方晶胞置于一个大圆球的中 心，由于晶体很小，可认为各晶面均 过球心。由球心作晶面的法线， 晶面法线与球面的交点称为极点，每 个极点代表一个晶面；大圆球称为 参考球，如图1.14所示。用球面上的 极点表示相应的晶面，这种方法称为 球面投影；两晶面的夹角可在参考球 上量出。
6.晶面间距
晶面族不同，其晶面间距也不同。通常低指数晶面的面间距 较大，高指数晶面的面间距较小；原子密集程度越大，面间距 越大。可用数学方法求出晶面间距：
d hkl ( d hkl d hkl 1 h 2 k l ) ( )2 ( )2 a b c a 正交系
h2 k 2 l 2 1 4 h 2 hk k 2 l ( ) ( )2 3 c a2
图1.12 六方系中的一些晶面与晶向
（2）用四轴坐标确定晶向指数的方法如下： 当晶向OP通过原点时，把OP沿四个轴分解成四个分量（由 晶向上任意一点向各轴做垂线，求出坐标值），可表示为 OP=u a1+v a2+l a3+w C 晶向指数用[u v l w]表示，其中t=-(u + v)。 原子排列相同的晶向属于同一晶向族。在图1.12中
上海交大2008年材料科学基础考研真题
今年选择题跟其他年份一样，也是很简单。
大题总共出了四个。
第一题：（A）画出立方晶胞中的（1，1，-1）晶面和[1，0，1]晶向。
（B）若一个晶体中由（1，1，-1）晶面和[1，0，1]晶向组成一个滑移系，求该晶胞为何种晶体。
（C）画出在（1，1，-1）晶面上的螺型位错，其伯氏矢量方向为[1，0，1]，画出其在该面上发生交滑移的晶面。
第二题：求解蒸汽压.
(A)Si在2000K的温度下发生蒸发，然后在300K时在晶面上凝聚，试求其蒸发和凝聚的蒸汽压。
(B)分析要让上述两个过程同时存在时,真空装置中的真空状态应该在什么范围之内,并简述起原因.
第三题:铁碳相图
(A)求解含碳量为2.11%的铁碳合金冷却凝固后二次渗碳体的含量
(B)画出含碳量为2.11%的铁碳合金冷却曲线
第四题:计算带隙能
计算可见光被吸收对应的最大和最小带隙能
(本题在第十章上有明确的解答)
关于选择题,有几点想说
1.题目很简单,但是面很宽,所以课本要仔细看,不要遗漏知识点.
2.今年选择题中有几个题目偏离了我复习的范围
(1) 能带题目是:由(N)个原子组成的固体有(2N)个能带
(2) 回转反演轴中有哪个可以看作独立的宏观元素(- 4),仔细分析课本上关于这一段的内容可以看到,-1 -2 -3 -6这几个回转反演轴都可以与对称中心.对称面等对应,只有-4没有可对应的,所以本题答案为-4
(3) 关于第六章第一节中关于二氧化硅转变的问题,哪一个为位移型转变.。
清华大学硕士材料科学基础真题2008年
试卷二2008年攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目：材料科学基础(与物理化学或固体物理)适用专业：材料科学与工程一、1．某著作中给出六方点阵MoSi2的错误晶胞如图2-1所示。
指出其错误所在，画出一个正确的六方晶胞，并给出a、c点阵常数的数值。
2．某刊物发表的论文中有这样的论述：“正方点阵Nd2Fe14B(410)晶面和(411)晶面的衍射峰突出，因此晶体生长沿＜410＞和＜411＞晶向生长较快”。
指出其错误所在。
3．由600℃降温到300℃时，锗晶体中的空位平衡浓度降低了六个数量级。
试计算锗晶体中的空位形成能(玻尔兹曼常数k=1.38×10-23J/K)。
4．分别解释柯氏气团(Cottrell atmosphere)和铃木气团(Suzuki atmosphere)在强化金属中的作用。
5．什么是时效?试说明A1-4.5%Cu合金中时效强化的原因。
6．欧盟于2006年7月1日开始正式执行的RoHS指令(现已成为法令)要求禁止哪些有害物质?其最高允许含量分别是多少?替代有铅钎料的主要钎料系统有哪些?二、沿铌单晶(BCC)的棒轴方向拉伸，使其发生塑性形变，设铌单晶的滑移面为{110}，请确定：1．初始滑移系统。
2．双滑移系统。
3．双滑移开始时的切变量γ。
4．滑移过程中的转动规律和转轴。
5．试棒的最终取向(假定试棒在达到稳定取向前不发生断裂)。
三、有如图2-2a所示的位错线ABC及柏氏矢量b，其中AB是极轴位错(不动)，MNPQ为位错BC段的滑移面。
请分析在切应力τ的作用下：1．在图2-2a、b、c、d四种情况下，位错BC、BC'、BC"、BC'"的受力及运动情况。
2．达到动态平衡时，位错线ABC会变成什么形状?3．位错线在扫动时对晶体的塑性变形会产生什么影响?四、欲将一批齿轮进行渗碳，每炉装500件。
在900℃渗10h可以达到规定的深度。
假定在900℃渗碳每炉每小时生产成本为1000元，而在1000℃渗碳为1500元。
材料科学基础课后习题
1、作图表示立方晶体得晶面及晶向。
2、在六方晶体中,绘出以下常见晶向等。
3、写出立方晶体中晶面族{100}，{110｝,{111},{１12}等所包括得等价晶面。
4、镁得原子堆积密度与所有hcp金属一样，为0、74。
试求镁单位晶胞得体积。
已知Mg得密度,相对原子质量为24、3１,原子半径ｒ＝0、１６1ｎm。
5、当CN＝6时离子半径为0、０９7nm，试问：１)当ＣN＝４时,其半径为多少?2)当CN=8时,其半径为多少？6、试问:在铜(fｃc,ａ＝0、36１nｍ)得<１00>方向及铁（bcc,ａ=0、2８6nｍ）得<100>方向,原子得线密度为多少？7、镍为面心立方结构，其原子半径为。
试确定在镍得(100),（110）及(111)平面上１中各有多少个原子。
8、石英得密度为２、65。
试问：１)1中有多少个硅原子(与氧原子）？2）当硅与氧得半径分别为0、0３8nm与0、1１4ｎm时，其堆积密度为多少（假设原子就是球形得)？９、在8００℃时个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移动，而在90０℃时个原子中则只有一个原子,试求其激活能(Ｊ/原子)。
１0、若将一块铁加热至850℃,然后快速冷却到20℃。
试计算处理前后空位数应增加多少倍(设铁中形成一摩尔空位所需要得能量为104600Ｊ)。
1１、设图1－1８所示得立方晶体得滑移面AＢCD平行于晶体得上、下底面。
若该滑移面上有一正方形位错环,如果位错环得各段分别与滑移面各边平行,其柏氏矢量b∥AB。
1）有人认为“此位错环运动移出晶体后,滑移面上产生得滑移台阶应为4个b,试问这种瞧法就是否正确？为什么?2)指出位错环上各段位错线得类型,并画出位错运动出晶体后,滑移方向及滑移量。
１2、设图1-19所示立方晶体中得滑移面ABCD平行于晶体得上、下底面。
晶体中有一条位错线段在滑移面上并平行AＢ,段与滑移面垂直。
位错得柏氏矢量ｂ与平行而与垂直。
试问：1)欲使段位错在ABCＤ滑移面上运动而不动,应对晶体施加怎样得应力?２)在上述应力作用下位错线如何运动?晶体外形如何变化?1３、设面心立方晶体中得为滑移面,位错滑移后得滑移矢量为。
西安理工大学硕士材料科学基础真题2008年
西安理工大学硕士材料科学基础真题2008年(总分：189.99，做题时间：90分钟)一、名词解释(总题数：5，分数：20.00)1.成分过冷（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(固溶体合金凝固时，由于液相中溶质的分布发生变化，合金熔点也发生变化，即使实际温度分布不变，固液界面前沿的过冷度也会发生变化。
所以固溶体合金的过冷度是由变化着的合金的熔点与实际温度分布两个方面的因素共同决定的。
这种因液相成分变化而形成的过冷称为成分过冷。
)解析：2.中间相（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(指合金组元间相互作用，当超过固溶体的固溶极限时可形成晶格结构和特性完全不同于任一组元的具有金属特性的新相。
由于在相图中往往处于中间部位，因此又称为中间相。
)解析：3.离异共晶（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(成分点靠近共晶转变线两端的亚共晶和过共晶合金，结晶后组织中初晶量多，共晶体数量少，而且共晶体中与初晶相同的一相与初晶结合在一起，将共晶体中另一相推至晶界，造成的共晶体两相分离的非平衡组织。
)解析：4.反应扩散（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(在固态扩散的过程中，如果渗入元素在金属中溶解度有限，随着扩散原子增多，当渗入原子的浓度超过溶解度时则形成不同于原相的固溶体或中间相，从而使金属表层分为出现新相和不出现新相的两层，这种通过扩散而形成新相的过程，称为反应扩散。
材料科学基础第一章晶体结构(一结晶学基础知识)
说明： a 指数意义：代表一组平行的晶面； b 0的意义：面与对应的轴平行； c 平行晶面：指数相同，或数字相同但正负号相反； d 晶面族：晶体中具有相同条件（原子排列和晶面间距完全相
同），空间位向不同的各组晶面。用{hkl}表示。 e 若晶面与晶向同面，则hu+kv+lw=0; f 立方晶系若晶面与晶向垂直，则u=h, k=v, w=l。
（2）晶面指数的标定 a 建立坐标系：确定原点（非阵点）、坐标轴和度量单位。 b 量截距：x,y,z。 c 取倒数：h’,k’,l’。 d 化整数：h,k,k。 e 加圆括号：(hkl)。 （最小整数？）
（2）晶面指数的标定
例：标定下列A,B,C面的指数。
(c) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning™
平移坐标原点：为了标定方便。
2.六方晶系的晶面指数和晶向指数
六方晶系的晶胞如图1-4所示，是边长为a，高为c的 六方棱柱体。
四轴定向：晶面符号一般写为（hkil），指数的排 列顺序依次与a轴、b轴、d轴、c轴相对应，其中a、b、d 三轴间夹角为120o，c轴与它1们垂直。它们之间的关系为： i=－（h＋k）。
晶面指数：结晶学中经常用（hkl）来表示一组平行晶面，称为晶 面指数。数字hkl是晶面在三个坐标轴（晶轴）上截距的倒数的互 质整数比。
晶向：点阵可在任何方向上分解为相互平行的直线组，结点 等距离地分布在直线上。位于一条直线上的结点构成一个晶 向。 同一直线组中的各直线，其结点分布完全相同，故其中任何 一直线，可作为直线组的代表。不同方向的直线组，其质点 分布不尽相同。 任一方向上所有平行晶向可包含晶体中所有结点，任一结点 也可以处于所有晶向上。
西安交通大学硕士材料科学基础真题2008年
西安交通大学硕士材料科学基础真题2008年试卷二十六2008年攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目：材料科学基础适用专业：材料科学与工程一、1．写出图26-1所示立方晶胞中ABCDA晶面及BD晶向的密勒指数。
2．写出图26-2所示六方晶胞中EFGHIJE晶面、EF晶向、FG晶向、GH晶向、JE晶向的密勒-布拉菲指数。
3．已知晶体中两不平行晶面(和h 1k1l1)和(h2k2l2)，证明晶面(h3k3l3)与(h1k1l1)和(h2k2l2)属于同一晶带，其中h3=h1+h2，k3=k1+k2，l3=l1+l2。
二、针对铁-碳合金回答下列问题：1．画出Fe-Fe3C平衡相图，并填写各相区的平衡相。
2．γ-Fe在912℃时转变为α-Fe。
这种转变称为什么转变?转变后的体积膨胀还是收缩?假定铁原子半径不变，则体积变化率是多少?3．已知727℃时，碳在奥氏体中的溶解度为wC=0.77%，而在铁素体中的极限溶解度仅为wC=0.0218%。
请解释二者差别如此明显的原因。
4．已知低碳钢常在920℃左右进行气体渗碳。
请解释选择这一温度的原因。
5．碳质量分数wC=0.2%的低碳钢工件在920℃进行表面气体渗碳，工件表面碳浓度始终保持为wC =1.0%，并将工件中碳浓度为wC=0.4%处至表面的距离x定义为渗碳层深度。
已知渗碳1h后，渗碳层深度为0.12mm，若要求渗碳层深度达到0.48mm，计算共需渗碳多长时间。
6．示意画出平衡态碳钢的强度随钢含碳量的变化曲线，并从成分-组织-性能的角度定性解释之。
三、在晶格常数为a的体心立方单晶体的[123]方向进行压缩变形，已知其屈服强度为σs。
1．写出晶体的始滑移系及其可能的交滑移系。
2．计算晶体开始滑移的临界分切应力τc。
3．分别写出屈服时晶体中所开动的刃位错和螺位错的位错线方向及柏氏矢量，以及它们滑移运动的方向。
4．若该压缩试样的一个自由表面为，写出该面上滑移线的方向。
材料科学基础 简答题 1
第二部分简答题原子间的结合键共有几种？各自的特点如何？【11年真题】答：（1）金属键：基本特点是电子的共有化，无饱和性、无方向性，因而每个原子有可能同更多的原子结合，并趋于形成低能量的密堆结构。
当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时不至于破坏金属键，这就使得金属具有良好的延展性，又由于自由电子的存在，金属一般都具有良好的导电性和导热性能。
（2）离子键：正负离子相互吸引，结合牢固，无方向性、无饱和性。
因此，七熔点和硬度均较高。
离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此他们都是良好的电绝缘体。
（3）共价键：有方向性和饱和性。
共价键的结合极为牢固，故共价键晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点。
共价结合的材料一般是绝缘体，其导电能力较差。
（4）范德瓦尔斯力：范德瓦尔斯力是借助微弱的、瞬时的电偶极矩的感应作用，将原来稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合。
它没有方向性和饱和性，其结合不如化学键牢固。
（5）氢键：氢键是一种极性分子键，氢键具有方向性和饱和性，其键能介于化学键和范德瓦耳斯力之间。
说明间隙固溶体与间隙化合物有什么异同。
答：相同点：二者一般都是由过渡族金属与原子半径较小的C、N、H、O、B等非金属元素所组成。
不同点：（1）晶体结构不同。
间隙固溶体属于固溶体相，保持溶剂的晶格类型；间隙化合物属于金属化合物相，形成不同于其组元的新点阵。
（2）间隙固溶体用α、β、γ表示；间隙化合物用化学分子式MX、M2X 等表示。
间隙固溶体的强度、硬度较低，塑性、韧性好；间隙化合物的强度、熔点较高，塑性、韧性差。
为什么只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，而间隙固溶体则不能？答：因为形成固溶体时，溶质原子的溶入会使溶剂结构产生点阵畸变，从而使体系能量升高。
溶质与溶剂原子尺寸相差较大，点阵畸变的程度也越大，则畸变能越高，结构的稳定性越低，溶解度越小。
一般来说，间隙固溶体中溶质原子引起的点阵畸变较大，故不能无限互溶，只能有限熔解。
材料科学基础课后习题
1、作图表示立方晶体的晶面及晶向。
2、在六方晶体中,绘出以下常见晶向等。
3、写出立方晶体中晶面族{100},{110},{111},{112}等所包括的等价晶面。
4、镁的原子堆积密度与所有hcp金属一样,为0、74。
试求镁单位晶胞的体积。
已知Mg的密度,相对原子质量为24、31,原子半径r=0、161nm。
5、当CN=6时离子半径为0、097nm,试问:1)当CN=4时,其半径为多少？2)当CN=8时,其半径为多少？6、试问:在铜(fcc,a=0、361nm)的<100>方向及铁(bcc,a=0、286nm)的<100>方向,原子的线密度为多少？7、镍为面心立方结构,其原子半径为。
试确定在镍的(100),(110)及(111)平面上1中各有多少个原子。
8、石英的密度为2、65。
试问:1)1中有多少个硅原子(与氧原子)？2)当硅与氧的半径分别为0、038nm与0、114nm时,其堆积密度为多少(假设原子就是球形的)？9、在800℃时个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移动,而在900℃时个原子中则只有一个原子,试求其激活能(J/原子)。
10、若将一块铁加热至850℃,然后快速冷却到20℃。
试计算处理前后空位数应增加多少倍(设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J)。
11、设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD平行于晶体的上、下底面。
若该滑移面上有一正方形位错环,如果位错环的各段分别与滑移面各边平行,其柏氏矢量b∥AB。
1)有人认为“此位错环运动移出晶体后,滑移面上产生的滑移台阶应为4个b,试问这种瞧法就是否正确？为什么？2)指出位错环上各段位错线的类型,并画出位错运动出晶体后,滑移方向及滑移量。
12、设图1-19所示立方晶体中的滑移面ABCD平行于晶体的上、下底面。
晶体中有一条位错线段在滑移面上并平行AB,段与滑移面垂直。
位错的柏氏矢量b与平行而与垂直。
试问:1)欲使段位错在ABCD滑移面上运动而不动,应对晶体施加怎样的应力？2)在上述应力作用下位错线如何运动？晶体外形如何变化？13、设面心立方晶体中的为滑移面,位错滑移后的滑移矢量为。
材料科学基础课后习题及答案
第二章答案2-1略。
2-2〔1〕一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求该晶面的晶面指数；〔2〕一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的晶面指数。
答：〔1〕h:k:l==3:2:1,∴该晶面的晶面指数为〔321〕；〔2〕h:k:l=3:2:1，∴该晶面的晶面指数为〔321〕。
2-3在立方晶系晶胞中画出以下晶面指数和晶向指数：〔001〕与[]，〔111〕与[]，〔〕与[111]，〔〕与[236]，〔257〕与[]，〔123〕与[]，〔102〕，〔〕，〔〕，[110]，[]，[]答：2-4定性描述晶体构造的参量有哪些.定量描述晶体构造的参量又有哪些.答：定性：对称轴、对称中心、晶系、点阵。
定量：晶胞参数。
2-5依据结合力的本质不同，晶体中的键合作用分为哪几类.其特点是什么.答：晶体中的键合作用可分为离子键、共价键、金属键、范德华键和氢键。
离子键的特点是没有方向性和饱和性，结合力很大。
共价键的特点是具有方向性和饱和性，结合力也很大。
金属键是没有方向性和饱和性的的共价键，结合力是离子间的静电库仑力。
范德华键是通过分子力而产生的键合，分子力很弱。
氢键是两个电负性较大的原子相结合形成的键，具有饱和性。
2-6等径球最严密堆积的空隙有哪两种.一个球的周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙.答：等径球最严密堆积有六方和面心立方严密堆积两种，一个球的周围有8个四面体空隙、6个八面体空隙。
2-7n个等径球作最严密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙.不等径球是如何进展堆积的.答：n个等径球作最严密堆积时可形成n个八面体空隙、2n个四面体空隙。
不等径球体进展严密堆积时，可以看成由大球按等径球体严密堆积后，小球按其大小分别填充到其空隙中，稍大的小球填充八面体空隙，稍小的小球填充四面体空隙，形成不等径球体严密堆积。
2-8写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
答：面心立方格子的单位平行六面体上所有结点为：〔000〕、〔001〕〔100〕〔101〕〔110〕〔010〕〔011〕〔111〕〔0〕〔0〕〔0〕〔1〕〔1〕〔1〕。
北京工业大学硕士材料科学基础真题2008年
北京工业大学硕士材料科学基础真题2008年(总分：143.00，做题时间：90分钟)一、{{B}}名词解释{{/B}}(总题数：10，分数：20.00)1.金属键（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()解析：金属正离子与自由电子之间相互作用构成的金属原子问的结合力称为金属键。
2.问隙固溶体（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()解析：当溶质原子比较小时，能够进入溶剂晶格的间隙位置内，这样形成的固溶体称为间隙固溶体。
3.肖脱基空位（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()解析：离位原子迁移到外表面或内界面(如晶界等)处形成的空位称为肖脱基空位。
4.共晶转变（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()解析：由一个液相同时结晶出两个不同固相的过程称为共晶转变。
5.负温度梯度（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()解析：结晶前沿液相中，温度由固液界面向液相内部逐渐降低的分布称为负温度梯度。
[基础科学]2008-11先进制造与新材料科技专辑
![[基础科学]2008-11先进制造与新材料科技专辑](https://img.taocdn.com/s3/m/d6948677b94ae45c3b3567ec102de2bd9605deca.png)
中国科学院国家科学图书馆科学研究动态监测快报2008年11月15日第22期（总第68期）先进制造与新材料科技专辑中国科学院先进制造与新材料创新基地中国科学院规划战略局中国科学院国家科学图书馆武汉分馆═════════════════════════════════════════════════════中国科学院国家科学图书馆武汉分馆武汉市武昌区小洪山西25号邮编：430071电话：************电子邮件：*****************先进制造与新材料科技专辑2008年第22期（总68期）目录专题超导材料的发现及其进展 (1)光吸收材料的新成果 (4)新型反射覆膜使太阳光吸收率高达96% (4)有可能改变数字摄影的“黑硅”材料 (5)研究进展新光学技术实现低成本快速纳米尺度分析 (6)利用纳米机器来检测微小扭曲 (7)科学家发现大量生产石墨烯的新方法 (7)短讯振动即可产生交流电的ZnO纳米线问世 (8)星状纳米金有望在医学诊断和环境微生物检测中得到应用 (8)一种基于半导体颗粒和碳纳米管的新型杂化材料 (9)新型低毒铁基超导材料——FeTe1-x S x (9)硅纳米线——未来电子制造的理想材料 (10)出版日期：2008年11月15日专题超导材料的发现及其进展编者按：超导材料是一类具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线性质的材料，一般可以分为常规超导体、高温超导体、其它超导体等三种类型。
常规超导体也叫做低温超导体，超导转变温度低于30K，主要包括超导元素、超导合金、超导化合物等，现已发现有50多种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。
高温超导体的优点在于使用温度高，对使用的要求条件较低，分为氧化物、非氧化物（主要是C60）两种类型，其中又以铜基氧化物的研究最为热门。
其它超导体则是非晶、复合、重费米、有机等种类。
2008年初，一类新的高温超导材料——铁基超导材料相继被日本和我国的科研人员发现，并掀起了新一轮超导材料研究的浪潮。
材料科学基础第二章4 硅酸盐
1、基本结构单元是[SiO4]4-四面体－－硅氧骨干、硅氧团
Si4+ O2-
o
rSi4 0.39 A
o
rO2 1.32 A
rSi4 / rO2 0.295
d Si O
0.160nm
rSi4
rO2
Si
O键为离子键＋共价键
x 1.7
2、Si-O团很强、很硬
2
一、基本结构特点
3、O2-是不饱和的（外层只有7个电子），还能与其它离子 或基团结合
与金属离子结合硅酸盐矿物 与Si-O团结合 桥氧
Mg2＋ 镁橄榄石 Olivine Mg2[SiO4]
桥氧 岛状硅酸盐
3
一、基本结构特点
4、Si-O四面体中的Si4+还可以被Al3+离子代替， 形成Al-O四面体或Al-O八面体
4
二、硅酸盐矿物的分类
根据Si-O四面体在空间的连接情况 (1) 岛状硅酸盐 Island silicates (有限硅氧团) (2) 链状硅酸盐 chained silicates (3) 层状硅酸盐 layered silicates (4) 架状硅酸盐 network silicates
链型硅酸盐中，键内的Si－O键要比链间的A－O键强的多（A一般 为金属正离子）。因此，这些硅酸盐很容易沿链间结合较弱之处劈裂 成柱体或纤维 。
14
工业石棉asbestos（纤维蛇纹石） (OH)6Mg6(Si4O11)·H2O 有高度耐火性、电绝缘性和绝热性，是重要的防火、绝缘和保温材料
15
二、硅酸盐矿物的分类
举例：
• 能“爆米花”的矿物和岩石——蛭石和珍珠岩 • 能吸水膨胀的膨润土——膨润土
19
FH付华-《材料科学基础》作业答案
• 8、bcc晶体的最密排方向为 <111> ，最密排 面为 {110} ，致密度为 0.68 ，配位数为 8 。
• 9、晶体的宏观对称要素有 对称点 、 对称轴 、 对称面 。
• 10、CsCl型结构属于 简单立方格子 ，NaCl型结 构属于 面心立方格子 ，CaF2型结构属于 面心立 方格子 。
NaCl,MgO,TiO2
ZrO2,CaF2,CsCl
Cu
25
• 解：MgO结构为面心立方，晶胞 中有四个正离子和四个负离子， 沿棱边方向正负离子相切:
a 2 ( r r ) 2 ( 0 . 0 7 2 0 . 1 4 0 ) 0 . 4 2 4 n m
堆 积 系 数 K = 4 4 3（ a 3 r+ 3 + r-3 ） = 4 4 3（ 0 0 ..1 4 4 2 0 4 3 3 + 0 .0 7 2 3 ） = 0 .6 8 5
• (1)属于正交晶系， • 由题中条件不能决定是什么布拉菲点阵，
因为正交晶系可以有体心、面心、底心和 简单正交点阵。 • （2）属于三斜晶系， • 因为三斜晶系只有一种简单点阵，可以 确定布拉菲点阵是三斜点阵。
18
6、Ni为面心立方结构，原子半径 r=0.1243nm，求Ni的晶格常数和密度。
• 解：面心立方结构在面对角线上原子相 切，所以，代入条件可得， a 4r 0.3516nm 2
5
• 11、MgO晶体具有 NaCl型结构，其对称型是
3L4 4L36L29PC ，晶族是 高级晶族 ，晶系是 立 方晶系 ，晶体的键型是 离子键 。
• 12、硅酸盐晶体结构中的基本结构单元是 硅氧 四面体[SiO4]。
• 13、几种硅酸盐晶体的络阴离子分别为[Si2O7]6-、 [Si2O6]4-、[Si4O10]4-、[AlSi3O8]1-，它们的晶体 结构类型分别为 组群状 ， 链状 ， 层状 ，和 架状 。
skja_08
②
Structure vs. e/a
for CuZn alloy system α(CuZn) —— e/a = 3/2 = 21/14 β(Cu5Zn8)—— e/a = 21/13 γ(CuZn3) —— e/a = 7/4 = 21/12
Ⅳ. Properties of S.S
1. lattice constants properties
Parameter: Electronegativity (x)
Semiemperies formulas
n 1 X 0.31 r 0.5 1
Where: r1——single bond radius n ——valency
x
x0+0.4 x0
x0－0.4
r(Å )
Cd+2 in CdO Ca+2 in CaO 0.97 0.99
rion rMg 2 100 % rMg 2
crystal structure
NaCl NaCl
47 50
Co+2 in CoO
Fe+2 in FeO Sr+2 in SrO Zn+2 in ZnO
d
1.15d0
d0 0.85d0
Z1
Z2
Z
2. Crystal structure The materials must have the same crystal structure; otherwise there is some point at which a transition occurs from one phase to a second phase with a different structure.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中国科学院上海硅酸盐研究所
2008年博士入学考试试题
材料科学基础
（9道题任选做5题）
一、1.配位数，致密度的概念
2.二维晶格：画出原胞；计算倒格矢；画出倒格点阵及第一布里渊区
二、填空：
1.四方晶系包括：
2.扩展位错
3.位错的最基本形式
4.电子能量及空间位置的四个量子数
5.三个化学键
6.共价晶体满足（）规则
三、1.位错的运动形式简述
2.A,C为同向螺形位错，B反向，求B点受
力的大小及方向
四、Fe-C的状态图
五、1.扩散系数的概念及影响因素
2.为什么渗碳可以在γ-Fe中进行而不能在α-Fe中进行？
虫
六、1.聚合物拉伸中细颈现象
2.计算聚合物的L max和均方根末端距（C2F4）
七、1.金刚石转变成石墨时的体积变化
2.配位数为4的离子晶体，试证明其正负离子的最小半径比为0.255
八、1.简述滑移和孪生的特点
2.Hall-Patch公式，及举例说明其应用
九、浅谈对材料科学的想法和建议！
小木。