《材料科学基础》期中考试卷参考答案

《材料科学基础》期中考试卷参考答案
1．以下对称要素组合不正确的选项是〔 A 〕
A ．L 2⊥L 2→2L 2
B ．P⊥L 4→PL 4C
C ．P+L 3→L 33P
D ．L 2⊥3
i L →3i L 3L 2P
2．以下对称关系哪种不正确( D )
A ．3
i L =L 3+C B ．6S L =L 3+C C ．P L L L S i +==336 D ．C L L i +=44
3．点缺陷是热力学的 缺陷，而位错是热力学的 缺陷。

〔B 〕
A ．稳固，稳固
B ．稳固，不稳固
C ．不稳固，稳固
D ．不稳固，不稳固
4．a≠b≠c、α＝β＝γ=90°的晶体属于什么晶族和晶系〔 C 〕
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〔121〕与〔100〕所决定的晶带轴指数为〔 B 〕
A ．)201(
B ．]201[
C ．)221(
D ．[221]
二．填空题〔此题共14小题，除第3、5小题为2格外，每空1分，共40分〕
1．材料科学基础的研究内容是： 结构与性的关系 。

2．材料依照组成通常可分为：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料。

依照材料特性和用途常又可分为： 结构材料和功能材料。

3．立方晶体所包含的对称元素有哪些：3L 44L36L 29PC 。

4．依照晶体中高次轴的存在及数目将晶体划分为 高级晶族、中级晶族和低级晶族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 立方晶系、三方晶系、四方晶系、六方晶系、正交晶系、单任斜晶系、三斜晶系 7个晶系。

5．请写出在立方晶系中{111}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置换固溶体和间隙固溶体两种固溶体，据外来组元固溶度可分为连续型和有限型两种固溶体。

7．非晶态固体的结构具有近程有序和远程无序特点。

8．在玻璃Na
2O·Al
2
O
3
·2SiO
2
中，网络形成体：SiO
2
，网络中间体：
Al
2O
3
，网络变性体：Na
2
O。

网络变性体增加，桥氧下降，玻璃粘度
下降。

9．高分子材料相对分子质量愈大，机械强度愈大，粘度增加，加工成型愈困难；链段长度越大，柔顺性就愈差；高聚物结晶晶胞的特点是：一条分子链能够穿过几个晶胞。

10．高聚物的结晶度越高，密度增大，熔点升高，硬度增大，拉伸强度提高，伸长率随之降低。

11．晶体中缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷这三种类型。

12．常通过淬火、辐照和塑性变形这三种方法产生过饱和点缺陷。

13．两个平行刃型位错相互作用时，假设只承诺滑移，柏氏矢量同号的将
垂直于滑移面排列，异号的将束缚于450线上。

柯垂耳气团会阻碍位错运动，需要外力作更多的功，这确实是固溶强化效应。

位错塞积会产生应力集中，这是晶体受外力作用产生裂缝的重要机制。

14．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相同，大小取决于与之相交的另一位错的柏氏矢量。

当小段位错不在所属位错滑移面上时那么形成割阶，反之形成扭拆。

三．简答题〔此题共7小题，每题6分，共42分〕
1．请在立方晶系的晶胞中画出〔102〕、〔110〕晶面和[110]、[102]晶向。

2．一个具有BCC 晶体结构的圆柱体受到轴拉伸作用，作用力方向为]
124[，其临界切应力MPa c 4.0=τ，圆柱体的横截面积为25mm 2。

求〔1〕最先滑移的滑移系；〔2〕要使滑移系开始滑移所必需的最小拉力P 。

BCC 的极射投影图如下：
答：〔1〕据极射投影确定方向三角形如下：
依照镜像规那么在BCC 晶体结构中最先滑移的滑移系为：
〔2〕 当滑移系开始滑移时：
]
100[]011[]111[--]
111)[101(c
P τσφλ，⇐⇐
3．表达高岭石的结构特点〔结构类型、层内结构特点、层内带电荷情形、层间结合力〕。

答：高岭石属单网层结构，上层是铝氧羟基八面体[AlO 2(OH)4]5-，下层是硅氧四面体[SiO 4]4-，活性氧向上，每个活性氧连1个[SiO 4]和2个
[AlO 2(OH)4]或连1个H +和2个[AlO 2(OH)4]，层间通过氢键结合。

4．假设面心立方晶体中有]011[2a b =的全位错和]112[6
a b =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？什么缘故？
（2） 写出合成位错的柏氏矢量，并说明合成位错的性质。

答：〔1〕位错反应应满足几何条件和能量条件 假设：]111[3]112[6]011[2a a a −→−+
o
c φλστcos cos =7
35321]111][124[cos =⋅=∴λ42
54214221]101][124[cos =+=⋅=o φN
2066374426325
254cos cos A A =⨯⨯⨯=⨯⨯=⋅==o c P φλτσ
反应前能量：32622
222
a a a
b =+=∑ 反应后能量：∑=32
2
a b ∑∑>22
后
前b b ∴此两位错相遇时会发生位错反应。

〔2〕合成位错的柏氏矢量为]111[3
a ，属弗兰克不全位错，垂直于滑移面只能攀移，不能滑移。

5．在以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BA 。

〔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？
答：〔1〕A —正刃型位错，B —负刃型位错，C —
左螺旋位错，D —右螺旋位错。

（2） 沿BA 方向与b 一致。

〔3〕滑移面下部相对上部产生与b 相同的滑移，侧表面形成相应台阶，台阶大小等于大小。

6．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，是因塞积而钉扎住依旧形成一个在的位错环〔请用图示说明〕？
A B C A
b b
7．将Fe-C〔ω=0.4%〕与Fe-C〔ω=0.4%〕-Si〔ω=3.8%〕焊接在一起，在1050℃下进行长时刻扩散退火，试说明在整个扩散过程中C和Si的扩散情形。

答：如左图A、B分别是焊接处两边无Si、
有Si两点。

〔1〕开始时，A点没有Si，C活度低；B
点有硅，C的活度高，B点的C向A点扩
散，A点C浓度升高，B点C浓度下降。

〔2分〕
〔2〕随时刻推移，B点的硅也向A点扩散，同时引起A点C活度升高，B点C活度降低，过一段时刻，A点C 浓度达最大值，B点C浓度达最小值。

〔2分〕
〔3〕随时刻进一步推移，A点C活度大于B点，使C由A点向B 点扩散，最后扩散达到平稳，A、B两点的Si和C的浓度相等，不再随时刻而变化。

〔2分〕
四．运算题：〔8分〕
20钢在927℃进行气体渗碳，假定表面碳质量分数增加到1.10%并保持不变。

试求距表面0.5mm 处的碳质量分数达0.40%所需的时刻。

D 927℃=1.28×10-11m 2/s 。

解：C 0=0.2%，C s =1.10%，C(x)=0.40%
据误差函数解： 97)
()2()2()()(00=--=--=C C x C C Dt
x erf Dt x erf C C C x C s s s s 查表得：)(6526)865.02105.0(865.0223s D
t Dt x =⨯⨯==- 答：……。