北京科技大学-2016-材料科学基础考研真题
北京科技大学材料科学基础真题大全
1999年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目: 金属学适用专业: 科学技术史冶金物理化学钢铁冶金有色金属材料加工工程说明:统考生做1~10题,单考生做1~7题和11~13题。
1、名词解释10分)(1)点阵畸变(2)组成过冷 (3)再结晶温度(4)滑移和孪生(5)惯习现象2、说明面心立方、体心立方、密排六方(c/a≥1.633)三种晶体结构形成的最密排面,最密排方向和致密度。
(10分)3、在形变过程中,位错增殖的机理是什么?(10分)4、简述低碳钢热加工后形成带状组织的原因,以及相变时增大冷却度速度可避免带状组织产生的原因。
(10分)5、简要描述含碳量0.25%的钢从液态缓慢冷却至室温的相变过程(包括相变转换和成分转换)。
(10分)6、选答题(二选一,10分)(1)铸锭中区域偏析有哪几种?试分析其原因,并提出消除区域偏析的措施。
(2)固溶体结晶的一般特点是什么?简要描述固溶体非平衡态结晶时产生显微偏析的原因,说明消除显微偏析的方法。
7、简述金属或合金冷塑性变形后,其结构、组织和性能的变化。
(10分)8、简述经冷变形的金属或合金在退火时其显微组织,储存能和性能的变化规律。
(10分)9、选答题(二选一,10分)(1)为了提高Al-4.5%Cu合金的综合力学性能,采用了如下热处理工艺制度,在熔盐浴中505℃保温30分钟后,在水中淬火,然后在190℃下保温24小时,试分析其原因以及整个过程中显微组织的变化过程。
(2)什么叫固溶体的脱溶?说明连续脱溶和不连续脱溶在脱溶过程中母相成分变化的特点。
10、简述固溶强化,形变强化,细晶强化和弥散强化的强化机理。
(10分)11、简述影响再结晶晶粒大小的因素有哪些?并说明其影响的基本规律。
(10分)12、画出铁碳相图,并写出其中包晶反应,共晶反应和共析反应的反应式。
(10分)13、选做题(二选一,10分)(1)如果其他条件相同,试比较下列铸造条件下,铸件中晶粒大小,并分析原因。
北京科技大学材科基考研（名词解释汇总及课后重要习题）
北京科技⼤学材科基考研（名词解释汇总及课后重要习题）北京科技⼤学攻读硕⼠学位《⾦属学》复习⼤纲（适⽤专业：材料加⼯⼯程、材料学、材料科学与⼯程、材料物理与化学）⼀、⾦属与合⾦的晶体结构1. 原⼦间的键合1)⾦属键, 2)离⼦键, 3)共价键2．晶体学基础1）空间点阵， 2）晶系及布喇菲点阵， 3）晶向指数与晶⾯指数3．⾦属的晶体结构1）典型的⾦属晶体结构，2）原⼦的堆垛⽅式，3）晶体结构中的间隙，4）晶体缺陷4．合⾦相结构1）置换固溶体，2）间隙固溶体，3）影响固溶体溶解度的主要因素4）中间相5．晶体缺陷1）点缺陷, 2)晶体缺陷的基本类型和特征, 3)⾯缺陷⼆、⾦属与合⾦的凝固1．⾦属凝固的热⼒学条件2．形核1）均匀形核，2）⾮均匀形核3．晶体⽣长1）液-固界⾯的微观结构，2）⾦属与合⾦凝固时的⽣长形态，3）成分过冷4．凝固宏观组织与缺陷三、⾦属与合⾦中的扩散1．扩散机制2．扩散第⼀定律3．扩散第⼆定律4．影响扩散的主要因素四、⼆元相图1．合⾦的相平衡条件2．相律3．相图的热⼒学基础4．⼆元相图的类型与分析五、⾦属与合⾦的塑性变形1．单晶体的塑性变形1）滑移，2）临界分切应⼒,3）孪⽣，4）纽折2．多晶体的塑性变形1）多晶体塑性变形的特点，2）晶界的影响，3.塑性变形对组织与性能的影响1）屈服现象,2)应⼒-应变曲线及加⼯硬化现象,3)形变织构等六、回复和再结晶1．回复和再结晶的基本概念2．冷变形⾦属在加热过程中的组织与性能变化3．再结晶动⼒学4．影响再结晶的主要因素5．晶粒正常长⼤和⼆次再结晶七、铁碳相图与铁碳合⾦1．铁碳相图2．铁碳合⾦3．铁碳合⾦在缓慢冷却时组织转变⼋、固态相变1．固态相变的基本特点2．固态相变的分类3．扩散型相变1）合⾦脱溶，2）共析转变，3）调幅分解4．⾮扩散型相变参考书：1.⾦属学（修订版）, 宋维锡主编, 冶⾦⼯业出版社，1998；2.材料科学基础, 余永宁主编, ⾼等教育出出版社，2006；3.材料科学基础（第⼆版）, 胡赓祥等主编, ⾼等教育出出版社，2006；4.任何⾼等学校材料科学与⼯程专业《⾦属学》或《材料科学基础》教学参考书。
材料科学基础(北京科技大学)02讲
x'1 x1 cos x2 sin x'r到r’变换的解析式是∶
x'1 cos
x'
2
sin
x'3 0
sin cos
0
0 x1
0
x2
1 x3
又可写成∶ r' Rr ，式中R是变换矩阵
点阵是由晶体的结构基元抽象出来的，可以由下式来 说明点阵和晶体结构的关系：
点阵 + 结构基元 = 晶体结构 结构基元可以是一个或多个原子（分子）构成。
1.3 对称性，空间变换（Symmetry，Space Translation）
任何物体（几何图形，晶体，函数）都可以在描述 它的变量空间对它的整体作适当的变换，如果这种变换 使物体本身重合（即它在变换后不变亦即转换成自己）， 这样的物体就是对称的，这样的变换就是对称性变换。
称F是对称物体，g是对称变换（操作）。 对一个物体可以有若干个对称操作，由两个或更多
个相继的相同或不同的对称操作构成的操作也是对称操 作。对给定的物体的对称操作的集合就是对称群 （Symmetry Group）。
在操作作用下，物体空间各点和全部位矢都相对一 组固定参考轴移动 ，称主动操作（Active Operation）。
对称性还可以有另外的一种说法：物体可以分割成 等同的部分。
概括地说对称性就是在描述物体变量的空间中物体 经过某种变换后的不变性。
1.3.1 对称变换(操作)（Symmetry Translation (Operation)） 对称变换实际上就是一种对称操作。从几何意义考
察物体的对称性就是考察变换前后物体是否自身重合， 如果重合了，这种变换就是一种对称操作。
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北京科技大学2010年硕士学位研究生入学考试试题试题编号： ________________________ 试题名称：___________ （共2页）适用专业：材料科学与工程______________________________________________________________说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效.一、分析发生下列现象的原因（30分）1. 低碳钢应力-应变曲线的屈服现象（10分）2. 金属及合金凝固时形成树枝状晶（10分）3. 上坡扩散（5分）4. 二次再结晶（5分）二、在面心立方结构的金属中（111）面上运动着柏氏矢量为6=a/2［110］的位错，位错线方向也是［110］,请在单胞中画出（ill）晶面和山0］晶向，并说明该位错属于什么类型？如果该位错的运动受到阻碍后，请判断是否有可能转移到（ill）, （ill）, （ill）各晶面上继续运动？说明为什么？（15分）三、以含Al-4wt%Cu合金为例，给出其经过不同固溶时效工艺处理后的脱溶贯序；定性说明各阶段脱溶相的尺寸及分布特点、与母相的界面匹配关系及其强化效果等.（20分）四、讨论晶体结构和空间点阵之间的关系。
（15分）五、与液态结晶过程相比，固态相变有什么特点？这些特点对固态相变后形成的组织有什么影响？（15分）六、叙述离子晶体的结构规则（15分）七、分析形成下列不同铸态组织的可能原因，并说明要得到细小的等轴晶，可采取哪些办法？（20分）八、参考下面提供的示意图，画出按组织分区的Fe-Fe’C相图，写出各三相反应,并说明分别为1. Owt%C和3. Owt%C的铁碳合金经过缓慢冷却在相关三相反应完成后形成的各组织特点（20分）。
2010答案:一、1.低碳钢在一定条件下形变时，应力-应变曲线的大致规律是首先发生线性弹性变形，达到屈服时发生塑性变形直至断裂。
特殊的地方在于应力-应变曲线上常常出现上下屈服点，这与C间隙原子对位错的钉扎作用有关。
北科大材料考研试题
（3）脱溶分解对性能的影响 脱溶分解对材料的力学性能有很大的影响，其 作用决定于脱溶相地形态、大小、数量和分布 等因素。 一般来说，均匀脱溶对性能有利，能起到明显 地强化作用，称为“时效强化”或“沉淀强 化”； 而局部脱溶，尤其是沿着晶界析出（包括不连 续脱溶导致的胞状析出），往往对性能有害， 使材料塑性下降，呈现脆化，强度也因此下降。
①成分不变协同型长大②成分不变非协同型长大 ③成分改变协同型长大 ④成分改变非协同型长大 成分不变的相变无需溶质原子扩散，晶核长大速 度仅与界面点阵重构过程有关。协同型长大原子 调整位置的过程通常可以在很短的时间内完成， 所以晶核长大速度很快；而成分不变的非协同型 长大速度则受控于界面原子调整位置的速度，即 受界面过程所控制。
（3）、屈氏体(T): 片间距约小于200nm，形成于 600 ～ 500℃温度范围内。在光学显微镜下已很难 分辨出铁素体和渗碳体片层状组织形态。电镜观 察。 注意：珠光体、索氏体、屈氏体之间无本质区别， 都是铁素体和渗碳体片层相间组织，其形成温度 也无严格界线，只是其片层厚薄和片间距不同。
（1）共格界面 如果界面上的原子同时属于两相，即两相晶格 在界面上彼此完全衔接，界面上的原子为两相 共有，便可形成共格界面。存在一定的弹性应 力场，其大小取决于相邻两相界面，原子间距 a a 的相对差值δ＝ a 。 δ越大，弹性应变能 越大。共格界面的界面能很低。 （2）半共格界面 δ 增大，为了维持界面上的原子为两相所共有， 须由一系列调配位错进行调节，形成半共格界 面。半共格界面的界面能和弹性应变能介于共 格界面和非共格界面之间。
（3）非共格界面 当δ很大时，界面处两相原子根本无法匹配，形 成非共格界面。这种界面由不规则的原子构成， 厚度约3－4个原子层，性质与大角度晶界相似， 界面能较高而弹性应变能很小。 2界面能 固－固两相界面能比液－固两相界面能高。 一部分是形成新相界面时，因化学键变化引起 的化学能，另一部分时由界面原子的不匹配产 生的点阵畸变能。 界面能：共格界面＜ 半共格界面＜ 非共格界面
北科大材料考研试题
表面能与晶体表面原子排列紧密程度有关，原 子密排的表面具有最小的表面能。
fcc的Au晶体的表面能极图
影响表面能的因素？
（1）外部介质的性质（外与内作用力 相差越大，表面能越大）。 （2）裸露晶面的原子密度（密排晶面 裸露表面能最小）。 （3）晶体表面的曲率（曲率越大，表 面能越大）。
一 外表面（晶体表面-plane of crystal）
表面是指固体材料与真空或气体、液体等 外部介质相接触的界面； 而内界面包括晶界(grain boundary)、孪晶 界(twin boundary)、亚晶界（subboundary）、相界(phase boundary)及层 错(stacking fault )等。
三、亚晶界
实际晶体中，每个晶粒 内的原子排列并不是十 分整齐的，往往能够观 察到这样的亚结构，由 直径为10~100um的晶 块组成，彼此之间存在 极小的位相差（通常＜ 2°）.这些小晶块之间 的内界面称为亚晶粒间 界，简称亚晶界。
金属晶粒内部结构示意图
三、亚晶界
铸态：亚晶粒 边长10-2cm 变形或热处理： 10-6~10-4cm 亚晶界也可以 阻碍塑性变形， 故亚晶细化也 可提高金属的 屈服强度。
一 外表面（晶体表面-plane of crystal）
内部原子对界面原子的作用力显著大 于外部原子或分子的作用力。 导致表面原子就会偏离其正常平衡位 置，并因而牵连到邻近的几层原子， 造成表面层的晶格畸变。 由于晶格畸变，故表面层能量就要升 高。表面能！
什么是表面能？
晶体表面单位面积自由能的增加称为表面能 γ （J/m2）。表面能也可理解为产生单位面 积新表面所作的功： dW γ ＝ dS 式中，dW为产生dS表面所作的功。 表面能也可以单位长度上的表面张力（N/m） 表示。 晶体的表面张力是各向异性的
北京科技大学材料学院材科基考研章节考点分析
北京科技大学材料学院材科基考研章节考点分析结构与缺陷2002年一.名词解释（1）点阵畸变（2）柏氏矢量（5分）二.画立方（111）面、（435）面。
写出立方晶系空间点阵特征。
（10分）四.画图并简述形变过程中位错增殖的机制。
（10分）十二、简述金属晶体中缺陷的类型（单考生做）。
（10分）2003年一、名词解释（1）刃型位错和螺形位错模型（2）晶界与界面能（10分）三、点阵参数？正方和立方的空间点阵特征是？画出立方（12-3）面（12分）十一、什么是固溶体？影响固溶体的原因有哪些？固溶体与其纯溶剂组元相比，其结构、力学性能和物理性能发生了哪些变化？（12分）十五、根据缺陷相对于晶体尺寸和其影响范围的大小，缺陷可以分为哪几类？简述这几类缺的特征。
（12分）2004年一、简述 2金属键 3中间相 4布喇菲点阵 7位错（12分）二、单相金属或合金各晶粒间的界面一般称之为晶界，通常晶界又分为小角度晶界和大角度晶界两大类，试问：划分为两类晶界的依据是什么？并讨论构成小角度晶界的结构模型。
（10分）三、分别画出立方的（110）、（112）晶面和[110]、[111]晶向。
（10分）四、讨论晶体结构和空间点阵之间的关系。
（10分）五、什么是固溶体？讨论影响固溶体溶解度的主要因素。
（10分）十四、叙述常见的金属晶体中的内外界面。
(10分)2005年一、什么是晶面族？{111}晶面族包含哪些晶面？二、面心立方结构金属的[110]和[111]晶向间的夹角是多少？{100}面间距是多少？三、面心立方结构和密排六方结构金属中的原子堆垛方式和致密度是否有差异？请加以说明。
（20分）四、解释间隙固溶体和间隙相的含义，并加以比较。
五、为什么固溶体的强度比金属高？（15分）六、晶体内若有较多的线缺陷（位错）或面缺陷（晶界、孪晶界等），其强度会明显升高，这些现象称为什么？强度提高的原因是什么？上述两类缺陷是怎样进入晶体的？举例说明如何提高这些缺陷的数目？（15分）2006年一、（以面心立方晶胞为例）描述晶体结构（晶胞）特征的常用参数有哪些？二、在体心立方晶胞中画出一个最密排方向并标明晶向指数；再画出过该方向的两个不同的低指数（简单）晶面，写出对应的晶面指数。
北京科技大学《材料科学基础》考研真题强化教程
北京科技大学《材料科学基础》考研真题强化教程考点1：金属键，离子键，共价键，氢键，范德瓦耳斯力的定义。
例1（名词解释）：离子键。
例2：解释金属键。
例3：大多数实际材料键合的特点是（）。
A．几种键合形式同时存在 B．以离子键的形式存在 C．以金属键的形式存在考点2：金属键，离子键，共价键的特征。
例4：化学键中既有方向性又有饱和性的为（）。
A．共价键 B．金属键C．离子键例5：原子的结合键有哪几种？各有什么特点？考点3：依据结合键对于材料的分类。
例6：解释高分子材料与陶瓷材料。
例7：试从结合键的角度，分析工程材料的分类及其特点。
例8：何谓陶瓷？从组织结构的角度解释其主要性能特点。
考点1：以米勒指数描述晶向和晶面 1.1 晶面族例1：什么是晶面族？{111}晶面族包含哪些晶面？例2：请分别写出立方晶系中{110}和{100}晶面族包括的晶面。
1.2 晶面夹角和晶面间距例：面心立方结构金属的[100]和[111]晶向间的夹角是多少？{100}面间距是多少？1.3 晶带定理例1（名词解释）：晶带定理。
例4：晶面（110）和(111)所在的晶带，其晶带轴的指数为（）。
1.4 HCP的米勒指数例1：写出如图所示六方晶胞中EFGHIJE面的密勒-布拉菲晶面指数，以及EF、FG、GH、HI、IJ、JE各晶向的密勒-布拉菲晶向指数。
例2：写出如图所示六方晶胞中EFGHIJE晶面、EF晶向、FG晶向、CH晶向、JE晶向的密勒-布拉菲指数。
例3：六方晶系的[100]晶向指数，若改用四坐标轴的密勒指数标定，可表示为（）。
1.5 画晶向和晶面，面密度的求法例2：bcc结构的金属铁，其（112）晶面的原子面密度为9.94×1014atoms/cm3。
（1）请计算（110）晶面的原子面密度；（2）分别计算（112）和（110）晶面的晶面间距；（3）确定通常在那个晶面上最可能产生晶面滑移？为什么？（bcc结构铁的晶格常数为a=0.2866nm）1.6 晶向指数的意义例：一组数[uvw]，称为晶向指数，它是用来表示（）。
北科大材料考研试题
2 特点： ① 加热温度较高：T>T再 T再≈0.4T熔；实际: +100~200℃ ② 显微组织显著变化 ： 转变为等轴无畸变新晶粒 ③ 亚结构：位错密度大大降低； ④ 性能显著变化： HB、ζ↓↓；δ、ψ↑↑ ⑤ 内应力完全消除。
3 再结晶形核机制
(1) 亚晶合并相邻 亚晶界中位错通过 攀移和滑移消失
（3）对低碳钢，ε＝8％接近临界变形量，因 此在700℃(高于再结晶温度)退火后晶粒粗 大，强度较低； （4）900℃保温时发生重结晶，冷却后晶粒 细小，因此强化提高。
§7-1 形变金属与合金在退火过程中的变化
一 退火概念 1 定义： 将金属加热到某温度保温一定时间，而 后缓慢冷至室温，通过组织结构的变化使材 料热力学稳定性得以提高的热处理工艺。 根据退火温度不同(>或<Ac1)可分为： 高温退火和低温退火 形变金属的退火——低温退火
2 金属加热中组织转变的原因 ——驱动力问题 退火T> Ac1 时： 驱动力为相变中两相的体积自由能之差 退火T< Ac1时： 对形变金属而言驱动力为形变储存能(其 中晶格畸变能占80~90%) ┗ 不稳定组织
§7-4 金属的热加工
主要内容： （1）热加工与冷加工区别 （2）热加工对组织与性能影响 一 金属热加工与冷加工的概念 热加工：T > T再； 冷加工： T < T再；
实质：
有否再结晶软化过程
衡量依据：T再
例：W 在1000℃非热加工；
Sn、Pb 在室温为热加工；
二 热加工对组织、性能的影响 热加工：钢材的热锻与热轧 1 消除铸态组织缺陷： （1）气孔、疏松、微裂纹的焊合； ——宏观组织致密化；
σb
HB
δ
4 金属Ag经大变形量(70％)冷加工后，试
材料科学基础考研真题(附答案)
硕士研究生入学考试试题考试科目代码及名称：959 材料科学基础考试时限：3小时 总分：150分一、名词解释 （10×3=30分）加工硬化 沉淀强化 交滑移 上坡扩散 调幅分解 金属化合物 临界分切应力 珠光体 Orowan 机制 等强温度二、解答题（6×10=60分）1、判断下列位错反应能否进行：（1）]110[2]101[2]100[a a a +→；(2)]111[2]111[6]112[3a a a →+ 2、请指明下列五种结构分别属于什么布拉菲点阵。
注：a=b=c,α=β=γ=90°。
图省3、冷变形金属在回复和再结晶过程中，组织和性能分别有什么变化？4、试分别给出FCC,BCC 及HOP 的主要滑移系。
5、试分析液态金属凝固过程中形成中心等轴晶区的条件是什么？6、为什么空位是热力学稳定缺陷，而位错是非热力学稳定缺陷。
三、问答题(3×20=60分)1、绘出Fe-Fe 3C 相图，标出其中的关键成分和关键温度，并且回答：（1）分析碳含量对Fe-C 合金室温组织和力学性能的影响。
（2）分析45钢的拉伸变形过程可分为哪几个阶段及其相应的特征和机理。
2、试解释为什么材料的理论强度远高于其实际强度。
随着现代科学技术的进步和国民经济的发展，材料的强韧化越来越重要，试举例说明材料强化或韧化的4种方法，并阐述相应的强化和韧化原理。
3、试分析下列材料科学过程是否与原子扩散有关，为什么？A 热弹性马氏体箱变B 脱溶分解C 成分均匀化D 高温蠕变E G.P 形成硕士研究生入学考试试题参考答案考试科目代码及名称：959 材料科学基础考试时限：3小时 总分：150分一、名词解释（30分）加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降的现象。
沉淀强化：过饱和固溶体随温度下降或长时间保温过程中（时效）发生脱溶分解，细小的沉淀物分散于基体之中，阻碍位错运动而产生强化的现象。
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四、再结晶温度及晶粒大小 1、再结晶温度
冷变形金属开始进行再结晶的最低温度称为开始 再结晶温度。 一般工程当中所说的再结晶温度是指完成再结晶 的温度，即在1h内再结晶完成95％所对应的温度 测定方法：金相法，硬度法，公式法（9-32） 经验公式：Tk=(0.35~0.45)Tm 常用金属的再结晶温度：表9-6 凡影响形核率和长大速率的因素均影响再结晶温 度。
2 晶粒的异常长大
异常晶粒长大又称不连续晶粒长大或二次再结 晶，是一种特殊的晶粒长大现象。 发生异常长大的条件是，正常晶粒长大过程被分 散相粒子，织构或表面热蚀沟等强烈阻碍，能够长 大的晶粒数目较少，致使晶粒大小相差悬殊。晶粒 尺寸差别越大，大晶粒吞食小晶粒的条件越有利， 大晶粒的长大速度也会越来越快，最后形成晶粒大 小极不均匀的组织，如图7-21(c)。
对工业纯金属，经强烈冷变形后的最低再结晶温 度约为 0.35~04Tm 。另外，发生再结晶需要一个 最小变形量，称临界变形量。低于此变形量不能 发生再结晶。
（2）金属纯度 杂质对N和G的影响有着截然不同的两重性 一方面杂质阻碍变形使储存能增加，N和G 增大； 另一方面，杂质又钉扎晶界，降低界面迁 移率，使形核率减小、生长速率减慢。 一般均起细化晶粒的作用。
第七节 冷变形金属的内应力和储存能
这部分能量提高了变形晶体的能量，使之 处于热力学不稳定状态，故它有一种使变 形金属重新恢复到自由焓最低的稳定结构 状态的自发趋势，并导致塑性变形金属在 加热时的回复及再结晶过程。
第七节 存能随形变量的增加而增大，但增速逐 渐变缓，最后趋于饱和。 （ 2 ）加工温度越低，形变速度越大，材料的加 工硬化率越大，经受相同变形后的储存能也就越 高。 （ 3 ）加工方式的应力状态越复杂，加工时的摩 擦力越大，应力、应变的分布越不均匀，消耗的 总能量越高，储存能也就越大。
北科大材料考研试题
（二）、螺位错
分类：有左、右旋之分，根 据螺旋面旋转方向，符合 右手法则（即以右手拇指 代表螺旋面前进方向，其 他四指代表螺旋面的旋转 方向）的称右旋螺型位错。
图2-12 螺位错形成示意图
（三）、混合位错
在外力作用下，两 部分之间发生相对滑移， 在晶体内部已滑移和未 滑移部分的交线既不垂 直也不平行滑移方向 （伯氏矢量b），这样 的位错称为混合位错。 如右图所示。
五、其他晶体的点缺陷
离子晶体中整体和局部都要求电中性，因此离子晶体 中的点缺陷稍微复杂。 离子晶体中的肖脱基点缺陷只能与等量的正离子空位 和负离子空位同时存在。 另外，由于离子晶体中负离子半径往往比正离子半径 大得多，负离子不易形成间隙原子，所以弗兰克尔 点缺陷只能是等量的正离子空位和正离子间隙原子。
补充几个需要理解的概念
多晶体:
实际应用的工程材料 中，哪怕是一块尺寸很小 材料，绝大多数包含着许 许多多的小晶体，每个小 晶体由大量的位向相同的 晶胞组成，而各个小晶体 之间，彼此的位向却不相 同。称这种由多个小晶体 组成的晶体结构称之为 “多晶体”。
补充ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ个需要理解的概念
晶粒：多晶体材料中每个 小晶体的外形多为不规则 的颗粒状，通常把它们叫 做“晶粒”。 晶界：晶粒与晶粒之间的 分界面叫“晶粒间界”， 或简称“晶界”。为了适 应两晶粒间不同晶格位向 的过渡，在晶界处的原子 排列总是不规则的。
第三章
晶体结构缺陷
晶体结构缺陷的类型
点缺陷
缺陷的 类型
其特点是在三维 方向上的尺寸都 很小，缺陷的尺 寸处在一、两个 原子大小的级别， 又称零维缺陷， 例如空位，间隙 原子和杂质原子 等。
线缺陷
北科大材料考研试题
五、形核与长大
晶体的凝固是通过形核与长大两个过程进行的， 即固相核心的形成与晶核生长至液相耗尽为止。 形核方式可以分为两大类： （1）均匀形核 新相晶核是在母相中均匀地生成，即晶核由液相 中的一些原子团直接形成，不受杂质或外表面的 影响。 （2）非均匀形核 新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于 液相中的杂质或外来表面形核。
1 形核
（1）均匀形核
5）形核率与过冷度的关系
N=N1.N2 由于N受N1.N2两个因素控制 ，形核率与过冷度之间是呈抛 物线的关系。
N1 N2
金属结晶：均匀形核时有 效过冷度（见图6-8） △T≈0.2Tm 非均匀形核时有效过冷度 △T≈0.02Tm
金属材料形核率与温度的关系如图所示 形核率突然增大的温度称为有效形核温度，此时 对应的过冷变称临界过冷度约等于0.2Tm。
结构：长程无序，短程有序（更接近于固态金属）。 特点（与固态相比）：原子间距较大、原子配位数较 小、原子排列较混乱。
三、液态金属的结构
结构更接近于固态金属?
1金属的相变热 Lm « Lb≈Lc S L 近邻原子间破坏不大。 2金属熔化时的体积变化 3%～ 5% 原子间距 原子间结合力接近。 3固态与液态金属热容量差 10%以下，表明固、液态内部原子热运动状 态也相近。
2 晶体长大
2 晶体长大
2 晶体长大
(2 )液体中温度梯度与晶体的长大形态 1）正温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越高） 粗糙界面：平面状。 光滑界面：台阶状。 2）负温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越低） 粗糙界面：树枝状。 光滑界面：树枝状。
2 晶体长大
晶体的长大过程是液体中原子迁移到固体表面，使 液—固界面向液体中推移的过程。
北科大材料考研试题
τ ≈Gb/2R
推倒思路：1、作 用在位错上的力 F=T分量 2、ds/dθ=R 3、dθ很小时
第五节、位错与晶体缺陷间的交互作用
两平行螺型位错交互作用的特点是同号相斥，
异号相吸； 当两个刃型位错的柏氏矢量方向相同时，为 斥力，反之，为引力；情况相对螺型位错复 杂； 位错与点缺陷的交互作用： 柯垂尔气团 固溶强化 史氏气团
晶体中位错柏氏矢量可否是任意的，为何常用柏氏矢 量只有少数几个?(补充资料)
实际晶体中，位错的柏氏矢量不是任意的，
它应符合相应的结构条件和能量条件。 晶体结构条件是指柏氏矢量必须连接晶体中 一个原子平衡位置到另一个平衡位置；能量 条件是指柏氏矢量所表征的位错应尽量处于 最低能量。 因此，实际晶体中存在的位错及其柏氏矢量 只有少数几个。
a 6
a[001]
a 6
[110]
[121]+
[211]
课堂练习：书上4道例题！
位错环运动习题（补充资料）
参考答案
三 扩展位错（ extended dislocation ） 1 面心立方晶体中能量最低的全位错 2 〈110〉可以分 解为两个肖克莱不全位错： 1 a[101] 1/6a[211]+1/6a[112] 2 分解后将使位错能量减少1/6。这种由两个肖克莱不 全位错之间还夹着一片层错的位错称为扩展位错。
不全位错：
肖克莱（Shockley）不全位错和 弗兰克(Frank)不全位错； 在面心立方晶体中，由不均匀滑移造成的不 1 全位错，其柏氏矢量为 6 a〈211〉,称这种不 全位错为肖克莱不全位错； 肖克莱不全位错可以是刃型、螺型或混合型 位错，因其柏氏矢量在滑移面上，故肖克莱 不全位错可以滑移。.
北科大材料考研试题
二次电子收集系统由栅网、聚焦环和闪烁体组成。
栅网上加+250V电压，用来吸引二次电子。通过 调整聚焦环位置可改变闪烁体前加速电场分布， 使二次电子比较集中打到加有+12kV高压的闪烁 体上。
二次电子探测器示意图
二次电子大部分信号穿过栅网，打到闪烁体上，转
换成光信号，经光电倍增管输出的电流信号接到视 频放大器，再稍放大后即可用来调制显像管亮度， 从而获得图像。
1.1概述
扫描电子显微镜是探索微观世界奥秘的 最有效的大型精密仪器之一自1965年做出第 一台商品扫描电镜，自其问世以来，得到了 迅速的发展，种类不断增多，性能日益提高， 由于其具备分辨率高、放大倍数变化范围宽、 景深大、立体感强、样品制备简单等特点， 因此广泛地应用于材料科学、地质学、生物 学、医学、物理学、化学等众多的科学研究 领域。
电子显微镜（electron microscope）：用
一束电子照射到样品上并将其组织结构细节 放大成像的显微镜。
电子显微镜的类型
扫描电子显微镜（scanning electron
microscope, SEM） 透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM） 扫描透射电子显微镜（scanning transmission electron microscope, STEM）
背反射电子像
背反射电子是被样品 原子反射回来的人射电 子。实验指出，当入射 电子能量在 10～40 keV范围时，样品背散 射系数随元素原子序 数Z的增大而增加，如 下图所。
这主要是因为大角度弹性散射随原子序数增大而
增加。例如碳原子序数Z＝ 6，背散射系数＜10 ％，铀原子序数Z＝92，背散射系数 ＞50％。 对于 Z＜40的元素，背散射系数随原子序数的变 化较为明显；例如在Z＝20附近，原子序数每变 化1，引起背散射系数变化约为5％。由于背散射 电子信号强度人与成正比，背散射电子信号强 度随原子序数Z增大而增大，样品表面上平均原 子序数较高的区域，产生较强的信号，在背散射 电子像上显示较亮的衬度。因此可以根据背散射 电子像（成分像）亮暗村度来判断相应区域原子 序数的相对高低，对金属及其合金进行显微组织 的分析。