材料科学简答题

材料科学简答题
材料科学简答题

1 孪晶和滑移的特点:

相同点: ●宏观上,都是切应力作用下发生的剪切变形; ●微观上,都是晶体塑性变形的基本形式,是晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对另一部分的移动过程; ●两者都不会改变晶体结构; ●从机制上看,都是位错运动结果. 不同点: ●滑移不改变晶体的位相,孪生改变了晶体位向; ●滑移是全位错运动的结果,而孪生是不全位错运动的结果; ●滑移是不均匀切变过程,而孪生是均匀切变过程; ●滑移比较平缓,应力应变曲线较光滑,连续,孪生则呈锯齿状; ●两者发生的条件不同,孪生所需临界分切应力值远大于滑移,因此只有在滑移受阻情况下晶体才以孪生方式形变. ●滑移产生的切变较大(取决于晶体的塑性) ,而孪生切变较小,取决于晶体结构.

2回复机制:

1) 低温回复(0.1-0.3Tm) 点缺陷(空位和间隙原子)运动至晶界出或位错处消失,空位和间隙原子结合消失,空位结合成空位对. 结果导致点缺陷密度降低. 2)中温回复(0.3-0.5Tm) 位错可以在滑移面上滑移或交滑移,使异号位错相遇相消,位错密度下降,位错缠结内部重新排列组合,使变形亚晶规整化. 3)高温回复(>0.5Tm) 位错除滑移外,还可获得足够的能量产生攀移,使滑移面上不规整的位错重新分布, 形成亚晶界和亚晶粒,使弹性畸变能降低. 位错攀移(+滑移)→位错垂直排列(亚晶界) → 多边化(亚晶粒) → 弹性畸变能降低. 4)位错反应形成亚晶肖脱基缺陷离开平衡位置的原子迁移至晶体表面的正常格点位置,而晶体内仅留有空位,晶体中形成了肖特基缺陷

3 滑移: 滑移:是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象.

4 固溶强化: 是指由于溶质原子的固溶而引起的强化效应.

5扩散: 扩散:由于物质中原子(或者其他的微观粒子)的微观热运动所引起的强化效应. 影响扩散的因素1. 温度升高,扩散原子获得能量超越势垒几率增大,且空位浓度增大,有利扩散. 2. 原子结合键越弱,Q 越小,D 越大. 3. 在间隙固溶体中,扩散激活能较小,原子扩散较快;在置换固溶体中扩散激活能比间隙扩散大得多. 4. 晶体的致密度越高,原子扩散时的路径越窄,产生的晶格畸变越大,同时原子结合能也越大,使得扩散激活能越大,扩散系数减小. 5. 晶粒尺寸越小,金属的晶界面积越多,晶界扩散对扩散系数的贡献就越大. 6. 晶体中的位错对扩散也有促进作用7. 化学成分影响:若增加浓度能使原子的Q 减小,而D0 增加,则D 增大.

6 多晶体塑性变形的过程

主要为变形的传递和协调1,变形的传递当多晶体中少数取向有利的晶粒开始滑移时, 当一个晶粒位错在某滑移系上动作后, 位错遇到晶粒便塞积起来, 位错的塞积便会产生很大的应力集中, 应力集中使临近晶粒的位错源启动, 原来取向不利的经理开始变形, 相邻晶粒的变形时位错塞积产生的应力集中得以松弛,滑移传递. 2,变形的协调假如多晶体在变形时各个晶粒的自身变形都像单晶体一样, 彼此独立变形互相不约束, 那么在晶界附近变形将是不连续的,会出现空隙或裂缝,为了适应变形的协调,要求临近晶粒的晶界附近区域有几个滑移系动作,就是已变形晶粒自身,除了变形的主滑移系外,在晶界附件也要求有几个滑移系同时动作. 当有大量晶粒发生滑移后,金属便显示出明显的塑性变形.

7 多晶体金属塑性变形的特点

1.各晶粒变形的不同时性和不均匀性.

2.各晶粒变形的相互协调性,需要五个以上的独立滑移系同时动作.

3.滑移的传递,必须激发相邻晶粒的位错源.

4.多晶体的变形抗力比单晶体大,变形更不均匀.

5.塑性变形时,导致一些物理,化学性能的变化.

6.时间性,多晶体金属塑性变形需要一个过程.

8 晶粒大小对材料强度和塑性的影响

材料晶粒越细,室温强度越高,塑性越好,称为细晶强化. 位错理论解释材料晶粒越细,强度越高,塑性越好. 在外加切应力作用下,位错沿着某个滑移面运动,当位错运动至晶界受阻,便塞积起来,产生了应力集中.由于粗品粒晶界塞积的位锗数多,产生的应力集中较大,更容易使相邻晶粒的位错源开动,即在较低的外力下就开始塑性交形,因而粗品粒的屈服强度较低.

9回复再结晶的组织和化学性能的变化

1. 组织的变化回复阶段:显微组织仍为纤维状,无可见变化,高温回复阶段,胞状位错结构转变为亚晶;

再结晶阶段:变形晶粒通过形核长大,逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒. 2.力学性能的变化回复阶段:强度,硬度略有下降,塑性略有提高. 再结晶阶段:强度,硬度明显下降,塑性明显提高.

10 影响再结晶的因素1 退火温度.温度越高,再结晶速度越大. 2 变形量.变形量越大,再结晶温度越低;随变形量增大,再结晶温度趋于稳定;变形量低于一定值,再结晶不能进行. 3 原始晶粒尺寸.晶粒越小,驱动力越大;晶界越多,有利于形核. 4 微量溶质元素.阻碍位错和晶界的运动,不利于再结晶. 5 第二分散相.间距和直径都较大时,提高畸变能,并可作为形核核心,促进再结晶;直径和间距很小时,提高畸变能,但阻碍晶界迁移,阻碍再结晶.

11置换固溶体与间隙固溶体的区别

1, 置换固溶体是由溶质原子占据溶剂原子晶格的结点位置而形成的,间隙固溶体是由溶质原子进入溶剂原子晶格的间隙中而形成的. 2, 置换固溶体中溶质与溶剂可以有限固溶也可以无限固溶,而间隙固溶体只有原子半径接近于溶剂晶格某些间隙半径的溶质原子才有可能进入晶格的间隙中而形成,只能是有限固溶体.

12固溶体结晶与纯金属结晶的不同之处

1. 固溶体结晶石在一定温度范围内完成的,而纯金属结晶是在恒温下完成的.

2. 合金结晶, 结晶出的固相与共存液相的成分不同, 即选分结晶, 而纯金属在结晶过程中, 固相与液相的成分始终是相同的1

3. 晶体与非晶体的区别。

答:晶体和非晶体的共同点是都是固体;晶体和非晶体的重要区别是:晶体有一定的熔点,非晶体没有一定的熔点.

14. 典型的金属晶体结构有哪些?

答:体心立方晶格,面心立方晶格,密排立方晶格

15 面心立方,体心立方和密排六分晶体的滑移面和滑移方向分别是什么?

答:体心立方结构的滑移面是{110}面,滑移方向是<111>,面心立方滑移面{111},滑移方向<110>;密排六方滑移面{0001},滑移方向<11-20>。

16. 面心立方晶体中原子的密排面和密排方向分别是什么?

答:面心立方晶体中原子的密排面是(111)面心立方晶体中原子的密排方向[111]

17. 试述晶体缺陷的类型及其主要特点。

18 试比较均匀行核与非均匀行核的异同点,并说明为什么非均匀行核比均匀行核更容易进行,

19三元相图的水平截面能分析合金结晶过程的什么问题?

20. 三元相图的垂直截面能分析合金结晶过程的什么问题?

21 马氏体转变的主要特点

答:1、切变共格和表面浮凸现象 2、马氏体转变的无扩散性 3、具有一定的位向关系和惯习面 4、马氏体转变时在一个温度范围内完成的 5、马氏体转变具有可逆性和形状记忆性6,马氏体转变的不完全行(含碳量越大,马氏体硬度越大)

22 为何钢中马氏体具有高硬度?

答:过饱和碳引起马氏体晶格点阵强烈的剧烈畸变,从而阻碍位错的运动,所以马氏体具有高硬度!

23,回复,再结晶和晶粒长大的定义和驱动力

答:再结晶的定义:当冷变形金属加热到足够高的温度以后,会在变形最剧烈的区域产生新的等轴晶粒来代替原来的变形晶粒,这个过程称为再结晶.冷变形金属再结晶后,其冷变形组织完全消失,加工硬化状态也随之消失,金属重新获得冷变形前的性能。

24铸件三晶区的形成原因?

答:

25聚合物按工艺分为哪五种?

答:塑料,橡胶,纤维i,胶粘剂,涂料

26复合材料按增强材料分为哪三种?

答:纤维增强复合材料,粒子增强复合材料,叠层复合材料。

27试述形变度对金属材料结晶后晶粒大小的影响规律?

答:

28何为临界温度?在工业生产中有何意义?

答:形变量很小时,储存能少,不足以发生再结晶,故退火后晶粒尺寸不变;能发生再结晶的最小形变度通常在2%---8%范围内,此时驱动力小,行核率低,最终能长大的晶粒个数少,再结晶退火晶粒特别粗大,称为“临界温度”

28改善陶瓷脆性的途径有哪些?是说明机理?

答:1.降低陶瓷的微裂纹尺寸,断裂力学将裂纹扩展时的*σ,称为断裂韧性K。及σ=K/,K是材料

固有的性能。由上式可知,断裂强度σ与断裂尺寸的平方根成反比,裂纹尺寸越大,断裂强度越低。所以提高强度的方法是:获得细小晶粒,防止晶界应力过大产生裂纹,并降低裂纹尺寸。此外,降低气孔所占分数,降低气孔尺寸哟课提高强度。2.陶瓷的相变韧性 3.纤维补强,利用强度及弹性模量均较高纤维,使之均匀分布于陶瓷基体中。当这种复合材料受到外加负荷时,可将一部分负荷传递到纤维上去,减轻了陶瓷本身的负担,其次,瓷体中的纤维可阻止裂纹的扩散,从而改善瓷体的脆性。

29、测定扩散系数的方法。

示踪原子扩散方法、化学扩散方法、弛豫方法、核方法。

30、产生柯肯达尔效应的原因

由于两种原子以不同速度相对扩散而造成标记面的漂移。

31、影响扩散系数的因素:

温度、晶体结构及固溶体类型、各向异性、第三组元、晶体缺陷、

32、稳定化合物:

是指具有一定的熔点,而且在熔点以下都能保持自身固有的结构而不发生分解的化合物。

33、二元相图的几何规律:

1.两个单相区只能交与一点,而不能交成线段、

2.两个单相区之间,必定是一个由这两个单相构成的两相区、3三相共存区,必定是一条水平线,该水平线必须与由这3个相组合而成的3个两相区相邻、4如果两个恒温转变中有两个是相同的相,那么在这两条水平线之间一定是由这两个相组成的两相区、5.

两相区和单相区的分界线与三相等温水平线相交,则分界线的延长线进入另一个两相区,而不会进入单相区。

34、相区接触法则:

在二元系相图中,相邻相区中相的数目只能相差一个,这一规律称作相区接触法则。

35、晶胞的选取原则

1.几何形状与晶体具有同样的对称性、

2.平面六面体内相等的棱与角的数目最多、

3.当平行六面体棱间有直角时,直角数目最多、

4.在满足上述条件下,晶包体积应最小。

36、形成置换固溶体的条件和影响溶解度因素:

1.条件:溶质取代了溶剂中原子或离子所形成的固溶体、2影响:原子或离子的尺寸的影响、晶体结构类型的影响、电负性的影响、电子浓度的影响。

37、碳对铁碳合金的组织与性能的影响:

1.碳对铁碳合金平衡组织的影响:当含碳量增加时,使铁碳合金组成相的相对含量发生变化,从而导致不同性质的结晶。

2.碳对合金机械性能的影响:当含碳量达到0.77%时,铁碳合金不仅具有较高的强度和硬度,也具有一定的塑性和韧性,当>0.77%时,铁碳合金的塑性韧性降低。

3.碳对合金工艺性能的影响:

38、写出下列缺陷反应式:

(1) CaCl2固溶在NaCl晶体中(产生正离子空位,生成置换型SS)

CaCl2+2NaCl→→Ca·Na+2Clcl+V’Na

(2) MgO固溶在Na2O晶体中(产生正离子空位,生成置换型SS)

MgO+Na2O→→Mg·Na+Oo+V’Na

(3) Al2O3固溶在MgO晶体中(产生正离子空位,生成置换型SS)

Al2O3+3MgO→→2Al·Mg+3Oo+V”Mg

(4) YF3固溶在CaF2晶体中(产生正离子空位,生成置换型SS)

2YF3+2CaF2→→2Y·Ca+6F F+V”Ca

(5) MgO固溶在ZrO2晶体中(产生负离子空位,生成置换型SS)

MgO+ZrO2→→Mg”zr+Oo+V··o

39、材料科学基础

《材料科学基础》系统地介绍了材料科学的基础理论,探讨材料的共性和普遍规律。主要内容包括材料的结构,材料的凝固与相图,扩散,材料中铺缺陷,塑性变形、回复与再结晶等。《材料科学基础》可作为高等院校材料类和机械类专业的学生及研究生的教科书和参考书,也可以为相关专业的学生及从事材料工作的科技工作者和工程技术人员提供参考。

40、材料科学

材料科学是自然科学的一个分支,它从事于材料本质的发现、分析和了解方面的研究,目的在于提供材料结构的统一描绘和模型,以及解释这种结构与性能之间的关系。

41、合成的定义式什么,合成研究包括那些?

指促使原子、分子结合而构成材料的化学与物理过程。合成的研究既包括有关寻找新合成方法的科学问题,也包括以适当的数量和形态合成材料的技术问题;既包括新材料的合成,也应包括已有材料的新合成方法(如溶胶-凝胶法)及其新形态(如纤维、薄膜)的合成。

42、制备:

研究如何控制原子与分子使之构成有用的材料。这一点是与合成相同的,但制备还包括在更为宏观的尺度上或以更大的规模控制材料的结构,使之具备所需的性能和适用效能,即包括材料的加工、处理、装配和制造。简而言之,合成与制备就是将原子、分子聚合起来并最终转变为有用产品的一系列连续过程。

43、结构的定义式什么,包括那些方面?

1.定义:结构是理解和控制性能的中心环节。

2.包括{原子结构、原子的排列、相结构、显微组织、晶体中的结构缺陷。

44、离子键的特点:

离子键可用化学式表示、高熔点,结合力强,硬而脆、电子周围无自由电子、无方向性、传导性差45、共价键的特点:

具有饱和性符合8-n定律、具有方向性、结合力强,熔点高,硬、电子周围无自由电子、传导性差

46、原子半径的影响因素:

47、晶向指数建立步骤

1.选定坐标系、2通过原点作一条直线,使其平行于待标定的晶向、3在直线上任取一点P,求出P点在3个坐标系的坐标、4取截距的最小整数比,去掉比例符号,用方括号括之。

48、晶面指数的确定步骤:

1.选定以晶轴为坐标轴的坐标系,要求坐标原点不在待标晶面上,各轴单位分别是单位平行六面体边长

a、b、c2.求出待标晶面在X、Y、Z轴上的截距pa、qb、rc,截距系数为p、q、r3取截距系数的倒数最小整数比、4.去掉比例符号,以小括号括之。

49、晶带定律

晶带指数为【uvw】时,晶带中任何晶面指数(hkl)都能符合关系式:hu+kv+lw=0,这种规律称为晶带定律。

50、缺陷:

晶体的某些区域总是存在原子或分子的不规则排列,这便是晶体结构缺陷

51、热缺陷:

热缺陷是由于晶体中的原子(或离子)的热运动而造成的缺陷。

52、非化学计量化合物:

其各元素的原子(或离子)组成可以一定的比例范围内波动。它们的组成不符合化合价规则,不服从组成定律,不能用小的整数来表示,只能用小数描述。

53、互扩散伴有浓度变化的扩散,与异类原子的浓度梯度有关,异类原子相对扩散,相互渗透。

扩散物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移,直到均匀分布的现象。

自扩散没有浓度变化的扩散,与浓度梯度无关。

异扩散溶质原子在溶剂金属中的扩散

54、扩散通量

指扩散物质在单位时间内通过单位截面积的质量。

55、固相反应的特点:

1、相界面{共格界面、半共格界面、肥共格界面}2.界面能、3应变能、4取向关系、5.惯性面、6晶体缺陷

56、固相反应的一般过程包括哪些:

1、反应物颗粒间混合接触

2、在颗粒表面发生反应

3、形成细薄含大量结构缺陷的新相

4、晶粒生长

5、反应通过反应物的扩散而继续

57、影响固相反应的因素:

反应物化学组成与结构;反应物颗粒尺寸及分布的影响;反应温度压力、气氛;矿物剂及其它因素58、自由度(f)定义:

指:在平衡系统中独立可变的因素。

59、何谓金属键?金属的性能与金属键的关系如何?

定义:金属正离子与自由电子之间的相互作用就构成了金属原子间的结合力→金属键。关系:由于金属键存在自由电子,金属就具有高导电性和导热性,自由电子能吸收光波能量,产生突跃,从而表现出有金属光泽、不透明,另外,金属正离子以球型密堆积方式组成,晶体原子间可滑动,表现出有延展性,

并说明金属键没有方向性和饱和性。

60、定比例规则:从等边三角形的某一顶点向对边作一直线,则在线上的任一点表示对边两组分含量之比不变,而顶点组分的含量则随着远离顶点而降低。

61、等含量规则:在等边三角形中,平行于一条边的直线上的所有各点均含有相等的对应顶点的组成。

62、杠杆规则:在三元系统中,一种混合物分解为两种物质(或两种物质合成为一种混合物)时,它们的组成点在一条直线上,它们的重量比与其它组成点之间的距离成反比。

63、连线规则:将界线(或延长线)与相应的连线相交,其交点是该界线上的温度最高,温度走向是背离交点

64、切线规则:将界线上的某一点所作的切线与相应的组成的连线相交,如交点在连线上,则表示界线上该处具有共熔性质;

如交点在连线的延长线上,则表示界线上该处具有转熔性质,远离交点的晶相被回吸。

65、重心规则:无变量点处于其相应副三角形的重心位,则为共熔点;无变量点处于其相应副三角形的交叉位,则为单转熔点;无变量点处于其相应副三角形的共轭位,则为双转熔点。

66、三角形规则原始熔体组成点所在三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物;与这三个物质相应的初晶区所包围的三元无变量点是其结晶终点。

67、均匀形核:均匀(或均质)形核是指在均匀单一的液相中形成固相结晶核心的过程。

68、什么是物理吸附、化学吸附,两者的区别.

物理吸附也称范德华吸附,它是由吸附质和吸附剂分子间作用力所引起,化学吸附吸附质分子与固体表面原子(或分子)发生电子的转移、交换或共有,形成吸附化学键的吸附,化学吸附是指在吸附过程中伴随着化学反应,物理吸附在吸附过程中则没有化学反应。一般来说,化学吸附是不可逆的,物理吸附可逆

69、马氏体相变的基本特征?

1.无扩散性

2.切变性,即由母相变为新相的晶格改组过程是以切变方式进行的

3.具有一定的晶体学位相关系的惯习面,即共格切变

4.转变在一定的温度范围内进行

5.快速转变,一般不需要孕育期

6.转变不完全,会留有相当数量的残余奥氏体

70、范得华力来源三方面:

1.静电力、

2.诱导力、

3.色散力。

71、鲍林的具体内容有哪些?

一个原子轨道最多只能容纳两个电子,且这两个电子自旋方向必须相反

72、肖脱基空位;弗兰克尔空位。

肖脱基空位:离位原子迁移到外表面或内界面处称为肖脱基空位

弗兰克尔:离位原子迁移到晶体点阵的间隙中称为弗兰克尔空位

73、由于能量起伏和原子热振动,点缺陷将不断产生、运动和消亡,点缺陷是热力学稳定的缺陷。

74、晶体缺陷按几何组态可分哪几类?

1.点缺陷、

2.线缺陷、

3.面缺陷。

75、获得过饱和点缺陷的方法哪些。

1.淬火法、

2.辐射法、

3.塑性变形。

76、试阐述粉体材料与人类社会的关系及其在各领域中的应用

从材料古代文明、现代文明、社会发展、日常生活等方面进行论述

材料、信息、能源归为现代文明的三大支柱,信息技术、生物技术和新型材料作为新的技术革命的重要标志。先进材料是社会现代化的先导. 材料是人类文明的物质基础,从远古的石器时代到青铜器时代,然后再进入铁器时代,每一种新材料的出现和使用,都伴随着生产力和科学技术的发展,标志着人类文明的进步。材料又是社会现代化的物质基础与先导,特别是先进材料的研究、开发与应用反应着一个国家科学技术与工业水平。在人类的生活和生产中,材料是必需的物质基础。人们的衣食住行,无一不与材料密切相关。材料的发展水平直接影响人们的生活。

77、稳态扩散:

指在扩散系统中,一体积元在任一时刻,流入的物质量与流出的物质量相等,即任一点的浓度不随时间变化。

78、材料科学与工程中的许多现象——烧结、氧化、蠕变、沉淀、化学热处理以及许多相变过程都与扩散密切相关

79、共价键的本质是什么,共价键理论包括那些理论?

本质:党原子相互靠近时,原子轨道发生作用,组成新的分子轨道,引起原子间电子分布情况发生变化,使两原子聚集程度变大,电子云密度增加,体系能量降低,形成稳定的化学键,称为共价键。

包括:价键理论、分子轨道理论和杂化轨道理论。

80、相图

81、组元

通常指构成材料的最简单、最基本、可以独立存在的物质。

81、配位数Z :定义;Z反映了晶体中原子排列第紧密程度。Z越大,晶体排列得越紧密。

82、二元相图的分析方法;

1.先看相图中是否存在稳定的化合物,如果有稳定化合物,则可将稳定化合物作为一个独立的组元把相图分为几个部分来分析研究。

2.根据相区的接触法则,弄清各个相区。

3.找出三相共存水平线及其接触的3个单相区,由3个单相区与水平线的相互位置确定三相平衡转变的性质和反应式。

4.分析典型合击随温度改变而发生的转变和变化规律。

59、结晶相变是各种相变中最常见的相变,通过对结晶相变的研究可揭示相变进行时所必须的条件、相变规律和相变后的组织与相变条件之间的变化规律,对材料的制取、加工成形机性能的控制均有指导做作用。

83、过冷:

纯金属在结晶冷却过程中结晶温度T总是低于平衡结晶温度Tm,这种现象叫过冷。

84、形核给体系能量带来两相变化,其一是晶核者部分体积由液态转变成晶体所释放出的能量,使体系能量降低;其二是晶核与液相之间形成了相界面是体系能量增加。

85、纯金属晶体的生长形态取决于界面前沿液相内的温度分布。

85、界面。

相与相之间的交界面。即两相间的接触表面。

86、理想表面:

87、晶界偏析:

88、影响晶界迁移率的主要原因:溶质原子,低的杂质含量就可使迁移率降低几个数量级;第二相颗粒,运动着的晶界遇到第二相颗粒时,颗粒将对晶界作用一个约束力,使晶界的迁移速度降低;温度,睡者温度的升高,晶界迁移率明显提高;晶界两侧晶粒的位向,小角度晶界的迁移率比大角度晶界低。

89、柏氏矢量的确定方法:

(1)规定位错线的正方向,通常指定位错线自纸面伸出的方向为正向

(2)从实际晶体中任意一个原子出发,围绕位错线作一个闭合回路。

(3)然后在完整晶体中作相应的参考回路,即在相同的方向上走同样的步数,结构参考回路的终点与其起始部重合,自终点向始点引一个矢量。

90、柏氏矢量的意义:

根据柏氏矢量与位错线的关系可以确定位错类型;柏氏矢量b表示位错线周围弹性变形量的总和,表示总畸变量的大小和方向,表示柏氏矢量大小的∣b∣越大,说明点阵畸变越严重;柏氏矢量具有守恒性,即一定的位错,不论柏氏回路的大小、形状如何变化,只要它不与别的的位错相交,则所确定的柏氏矢量是一定的。

、在切应力作用下,螺旋位错的移动方向与其柏氏矢量、切应力及晶体的滑移方向相垂直。

91、在固相反应中矿化剂起什么作用?

影响晶核的生长速率;影响结晶速率及晶格结构;降低共熔点,改善液相性质。

92、扩散的机制包括哪些?

1.间隙机制、

2.填隙机制、

3.空位机制。

93、空位扩散的速率取决于临近空位的原子是否具有越过势垒的自由焓,同时也取决空位浓度。

94、实验测定结果表明,空位机制比间隙机制需要更大的扩散激活能。

95、材料的性能决定于相的种类、数量、尺寸、形状和分布。

96、系统中相的平衡条件是每一个组元在所有各相中的化学势相等。

97、同素异晶转变:物质在不同温度和压力下,晶体结构发生变化

98、同素异晶转变前的固相和同素异晶转变后的固相称为同素异晶体。

99、有一个液相同时结晶出两个不同固相的过程称为共晶转变或共晶反应

100、按界面原子的排列特点,可将相界面分为:共格、半共格、非共格3种界面。

101、材料的变形就其基本特征而言可分为3类:弹性形变、塑性变形和粘性变形。

102、普弹性变形的微观机理:在外力作用下,晶体中原子沿受力方向偏离平衡位置,但并不能摆脱周围原子的束缚;而高分子材料的键长和键角的变化都很微小,这样,当外力去除后原子间的相互作用力又将原子拉回原位而使变形消失。

103、普弹性变形的特点:应力和应变间符合线形关系,即满足虎克定律;加工或去除应力时,应变都能瞬间达到平衡。

104、扭折带:晶体在滑移和转动时,若在某些部位受阻,位错在哪里堆积,使滑移和转动只发生在一个狭窄的带状区域,这个区域叫扭折带。

105、多晶体塑性变形的特点:各晶粒不能同时变形;各晶粒的变形不均匀;各变形晶粒互相协调。

材料科学基础简答题(doc 12页)

简答题 第一章材料结构的基本知识 1、说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义。 答:结构转变的热力学条件决定转变是否可行,是结构转变的推动力,是转变的必要条件;动力学条件决定转变速度的大小,反映转变过程中阻力的大小。 2、说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。 答:稳态结构与亚稳态结构之间的关系:两种状态都是物质存在的状态,材料得到的结构是稳态或亚稳态,取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件),阻力小时得到稳态结构,阻力很大时则得到亚稳态结构。稳态结构能量最低,热力学上最稳定,亚稳态结构能量高,热力学上不稳定,但向稳定结构转变速度慢,能保持相对稳定甚至长期存在。但在一定条件下,亚稳态结构向稳态结构转变。 3、说明离子键、共价键、分子键和金属键的特点。 答:离子键、共价键、分子键和金属键都是指固体中原子(离子或分子)间结合方式或作用力。离子键是由电离能很小、易失去电子的金属原子与电子亲合能大的非金属原于相互作用时,产生电子得失而形成的离子固体的结合方式。 共价键是由相邻原子共有其价电子来获得稳态电子结构的结合方式。 分子键是由分子(或原子)中电荷的极化现象所产生的弱引力结合的结合方式。 当大量金属原子的价电子脱离所属原子而形成自由电子时,由金属的正离子与自由电子间的静电引力使金属原子结合起来的方式为金属键。 第二章材料的晶体结构 1、在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标。6个面心构成一个正八面体,指出这个八面体各个表面的晶面指数、各个棱边和对角线的晶向指数。

解八面体中的晶面和晶向指数如图所示。图中A、B、C、D、E、F为立方晶胞中6个表面的面心,由它们构成的正八面体其表面和棱边两两互相平行。 ABF面平行CDE面,其晶面指数为; ABE面平行CDF面,其晶面指数为; ADF面平行BCE面,其晶面指数为; ADE面平行BCF面,其晶面指数为(111)。 棱边,,,,, ,其晶向指数分别为[110],,[011],,[101]。 对角线分别为,其晶向指数分别为[100],[010],[001] 图八面体中的晶面和晶向指数 2、标出图中ABCD面的晶面指数,并标出AB、BC、AC、BD线的晶向指数。 解:晶面指数: ABCD面在三个坐标轴上的截距分别为3/2a,3a,a, 截距倒数比为 ABCD面的晶面指数为(213) 晶向指数: AB的晶向指数:A、B两点的坐标为 A(0,0,1),B(0,1,2/3) (以a为单位) 则,化简即得AB的晶向指数 同理:BC、AC、BD线的晶向指数分别为,,。

材料科学与工程基础300道选择题(答案)

第一组 材料的刚性越大,材料就越脆。F 按受力方式,材料的弹性模量分为三种类型,以下哪一种是错误的:D A. 正弹性模量(E) B. 切弹性模量(G) C. 体积弹性模量(G) D. 弯曲弹性模量(W) 滞弹性是无机固体和金属的与时间有关的弹性,它与下列哪个因素无关B A 温度; B 形状和大小; C 载荷频率 高弹性有机聚合物的弹性模量随温度的升高而A A. 上升; B. 降低; C. 不变。 金属材料的弹性模量随温度的升高而B A. 上升; B. 降低; C. 不变。 弹性模量和泊松比之间有一定的换算关系,以下换算关系中正确的是D A. K=E /[3(1+2)]; B. E=2G (1-); C. K=E /[3(1-)]; D. E=3K (1-2); E. E=2G (1-2)。 7.Viscoelasticity”的意义是B A 弹性;B粘弹性; C 粘性 8.均弹性摸量的表达式是A A、E=σ/ε B、G=τ/r C、K=σ。/(△V/V) 9.金属、无机非金属和高分子材料的弹性摸量一般在以下数量级范围内C GPa A.10-102、<10,10-102 B.<10、10-102、10-102 C.10-102、10-102、<10 10.体心立方晶胞的金属材料比面心立方晶胞的同类金属材料具有更高的摸量。T 11.虎克弹性体的力学特点是B A、小形变、不可回复 B、小形变、可回复 C、大形变、不可回复 D、大形变、可回复 13、金属晶体、离子晶体、共价晶体等材料的变形通常表现为,高分子材料则通常表现为和。A A 普弹行、高弹性、粘弹性 B 纯弹行、高弹性、粘弹性 C 普弹行、高弹性、滞弹性 14、泊松比为拉伸应力作用下,材料横向收缩应变与纵向伸长应变的比值υ=ey/ex F 第二组 1.对各向同性材料,以下哪一种应变不属于应变的三种基本类型C A. 简单拉伸; B. 简单剪切; C. 扭转; D. 均匀压缩 2.对各向同性材料,以下哪三种应变属于应变的基本类型ABD A. 简单拉伸; B. 简单剪切; C. 弯曲; D. 均匀压缩 3.“Tension”的意义是A A 拉伸; B 剪切; C 压缩 4.“Compress”的意义是C A 拉伸;B剪切; C 压缩 5.陶瓷、多数玻璃和结晶态聚合物的应力-应变曲线一般表现为纯弹性行为T 6.Stress”and “strain”的意义分别是A A 应力和应变;B应变和应力;C应力和变形

材料科学基础期末试题

材料科学基础考题 I卷 一、名词解释(任选5题,每题4分,共20分) 单位位错;交滑移;滑移系;伪共晶;离异共晶;奥氏体;成分过冷答: 单位位错:柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错称为单位位错。 交滑移:两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移,称为交滑移。滑移系:一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系。 伪共晶:在非平衡凝固条件下,某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得全部的共晶组织,这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。 离异共晶:由于非平衡共晶体数量较少,通常共晶体中的a相依附于初生a相生长,将共晶体中另一相B推到最后凝固的晶界处,从而使共晶体两组成相相间的组织特征消失,这种两相分离的共晶体称为离异共晶。 奥氏体:碳原子溶于丫-Fe形成的固溶体。 成分过冷:在合金的凝固过程中,将界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷称为成分过冷。 二、选择题(每题2分,共20分) 1. 在体心立方结构中,柏氏矢量为a[110]的位错(A )分解为a/2[111]+a/2[l11]. (A)不能(B)能(C)可能 2. 原子扩散的驱动力是:(B ) (A)组元的浓度梯度(B)组元的化学势梯度(C)温度梯度 3?凝固的热力学条件为:(D ) (A)形核率(B)系统自由能增加 (C)能量守衡(D)过冷度 4?在TiO2中,当一部分Ti4+还原成Ti3+,为了平衡电荷就出现(A) (A)氧离子空位(B)钛离子空位(C)阳离子空位 5?在三元系浓度三角形中,凡成分位于( A )上的合金,它们含有另两个顶角所代表的两 组元含量相等。 (A)通过三角形顶角的中垂线 (B)通过三角形顶角的任一直线 (C)通过三角形顶角与对边成45°的直线 6?有效分配系数k e表示液相的混合程度,其值范围是(B ) (A)1vk e

材料科学与基础

7.当塑性变形程度较大时,再结晶形核机制通常是,塑性变形程度较小时,再结晶形核机制通常是。 8.金属在冷塑性变形中的残余应力主要有、 和,其中导致构件出现外观变形是的。14、单晶体常温下的塑性变形主要有和,其中 是基本形式。 15、冷变形金属中的织构主要有织构和织构,金属的回复分为三种类型:、 和。 1、固态相变主要包括三个基本变化:、 、,在共析钢的冷却过程中,转变是无扩散型相变,转变半扩散型相变,转变无扩散型相变。 3、多晶体金属常温下的塑性变形主要有和, 其中是基本形式。 8、退伙后的金属塑性变形后其位错密度,强度。3.铅板在室温下的加工属于() A 热加工; B 冷加工; C 再结晶; 4、进行回复退火可以实现() A 应力消除,组织不变; B 应力大大下降,组织不变; C 应力消除,组织改变; D 应力大大下降,组织改变 5、金属在热加工时产生的纤维组织将使金属具有()

A.各向异性; B.各向同性; C.伪无向性。 6.钢在再结晶温度以下的变形()。 A.有加工硬化,有再结晶现象; B.无加工硬化,无再结晶现象; C.有加工硬化,无再结晶现象; D.无加工硬化,有再结晶现象。 固熔强化 应变硬化:冷变形后的金属随着变形量的增加,其强度、硬度增加、塑性、韧性下降的现象。 扩散:由于热运动导致原子或者分子在介质中的迁移现象。 热加工:金属在再结晶温度以上的加工变形。 上坡扩散:原子由低浓度处向高浓度处扩散的现象。 微观内应力:塑性变形中平衡于晶粒尺寸范围内的内应力。 流线:热变形中的某些枝晶偏析、夹杂物、第二相将随着组织变形而伸长,沿变形方向呈纤维状分布,晶粒发生再结晶,形成新的等轴晶粒,这种组织称为流线。 纤维组织:塑性变形后的金属其晶粒组织沿着变形方向被拉长而成纤维状的条纹,这种组织称为纤维组织。

四川大学材料科学与工程基础期末考 题库

选择题第一组 1.材料的刚性越大,材料就越脆。()B A. 正确; B. 错误 2.按受力方式,材料的弹性模量分为三种类型,以下哪一种是错误的:()D A. 正弹性模量(E); B. 切弹性模量(G); C. 体积弹性模量(G); D. 弯曲弹性模量(W)。 3.滞弹性是无机固体和金属的与时间有关的弹性,它与下列哪个因素无关() B A 温度; B 形状和大小; C 载荷频率 4.高弹性有机聚合物的弹性模量随温度的升高而()。A A. 上升; B. 降低; C. 不变。 5.金属材料的弹性模量随温度的升高而()。B A. 上升; B. 降低; C. 不变。 6.弹性模量和泊松比ν之间有一定的换算关系,以下换算关系中正确的是() D A. K=E /[3(1+2ν)]; B. E=2G (1-ν); C. K=E /[3(1-ν)]; D. E=3K (1-2ν); E. E=2G (1-2ν)。 7.“Viscoelasticity”的意义是()B

A 弹性; B粘弹性; C 粘性 8、均弹性摸量的表达式是()A A、E=σ/ε B、G=τ/r C、K=σ。/(△V/V) 9、金属、无机非金属和高分子材料的弹性摸量一般在以下数量级范围内(GPa)C A、10-102、<10,10-102 B、<10、10-102、10-102 C、10-102、10-102、<10 10、体心立方晶胞的金属材料比面心立方晶胞的同类金属材料具有更高的摸量。 11、虎克弹性体的力学特点是()B A、小形变、不可回复 B、小形变、可回复 C、大形变、不可回复 D、大形变、可回复 13、金属晶体、离子晶体、共价晶体等材料的变形通常表现为,高分子材料则通常表现为和。A A 普弹行、高弹性、粘弹性 B 纯弹行、高弹性、粘弹性 C 普弹行、高弹性、滞弹性 14、泊松比为拉伸应力作用下,材料横向收缩应变与纵向伸长应变的比值υ=ey/ex ()B A. 正确; B. 错误

材料科学与工程学科的发展历程和趋势

材料科学与工程学科发展历程和趋势 摘要:本文结合国内几所高校材料学科的具体实例,综述了材料科学与工程学科的国内外发展的历史进程,讨论了材料科学与工程学科的发展趋势,同时展望了材料科学与工程学科在未来的发展前景。 关键词:材料科学与工程,发展历程,趋势 Abstract In this paper,on the basis of practice of materials science and engineering discipline in several domestic universities, the development process of materials science and engineering at home and abroad were reviewed, and the development trend of this discipline were discussed. Meanwhile, the prospect of this subject in the future were prospected. Keywords:materials science and engineering,development process,trend 1 引言 上个世纪70年代以来,人们把信息、材料和能源作为社会文明的支柱。80年代又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。随着科学技术的高速发展,新技术、新产品及新工艺对新材料的要求越来越强烈,也促进了当代材料科学技术的飞速发展。现在,材料学科及教育的重要性已被人们认识,国内外许多工科院校及综合性大学都相继成立了材料科学与工程学院(系)。 2 材料科学与工程学科发展历程 “材料科学”这个名词在20世纪60年代由美国学者首先提出。1957年,苏联人造地球卫星发射成功之后,美国政府及科技界为之震惊,并认识到先进材料对于高技术发展的重要性,于是一些大学相继成立了十余个材料科学研究中心,从此,“材料科学”这一名词开始被人们广泛使用。 材料学科的发展过程遵循了现代科学发展的普遍规律,也是从细分走向综合。各门材料学科通过相互交叉、渗透、移植,由细分最终走向具有共同理论和技术基础的全材料科学[1]。20世纪40年代以前,基础科学和工程之间的联系并不十分紧密。在20世纪20年代固体物理和材料工程两学科是分离的,到40年代两学科才有交叉。从60年代初开始出现了材料科学,到了70年代,材料科学和材料工程的学科内涵大部分重叠,材料科学兼备自然科学和应用科学的属性,故“材料科学与工程”(MSE)作为一个大学科逐步为科技界和教育界所接受[2]。 2.1 国外材料科学与工程学科发展历程 美国西北大学M.E.Fine教授等人首先于20世纪60年代初提出了材料科学与 工程(MSE)这一概念。在上20世纪60年代以前,国内外高校均没有明确完整的MSE教育。此时,材料科学与技术人才的培养分属冶金、化工或机械等专业。从60年代初起,欧美等国家高校中冶金、机械或化工等与材料有关的系或相关的专业及学科开始改设“材料科学与工程系”、“材料科学系”、“材料工学系”。至80年代中后期,欧美等国大部分高校已完成此项工作。这种教育符合材料科学技术发展趋势。近年来,美国与欧洲在材料教育方面的最显著特点就是把材料科学与工程看作是一门学科。在大学不再需要专门的材料主题。这些材料不再是冶金、陶瓷或电子材料学,而统称为材料,材料教育涉及的范围包括金属、陶瓷、高分子、

材料科学基础试题

第一章原子排列 本章需掌握的内容: 材料的结合方式:共价键,离子键,金属键,范德瓦尔键,氢键;各种结合键的比较及工程材料结合键的特性; 晶体学基础:晶体的概念,晶体特性(晶体的棱角,均匀性,各向异性,对称性),晶体的应用 空间点阵:等同点,空间点阵,点阵平移矢量,初基胞,复杂晶胞,点阵参数。 晶系与布拉菲点阵:种晶系,14种布拉菲点阵的特点; 晶面、晶向指数:晶面指数的确定及晶面族,晶向指数的确定及晶向族,晶带及晶带定律六方晶系的四轴座标系的晶面、晶向指数确定。 典型纯金属的晶体结构:三种典型的金属晶体结构:fcc、bcc、hcp; 晶胞中原子数、原子半径,配位数与致密度,晶面间距、晶向夹角 晶体中原子堆垛方式,晶体结构中间隙。 了解其它金属的晶体结构:亚金属的晶体结构,镧系金属的晶体结构,同素异构性 了解其它类型的晶体结构:离子键晶体结构:MgO陶瓷及NaCl,共价键晶体结构:SiC陶瓷,As、Sb 非晶态结构:非晶体与晶体的区别,非晶态结构 分子相结构 1. 填空 1. fcc结构的密排方向是_______,密排面是______,密排面的堆垛顺序是_______致密度为___________配位数是________________晶胞中原子数为___________,把原子视为刚性球时,原子的半径是____________;bcc结构的密排方向是_______,密排面是_____________致密度为___________配位数是________________ 晶胞中原子数为___________,原子的半径是____________;hcp结构的密排方向是_______,密排面是______,密排面的堆垛顺序是_______,致密度为___________配位数是________________,晶胞中原子数为 ___________,原子的半径是____________。 2. bcc点阵晶面指数h+k+l=奇数时,其晶面间距公式是________________。 3. Al的点阵常数为0.4049nm,其结构原子体积是________________。 4. 在体心立方晶胞中,体心原子的坐标是_________________。 5. 在fcc晶胞中,八面体间隙中心的坐标是____________。 6. 空间点阵只可能有___________种,铝晶体属于_____________点阵。Al的晶体结构是__________________, -Fe的晶体结构是____________。Cu的晶体结构是_______________, 7点阵常数是指__________________________________________。 8图1是fcc结构的(-1,1,0 )面,其中AB和AC的晶向指数是__________,CD的晶向指数分别 是___________,AC所在晶面指数是--------------------。

材料科学与基础

7. ________________________________________________________ 当塑性变形程度较大时,再结晶形核机制通常是_________________________________ ,塑性变形程 度较小时,再结晶形核机制通常是_________________ o 8. _________________________________________________ 金属在冷塑性变形中的残余应力主要有__________________________________________ 、_______________ 和____________ ,其中导致构件出现外观变形是的___________________ o 14、单晶体常温下的塑性变形主要有_____________________ 和 _____________ ,其中_________ —是基本形式。 15冷变形金属中的织构主要有_________ 织构和_________ 织构,金属的回复分为三种 类型:____________ 、 ______________ 和___________________ o 1、固态相变主要包括三个基本变化_________________________________________ 、 _、___________________ ,在共析钢的冷却过程中,___________ 转变是无扩散型相变,___________ 转变半扩散型相变,_________ 转变无扩散型相变。 3、多晶体金属常温下的塑性变形主要有_________________ 和_________________ , 其中__________________ 是基本形式。 8退伙后的金属塑性变形后其位错密度__________ ,强度_________ o 3. 铅板在室温下的加工属于() A热加工;B 冷加工;C再结晶; 4 进行回复退火可以实现() 、 A应力消除,组织不变;B应力大大下降,组织不变; C应力消除,组织改变;D应力大大下降,组织改变 5、金属在热加工时产生的纤维组织将使金属具有() A.各向异性; B.各向同性; C.伪无向性。 6.钢在再结晶温度以下的变形()o A.有加工硬化,有再结晶现象; B.无加工硬化,无再结晶现象;

《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案

《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案 第二章 2-1.按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布(用方框图表示)。 2-2.的镁原子有13个中子,11.17%的镁原子有14个中子,试计算镁原子的原子量。 2-3.试计算N壳层内的最大电子数。若K、L、M、N壳层中所有能级都被电子填满时,该原子的原子序数是多少? 2-4.计算O壳层内的最大电子数。并定出K、L、M、N、O壳层中所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。 2-5.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类,简单说明理由。 2-6.按照杂化轨道理论,说明下列的键合形式: (1)CO2的分子键合(2)甲烷CH4的分子键合 (3)乙烯C2H4的分子键合(4)水H2O的分子键合 (5)苯环的分子键合(6)羰基中C、O间的原子键合 2-7.影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些? 2-8.试解释表2-3-1中,原子键型与物性的关系? 2-9.0℃时,水和冰的密度分别是1.0005 g/cm3和0.95g/cm3,如何解释这一现象? 2-10.当CN=6时,K+离子的半径为0.133nm(a)当CN=4时,半径是多少?(b)CN=8时,半径是多少? 2-11.(a)利用附录的资料算出一个金原子的质量?(b)每mm3的金有多少个原子?(c)根据金的密度,某颗含有1021个原子的金粒,体积是多少?(d)假设金原子是球形(r Au=0.1441nm),并忽略金原子之间的空隙,则1021个原子占多少体积?(e)这些金原子体积占总体积的多少百分比? 2-12.一个CaO的立方体晶胞含有4个Ca2+离子和4个O2-离子,每边的边长是0.478nm,则CaO的密度是多少? 2-13.硬球模式广泛的适用于金属原子和离子,但是为何不适用于分子? 2-14.计算(a)面心立方金属的原子致密度;(b)面心立方化合物NaCl的离子致密度(离子半径r Na+=0.097,r Cl-=0.181);(C)由计算结果,可以引出什么结论?

材料科学与工程概述

第1节材料科学与工程概述 1.1.1材料科学的内涵 材料科学就是从事对材料本质的发现、分析认识、设计及控制等方面研究的一门科学。其目的在于揭示材料的行为,给予材料结构的统一描绘或建立模型,以及解释结构与性能之间的内在关系。材料科学的内涵可以认为是由五大要素组成,他们之间的关联可以用一个多面体来描述(图1-1)。其中使用效能是材料性能在工作状态(受力、气氛、温度)下的表现,材料性能可以视为材料的固有性能,而使用效能则随工作环境不同而异,但它与材料的固有性能密切相关。理论及材料与工艺设计位于多面体的中心,它直接和其它5个要素相连,表明它在材料科学中的特殊地位。 材料科学的核心内容是结构与性能。为了深入理解和有效控制性 能和结构,人们常常需要了解各种过程的现象,如屈服过程、断裂 过程、导电过程、磁化过程、相变过程等。材料中各种结构的形成 都涉及能量的变化,因此外界条件的改变也将会引起结构的改变, 从而导致性能的改变。因此可以说,过程是理解性能和结构的重要 环节,结构是深入理解性能的核心,外界条件控制着结构的形成和 过程的进行。 材料的性能是由材料的内部结构决定的,材料的结构反映了材料 的组成基元及其排列和运动的方式。材料的组成基元一般为原子、 离子和分子等,材料的排列方式在很大程度上受组元间结合类型的 影响,如金属键、离子键、共价键、分子键等。组元在结构中不是 静止不动的,是在不断的运动中,如电子的运动、原子的热运动等。 描述材料的结构可以有不同层次,包括原子结构、原子的排列、相 结构、显微结构、结构缺陷等,每个层次的结构特征都以不同的方 式决定着材料的性能。 物质结构是理解和控制性能的中心环节。组成材料的原子结构,电子围绕着原子核的运动情况对材料的物理性能有重要影响,尤其是电子结构会影响原子的键合,使材料表现出金属、无机非金属或高分子的固有属性。金属、无机非金属和某些高分子材料在空间均具有规则的原子排列,或者说具有晶体的格子构造。晶体结构会影响到材料的诸多物理性能,如强度、塑性、韧性等。石墨和金刚石都是由碳原子组成,但二者原子排列方式不同,导致强度、硬度及其它物理性能差别明显。当材料处于非晶态时,与晶体材料相比,性能差别也很大,如玻璃态的聚乙烯是透明的,而晶态的聚乙烯是半透明的。又如某些非晶态金属比晶态金属具有更高的强度和耐蚀性能。此外,在晶体材料中存在的某些排列的不完整性,即存在结构缺陷,也对材料性能产生重要影响。 我们在研究晶体结构与性能的关系时,除考虑其内部原子排列的规则性,还需要考虑其尺寸的效应。从聚集的角度看,三维方向尺寸都很大的材料称为块体材料,在一维、二维或三维方向上尺寸变小的材料叫做低维材料。低维材料可能具有块体材料所不具备的性质,如零维的纳米粒子(尺寸小于100nm)具有很强的表面效应、尺寸效应和量子效应等,使其具有独特的物理、化学性能。纳米金属颗粒是电的绝缘体和吸光的黑体。以纳米微粒组成的陶瓷具有很高的韧性和超塑性。纳米金属铝的硬度为普通铝的8倍。具有高强度特征的一维材料的有机纤维、光导纤维,作为二维材料的金刚石薄膜、超导薄膜等都具有特殊的物理性能。 1.1.2 材料科学的确立与作用 (1)材料科学的提出 “材料科学”的明确提出要追朔到20世纪50年代末。1957年10月4日前苏联发射了第一颗人造卫星,重80千克,11月3日发射了第二颗人造卫星,重500千克。美国于1958年1月31日发射的“探测者1号”人造卫星仅8千克,重量比前苏联的卫星轻得多。对此美国有关部门联合向总统提出报告,认为在科技竞争中美国之所以落后于苏联,关键在先进材料的研究方面。1958年3月18日总统通过科学顾问委员会发布“全国材料规划”,决定12所大学成立材料研究实验室,随后又扩大到17所。从那时起出现了包括多领域的综合性学科--“材料科学与工程学科”。 (2)材料科学的形成 材料科学的形成主要归功于如下五个方面的基础发展: 各类材料大规模的应用发展是材料科学形成的重要基础之一。18世纪蒸汽机的发明和19世纪电动机的发明,使材料在新品种开发和规模生产等方面发生了飞跃,如1856年和1864年先后发明了转炉和平炉炼钢,大大促进了机械制造、铁路交通的发展。随之不同类型的特殊钢种也相继出现,如1887年高锰钢、1903年硅钢及1910年镍铬不锈钢等,与此同时,铜、铅、锌也得到大量应用,随后铝、镁、钛和稀有金属相继问世。20世纪初,人工合成高分子材料问世,如1909年的酚醛树脂(胶木),1925年的聚苯乙烯,1931年的聚氯乙烯以及1941年的尼龙等,发展十分迅速,如今世界年产量在1亿吨以上,论体积产量已超过了钢。无机非金属材料门类较多,一直占有特殊的地位,其中一些传统材料资源丰富,性能价格比在所有材料中最有竞争能力。20世纪中后期,通过合成原料和特殊制备方法,制造出一系列具有不可替代作用的功能材料和先进结构材料。如电子陶瓷、铁氧体、光学玻璃、透明陶瓷、敏感及光电功能薄膜材料等。先进结构

材料科学基础试题库答案

Test of Fundamentals of Materials Science 材料科学基础试题库 郑举功编

东华理工大学材料科学与工程系 一、填空题 0001.烧结过程的主要传质机制有_____、_____、_____ 、_____,当烧结分别进行四种传质时,颈部增长x/r 与时 间t 的关系分别是_____、_____、_____ 、_____。 0002.晶体的对称要素中点对称要素种类有_____、_____、_____ 、_____ ,含有平移操作的对称要素种类有_____ 、 _____ 。 0003.晶族、晶系、对称型、结晶学单形、几何单形、布拉菲格子、空间群的数目分别是_____、_____ 、_____ 、 _____ 、_____ 、_____ 。 0004.晶体有两种理想形态,分别是_____和_____。 0005.晶体是指内部质点排列的固体。 0006.以NaCl 晶胞中(001)面心的一个球(Cl- 离子)为例,属于这个球的八面体空隙数为,所以属于这个球的四面体空隙数为。 0007.与非晶体比较晶体具有自限性、、、、和稳定性。 0008. 一个立方晶系晶胞中,一晶面在晶轴X 、Y 、Z 上的截距分别为2a、1/2a 、2/3a,其晶面的晶面指数是。 0009.固体表面粗糙度直接影响液固湿润性,当真实接触角θ时,粗糙度越大,表面接触角,就越容易湿润;当θ,则粗糙度,越不利于湿润。 0010.硼酸盐玻璃中,随着Na2O(R2O)含量的增加,桥氧数,热膨胀系数逐渐下降。当Na2O 含量达到15%—16%时,桥氧又开始,热膨胀系数重新上升,这种反常现象就是硼反常现象。 2+进入到KCl 间隙中而形成0011.晶体结构中的点缺陷类型共分、和三种,CaCl2中Ca 点缺陷的反应式为。 0012.固体质点扩散的推动力是________。 0013.本征扩散是指__________,其扩散系数D=_________,其扩散活化能由________和_________ 组成。 0014.析晶过程分两个阶段,先______后______。 0015.晶体产生Frankel 缺陷时,晶体体积_________,晶体密度_________;而有Schtty 缺陷时,晶体体积_________, 晶体密度_________。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时,_________是主要的;两种离子半径相差大 时,_________是主要的。 0016.少量CaCl2 在KCl 中形成固溶体后,实测密度值随Ca2+离子数/K+离子数比值增加而减少,由此可判断其 缺陷反应式为_________。 0017.Tg 是_________,它与玻璃形成过程的冷却速率有关,同组分熔体快冷时Tg 比慢冷时_________ ,淬冷玻璃比 慢冷玻璃的密度_________,热膨胀系数_________。 0018.同温度下,组成分别为:(1) 0.2Na2O-0.8SiO2 ;(2) 0.1Na2O-0.1CaO-0.8SiO2 ;(3) 0.2CaO-0.8SiO2 的 三种熔体,其粘度大小的顺序为_________。 0019.三T 图中三个T 代表_________, _________,和_________。 0020.粘滞活化能越_________ ,粘度越_________ 。硅酸盐熔体或玻璃的电导主要决定于_________ 。 0021.0.2Na2O-0.8SiO2 组成的熔体,若保持Na2O 含量不变,用CaO 置换部分SiO2 后,电导_________。 0022.在Na2O-SiO2 熔体中加入Al2O3(Na2O/Al2O3<1), 熔体粘度_________。 0023.组成Na2O . 1/2Al2O3 . 2SiO2 的玻璃中氧多面体平均非桥氧数为_________。 0024.在等大球体的最紧密堆积中,六方最紧密堆积与六方格子相对应,立方最紧密堆积与_______ 相对应。0025.在硅酸盐晶体中,硅氧四面体之间如果相连,只能是_________方式相连。 2

材料科学与工程专业简介

材料科学与工程专业简介 材料科学与工程专业简称材料专业。 大千世界中的材料无所不包、无处不在。吃、穿、住、行,每个人每天会碰到诸如金属、橡胶、磁性、光电等众多材料,小到一根针、一张纸、一个塑料袋、一件衣服,大到交通工具、医疗器械、工程建筑、信息通讯、航天航空,处处都有材料科学的身影。 材料科学与工程是一个涉及材料学、工程学和化学等方面的较宽口径专业。该专业以材料学、化学、物理学为基础,主要研究的是材料成分、结构、加工工艺与其性能和应用。事实上,人类文明发展史,就是一部如何更好地利用材料和创造材料的历史,材料的不断创新和发展,也极大地推动了社会经济的发展。 材料科学与工程专业依据各地区的发展历史,专业教学的侧重点略有不同。比如,材料专业中材料可以分为金属、无机非金属、高分子材料等。辽宁省各个高校由于历史沿乘的原因,多以金属材料为主。金属材料包括钢铁、有色金属及新型金属材料。 各高校材料专业学生,在大学二年级下学期会接触到本专业课程。主要的专业课程有:材料科学基础、金属学、金属学与热处理、材料力学性能等。 在专业课学习之前,需要学习一些涉及化学、机械的相关课程。 比如:工程制图、机械设计、电工电子技术、普通化学、物理化学等。

材料专业的学生除了需要掌握材料的相关知识和技能,还需掌握机械、电子等知识及技能。 材料专业学生除了要掌握课程内容外,还需掌握建模软件、有限元分析软件、科学分析软件等工具。 就业去向 材料科学与工程专业的毕业生多从事工艺、技术、质检、检验、研发等工作。除此之外,还有从事采购、高精尖大型设备的技术售后等工作。职业发展较好,由于材料专业的特点,使得材料专业的用处存在于产品的研发、性能的保障、产品的质量检验等重要的核心环节中,从业人员可快速展现自己的专业优势。

上大材料科学基础简答题

A1(fcc)密排面:(100)密排方向:【110】h+k+l全基或全偶衍射 A2(bcc)密排面:(110)密排方向:【111】h+k+l为偶数衍射 A3(hcp)密牌面:(001)密排方向:【100】 2dsinθ=λ 性质、结构成分(研究对象)、合成/制备=效用 1.如何理解点缺陷是一种热力学平衡缺陷? 随着点缺陷数量增加,熵增加导致自由能下降,但是同时内能增加导致自由能增加,所以有一个平衡浓度,此时有最低的自由能值。 2.何谓位错的应变能。何谓位错的线张力,其估算值为多少。 位错在晶体中引起畸变,使晶体产生畸变能,称之为位错的应变能或位错的能量。

线张力的定义为:位错线增加一个单位长度时,引起晶体能量的增加。 通常用Gb2/2作为位错线张力的估算值。 请问影响合金相结构的因素主要有哪几个。 原子尺寸、晶体结构、电负性、电子浓度。 3.请简要说明:(1)刃型位错周围的原子处于怎样的应力状态(为切应力还是正应力,为拉应力还是压应力);(2)若有间隙原子存在,则间隙原子更容易存在于位错周围的哪些位置(可以以图示的方式说明)。 (1)刃型位错不仅有正应力同时还有切应力。所有的应力与沿位错线的方向无关,应力场与半原子面左右对称,包含半原子面的晶体受压应力,不包含半原子面的晶体受拉应力。 (2)对正刃型位错,滑移面上方的晶胞体积小于正常晶胞,吸引比基体原子小的置换式溶质原子或空位;滑移面下方的晶胞体积大于正常晶胞,吸引间隙原子和比基体原子大的置换式溶质原子。 4.铁素体钢在拉伸过程中很易出现屈服现象,请问:(1)产生屈服的原因?(2)如何可以消除屈服平台? 由于碳氮间隙原子钉扎位错,在塑性变形开始阶段需使位错脱离钉扎,从而产生屈服延伸现象;当有足够多的可动位错存在时,或者使间隙原子极少,或者经过预变形后在一段时间内再拉伸。 5.如何提高(或降低)材料的弹性?举例说明,并解释。 选择弹性模量小的材料、或者减小材料的截面积、或者提高材料的屈服强度都可以提高弹性。 6.何谓加工硬化、固溶强化、第二相强化、细晶强化,说明它们与位错的关系 加工硬化:晶体经过变形后,强度、硬度上升,塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。随着变形的进行,晶体内位错数目增加,位错产生交互作用,使位错可动性下降,强度上升。 固溶强化:由于溶质原子的存在,导致晶体强度、硬度增加,塑性、韧性下降的现象叫固溶强化。由于溶质原子的存在阻碍或定扎了位错的运动,导致强度的升高。 第二相强化:由于第二相的存在,导致晶体强度、硬度上升,塑性、韧性下降的现象叫第二相强化。由于第二相的存在,导致位错移动困难,从而使强度上升。 细晶强化:由于晶粒细化导致晶体强度、硬度上升,塑性、韧性不下降的现象叫细晶强化。 由于晶粒细化,使晶界数目增加,导致位错开动或运动容易受阻,使强度上升;又由于晶粒细化,使变形更均匀,使应力集中更小,所以,细晶强化在提高强度的同时,并不降低塑性和韧性。 7.说明金属在塑性变形后,其组织和性能将发生怎样的变化 金属塑性变形后,组织变化包括晶粒和亚结构的变化,其中,晶粒被拉长,形成

材料科学基础知识点总结

金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容:面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径,八面体、四面体间隙个数;晶向指数、晶面指数的标定;柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容:密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径,密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶胞:在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元,用来分析原子排列的规律性,这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键:失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来,这种结合方式称为金属键。 位错:晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性: ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型;②柏氏矢量的守恒性,即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关;③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直;螺型平行;混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性: ①晶界的能量较高,具有自发长大和使界面平直化,以减少晶界总面积的趋势;②原子在晶界上的扩散速度高于晶内,熔点较低;③相变时新相优先在晶界出形核;④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚;⑤晶界易于腐蚀和氧化;⑥常温下晶界可以阻止位错的运动,提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 重点内容:均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系;细化晶粒的方法,铸锭三晶区的形成机制。 基本内容:结晶过程、阻力、动力,过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷;结晶的热力学条件和结构条件,非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。 相起伏:液态金属中,时聚时散,起伏不定,不断变化着的近程规则排列的原子集团。 过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。 变质处理:在浇铸前往液态金属中加入形核剂,促使形成大量的非均匀晶核,以细化晶粒的方法。 过冷度与液态金属结晶的关系:液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看,

“材料科学与工程基础”习题答案题目整合版

“材料科学与工程基础”第二章习题 1. 铁的单位晶胞为立方体,晶格常数a=0.287nm ,请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子数。 ρ铁=7.8g/cm31mol 铁=6.022×1023个=55.85g 所以,7.8g/1(cm)3=(55.85/6.022×1023)X/(0.287×10-7)3cm3 X =1.99≈2(个) 2.在立方晶系单胞中,请画出: (a )[100]方向和[211]方向,并求出他们的交角; (b )(011)晶面和(111)晶面,并求出他们得夹角。 (c )一平面与晶体两轴的截距a=0.5,b=0.75,并且与z 轴平行,求此晶面的密勒指数。 (a )[211]和[100]之夹角θ=arctg 2=35.26。 或 cos θ==35.26θ=o (b ) cos θ==35.26θ=o (c )a=0.5b=0.75z=∞ 倒数24/30取互质整数(320) 3、请算出能进入fcc 银的填隙位置而不拥挤的最大原子半径。 室温下的原子半径R =1.444A 。(见教材177页) 点阵常数a=4.086A 最大间隙半径R’=(a-2R )/2=0.598A 4、碳在r-Fe (fcc )中的最大固溶度为2.11﹪(重量百分数),已知碳占据r-Fe 中的八面体间隙,试计算出八面体间隙被C 原子占据的百分数。 在fcc 晶格的铁中,铁原子和八面体间隙比为1:1,铁的原子量为55.85,碳的原子量为12.01 所以(2.11×12.01)/(97.89×55.85)=0.1002 即碳占据八面体的10%。

5、由纤维和树脂组成的纤维增强复合材料,设纤维直径的尺寸是相同的。请由计算最密堆棒的堆垛因子来确定能放入复合材料的纤维的最大体积分数。 见下图,纤维的最密堆积的圆棒,取一最小的单元,得,单元内包含一个圆(纤维)的面积。 2 0.9064==。 即纤维的最大体积分数为90.64%。 6、假设你发现一种材料,它们密排面以ABAC 重复堆垛。这种发现有意义吗?你能否计算这种新材料的原子堆垛因子? fcc 和hcp 密排面的堆积顺序分别是ABCABC……和ABAB…,如果发现存在ABACABAC……堆积的晶体,那应该是一种新的结构,而堆积因子和fcc 和hcp 一样,为0.74。 7.在FCC 、HCP 和BCC 中最高密度面是哪些面?在这些面上哪些方向是最高密度方向? 密排面密排方向 FCC{111)}<110> HCP(0001)(1120) BCC{110)}<111> 8.在铁中加入碳形成钢。BCC 结构的铁称铁素体,在912℃以下是稳定的,在这温度以上变成FCC 结构,称之为奥氏体。你预期哪一种结构能溶解更多碳?对你的答案作出解释。 奥氏体比铁素体的溶碳量更大,原因是1、奥氏体为FCC 结构,碳处于八面体间隙中,间隙尺寸大(0.414R )。而铁素体为BCC 结构,间隙尺寸小,四面体间隙0.291R ,八面体间隙0.225R ;2、FCC 的间隙是对称的,BCC 的间隙是非对称的,非对称的2

材料科学基础试题库

一、单项选择题(请在每小题的4个备选答案中,选出一个最佳答案, 共10小题;每小题2分,共20分) 1、材料按照使用性能,可分为结构材料和 。 A. 高分子材料; B. 功能材料; C. 金属材料; D. 复合材料。 2、在下列结合键中,不属于一次键的是: A. 离子键; B. 金属键; C. 氢键; D. 共价键。 3、材料的许多性能均与结合键有关,如大多数金属均具有较高的密度是由于: A. 金属元素具有较高的相对原子质量; B. 金属键具有方向性; C. 金属键没有方向性; D.A 和C 。 3、下述晶面指数中,不属于同一晶面族的是: A. (110); B. (101); C. (011- );D. (100)。 4、 面心立方晶体中,一个晶胞中的原子数目为: A. 2; B. 4; C. 6; D. 14。 5、 体心立方结构晶体的配位数是: A. 8; B.12; C. 4; D. 16。 6、面心立方结构晶体的原子密排面是: A. {111}; B. {110}; C. (100); D. [111]。 7、立方晶体中(110)和(211)面同属于 晶带 A. [110]; B. [100]; C. [211]; D. [--111]。 6、体心立方结构中原子的最密排晶向族是: A. <100>; B. [111]; C. <111>; D. (111)。 6、如果某一晶体中若干晶面属于某一晶带,则: A. 这些晶面必定是同族晶面; B. 这些晶面必定相互平行; C. 这些晶面上原子排列相同; D. 这些晶面之间的交线相互平行。 7、金属的典型晶体结构有面心立方、体心立方和密排六方三种,它们的晶胞中原子数分别为:A. 4, 2, 6; B. 6, 2, 4; C. 4, 4, 6; D. 2, 4, 6 7、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子,这样的缺陷称为: A. 肖脱基缺陷; B. 弗兰克缺陷; C. 线缺陷; D. 面缺陷 7、两平行螺旋位错,当柏氏矢量同向时,其相互作用力:

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