西工大材料科学基础2017考研复习笔记
西北工业大学《材料科学基础》课后题答案
1． 有关晶面及晶向附图2.1所示。
2． 见附图2.2所示。
3． {100}＝(100)十(010)+(001)，共3个等价面。
{110}＝(110)十(101)+(101)+(011)+(011)+(110)，共6个等价面。
{111}＝(111)+(111)+(111)+(111)，共4个等价面。
)121()112()112()211()112()121()211()121()211()211()121()112(}112{+++++++++++=共12个等价面。
4． 单位晶胞的体积为V Cu ＝0.14 nm 3(或1.4×10-28m 3) 5． (1)0.088 nm ；(2)0.100 nm 。
6． Cu 原子的线密度为2.77×106个原子/mm 。
Fe 原子的线密度为3.50×106个原子/mm 。
7． 1.6l ×l013个原子/mm 2；1.14X1013个原子/mm 2；1.86×1013个原子/mm 2。
8． (1) 5.29×1028个矽原子/m 3； (2) 0.33。
9． 9. 0.4×10-18/个原子。
10． 1.06×1014倍。
11． (1) 这种看法不正确。
在位错环运动移出晶体后，滑移面上、下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的。
位错环的柏氏矢量为b ，故其相对滑移了一个b 的距离。
(2) A'B'为右螺型位错，C'D'为左螺型位错；B'C'为正刃型位错，D'A'为负刃型位错。
位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量如附图2.3所示。
12． (1)应沿滑移面上、下两部分晶体施加一切应力τ0，的方向应与de 位错线平行。
(2)在上述切应力作用下，位错线de 将向左(或右)移动，即沿着与位错线de 垂直的方向(且在滑移面上)移动。
西安工业大学材料科学基础考试资料.doc
铁碳合金相图从某种意义上讲，铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。
铁碳合金相图铁碳合金铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C相图，铁碳合金的基本组元也应该是纯铁和Fe3C （渗碳体L铁存在着同素异晶转变，即在固态下有不同的结构。
不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体,Fe—Fe3C相图上的固溶体都是间隙固溶体。
由于a-Fe和y・Fe晶格中的孔隙特点不同，因而两者的溶碳能力也不同。
铁碳合金相图铁素休铁素体是碳在a-Fe中的间隙固溶体，用符号”F“（或cp表示，体心立方晶格;虽然BCC的间隙总体积较大，但单个间隙体积较小,所以它的溶碳量很小，最多只有0.0218%（727°CB^）崖温时几乎为0,因此铁素体的性能与纯铁相似，硬度低而塑性高,并有铁磁性.5=30%-50%,AKU=128-160J crb二180~280MPa,50~80HBS.铁素体的显微组织与纯铁相同，用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的多边形等轴晶粒，在亚共析钢中铁素体呈白色块状分布,但当含碳量接近共析成分时，铁素体因量少而呈断续的网状分布在珠光体的周围.2,奥氏体奥氏体是碳在y-Fe中的间隙固溶体，用符号“A”（或丫）表示，面心立方晶格;虽然FCC的间隙总体积较小，但单个间隙体积较大，所以它的溶碳量较大，最多有2.11%(1148O CB^),727°C时为0.77%. 在一般情况下，奥氏体是一种高温组织，稳定存在的温度范围为727T3949,故奥氏体的硬度低，塑性较高，通常在对钢铁材料进行热变形加工,如锻造，热轧等时，都应将其加热成奥氏体状态，所谓“趁热打铁“正是这个意思.ob二400MPa,170~220HBSQ二40%~50%.另外奥氏体还有一个重要的性能，就是它具有顺磁性，可用于要求不受磁场的零件或部件. 奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较为平直，且常有李晶存在.3,渗碳体渗瑾佐是铁和碳形成的具有复杂结构的金属化合物,用化学分子式Te3C"表示.它的碳质量分数Wc=6.69%,熔点为1227°C,质硬而脆,耐腐蚀•用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈白色，如果用4%苦味酸溶液浸蚀，渗碳体呈暗黑色.渗碳体是钢中的强化相，根据生成条件不同渗碳体有条状，网状，片状，粒状等形态，它们的大小, 数量,分布对铁碳合金性能有很大影响.在铁碳合金中一共有三个相，即铁素体，奥氏体和渗碳体.但奥氏体一般仅存在于高温下，所以室温下所有的铁碳合金中只有两个相,就是铁素体和渗碳体.由于铁素体中的含碳量非常少，所以可以认为铁碳合金中的碳绝大部分存在于渗碳体中.这一点是十分重要的.铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C,Fe2C,FeC等，有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C 部分，通常称其为Fe・Fe3C相图，此时相图的组元为Fe和Fe3C.由于实际使用的铁碳合金其含碳量多在5%以下,因此成分轴从0~6.69%.所谓的铁碳合金相图实际上就是Fe—Fe3C相图.铁碳合金相图相图分析Fe—Fe3C相图看起来比较复杂，但它仍然是由一些基本相图组成的，我们可以将Fe—Fe3C 相图分成上下两个部分来分析.包晶转变在1495°C发生L B+S H-YJ,转变产物是奥氏体。
西北工业大学-832材料科学基础
4.1 参考书目....................................................................................................................................................8 4.2 海文专业课标准课程内部讲义—海文专业课学员享有............................................................8 4.3 考前三套模拟试题及其解析...............................................................................................................8 4.4 典型与重点题及其解析........................................................................................................................8 4.5 真题及其解析.......................................................................................................................................... 8 4.6 学术期刊及专著......................................................................................................................................9
西工大《材料科学基础》考研复习笔记
第一章材料中的原子排列第一节原子的结合方式1 原子结构2 原子结合键（1）离子键与离子晶体原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。
如氧化物陶瓷。
（2）共价键与原子晶体原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。
如高分子材料。
（3）金属键与金属晶体原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。
如金属。
金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。
（3）分子键与分子晶体原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。
分子晶体：熔点低，硬度低。
如高分子材料。
氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O（4）混合键。
如复合材料。
3 结合键分类（1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。
（2）二次键（物理键）：分子键和氢键。
4 原子的排列方式（1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。
长程有序，各向异性。
（2）非晶体：――――――――――不规则排列。
长程无序，各向同性。
第二节原子的规则排列一晶体学基础1 空间点阵与晶体结构（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。
图1-5特征：a 原子的理想排列；b 有14种。
其中：空间点阵中的点－阵点。
它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。
描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。
空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。
（2）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。
特征：a 可能存在局部缺陷；b 可有无限多种。
2 晶胞图1－6（1）――－：构成空间点阵的最基本单元。
（2）选取原则：a 能够充分反映空间点阵的对称性；b 相等的棱和角的数目最多；c 具有尽可能多的直角；d 体积最小。
（3）形状和大小有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。
西北工业大学《材料科学基础》课后题答案
1． 有关晶面及晶向附图2.1所示。
2． 见附图2.2所示。
3． {100}＝(100)十(010)+(001)，共3个等价面。
{110}＝(110)十(101)+(101)+(011)+(011)+(110)，共6个等价面。
{111}＝(111)+(111)+(111)+(111)，共4个等价面。
)121()112()112()211()112()121()211()121()211()211()121()112(}112{+++++++++++=共12个等价面。
4． 单位晶胞的体积为V Cu ＝0.14 nm 3(或1.4×10-28m 3) 5． (1)0.088 nm ；(2)0.100 nm 。
6． Cu 原子的线密度为2.77×106个原子/mm 。
Fe 原子的线密度为3.50×106个原子/mm 。
7． 1.6l ×l013个原子/mm 2；1.14X1013个原子/mm 2；1.86×1013个原子/mm 2。
8． (1) 5.29×1028个矽原子/m 3； (2) 0.33。
9． 9. 0.4×10-18/个原子。
10． 1.06×1014倍。
11． (1) 这种看法不正确。
在位错环运动移出晶体后，滑移面上、下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的。
位错环的柏氏矢量为b ，故其相对滑移了一个b 的距离。
(2) A'B'为右螺型位错，C'D'为左螺型位错；B'C'为正刃型位错，D'A'为负刃型位错。
位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量如附图2.3所示。
12． (1)应沿滑移面上、下两部分晶体施加一切应力τ0，的方向应与de 位错线平行。
(2)在上述切应力作用下，位错线de 将向左(或右)移动，即沿着与位错线de 垂直的方向(且在滑移面上)移动。
《材料科学基础》课后习题(西工大版)
第一章1.作图表示立方晶体的()()()421,210,123晶面及[][][]346,112,021晶向。
2.在六方晶体中，绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001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.镁的原子堆积密度和所有hcp金属一样，为0.74。
试求镁单位晶胞的体积。
已知Mg的密度3Mg/m74.1=mgρ，相对原子质量为24.31，原子半径r=0.161nm。
5.当CN=6时+Na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nm1246.0=Nir。
试确定在镍的（100），（110）及（111）平面上12mm中各有多少个原子。
8.石英()2SiO的密度为2.653Mg/m。
试问：1)13m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（假设原子是球形的）？9.在800℃时1010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910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J）。
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 ,试问这种看法是否正确？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。
西北工业大学《材料科学基础》课后题答案
1． 有关晶面及晶向附图2.1所示。
2． 见附图2.2所示。
3． {100}＝(100)十(010)+(001)，共3个等价面。
{110}＝(110)十(101)+(101)+(011)+(011)+(110)，共6个等价面。
{111}＝(111)+(111)+(111)+(111)，共4个等价面。
)121()112()112()211()112()121()211()121()211()211()121()112(}112{+++++++++++=共12个等价面。
4． 单位晶胞的体积为V Cu ＝0.14 nm 3(或1.4×10-28m 3) 5． (1)0.088 nm ；(2)0.100 nm 。
6． Cu 原子的线密度为2.77×106个原子/mm 。
Fe 原子的线密度为3.50×106个原子/mm 。
7． 1.6l ×l013个原子/mm 2；1.14X1013个原子/mm 2；1.86×1013个原子/mm 2。
8． (1) 5.29×1028个矽原子/m 3； (2) 0.33。
9． 9. 0.4×10-18/个原子。
10． 1.06×1014倍。
11． (1) 这种看法不正确。
在位错环运动移出晶体后，滑移面上、下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的。
位错环的柏氏矢量为b ，故其相对滑移了一个b 的距离。
(2) A'B'为右螺型位错，C'D'为左螺型位错；B'C'为正刃型位错，D'A'为负刃型位错。
位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量如附图2.3所示。
12． (1)应沿滑移面上、下两部分晶体施加一切应力τ0，的方向应与de 位错线平行。
(2)在上述切应力作用下，位错线de 将向左(或右)移动，即沿着与位错线de 垂直的方向(且在滑移面上)移动。
考研必备之《材料科学基础》学霸笔记
考研必备之《材料科学基础》学霸笔记材料科学基础笔记第⼀章原⼦结构与键合概述：决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原⼦结构，原⼦间的相互作⽤、相互结合，原⼦或分⼦在空间的排列分布和运动规律以及原⼦集合体的形貌特征等。
为此，我们需要了解材料的微观构造，即其内部结构和组织状态，以便从其内部的⽭盾性找出改善和发展材料的途径。
第⼀节原⼦结构1 物质的组成物质是由⽆数微粒按⼀定⽅式聚集⽽成的，这些微粒可能是原⼦、分⼦或离⼦；分⼦是能单独存在且保持物质化学特性的⼀种微粒；原⼦是化学变化中的最⼩微粒。
2 原⼦的结构（原⼦结构直接影响原⼦间的结合⽅式）3 原⼦的电⼦结构3.1电⼦既有粒⼦性⼜具有波动性，具有波粒⼆象性。
3.2电⼦的状态和在某处出现的机率可⽤薛定谔⽅程的解/波函数来描述，即原⼦中每个电⼦的空间位置和能量可⽤四个量⼦数来确定：a主量⼦数（n）：决定原⼦中电⼦的能量及与核的平均距离（⼀般能量低的趋向近轨道,r较⼩，反之则反），即表⽰电⼦所处的量⼦壳层。
如K、L、M…，n=1,2,3；b 轨道⾓动量量⼦数（l）：表⽰电⼦在同⼀壳层内所处的能级，与电⼦运动的⾓动量有关。
如s、p、d、f…（0，1，2，…n-1）；c 磁量⼦数（m）：给出每个轨道⾓动量量⼦数的能级数或轨道数，为2l+1,决定电⼦云的空间取向；d ⾃旋⾓动量量⼦数（s）：反映电⼦不同的⾃旋⽅向，其值可取*只有n,l决定能量和能级3.3能级和能级图把电⼦不同状态对应着相同能量的现象称为简并。
将所有元素的各种电⼦态（n，l）按能量⽔平排列成能级图。
3.4核外电⼦的排布规则a 能量最低原理：电⼦的排布总是尽可能使体系的能量最低；b Pauling不相容原理：在⼀个原⼦中，不可能有上述运动状态完全相同的两个电⼦，即不能有上述四个量⼦数都相同的两个电⼦；c 洪德Hund规则：在同⼀个亚层中的各个能级中，电⼦的排布尽可能分占不同的能级，⽽且⾃旋⽅向相同（尽可能保持⾃旋不成对）；3.5 元素周期表元素是具有相同核电荷数的同⼀类原⼦的总称；元素的外层电⼦结构随着原⼦序数的递增⽽呈周期性的变化规律称为元素周期律；元素周期表是元素周期律的表现形式；元素的性质、原⼦结构和该元素在周期表中的位置三者之间有着密切的关系。
西北工业大学材料专业课考研资料
专业课试卷同一见“标题: 各高校材料专业历年试题资料共享区(不断更新中)”西北工业大学《材料科学基础》考试大纲一、考试内容1. 工程材料中的原子排列：（1）原子键合，工程材料种类、特点；（2）原子的规则排列：晶体结构与空间点陈，晶向及晶面的特点及表示，金属的晶体结构，陶瓷的晶体结构。
（3）原子的不规则排列：点、线、面缺陷的类型及特征，位错的弹性性质，实际晶体中的位错。
2. 固体中的相结构：（1）固溶体的分类、性能及特征（2）金属间化合物的分类、性能及特征；（3）玻璃相性能及特征。
3. 凝固与结晶：（1）结晶的基本规律、基本条件；（2）晶核的形成与长大；（3）结晶理论的应用。
4. 二元相图：（1）相图的基本知识；（2）二元匀晶相图及固溶体的结晶，共晶相图及共晶转变，包晶相图及包晶转变；（3）二元相图的分析方法，其他类型二元相图及其应用，相图的热力学基础。
5. 固体中的扩散：（1）扩散定律及其应用；（2）扩散的微观机理，影响扩散的因素；（3）扩散的热力学理论；（4）反应扩散。
6. 塑性变形：（1）单晶体的塑性变形；（2）多晶体的塑性变形；（3）合金的塑性变形；（4）冷变形金属的组织与性能，超塑性。
7. 回复与与结晶：（1）冷变形金属在加热时的变化；（2）回复机制；（3）再结晶及再结晶后的晶粒长大；（4）金属的热变形。
二、参考书目1. 《材料科学基础》（第二版），刘智恩，西北工业大学出版社，20032. 《材料科学基础》，胡庚祥，蔡珣，上海交通大学出版社，20003. 《材料科学基础》，石德珂，西安交通大学出版社，20004. 《材料科学基础》，潘金生，仝健民，清华大学出版社，1998综合模拟题一一、简答题（每题6分，共30分）1．原子的结合键有哪几种？各有什么特点？2．面心立方晶体和体心立方晶体的晶胞原子数、配位数和致密度各是多少？3．立方晶系中，若位错线方向为[001]，，试说明该位错属于什么类型。
西北工业大学材料科学基础考研大纲
§ 4.3 共晶相图
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相图分析 共晶转变特点 典型合金的结晶过程（平衡、非平衡）
文章来源：沭阳游戏网
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成分变化（平衡、非平衡） 共晶形成机理（形核机理、长大机理） 共晶体形貌特征（平衡、非平衡） 杠杆定律计算（相组成、组织组成）
复合材料定义、分类 复合材料的构成、各部分的作用 复合效应 界面结合种类
《材料科学基础》复习纲要（二）
重要概念
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键合、工程材料 晶体、非晶体、各向异性 点阵、晶体结构、晶胞、晶系、布拉菲点阵、晶面指数、晶向指数、晶面 晶格常数、晶胞原子数、配位数、致密度、间隙 堆垛、密排面、密排方向、堆垛次序、堆垛方向 缺陷、点缺陷、刃位错、螺位错、混合位错 柏氏矢量、滑移矢量 位错密度 滑移、攀移、交滑移、交割、割阶、扭折、塞积 位错应力场、应变能、线张力、位错线上的力 位错增殖、位错源 全位错、不全位错、堆垛层错、位错反应 晶界、相界、界面能、大角度晶界、小角度晶界、孪晶界 相、固溶体、置换固溶体、间隙固溶体 金属间化合物、玻璃相
族、晶向族
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文章来源：沭阳游戏网
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凝固、结晶、短程有序、长程有序 结构起伏（相起伏）、能量起伏、成分起伏 过冷度、形核过冷度、动态过冷度、临界过冷度、有效形核过冷度 均匀形核、非均匀形核、晶核、临界晶核、临界形核功、形核率 光滑界面、粗糙界面、垂直长大、横向长大、温度梯度、树枝状 平衡转变（结晶）、非平衡转变（结晶）、正常凝固 匀晶、共晶、包晶、共析、包析、脱溶转变 平衡分配系数、有效分配系数 微观偏析（枝晶偏析）、宏观偏析 亚共晶、共晶、过共晶、伪共晶、离异共晶、非平衡共晶、包晶转变不完 铁素体、奥氏体、珠光体、莱氏体、渗碳体、工业纯铁、钢、铸铁 液相线、固相线、液相面、固相面、中间面、液相平均成分线、固相平均 浓度三角形 垂直截面、水平界面、投影图
材料科学基础复习重点.docx
一、名词解释表面改性：是利用固体表而的吸附特性通过各种表而处理改变固体表面的结构和性质以适应各种预期的要求非化学计量化合物：不符合定比定律，正负离子的比例并不是一个简单的固定比例关系的化合物称为非化学计量化合物马氏体相变：一个晶体在外加应力的作用下通过晶体的一个分立体积的剪切作用以极迅速的速率而进行的相变称为马氏体相变。
烧结（宏观定义）：一种或多种固体粉末经过成型，在加热到一定温度后开始收缩，气孔率降低、在低于熔点温度下变成致密、坚硬的烧结体，这种过程称为烧结。
相：指系统中具有相同的物理性质和化学性质的均匀部分。
相变：物质从一个相转变为另一个相的过程。
肖特基缺陷：正常节点上的原子热起伏后获得能量离开平衡位置迁移到晶体表面，在原来位置上形成空位。
费仑克尔缺陷：晶格热振动时一些能量足够大的原子离开平衡位置后，进入间隙中，形成间隙原了，原來位置上形成空位。
配位数：晶体结构中一个原子周围与它相连的原子的数目，或离子周围与它相连异号离子的数量称为原子或离子的配位数，用CN来表示。
吸附：是一种物质的原子或分子附着在另一种物质表面的现象溶体：凡在固态条件下，一种组分（溶剂）内“溶解” 了其它组分（溶质）而形成的单一、均匀的晶态固体称为固溶体。
非均匀成核：指体系在外来质点，容器壁或者原有晶体表面上形成核。
在此类体系中，成核几率在空间各点不同，由于模型内模型壁和擦质颗粒的作用，原子依附在其上而形成核，进而降低了过冷度，使成核更加容易。
网络变形体：正离子称为网络改变离子，其单键强度小于250KJ/mol.配位多面体：在晶体结构中，与某一个阳离子（或原子）成配位关系而相邻结合的各个阴离子（或原子）它们的屮心连线所构成的多面体。
液相独立析晶：独立析晶通常在回吸过程中发生。
由于冷却速度快，被回吸的固相被析出的固相所包裹，凹吸过程不能进行，从而使液相进行另一种单独的析晶过程玻璃分相：在一定温度下，玻璃里面的硼、钠等离子出现的一定程度的聚集，形成了富硼相、富钠相区域。
西北工业大学《材料科学基础》课后题答案
1． 有关晶面及晶向附图2.1所示。
2． 见附图2.2所示。
3． {100}＝(100)十(010)+(001)，共3个等价面。
{110}＝(110)十(101)+(101)+(011)+(011)+(110)，共6个等价面。
{111}＝(111)+(111)+(111)+(111)，共4个等价面。
)121()112()112()211()112()121()211()121()211()211()121()112(}112{+++++++++++=共12个等价面。
4． 单位晶胞的体积为V Cu ＝0.14 nm 3(或1.4×10-28m 3) 5． (1)0.088 nm ；(2)0.100 nm 。
6． Cu 原子的线密度为2.77×106个原子/mm 。
Fe 原子的线密度为3.50×106个原子/mm 。
7． 1.6l ×l013个原子/mm 2；1.14X1013个原子/mm 2；1.86×1013个原子/mm 2。
8． (1) 5.29×1028个矽原子/m 3； (2) 0.33。
9． 9. 0.4×10-18/个原子。
10． 1.06×1014倍。
11． (1) 这种看法不正确。
在位错环运动移出晶体后，滑移面上、下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的。
位错环的柏氏矢量为b ，故其相对滑移了一个b 的距离。
(2) A'B'为右螺型位错，C'D'为左螺型位错；B'C'为正刃型位错，D'A'为负刃型位错。
位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量如附图2.3所示。
12． (1)应沿滑移面上、下两部分晶体施加一切应力τ0，的方向应与de 位错线平行。
(2)在上述切应力作用下，位错线de 将向左(或右)移动，即沿着与位错线de 垂直的方向(且在滑移面上)移动。
(NEW)陶杰《材料科学基础》笔记和典型题(含考研真题)详解
③ 高级晶族是指对称型中高次轴多于一个。 3．微观对称元素 微观对称元素是指微观特有的对称元素，主要有如下几种： （1）点阵沿着点阵中某一方向上任何两点的矢量进行平移，点阵可 以复原，则该方向的轴线称为平移轴 （2）晶体内部的相同部分绕一轴线周期转动，并且附以轴向平移可 以得到重复，改轴线称为螺旋轴。。 （3）滑移面是指晶体内部的相同部分沿平行于该面的直线方向平移 后再反演而会得到重复的面。 4．空间群 空间群是指把宏观对称元素的点群与微观对称元素的螺旋轴、滑移 面结合作为一部分，将其与平移再组合而形成的对称群。 六、极射投影 1．参考球和极射投影 （1）将一很小的晶体或晶胞置于一大圆球的中心，这个圆球称为参 考球。 （2）极射投影法是指一种由球面直角坐标系，即经纬网通过投影转 绘而成平面网的方法。 2．吴氏网 吴氏网是指球网坐标的极射赤面投影。 3．标准投影图 标准投影图是指以晶体的某个晶面平行于投影面作出全部主要晶面
目 录
第一部分 复习笔记 第1章 晶体学基础 第2章 固体材料的结构 第3章 固体中的扩散 第4章 凝 固 第5章 相 图 第6章 固态相变的基本原理 第7章 晶体缺陷 第8章 材料表面与界面 第9章 金属材料的变形与再结晶 第10章 非金属材料的应力－应变行为与变形机制
第二部分 典型例题 第三部分 名校考研真题
c．所选取单胞的体积要最小。 （2）点阵常数 点阵常数，又称晶格参数是指单胞的三个棱边长度a、b、c及其夹 角α、β、γ这6个点阵常数，或者说3个点阵矢量a、b、c。 2．七大晶系和14种布拉菲点阵
表1-1 七大晶系和14种布拉菲点阵
三、晶向指数与晶面指数 1．晶向指数的确定步骤 （1）以晶胞的某一阵点为原点，三个基矢为坐标轴，并以点阵基矢
西北工业大学材料工程材料科学基础2017年硕士学位研究生入学考试试题
西北工业大学2017年硕士学位研究生入学考试试题（材料工程材料科学基础832）_________________________________________________________________________________________________________一、简答题1.从热力学上阐述一级相变和二级相变的特点。
答：①一级相变：相变时两相的化学位相等，而化学位对温度及压力的一阶偏微分（－S,V）不等的相变。
伴随潜热的释放和体积的改变。
如蒸发、升华、熔化以及大多数固态晶型转变属于此类。
②二级相变：相变时两相的化学位相等，化学位的一阶偏微分也相等，但二阶偏微分不相等的相变。
没有相变潜热和体积改变，有比容、压缩系数、膨胀系数变化，如磁性转变、有序－无序转变、超导转变等属于此类。
2.固溶体产生成分过冷的临界条件，对固溶体生长形态的影响答：①条件：G/R<mC0(1-k0)/Dk0 合金固有参数：m, k0; 实验可控参数：G, R。
②成分过冷对生长形态的影响正温度梯度下）G越大，成分过冷越大－生长形态：平面状－胞状－树枝状。
3.伯氏矢量相同的一大一小两个位错环，在相同的切应力作用力下，哪个容易开动，为什么？答：大的位错环容易开动，保持位错弯曲所需的切应力：τ＝Gb/2r，位错环越大，所需的切应力越小。
4.简述屈服和应变时效的机理。
5.何为热变形？热变形的软化机理。
答：热变形：在再结晶温度以上的加工变形。
软化机制：动态回复位错增殖与位错抵消平衡；动态再结晶变形造成的畸变与无畸变晶粒的形成平衡。
二、作图计算题1.已知铜的点阵常数a，计算铜的最短单位位错长度。
答：最短单位位错为a/2【110】2.如图所示，在Ni和Ta中间插入一个0.05cm厚的MgO层作为扩散屏障以阻止Ni和Ta两种金属之间的相互作用。
在1400 ℃时，Ni原子能穿过MgO层扩散到Ta中。
计算每秒钟通过MgO层的Ni原子数。
西北工业大学材料科学基础考研复习第一章
答案
简述位错增殖（F-R源）过程 A.B段位错两端A.B被钉扎不能移动，当外加切应力τ 作用时，AB将受到F=τ b 的作用，因为两端固定，故只能向前弯曲，两端则分别绕A.B发生回旋， 当两端弯曲出来的线段相互靠近时，由于该两段位错平行于b，属于左螺 位错和右螺位错，它们会相互抵消，形成一闭合的位错环和位错环内的一 小段弯曲位错线。在外力继续作用下，位错环将向外扩张，移出晶面，产 生一个b的滑移，而环内的弯曲曲线，在线张力作用下变直，重新形成一 个位错源，在τ 作用下继续释放位错环。
面缺陷
晶界特征 1.晶界——畸变——晶界能——向低能量状态转化——晶 粒长大、晶界变直——晶界面积较小 2.阻碍位错运动——强度值升高——引起细晶强化 3.位错、空位等缺陷多——晶界扩散速度高 4.晶界能量高，结构复杂——容易满足固态相变的条件— —固态相变的首发地 5.化学稳定性——晶界容易受腐蚀 6.微量元素、杂质富集
第一章 工程材料中的原子排列
一. 固体中原子的结合键：（考点一） 金属键，共价键，离子键，分子键，氢键 主要考点：各价键的特点 问题：从结合键角度分析金属塑性优于陶瓷的原因。（2013考题） 二. 原子规则排列： 1.晶体学基础 晶体、晶体结构、空间点阵、晶格、晶胞的定义（看） 布拉菲点阵主要记住立方点阵（体心立方，面心立方）及密排六方 点阵
• 螺位错 原子面部分错动一个原子间距 形成不吻合过渡区。 螺位错分为左螺位错和右螺位 错，两者有本质区别
位错线只能终止在晶体表面 或晶界上，而不能中断于晶体 的内部，在晶体内部，它只能 形成封闭的环或与其他位错相 遇于节点而形成位错网络。
• 柏氏矢量——反映位错区畸变的 方向与程度 求法： （1）包含位错线做一封闭回路— —柏氏回路 （2）将同样的回路置于完整的晶 体中——不能闭合 （3）补一矢量（终点指向起点） 使回路闭合——柏氏矢量 特性： （1）满足右螺旋和规则时，柏氏 矢量与柏氏回路路径无关——唯 一性 （2）用柏氏回路求得的柏氏矢量 为回路中包围的所有位错柏氏矢 量的总和——可加性 （3）同一位错，柏氏矢量处处相 同——同一性
材料科学基础复习提纲1(第3章)
������ 2
[1�10]
→
������ 6
[1�21�]
+
������ 6
[2�11]
������<112>的分位错通常叫做肖克利不全位错
������
通常把一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位
错组态称为扩展位错，图 3.44 就是������ [1�10]扩展位错的示意图。 2
2、位错的攀移
攀移的定义 攀移的本质 攀移时位错线的运动方向正好跟柏氏矢量垂直。
攀移的机制跟滑移的区别
三种有利于位错攀移运动的进行的工艺
小结
位错线的滑移的特点： 位错线的攀移的特点：
3、运动位错的交割
位错交割的定义和分类
3.1 割阶与扭折
割阶与扭折的定义与几何模型
不同类型位错的割阶与扭折的类型
3.2 典型的位错交割
3、晶面能
晶界能，或称晶界自由能，记作 γG，（单位为 J/m2）。
小角度晶界能 γG 与位向差 θ 有关：
������ = ������������������(������ − ������)
������0
=
������������2 ，A
4������（1−υ）
是积分常数。
������������−������ + ������������−������������������������������ + ������������−������������������������������ = ������
或者
������������−������ = ������������−������ = ������������−������ ������������������������ ������������������������ ������������������������
西北工业大学材料科学基础第八章_固态相变讲解
核
长
大
19
第 八
第三节 固态相变的晶核长大
章
固
2 晶核生长速率
态
（1）界面控制长大 新相生成时无成分变化(只有结构、
相 变
有序度变化）短程输送 u=exp(-Q/kT)[1-exp(-△Gv/kT)]
第
二
节
形 核 长 大
晶核长大速率是扩散系数D和相变驱动力△Gv的综合影响。20
一
固态相变困难
节
固态相变均匀形核的可能性很小，非均匀形核（依靠
概
晶体缺陷）是主要的形核方式。
述
点…
晶格畸变、自由能高，
缺陷类型 线… 促进形核及相变。
面…
12
第 八
第二节 固态相变的形核
章
固
二 非均匀形核
态
相 变
表面能高，降低△G*
（1）晶界形核 新相在母相表面部分界面重建，降低
第 二 节
界面能 结构混乱，易扩散，利于扩散相变
格。（如珠光体、奥氏体转变，Fe,C都可扩散。）
第
（2）非扩散型：旧相原子有规则地、协调一致地通过
一 节
切变转移到新相中；相界面共格、原子间的相邻 关系不变；化学成分不变。（如马氏体转变，Fe,C都不
概
扩散。）
（3）半扩散型：既有切变，又有扩散。（如贝氏体
述
转变，Fe切变，C扩散。）
8
第 八
第一节 概 述
第
一
惯习方向 （母相） 惯习面
节
概
原因：沿应变能最小的方向和界面能最低的界面发
述
展。
6
第 八
第一节 概 述
章
固
(NEW)陶杰《材料科学基础》笔记和典型题(含考研真题)详解
原子价是指一种原子与其他元素化合的能力。 （5）原子稳定性 原子倾向于或者填满其外壳层sp能级，使之具有8个电子，或者让 它们完全空着。假如原子的价数是0，即没有电子参与化学反应，则该 元素是惰性的。 3．周期表与周期性 （1）原子结构与元素周期表 ① 元素周期表是指将已发现的元素按其化学性质及物理性质的相似 性和周期性分组分周期排列成的表； ② 各元素在周期表中的周期数等于该元素原子的最大主量子数，即 电子层数； ③ 各元素在周期表中的族数则与某些电子层中的电子数有关； ④ 元素周期表的分区则是根据原子的外层电子分布进行的； ⑤ 外层电子填充在d轨道的元素都称为过渡族元素； ⑥ 外层电子填充在4f轨道上的元素都称为镧系元素； ⑦ 从能级图可知，对过渡族元素都是变价的。 （2）元素性质的周期性与原子结构的关系 ① 原子半径周期变化规律 a．对于主族元素，同一周期中，从左至右原子半径逐渐减小。 （零族元素的范德瓦耳斯半径除外）。 b．同一族中自上而下电子层数依次增多，所以原子半径逐渐增 大。
化学键主要有金属键、共价键、离子键和分子键四类。 ① 金属键 金属中原子大多以金属键相结合。 ② 共价键 亚金属大多以共价键相结合。 ③ 离子键 离子键是指失掉电子的正离子和得到电子的负离子依靠静电引力而 结合在一起，所形成的化学键。 ④ 分子键（范德瓦耳斯链） 分子键是指以弱静电吸引的方式使分子或原子团连接在一起的。 （2）结合能 ① 两个原子相距无限远时，即r→∞时，原子间的作用力ƒ总为0，可 以令此时的势能值E为参考值，取其为0； ② r＞r0时，吸引力大于斥力，ƒ（r）＜0； ③ r＜r0时，斥力大于吸引力，ƒ（r）＞0； ④ 当r＝r0时，吸引力和斥力平衡，ƒ（r）＝0。 （3）不同类型结合键的特性 ① 键结合的多重性； ② 不同键结合的特性存在主次之分。 二、金属及合金相的晶体结构 1．典型金属的晶体结构
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第一章材料中的原子排列第一节原子的结合方式1 原子结构2 原子结合键（1）离子键与离子晶体原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。
如氧化物陶瓷。
（2 ）共价键与原子晶体原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。
如高分子材料。
（3 ）金属键与金属晶体原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。
如金属。
金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。
（3 ）分子键与分子晶体原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。
分子晶体：熔点低，硬度低。
如高分子材料。
氢键：（离子结合）X-H---Y （氢键结合），有方向性，如O-H —O（4 ）混合键。
如复合材料。
3 结合键分类（1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。
（2）二次键（物理键）：分子键和氢键。
4 原子的排列方式（1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。
长程有序，各向异性。
（2 ）非晶体：--------------------- 不规则排列。
长程无序，各向同性。
第二节原子的规则排列一晶体学基础1 空间点阵与晶体结构（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。
图1-5特征：a 原子的理想排列；b 有14 种。
其中：空间点阵中的点－阵点。
它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。
描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。
空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。
（2）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。
特征：a 可能存在局部缺陷；b 可有无限多种。
2 晶胞图1－6（1 ）―――:构成空间点阵的最基本单元。
（2 ）选取原则：a 能够充分反映空间点阵的对称性；b 相等的棱和角的数目最多；c 具有尽可能多的直角；d 体积最小。
（3 ）形状和大小有三个棱边的长度a,b,c及其夹角a , B表示。
（4）晶胞中点的位置表示（坐标法）。
3布拉菲点阵图1 —714 种点阵分属7 个晶系。
4 晶向指数与晶面指数晶向：空间点阵中各阵点列的方向。
晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。
国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。
（1）晶向指数的标定a建立坐标系。
确定原点（阵点）、坐标轴和度量单位（棱边）。
b 求坐标。
u' ,v ' ,w '。
c化整数。
u,v,w.d 加［］。
［uvw］。
说明：a指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向。
b负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向。
c晶向族：晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向。
用＜uvw＞表示, 数字相同，但排列顺序不同或正负号不同的晶向属于同一晶向族。
（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）。
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=O;f若晶面与晶向垂直，则u=h, k=v, w=l 。
（3）六方系晶向指数和晶面指数a六方系指数标定的特殊性：四轴坐标系（等价晶面不具有等价指数）。
b晶面指数的标定标法与立方系相同（四个截距）；用四个数字（hkil）表示；i=-（h+k）。
c晶向指数的标定标法与立方系相同（四个坐标）；用四个数字（uvtw）表示；t=-（u+w）。
依次平移法：适合于已知指数画晶向（末点）。
坐标换算法：［UVW］~［uvtw］ u=（2U-V）/3, v=（2V-U）/3, t=-（U+V）/3, w=W 。
（4）晶带a ――:平行于某一晶向直线所有晶面的组合。
晶带轴‘晶带面‘b性质：晶带用晶带轴的晶向指数表示；晶带面//晶带轴；hu+kv+lw=0c晶带定律凡满足上式的晶面都属于以［uvw］为晶带轴的晶带。
推论：（a）由两晶面（h1k1l1）（h 2k2l2）求其晶带轴［uvw］:u=k 1l2-k 2l1; v=l 1h2-l 2h1; w=h 1k2-h2k1。
（b）由两晶向［u 1V1w 1］［u 2V2w2］求其决定的晶面（hkl）。
H=V1w1-V2w2； k=w 1u2-w 2u 1; l=u 1V2-u 2V1。
（5）晶面间距a ――:一组平行晶面中，相邻两个平行晶面之间的距离。
b计算公式（简单立方）：d=a/（h 2+k 2+l 2）1/2注意：只适用于简单晶胞；对于面心立方hkl不全为偶、奇数、体心立方h+k+l= 奇数时，d （hkl）=d/2。
典型晶体结构及其几何特征1三种常见晶体结构面心立方（A1, FCC ）体心立方（A1, BCC ）密排六方（A3, HCP ）晶胞原子数 4 26点阵常数 a=2/2r a=4/3/3r a=2r 配位数 12 8 ( 8 + 6)12 致密度 0.74 0.68 0.74 堆垛方式 ABCABC..ABABAB..ABABAB..结构间隙 正四面体正八面体四面体扁八面体四面体正八面体（个数） 8 4 12 612 6 (r B /r A )0.225 0.414 0.29 0.15 0.2250.414配位数（CN ）:晶体结构中任一原子周围最近且等距离的原子数。
致密度（K ）：晶体结构中原子体积占总体积的百分数。
K=nv/V 间隙半径（r B ）:间隙中所能容纳的最大圆球半径。
2离子晶体的结构（1 ）鲍林第一规则（负离子配位多面体规则）：在离子晶体中，正离子周围形成一个负离子配位多面体，正负离子间的平衡距离取决于正负离子半径之和，正离子的配位数取决于正负离子的半径比。
（2） 鲍林第二规则（电价规则含义）：一个负离子必定同时被一定数量的负离子配位 多面体所共有。
（3） 鲍林第三规则（棱与面规则）：在配位结构中，共用棱特别是共用面的存在，会 降低这个结构的稳定性。
3共价键晶体的结构（1） 饱和性：一个原子的共价键数为 8-N 。
（2） 方向性：各键之间有确定的方位（配位数小，结构稳定） 三多晶型性元素的晶体结构随外界条件的变化而发生转变的性质。
四影响原子半径的因素（1） 温度与应力（2） 结合键的影响（3） 配位数的影响 （高配位结构向低配位结构转变时，体积膨胀，原子半径减小减 缓体积变化。
（4） 核外电子分布的影响（一周期内，随核外电子数增加至填满，原子半径减小至 一最小值。
第三节原子的不规则排列原子的不规则排列产生晶体缺陷。
晶体缺陷在材料组织控制（如扩散、相变）和性能 控制（如材料强化）中具有重要作用。
晶体缺陷：实际晶体中与理想点阵结构发生偏差的区域。
（晶体缺陷可分为以下三类。
）在三维空间各方向上尺寸都很小的缺陷。
如空位、间隙原子、异类原子等。
在两个方向上尺寸很小，而另一个方向上尺寸较大的缺陷。
主要是位错。
在一个方向上尺寸很小，在另外两个方向上尺寸较大的缺陷。
如晶界、相界、 一点缺陷1点缺陷的类型图1 — 31（1） 空位：肖脱基空位-离位原子进入其它空位或迁移至晶界或表面。
弗兰克尔空位一离位原子进入晶体间隙。
（2） 间隙原子：位于晶体点阵间隙的原子。
（3） 置换原子：位于晶体点阵位置的异类原子。
2 点缺陷的平衡浓度（1）点缺陷是热力学平衡的缺陷－在一定温度下，晶体中总是存在着一定数量的点缺 陷（空位），这时体系的能量最低－具有平衡点缺陷的晶体比理想晶体在热力学上更为稳定。
（原因：晶体中形成点缺陷时， 体系内能的增加将使自由能升高， 但体系熵值也增加了，这 一因素又使自由能降低。
其结果是在 G-n 曲线上出现了最低值，对应的 n 值即为平衡空位 数。
）（2 ）点缺陷的平衡浓度C=Aexp （- ?Ev/kT ）点缺陷 线缺陷 面缺陷 表面等。
3 点缺陷的产生及其运动（1）点缺陷的产生平衡点缺陷：热振动中的能力起伏。
过饱和点缺陷：外来作用，如高温淬火、辐照、冷加工等。
（2）点缺陷的运动（迁移、复合－浓度降低；聚集－浓度升高－塌陷）4 点缺陷与材料行为（1）结构变化：晶格畸变（如空位引起晶格收缩，间隙原子引起晶格膨胀，置换原子可引起收缩或膨胀。
）（2 ）性能变化：物理性能（如电阻率增大，密度减小。
）力学性能（屈服强度提高。
）二线缺陷（位错）位错：晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。
意义：（对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性的作用，对材料的扩散、相变过程有较大影响。
）位错的提出：1926 年，弗兰克尔发现理论晶体模型刚性切变强度与与实测临界切应力的巨大差异（2〜4个数量级）。
1934 年，泰勒、波朗依、奥罗万几乎同时提出位错的概念。
1939 年，柏格斯提出用柏氏矢量表征位错。
1947 年，柯垂耳提出溶质原子与位错的交互作用。
1950 年，弗兰克和瑞德同时提出位错增殖机制。
之后，用TEM 直接观察到了晶体中的位错。
1 位错的基本类型（1 ）刃型位错模型：滑移面/半原子面/位错线（位错线丄晶体滑移方向，位错线丄位错运动方向，晶体滑移方向// 位错运动方向。
）分类：正刃型位错（丄）；负刃型位错（丁）。
（2）螺型位错模型：滑移面/位错线。
（位错线//晶体滑移方向，位错线丄位错运动方向，晶体滑移方向丄位错运动方向。
）分类：左螺型位错；右螺型位错。
（3）混合位错模型：滑移面/位错线。
2 位错的性质（1）形状：不一定是直线，位错及其畸变区是一条管道。
（2）是已滑移区和未滑移区的边界。
（3）不能中断于晶体内部。
可在表面露头，或终止于晶界和相界，或与其它位错相交，或自行封闭成环。
3 柏氏矢量（1）确定方法（避开严重畸变区）a 在位错周围沿着点阵结点形成封闭回路。
b 在理想晶体中按同样顺序作同样大小的回路。
c 在理想晶体中从终点到起点的矢量即为――。
（2）柏氏矢量的物理意义a 代表位错，并表示其特征（强度、畸变量）。
b 表示晶体滑移的方向和大小。
c 柏氏矢量的守恒性（唯一性）：一条位错线具有唯一的柏氏矢量。
d 判断位错的类型。
（3）柏氏矢量的表示方法a 表示:b =a/n[uvw] （可以用矢量加法进行运算）。
b 求模：/b/=a/n[u 2+v 2+w 2]1/2。
4 位错密度（1）表示方法：p = K/Vp=n/A（2）晶体强度与位错密度的关系（T - p图）。
（3）位错观察：浸蚀法、电境法。
5 位错的运动（1 ）位错的易动性。