材料科学与工程基础-自测评第二、三章
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案第⼀章原⼦排列与晶体结构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r与点阵常数a的关系是;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r与点阵常数a的关系是;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r与点阵常数a 的关系是。
2.Al的点阵常数为,其结构原⼦体积是,每个晶胞中⼋⾯体间隙数为,四⾯体间隙数为。
3.纯铁冷却时在912e 发⽣同素异晶转变是从结构转变为结构,配位数,致密度降低,晶体体积,原⼦半径发⽣。
4.在⾯⼼⽴⽅晶胞中画出晶⾯和晶向,指出﹤110﹥中位于(111)平⾯上的⽅向。
在hcp晶胞的(0001)⾯上标出晶⾯和晶向。
5.求和两晶向所决定的晶⾯。
6 在铅的(100)平⾯上,1mm2有多少原⼦已知铅为fcc⾯⼼⽴⽅结构,其原⼦半径R=×10-6mm。
第⼆章合⾦相结构⼀、填空1)随着溶质浓度的增⼤,单相固溶体合⾦的强度,塑性,导电性,形成间隙固溶体时,固溶体的点阵常数。
2)影响置换固溶体溶解度⼤⼩的主要因素是(1);(2);(3);(4)和环境因素。
3)置换式固溶体的不均匀性主要表现为和。
4)按照溶质原⼦进⼊溶剂点阵的位置区分,固溶体可分为和。
5)⽆序固溶体转变为有序固溶体时,合⾦性能变化的⼀般规律是强度和硬度,塑性,导电性。
6)间隙固溶体是,间隙化合物是。
⼆、问答1、分析氢,氮,碳,硼在-Fe 和-Fe 中形成固溶体的类型,进⼊点阵中的位置和固溶度⼤⼩。
已知元素的原⼦半径如下:氢:,氮:,碳:,硼:,-Fe:,-Fe :。
2、简述形成有序固溶体的必要条件。
第三章纯⾦属的凝固1.填空1. 在液态纯⾦属中进⾏均质形核时,需要起伏和起伏。
2 液态⾦属均质形核时,体系⾃由能的变化包括两部分,其中⾃由能是形核的阻⼒,是形核的动⼒;临界晶核半径r K与过冷度vT关系为,临界形核功vG K等于。
材料科学与工程基础习题答案 (1)
第一章 原子排列与晶体结构1.[110], (111), ABCABC…, 0.74 , 12 , 4 , a r 42=; [111], (110) , 0.68 , 8 , 2 , a r 43= ;]0211[, (0001) , ABAB , 0.74 , 12 , 6 , 2a r =。
2. 0.01659nm 3 , 4 , 8 。
3. FCC , BCC ,减少 ,降低 ,膨胀 ,收缩 。
4. 解答:见图1-15.解答:设所决定的晶面为(hkl ),晶面指数与面上的直线[uvw]之间有hu+kv+lw=0,故有: h+k-l=0,2h-l=0。
可以求得(hkl )=(112)。
6 解答:Pb 为fcc 结构,原子半径R 与点阵常数a 的关系为ar 42=,故可求得a =0.4949×10-6mm 。
则(100)平面的面积S =a 2=0.244926011×0-12mm 2,每个(100)面上的原子个数为2。
所以1 mm 2上的原子个数s n 1==4.08×1012。
第二章合金相结构一、 填空1) 提高,降低,变差,变大。
2) (1)晶体结构;(2)元素之间电负性差;(3)电子浓度 ;(4)元素之间尺寸差别 3) 存在溶质原子偏聚 和短程有序 。
4) 置换固溶体 和间隙固溶体 。
5) 提高 ,降低 ,降低 。
6) 溶质原子溶入点阵原子溶入溶剂点阵间隙中形成的固溶体,非金属原子与金属原子半径的比值大于0.59时形成的复杂结构的化合物。
二、 问答1、 解答: α-Fe 为bcc 结构,致密度虽然较小,但是它的间隙数目多且分散,间隙半径很小,四面体间隙半径为0.291Ra ,即R =0.0361nm ,八面体间隙半径为0.154Ra ,即R =0.0191nm 。
氢,氮,碳,硼由于与α-Fe 的尺寸差别较大,在α-Fe 中形成间隙固溶体,固溶度很小。
本科课程《材料科学与工程基础》教学大纲 (1)
四川大学本科课程《材料科学与工程基础》教学大纲一、课程基本信息课程名称(中、英文):《材料科学与工程基础》(FUNDAMENTALS OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING)课程号(代码):30014530课程类别:专业基础课学时/学分:48 /3先修课程:大学化学、大学物理、物理化学适用专业:高分子材料与工程等二级学科材料类专业开课时间:大学二年级下期二、课程的目的及任务材料科学与工程是二十世纪六十年代初期创立的研究材料共性规律的一门学科,其研究内容涉及金属、无机非金属和有机高分子等材料的成分、结构、加工同材料性能及材料应用之间的相互关系。
材料科学、材料工业和高新技术的发展要求高分子材料与工程等二级学科材料类专业的学生必须同时具备“大材料”基础和“中材料”专业的宽厚知识结构。
本课程是材料类专业的学科基础课程,是联系基础课与专业课的桥梁。
本课程从材料科学与工程的“四要素”出发,采用“集成化”的模式,详细讲授金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料等各种材料的共性规律及个性特征。
使学生建立材料制备/加工——组成/结构——性能---应用关系的“大材料”整体概念,从原理上认识高分子材料等各种材料的基本属性,及其在材料领域中的地位和作用。
为以后二级学科“中材料”专业课程的学习、材料设计、以及材料的应用等奠定良好基础。
本课程采用中文教材与英文原版教材相结合,实施“双语”教学。
使学生通过本课程的学习,熟悉材料科学与工程领域的主要英文专业词汇,提高对英文教材的阅读理解能力。
三、课程的教学内容、要点及学时分配(以红字方式注明重点难点)第一章绪论(1学时)本章概要:简要介绍材料的定义及分类,材料科学与工程的基本内容。
使学生了解本课程的学习内容和学习方法。
讲授要点:材料的定义、分类材料科学与工程的定义、性质、重要性(举例)课程学习的目的、方法、要求第二章材料结构基础(15学时)本章概要:按照从微观到宏观、从内部到表面、从静态到动态、从单组分到多组分的顺序,阐述原子电子结构、原子间相互作用和结合方式,固体内部和表面原子的空间排列状态、聚集态结构的有序性、无序性和转变规律及相互关系。
材料科学与工程基础-2
五、晶粒大小的控制 晶体中晶粒的大小,对金属性能有很大的影响。晶体越细, 金属的强度、硬度、韧性等机械性能越好。 由凝固理论可知,单位体积晶粒数决定于形核率N和长大速 度Vg两个因素。因此控制形核率和形核速度也就控制了晶粒的大 小。 晶粒大小的控制方法: (1)增加过冷度; (2)变质处理; (3)振动、搅拌
2
σ 代入, 把r = − ∆2GV 代入, ddr∆2G = 8∆GV πr + 8σπ
得:
∗ K
d 2 ∆G dr 2
2 = −8πσ ≤ 0;故在 r ≤ − ∆σ 处有极大值点, G 处有极大值点,
σ 有最大值: 记为rk = − ∆2GV ,此时 ∆G有最大值:
∆G =
16πσ 3 2 3 (∆G)
∆GK称为临界形核功,rK称为临界形核半径。 当r<rK时,晶胚的长大使∆G增大,由于自发过程 向吉布斯自由能减小的方向进行,故此时晶胚不能长 大,而被重熔。 当r≥rK时,晶胚的长大使∆G减小,所以能自发进 行,晶胚能长大成为晶核。
非均匀形核 σLα 先来研究一下非均匀形核的机理: 液体L S1 晶核α 假设一晶核S以球冠形状形成于 θ 基底C平面表面上,如图所示: σαβ σLβ S2 σLS、σLC、Σcs分别为 基底β r L—S,L—C,C—S之间的单位界面能; θ为润湿角; 非均匀形核示意图 A1为半径为rsinθ的圆面积, A2为球冠的表面积,V为球冠的体积; 由表面张力平衡关系知: σLScosθ+σsc=σLC A1=π(rsinθ)2
第二章 材料的凝固 Material Concretion
材料由液态转变为固态的过程称为 凝固,由于材料通常在固态下使用, 所以凝固常常作为材料制备的基本 手段。如果凝固后得到晶体,这种 凝固过程就称为结晶。
《材料科学基础》试卷及参考答案
《材料科学基础》试卷及参考答案一. 选择题:(共15小题,每小题2分,共30分)。
1. 在下列材料中,哪一类材料结晶时,液-固界面为粗糙界面?( )A. 金属材料B. 无机材料C. 高分子材料D. 半导体材料 2. 在三元系中有右图的两种三相平衡区,它们的反应类型分别为( )。
A. (a )是包晶型,(b )是共晶型B. (a )是共晶型,(b )是包晶型C. (a )、(b )均为包晶型D. (a )、(b )均为共晶型3. 高分子材料随温度的变化,通常有玻璃态、高弹态和粘流态三个物理状态。
则橡胶的工作状态是( )。
A. 玻璃态B. 高弹态C. 粘流态D. 高弹态 、粘流态和玻璃态 4. 4p 原子轨道径向分布图中峰数为多少?其钻穿能力比4d ( )? A. 3,强 B. 2,强 C. 3,弱 D. 2,弱 5. 在硅酸盐玻璃中减少变性体的量,会使( )。
A. 桥氧含量下降,粘度增大B. 桥氧含量增多,粘度减小C. 桥氧含量下降,粘度减小D. 桥氧含量增多,粘度增大6. 在晶体中形成空位时,离位原子迁移到晶体表面,这样的缺陷称为( )。
A. 面缺陷 B. 线缺陷 C. 肖脱基缺陷 D. 弗兰克尔缺陷7. 在由扩散控制的反应扩散,相宽度变化关系式为t B L j =∆;由相界面反应速度控制时,新相厚度与时间呈线性关系dt C K d iυχ=。
在实际反应扩散过程中,反应扩散后期受( )控制。
A. 界面反应速度 B. 扩散 C. 界面反应速度和扩散 D. 无法确定8. 关于刃型位错应力场,下列说法哪种是不正确的?( )A. 各种应力分量的大小与r 成反比B. 应力场对称于多余的半原子面C. 滑移面上只有正应力,无切应力D. 应力场是轴对称的 9. 下列说法正确的是( )。
A. 点缺陷是热力学不稳定缺陷B. 两位错交割必形成割阶C. 线缺陷是热力学不稳定缺陷D. 空位形成能大于间隙形成能10. 面心立方的配位数,四面体空隙数及晶胞原子数分别为( )。
材料科学基础-第3章
液相的宏观流动会增加形核率; 强电场或强磁场能增加形核率。
第3章 凝固原理
§3.4晶核的长大
晶体长大条件: 1. 液相中原子不断向晶体扩散提供原子 (有足够高的温度) 2. 晶体表面能不断而牢固地接纳原子 (固液界面结构、温度分布、散热方 向等)。
§3.4.2 液-固界面的微观结构
3.3.1.1 晶胚形成时能量的变化 体积自由能△GV 降低(结晶驱动力) 表面自由能△GS 升高(结晶阻力)
设 晶胚为球形,半径为r,表面积为 S,体积为V,过冷液体中出现一个 晶胚时的总的自由能变化(△G): △ G = △ G V+ △ G S = V△Gv+σS = (4/3)πr3△Gv+4πr2σ r=rc时,△G最大; r<rc时,晶胚不稳定,难以长大,最终熔化而消失; r>rc时,晶胚成为稳定的晶核。
§3.3.1 均匀形核
3.3.1.3 形核功 临界形核功(A):形成临界晶核时需额外对形核所做的功。
rk 2 Tm 1 2 GV Lm T
A Gmax
1 16 3Tm2 1 S 2 3 3Lm T 2
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。
§3.3.1 均匀形核
3.3.1.4 形核率(N)
纯金属均匀形核的有效过冷度为: △Tp=0.2Tm (绝对温度)
第3章 凝固原理
非均匀形核
第3章 凝固原理
液固界面的微观结构
光滑界面
粗糙界面 从原子尺度 观察,这种界 面是粗糙的,又称 为非小平面界面
从原子尺度观 察,这种界面是 光滑平整的。 通常为密排晶面
材料科学与工程基础_四川大学3中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
材料科学与工程基础_四川大学3中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.图示结构K截面的弯矩为:答案:2.图示结构CD杆的内力是:答案:P3.图示结构A截面的弯矩和剪力为:答案:4.图示桁架1,2,3,4杆内力为:答案:5.图示结构,各杆EI、EA相同,K、H两点间的相对线位移为:答案:6.图示桁架,EA=常数,杆b的内力为:答案:7.图示结构AB杆A端的杆端弯矩为:答案:8.答案:9.在静定结构中,除荷载外,其它因素如温度改变,支座移动等:答案:均不引起内力;10.图示桁架内力为零的杆有:答案:8根;11.图示结构a杆的轴力为:答案:4P12.图示圆拱中支座C的竖向反力为:答案:13.图示各结构中,除特殊注明者外,各杆件EI=常数。
其中不能直接用力矩分配法计算的结构是:答案:14.答案:15.静定结构的内力计算与:答案:EI无关16.答案:17.图示刚架EB杆E端弯矩为()答案:Pa(左侧受拉)18.不含支座链杆,图示桁架中零杆的数目为()个答案:7 19.答案:20.如图所示,两刚架几何尺寸相同,但结构刚度和支座弹簧刚度不同,荷载大小和作用位置相同,则两刚架有关系为()答案:内力相同,位移不同21.以下叙述正确的是()答案:温度变化作用下,静定结构不产生内力22.对图示刚架,各杆抗弯刚度EI相同且为常数,三根杆件长度相同,忽略轴向变形,以下叙述正确的是()答案:23.用力矩分配法计算图示结构时,BC杆的分配系数:答案:16/2524.图示连续梁用力矩分配法求得AB杆B端的弯矩是:答案:-6kN·m25.图示结构,AC杆的A端受拉侧为:答案:弯矩为零,无受拉侧26.关于图示结构,下列说法正确的为:答案:EF杆的轴力为-ql27.图示结构的M图一定是对称的。
答案:正确28.图(a)中+t为温升值,-t为温降值,则图(a)刚架的弯矩图形状为图(b)。
答案:正确29.用位移法计算图示结构时,最少的基本未知量为两个。
材料科学考试试题
材料科学考试试题
1. 问答题
1.1 介绍金属晶体的晶体系和点阵结构。
1.2 什么是晶体缺陷?列举并简要描述几种常见的晶体缺陷。
1.3 什么是金属材料的弹性变形?它的原理是什么?
2. 简答题
2.1 请解释热处理对金属的影响以及其应用。
2.2 介绍金属材料的断裂方式及其相关理论。
2.3 什么是塑性变形?请说明金属材料的塑性变形机制。
3. 计算题
3.1 某一种金属的密度为7.87 g/cm³,原子量为63.55。
计算该金属的晶格常数。
3.2 一个长度为2 cm,宽度为1 cm,高度为0.5 cm的金属样品,
质量为10 g。
以该金属的密度和弹性模量,计算其Young氏弹性模量。
3.3 一个拉伸试验样品的长度为200 mm,直径为10 mm,抗拉强
度为400 MPa。
计算其屈服强度。
4. 综合题
4.1 请以金属焊接为例,说明材料科学在工程应用中的重要性。
4.2 分析金属材料的导热性能和导电性能与其晶体结构的关系。
4.3 以金属腐蚀为例,探讨材料科学在延长金属材料使用寿命中的应用。
以上为材料科学考试试题,希望能够全面展示学生对材料科学基础知识的掌握和应用能力。
祝考生取得优异的成绩!。
--材料科学与工程概论 作者 杜双明 全书 第2章
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第2章 材料的基本性能
3.维氏硬度 维氏硬度是为了克服洛氏硬度只能测定硬度小于450 的较软材料和其标尺太多且不能直接换算的缺点而提出的 另一种硬度测试法。
21
第2章 材料的基本性能
图2-7 维氏硬度试验原理示意
22
第2章 材料的基本性能
2.1.3 疲劳极限与蠕变极限 1.疲劳极限 疲劳是指材料或构件在循环应力或应变作用下,经一
5
第2章 材料的基本性能
图2-1 退火低碳钢拉伸曲线示意图 (a) 载荷 - 伸长曲线;(b) 工程应力 - 应变曲线
6
第2章 材料的基本性能
图2-2 退火纯铜拉伸曲线示意图
7
第2章 材料的基本性能
图2-3 典型材料拉伸曲线示意图
8
第2章 材料的基本性能
1.弹性和弹性模量
物体在外力作用下其形状和尺寸发生了改变,当外力
吸收因子 反射因子、声波阻抗等
耐蚀性
表面腐蚀
标准电极电位、腐蚀速率、腐蚀强度、耐蚀 性等
老化
性能随时间下降
各种性能 随时间变 化的稳 定性, 如老化时 间、 脆点时间等
4
第2章 材料的基本性能
2.1 材料的力学性能
2.1.1 弹性、塑性及强度 材料的弹性、塑性及强度一般通过材料单向静拉伸试
验来测定。
2
第2章 材料的基本性能
材料分为天然材料和人工材料两大类。自然界赋予了 天然材料特有的组成、结构和天然属性(性能)。
3
第2章 材料的基本性能
性能类别 力学性能
物理性能 化学性能
表 2-1 材料使用性能的分类、表现行为及相应的性能指标
基本性能
【同济大学】【材料学院】材料科学与工程基础-绪论
e kBT 1
式中f(E)称为费米分布函数,EF即是费米能量或 化学势
分布函数f具有下列性质: 当T=0K, 若E<EF,f(E)=1;
而E>EF,f(E)=0; 当T >0K,若E=EF,f(E)=1/2;
而E>EF,f(E) > 0; 若E<EF,f(E) < 1
可见,当T > 0K时,在EF附近的少量电子(比EF小kBT)因 吸收热能而跃迁到能量较高的状态。在室温下kBT ≈0.025ev, 而EF有几个电子伏特,即kBT ≈10-2 EF,因此只有少量和EF接 近的电子能跃迁。
形成库柏电子对的最佳状态是: K1+ K2= K1'+ K2'=0
5、极化子 在离子晶体中,电子的运动会影响离子的平
衡位置;它吸引正离子使之内移,排斥负离子 使之外移,从而产生离子的位移极化,导致所 在区域内电子静电势的下降,出现趋于束缚电 子的势阱,构成电子的束缚态——电子的自陷 态。这可以看成是一个准粒子(电子+晶格畸 变),称为极化子
杂化轨道:原子在化合成分子的过程中,原有(能量相近) 的原子轨道线性地组合成新的原子轨道,称为杂化轨道,但 轨道数目不变,轨道在空间的分布方向和分布情况发生改变。 原子轨道经杂化后,可使成键的相对强度加大。
分子轨道:分子中每个电子是在各个原子核和其余电子组成的 势能中运动,它的运动状态可用分子轨道描述(波函数)。 分子轨道可近似地用能量相近的原子轨道组合得到。轨道数 不变,能量改变。
晶向指数是从原点出发到达某一阵点,其方向
用该阵点的坐标来表示,并取互质的最小整数倍,
微观粒子的状态用波函数ψ(r,t)描述, 当时间改变时粒子状态(波函数)将按照薛定谔 (Schrodinger)方程进行变化.
材料工程基础智慧树知到答案2024年江苏大学
材料工程基础江苏大学智慧树知到答案2024年第一章测试1.流体的密度和比体积之间的关系为()。
A:倍数B:倒数 C:反比 D:正比答案:B2.流体的比体积表示()。
A:单位流体的质量 B:单位压强的温度C:单位质量流体所占的体积D:单位温度的压强答案:C3.流体的压缩性与()有关。
A:压力 B:湿度 C:温度 D:容器答案:A4.不可压缩流体是()A:无粘性流体B:运动流体C:平衡流体D:忽略密度变化的流体答案:D5.与牛顿内摩擦定律有关的因素是()A:压强、速度和粘度B:切应力、温度、粘度和速度C:压强、粘度和角变形。
D:流体的粘度、切应力与角变形率答案:D6.下列关于流体粘性的说法中,不准确的说法是()。
A:流体粘性具有阻碍流体流动的能力B:流体运动粘度的国际单位制单位是m2/sC:粘性是实际流体的物性之一D:构成流体粘性的因素是流体分子间的吸引力答案:D7.串联管路的总水头等于各管段水头损失之和。
()A:对 B:错答案:A8.液体的内摩擦力与液体的速度成正比。
()A:错 B:对答案:A9.粘性是液体的固有物理属性,只有在静止状态下才能显示出来。
()A:对 B:错答案:B10.如果某点的相对压强为负值,则说明该处为真空。
()A:错 B:对答案:B第二章测试1.温度对辐射换热的影响()对对流换热的影响。
A:大于 B:等于 C:可能大于、小于D:小于答案:A2.对流换热系数为1000W/(m2·K)、3温度为77℃的水流经27℃的壁面,其对流换热的热流密度为()。
A:8×104W/m2 B:5×104W/m2C:6×104 W/m2 D:7×104 W/m2答案:B3.黑体的有效辐射其本身辐射,而灰体的有效辐射()其本身辐射。
A:大于等于B:等于大于 C:等于等于 D:大于大于答案:B4.有一个由四个平面组成的四边形长通道,其内表面分别以1、2、3、4表示,已知角系数X1,2=0.4,X1,4=0.25,则X1,3为()。
材料工程基础第三、五、六章的答案
材料的性能改善
1
合金化
通过混合不同金属,改变材料的结构和性能,提高硬度和耐腐蚀性。
2
热处理
通过控制材料的加热和冷却过程,改变其组织结构和性能。
3
表面涂层
在材料表面形成保护层,提高耐磨性、耐腐蚀性和外观质量。
未来的发展方向
纳米技术
纳米技术将材料的制造和应用推向 纳米级,具有广阔的应用前景。
生物材料
生物材料在医学和生物工程领域的 应用不断拓展,具有巨大的潜力。
可持续材料
可持续材料的研发将促进环境可持 续发展和资源利用的最大化。
材料工程基础第三、五、 六章的答案
准备好探索材料工程的世界了吗?本次演示将回答材料工程基础第三、五、 六章的问题,让我们一起开始吧!
材料的特性
金属
金属是一种重要的材料,其特性包 括强度,导电性和导热性。
聚合物
聚合物是可塑性材料,具有轻质、 高强度和化学稳定性等特点。
陶瓷
陶瓷具有优异的耐热性和绝缘性能, 适用于高温和电子器件等领域。
熔点
熔点是材料从固态到液态转变的温 度,不同材料具有不同的熔点。
材料的加工
锻造
锻造是通过对金属加热和加压,改变其形状和结构。
挤压
挤压是通过将材料挤压至模具孔中,制造出所需形 状的方法。
焊接
焊接是将材料加热至熔点并使其连接在一起的方法, 常用于金属结构的制造。
Байду номын сангаас
喷涂
喷涂是将涂料喷射到材料表面形成保护层或装饰层 的方法。
1
应力分析
通过应力分析确定所需的材料特性和性能。
2
材料筛选
根据应力分析的结果,筛选满足要求的材料,考虑成本和可用性。
材料科学和工程基础第三章答案解析
材料科学和⼯程基础第三章答案解析3.8 铁具有BCC晶体结构,原⼦半径为0.124 nm,原⼦量为55.85g/mol。
计算其密度并与实验值进⾏⽐较。
答:BCC结构,其原⼦半径与晶胞边长之间的关系为:a = 4R/3= 4?0.124/1.732 nm = 0.286 nmV = a3 = (0.286 nm)3 = 0.02334 nm3 = 2.334?10-23 cm3BCC结构的晶胞含有2个原⼦,∴其质量为:m = 2?55.85g/(6.023?1023) = 1.855?10-22 g密度为ρ= 1.855?10-22 g/(2.334?10-23 m3) =7.95g/cm3 3.9 计算铱原⼦的半径,已知Ir具有FCC晶体结构,密度为22.4 g/cm3,原⼦量为192.2 g/mol。
答:先求出晶胞边长a,再根据FCC晶体结构中a与原⼦半径R的关系求R。
FCC晶体结构中⼀个晶胞中的原⼦数为4,ρ= 4?192.2g/(6.023?1023?a3cm3) = 22.4g/cm3,求得a = 0.3848 nm由a = 22R求得R = 2a/4 = 1.414?0.3848 nm/4 = 0.136 nm3.10 计算钒原⼦的半径,已知V 具有BCC晶体结构,密度为5.96g/cm3,原⼦量为50.9 g/mol。
答:先求出晶胞边长a,再根据BCC晶体结构中a与原⼦半径R的关系求R。
BCC晶体结构中⼀个晶胞中的原⼦数为2,ρ= 2?50.9g/(6.023?1023?a3cm3) = 5.96 g/cm3,求得a = 0.305 nm由a = 4R/3求得R = 3a/4 = 1.732?0.305 nm/4 = 0.132 nm3.11 ⼀些假想的⾦属具有图3.40给出的简单的⽴⽅晶体结构。
如果其原⼦量为70.4 g/mol,原⼦半径为0.126 nm,计算其密度。
答:根据所给出的晶体结构得知,a = 2R =2?0.126 nm = 0.252 nm ⼀个晶胞含有1个原⼦,∴密度为:ρ= 1?70.4g/(6.023?1023?0.2523?10-21cm3)= 7.304 g/cm33.12 Zr 具有HCP晶体结构,密度为6.51 g/cm3。
材料科学与工程基础第四章自测评题
精心整理“材料科学与工程基础”第四章共20组选择题,约300个小题。
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选择题第一组1. 材料的刚性越大,材料就越脆。
()BA.B.2. A.B.C.D.3. A B C 4. A.B.C.5. A.B.C.不变。
6. 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()DA.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()BA弹性;B粘弹性;C粘性8、均弹性摸量的表达式是()AA、E=σ/εB、G=τ/rC、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)CA、B、<10C、1011ABCD13 A ABC14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()CA.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()A,B,DA.简单拉伸;B.简单剪切;C.弯曲;D.均匀压缩3、“Tension”的意义是()AA拉伸;B剪切;C压缩4、“Compress”的意义是()CA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。
()A A.B.6、“ABC7、8、9、C.tension,shearandflexuraldeformation10、非金属态聚合物的三种力学状态是()AA、玻璃态、高弹态、粘流态。
B、固溶态、橡胶态、流动态。
C、玻璃态、高弹态、流动态。
11、玻璃化转变温度是橡胶使用的上限温度BA正确B错误12、玻璃化转变温度是非晶态塑料使用的下限温度BA正确B错误13、随着温度的降低、聚合物的应力-应变曲线发生如下变化()AA、应力增大、应变减小。
材料科学与工程基础第二章试题及答案.docx
,,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。
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。
3.请算出能进入fee银的填隙位置而不拥挤的最大原子半径。
4.碳在r-Fe (fee)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。
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。
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?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?8.在铁中加入碳形成钢。
BCC结构的铁称铁素体,在912°C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。
9.试说明为何不能用描述宏观物质的运动方程来描述微观粒子的运动状态?描述微观粒子状态变化的基本方程是什么?10.设一能级的电子占据几率为1/4,另一能级为3/4,(1)分别计算两个能级的能量比费米能高出多少KT;(2)应用计算结果说明费米分布的特点。
11.何为能带?请用能带理论解释金属、绝缘体、半导体的电学性能。
12.试解释面心立方晶体和密排六方晶体结构不同、致密度相同的原因。
13.请解释名词:空间点阵、晶胞、晶系。
14.试解释什么叫费米面和费米能。
15.试分析晶体中的点缺陷是一种热力学平衡缺陷的原因。
16.假设1% (质量分数)的B加入Fe中,a.B以间隙还是置换杂质存在?b.计算被B原子占据的位置(不论是间隙或者是置换)的分数。
材料科学与工程基础第二版考试必备宝典
第1章绪论1.材料科学与工程的四个基本要素解:制备与加工、组成与结构、性能与应用、材料的设计与应用2.金属﹑无机非金属材料﹑高分子材料的基本特性解:①金属材料的基本特性:a.金属键;b.常温下固体,熔点较高;c.金属不透明,具有光泽;d.纯金属范性大、展性、延性大;e.强度较高;f.导热性、导电性好;g.多数金属在空气中易氧化;②无机非金属材料的基本性能:a.离子键、共价键及其混合键;b.硬而脆;c.熔点高、耐高温,抗氧化;d.导热性和导电性差;e.耐化学腐蚀性好;f.耐磨损;g.成型方式:粉末制坯、烧结成型;③高分子材料的基本特性:a.共价键,部分范德华键;b.分子量大,无明显熔点,有玻璃化转变温度Tg和粘流温度Tf;c.力学状态有三态:玻璃态、高弹态和粘流态;d.质量轻,比重小;e.绝缘性好;f.优越的化学稳定性;g.成型方法较多; 第2章物质结构基础1.在多电子的原子中,核外电子的排布应遵循哪些原则解:泡利不相容原理、能量最低原理、洪特规则2.电离能及其影响电离能的因素解:电离能:从孤立原子中,去除束缚最弱的电子所需外加的能量;影响因素:①同一周期,核电荷增大,原子半径减小,电离能增大;②同一族,原子半径增大,电离能减小;③电子构型的影响,惰性气体;非金属;过渡金属;碱金属;3.混合键合实例解:石墨:同一层碳原子之间以共价键结合,层与层之间以范德华力结合;高分子:同一条链原子之间以共价键结合,链与链之间以范德华力结合;4.将离子键,共价键,金属键按有无方向性进行分类,简单说明理由有方向性:共价键无方向性:离子键,金属键③金属键:正离子排列成有序晶格,每个原子尽可能同更多的原子相结合, 形成低能量的密堆结构,正离子之间相对位置的改变不破坏电子与正离子间的结合力,无饱和性又无方向性;②共价键:共用电子云最大重叠,有方向性③离子键:正负离子相间排列,构成三维晶体结构,无方向性和饱和性5.简述离子键,共价键,金属键的区别6.为什么共价键材料密度通常要小于离子键或金属键材料金属密度高的两个原因:第一,金属有较高的相对原子质量;第二,金属键没有方向性,原子趋于密集排列;7.影响原子离子间距的因素:1温度升高, 原子间距越大, 热膨胀性;2离子价负离子的半径 > 其原子半径 > 正离子的半径3键能增强,原子距离缩短,键长减少 C-C 单, 双, 叁键;4相邻原子的数目配位数配位数增加,相邻原子的电子斥力越大, 原子间距增大;相邻原子的数目越多,原子间距结合原子或离子有效半径越大;8.原子的电子排布式按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布;解:N:1s22s22p3 O:1s22s22p4 Si:1s22s22p63s23p 2Fe:1s22s22p63s23p63d64s2 Cu:1s22s22p63s23p63d104s1Br:1s22s22p63s23p63d104s24p59.比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料在结合键上的差别;解:①金属材料:简单金属指元素周期表上主族元素的结合键完全为金属键,过渡族金属的结合键为金属键和共价键的混合,但以金属键为主;②陶瓷材料:陶瓷材料是一种或多种金属同一种非金属通常为氧相结合的化合物,其主要结合方式为离子键,也有一定成分的共价键;③高分子材料:高分子材料中,大分子内的原子之间结合方式为共价键,而大分子与大分子之间的结合方式为分子键和氢键;④复合材料:复合材料是由二种或者二种以上的材料组合而成的物质,因而其结合键非常复杂,不能一概而论;10.比较键能大小,简述各种结合键的主要特点,简述结合键类型及键能大小对材料的熔点﹑密度﹑导电性﹑导热性﹑弹性模量和塑性有何影响;解:键能大小:化学键能 > 物理键能共价键≥离子键 >金属键 >氢键 >范德华力共价键中:叁键键能 >双键键能 >单键键能结合键的主要特点:①金属键,由金属正离子和自由电子,靠库仑引力结合,电子的共有化,无饱和性,无方向性;②离子键以离子为结合单元,无饱和性,无方向性;③共价键共用电子对,有饱和性和方向性;④范德华力,原子或分子间偶极作用,无方向性,无饱和性;⑤氢键,分子间作用力,氢桥,有方向性和饱和性; 结合键类型及键能大小对材料的熔点﹑密度﹑弹性模量和塑性的影响:①结合键的键能大小决定材料的熔点高低,其中纯共价键的金刚石有最高的熔点,金属的熔点相对较低,这是陶瓷材料比金属具有更高热稳定性的根本原因;金属中过渡金属具有较高的熔点,这可能是由于这些金属的内壳层电子没有充满,是结合键中有一定比例的共价键;具有二次键结合的材料如聚合物等,熔点偏低;②密度与结合键类型有关,金属密度最高,陶瓷材料次之,高分子材料密度最低;金属的高密度有两个原因:一个是由于金属原子有较高的相对原子质量,另一个原因是因为金属键的结合方式没有方向性,所以金属原子中趋向于密集排列,金属经常得到简单的原子密排结构;离子键和共价键结合时的情况,原子排列不可能非常致密,所以陶瓷材料的密度比较低;高分子中由于是通过二次键结合,分子之间堆垛不紧密,加上组成的原子质量比较小,所以其密度最低;③弹性模量是表征材料在发生弹性变形时所需要施加力的大小;结合键的键能是影响弹性模量的主要因素,键能越大,则弹性模量越大;陶瓷250~600GPa,金属70~350GPa,高分子~;④塑性是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性;材料的塑性也与结合键类型有关,金属键结合的材料具有良好的塑性,而离子键、共价键的材料的塑性变形困难,所以陶瓷材料的塑性很差,高分子材料具有一定的塑性;11.晶体的共同性质1 确定的熔点温度升高到某一值,排列方式解体,原子成无规则堆积,呈现液体;2自发形成规则多面体外形的能力;3 稳定性能量最低状态;4 各向异性不同方向, 物理性能不同;5 均匀性一块晶体各部分的宏观性质相同12.名词解释:致密度:晶胞中原子体积的总和与晶胞体积之比;13.同素异构转变,并举例说明;解:同素异构转变:改变温度或压力等条件下,固体从一种晶体结构转变成另一种晶体结构; 例:铁在不同温度下晶体结构不同, < 906℃体心立方结构,α- Fe 906~1401℃面心立方结构,γ- Fe 1401℃~熔点1540 ℃体心立方结构,δ- Fe 高压下150kPa 密排六方结构,ε-Fe14.按键合类型,晶体分哪几类各自的键合类型和主要特点如何解:按键合类型,晶体分为:金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体; ①金属晶体:金属键结合;失去外层电子的金属离子与自由电子的吸引;无方向性和饱和性;低能量密堆结构;大多数金属晶体具有面心立方,体心立方和密排六方结构,金属晶体的原子排列比较紧密,其中面心立方和密排六方结构的配位数和致密度最高; ②离子晶体:离子键结合,无方向性和饱和性;正离子周围配位多个负离子,离子的堆积受邻近质点异号电荷及化学量比限制;堆积形式决定于正负离子的电荷数和正负相对大小;硬度高、强度大、熔点和沸点高、热膨胀系数小、脆性大、绝缘高等特点; ③共价晶体:共价键结合,具有方向性和饱和性;配位数和方向受限制,晶体的配位数为 8-N;N表示原子最外层的电子数;强度高、硬度高、脆性大、熔点高、沸点高、挥发性低、导电能力较差和结构稳定等特点;配位数比金属晶体和离子晶体低④分子晶体:范德华键合氢键结合;组元为分子,仅有范德华键时,无方向性和饱和性, 趋于密堆,分子对称性较低以及极性分子永久偶极相互作用,限制了堆砌方式;有氢键时,有方向性和饱和性;16书中各例题; 属于立方晶系d=a/√h2+k2+l2,面心立方j、k、l不全为奇数或不全为偶数时d=a/2√h2+k2+l2∴100面,d=a/2√h2+k2+l22=111面,d=a/√h2+k2+l2=112面,d=a/2√h2+k2+l2=19. 2-39在温度为912℃,铁从bcc转到fcc;此温度时铁的两种结构的原子半径分别为和,1求其变化时的体积变化V/O;从室温加热到铁1000℃,铁的体积变化解:1 bcc N1=2 fcc N2=4ρ1=N1/NaM Fe/a31,ρ2=N2/NaM Fe/a32∴ρ1/ρ2= N1a32/ N2a31=VO = V1V2/V1=1V2/ V1∴Vo =1= ∴其变化时的体积变化为;2912℃时,由bcc转变为fcc,体积减小;912℃-1000℃,受热膨胀,体积增大20. 计算面心立方、体心立方和密排六方晶胞的致密度21. 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rNa+=,rCl-=;c由计算结果,可以引出什么结论c结论:原子大小相同时,致密度与原子的大小无关;当有不同种类的原子出现时,其原子的相对大小必然影响致密度;22.有序合金的原子排列有何特点这种排列和结合键有什么关系解:特点:各组元质点分别按照各自的布拉菲点阵排列,称为分点阵,整个固溶体由各组元的分点阵组成的复杂点阵,称为超点阵或超结构;23 2-5724.如何根据固溶体密度判断固溶体类型ρc<ρe间隙式固溶体ρc=ρe置换式固溶体ρc<ρe缺位式固溶体25.举例说明非化学计量化合物判断其正负离子空缺情况组分偏移化学式的化合物即为非化学计量化合物如FeO中Fe2+氧化成Fe3+则形成阳离子空位26.书上各例题27.铝为面心立方晶体,摩尔质量为原子半径为,求铝的密度ρc=NM/NaV28.晶体缺陷的分类; 肖脱基缺陷Schottky Defect 弗仑克尔缺陷 Frenkel Defect:点缺陷对晶体性质的影响解:肖脱基缺陷:有空位,无间隙原子,原子逃逸到晶体外表面或内界面晶界; 弗仑克尔缺陷:同时形成等量的空位和间隙原子,空位和间隙原子对其数量远少于肖脱基空位缺陷;点缺陷对晶体性质的影响:点缺陷存在和空位运动,造成小区域的晶格畸变; 1使材料电阻增加定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡力,使电子在传导中的散射增加; 2加快原子的扩散迁移空位的迁移伴随原子的反向运动; 3使材料体积增加,密度下降 4比热容增大附加空位生成焓 5改变材料力学性能间隙原子和异类原子的存在,增加位错运动阻力,使强度提高,塑性下降;29.柏氏矢量的物理意义;解:表示晶体形成位错的滑移方向和大小;30.体积晶格扩散的微观机制类型解:体积扩散是金属原子从一个平衡位置转移到另一个平衡位置;包括3种微观扩散机制:①空位机制,其中一个原子与相邻空位交换位置;②间隙机制,自间隙原子将一个相邻原子调换到间隙位置上; ③直接交换机制,相邻原子成对的互相交换位置31.比较下列各因素对扩散系数的影响,并简要说明原因;1.温度对扩散系数的影响2.金属键晶体的扩散系数与共价键晶体或离子键晶体的扩散系数3.体积扩散系数晶格或点阵与短路扩散系数沿位错、晶界、表面4.间隙固溶体的扩散系数与置换型固溶体的扩散系数;5.铁的自扩散系数αFe 与γ Fe解:1.温度越高,扩散系数越大;间隙机制和空位机制都遵循热激活规律,温度提高,超过能垒几率越大,同时晶体的平衡空位浓度也越高,扩散系数提高;2.原子的迁移要挤开通路上的原子,引起局部点阵畸变,部分破坏原子结合键才能通过;键能越强,原子间的结合键力越强,激活能越大,扩散系数越小; 共价键晶体和离子键晶体的扩散系数<金属键晶体的扩散系数;3.①晶体结构反映了原子在空间的排列情况,原子排列越紧密,原子间的结合力越强,扩散激活能越高,而扩散系数越小;②处于晶体表面、晶界和位错处的原子位能总高于正常晶格上的原子,他们扩散所需的活化能也较小,相应的扩散系数较大;D表面>D晶界>D沿位错>D晶内4.间隙型固溶体比置换型固溶体容易扩散;因为间隙扩散机制的扩散激活能小于置换型扩散;间隙型固溶体中间隙原子已位于间隙,而置换型固溶体中溶质原子通过空位机制扩散时,需要首先形成空位,因而激活能高;5.αFe 属于体心结构,γ Fe 属于面心结构,面心结构点阵比体心结构点阵紧密,铁在面心立方点阵中的自扩散系数Dγ-Fe与在体心立方点阵的Dα-Fe相比, 在912℃时,Dα-Fe≈280Dγ-Fe32.书上例题33.无规网络模型的结构特点34 2-6635.结构弛豫,非晶态的晶化和熔体结晶有何异同解:②结构驰豫刚制备的不稳定态非晶材料,常温或加热保温退火,许多性质将随时间发生变化,达到另一种亚稳态;③非晶态的晶化与熔体冷凝结晶的异同点:都是由亚稳态向晶态的相变,受成核和晶体生长控制;非晶态晶化: T <Tg,相变驱动力大,成核功小,利于成核和晶体生长;粘度大,固相内扩散,扩散慢,不利于成核和晶体生长,更有利于保持非晶状态;熔体冷凝结晶:Tg<T<Tm,液体内的扩散36.分别求WSn=%和WSn=50%时,在183℃转变时,各相的相对含量解:②WSn=50% w α = 50/19 ×100%=%,w β =1w α =%37.固体表面结构的主要特点解:固体表面结构的主要特点是存在着不饱和键和范德华力;晶体不同晶面的表面能数值不同,密排面的表面能最低,故晶体力图以密排面作为晶体的外表面;38.分析讨论影响材料表面能的因素解:表面能是增加单位面积的表面,需要做的功.扩张表面时;要克服原有原子、分子或离子之间的相互作用;作用力弱,做功小,表面能低;1键性:表面能反映质点间的引力作用,强键力的金属和无机材料表面能较高;低表面能物质:水,石蜡,PE,PTFE,PA662温度:温度升高,表面能一般减小;热运动削弱了质点间的吸引力;3杂质:含少量表面能较小的组分,可富集于表面,显着降低表面能;含少量表面能较大的组分,倾向于体内富集,对表面能影响小39.三种润湿的数学表达式解:①沾湿:WA = -ΔG = γSg+ γLg-γSL②润湿:Wi= -ΔG = γsg - γsL③铺展:S = -ΔG = γsg - γLg - γsL三种润湿的共同点: 液体将气体从固体表面排开,使原有的固/气或液/气界面消失,被固/液界面取代三种润湿的规律:沾湿粘附功Wa = A+ γLg Wa =γSg+ γLg-γSL浸湿Wi = A =γsg - γsL铺展S = A -γLgγSg越大,γSL越小,粘附张力A越大,越有利于各种润湿;沾湿:γLg大,有利沾湿;浸湿:γLg,无影响;铺展:γLg小,有利铺展; 改变润湿性主要取决于γSg,γLg,γSL的相对大小,改变γSg较难,实际上更多的是考虑改变γLg和γSL;40.润湿的本质是解:润湿的本质是异相接触后体系的表面能下降;2-2341.硅烷偶联剂硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物,其经典产物可用通式YSiX3表示;式中,Y为非水解基团,包括链烯基主要为乙烯基,以及末端带有Cl、NH2、SH、环氧、N3、甲基丙烯酰氧基、异氰酸酯基等官能团的烃基,即碳官能基;X为可水解基团,包括Cl,OMe, OEt, OC2H4OCH3, OSiMe3, 及OAc等;由于这一特殊结构,在其分子中同时具有能和无机质材料如玻璃、硅砂、金属等化学结合的反应基团及与有机质材料合成树脂等化学结合的反应基团,可以用于表面处理第三章思考题1.高分子材料组成和结构的基本特征解:①平均分子量大和存在分子量分布;②高分子链具有多种形态;③分子链间以范氏力为主,部分化学键;分子内为共价键;④组成与结构的多层次性2.比较分子链的近程结构对高分子链柔顺性的影响解:①主链结构;极性小的碳链高分子,分子内相互作用不大,内旋转位垒小,柔性较大;主链中含非共轭双键,相邻单键的非键合原子带原子间距增大,使最邻接双键的单键的内旋转较容易,柔顺性好;主链中含共轭双键,因电子云重叠,没有轴对称性,Л电子云在最大程度交叠时能量最低,而内旋转会使Л键的电子云变形和破裂,不能内旋转,刚性链分子;主链含不能内旋转的芳环、芳杂环时,可提高分子链的刚性;②取代基;侧基极性越大,极性基团数目越多,相互作用越强,单键内旋转越困难,分子链柔顺性越差;③氢键和交联结构的影响;高分子的分子内或分子间形成氢键,氢键影响比极性更显着,增加分子链的刚性;3.相容剂及其增容作用添加相容剂是改善高分子分散相与基体之间相容性,稳定熔融分散混合效果的有效方法; 相容剂通常为两相高分子的共聚物;相容剂共聚物的链段会与共混体系中相应的均聚物部分相互作用,从而降低表面张力,增强分散相与基体的粘附;这一过程称为“增容作用”4.内聚能密度对高聚物结构和性能的影响内聚能密度: 单位体积的内聚能CEDCED < 290J/cm3,分子间力小,分子链柔顺,非极性高聚物,用作橡胶;CED﹦290~400J/cm3分子间力适中,分子链刚性大,用作塑料;CED > 400J/cm3 ,多含强极性基团和氢键,分子间作用力大,有较高结晶性和强度,用作纤维;5.聚合物制备方法,主要结构类型加成聚合和缩聚主要结构:无规 ~ABBAABAB~ Random n < 102交替 ~ABABAB~ Alternating嵌段 ~AAAAAAAABBBBBBB~ Block 均聚链段 n = 102~3接枝 ~AAAAAAAAAAAA~ Graft 主链和支链6.与小分子相比,高分子有何特点①平均分子量大和存在分子量分布②高分子链具有多种形态③组成与结构的多层次性7.高分子按结构单元的化学组成可分为碳链高分子,杂链高分子,元素有机高分子,无机高分子,8.聚乙烯可分为低密度聚乙烯,高密度聚乙烯,线性低密度聚乙烯,超高分子质量聚乙烯,改性聚乙烯9.与低分子晶体比较,聚合物晶体的特点;解:特点:①链段排入晶胞,分子链轴常与一根结晶主轴平行;②半晶结构结晶不完全;③熔程范围较宽,④结晶速度慢;⑤晶体形态多样;10.名词解释:热塑性聚合物:指具有加热后软化、冷却时固化、可再度软化等特性的塑料热固性聚合物:一般先形成预聚物,成型时,经加热使其中潜在的官能团继续反应成交联结构而固化;这种转变时不可逆的,只能成型一次,再加热时不能熔融塑化,也不溶于溶剂,一般是体型聚合物,如酚醛树脂、硫化橡胶等;铁碳合金1.高温莱氏体:奥氏体和渗碳体组成的机械混合物称高温莱氏体2.铁素体 F Ferrite: C溶于α-Fe中的间隙固溶体,bcc,室温 C% %727℃,硬度和强度低,塑性韧性好;3.奥氏体 A Austenite C溶于γ-Fe中的间隙固溶体,fcc, 727℃ % C% %1148℃,塑性和可锻性好,无磁性;4.渗碳体 Fe3C cementite 铁和碳的间隙化合物,熔点高1600℃; C含量%;正交晶系,塑性差,脆性大;5. 珠光体 P Pearlite 铁素体和渗碳体的共析混合物;6.马氏体 Martensite钢和铁从高温奥氏体急冷淬火强化,化学成分不变, 晶格重构, fcc变为bcc,碳在-Fe中的过饱和固溶体;硬度和强度很高;7.黄铜:黄铜是由铜和锌所组成的合金8.青铜:纯铜红铜中加入锡或铅的合金2. 根据铁碳相图,说明各点A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、N、P、S和Q的含义;3碳对铁碳合金机械性能有何影响铁素体软而韧,铁碳合金的塑性主要由铁素体提供;渗碳体硬而脆;铁素体和渗碳体形成片状珠光体,使铁碳合金的强度和硬度提高;合金中珠光体的数量越多,合金的强度和硬度越高;wC =%,全部为珠光体,合金强度和硬度较高,兼有塑性和韧性;合金组织中出现以渗碳体为基体的莱氏体时,铁碳合金的塑性和韧性大大降低,强度也降低;白口铸铁脆性很大,使用价值不大;wC >%, 沿珠光体边界形成网状Fe3CⅡ,降低了晶界的断裂强度,使合金脆性大大增加; 碳钢,一般要求 wC <%4 . 钢和铸铁在成分组织性能上的主要区别是什么钢: 碳含量 < %重量的铁-碳合金;碳钢和合金钢1 碳钢1 按碳含量质量百分数分类:低碳钢 C≤%中碳钢%< C ≤% 45号钢的概念高碳钢 C>%含碳量越高,碳钢硬度和强度越大,但塑韧性降低;2 按钢中杂质的质量含量分类杂质硫、磷含量:普通碳素钢 S ≤%,P ≤%优质碳素钢 S ≤%,P ≤%高级优质碳素钢 S ≤%,P ≤%3按用途分类:碳素结构钢:桥梁、船舶、建筑构件、机器零件等;碳素工具钢:刀具、模具、量具等;合金钢: 碳钢中加入一种或多种合金元素,形成的钢;1按含合金元素的总含量分类:低合金钢合金元素总质量分数≤5%中合金钢合金元素总质量分数 = 5%~10%高合金钢合金元素总质量分数>10%;2按主要合金元素种类分:铬钢不锈钢铬镍钢锰钢硅锰钢等;铸铁含碳量>%的铁-碳合金;铸铁成分范围:C:~%, Si: ~ %,Mn: ~ %, S: ~ %,P: ~ %;为改善性能,也加入 Cr、Mo、V、Cu、Al等;与钢相比,铸铁含碳和硅量较大,含杂质元素较多;铸铁的生产设备和工艺简单,价格便宜;广泛用在机械制造、冶金、矿上、石油化工、交通等领域;按质量分数计算,铸铁件在农业机械中占 40 ~ 60%;汽车拖拉机中占 50 ~ 70%;机床制造中占 60 ~ 90%;灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁等;铸铁中,碳可以石墨G形式存在,与铁构成Fe- G平衡状态5;Fe-Fe3C相图6.分析wC =%、wC=%、wC=%、wC=%的铁碳合金从液态平衡冷却到室温的转变过程,用组织示意图说明各阶段的组织变化;7. 计算wC = %和wC = %的铁碳合金从液态平衡冷却到室温下的组织成物和相组织物含量.8.铁碳合金中碳的存在形式;灰铸铁,白口铸铁,麻口铸铁的碳的存在形式有何不同; 解:铁碳合金中,碳的存在形式:①与铁间隙固溶;溶入铁的晶格,形成间隙固溶体;②化合态的渗碳体;亚稳态,在一定条件下分解为铁和石墨;③游离态的石墨G :稳定态,可从铸铁熔液中析出,也可从奥氏体中析出; 白口铸铁碳以渗碳体形式存在,断口为白亮色灰口铸铁碳以游离石墨形式存在,断口为暗灰色麻口铸铁同时含有石墨和渗碳体,断口灰白相间9.灰铸铁的组织特点,影响灰铸铁性能的因素;解:灰口铸铁:基体组织和石墨两部分组成基体铁素体、铁素体-珠光体、珠光体+石墨影响因素:①石墨对铸铁机械性能的影响石墨:松软而脆弱的固态物质,抗拉强度<20MPa,延伸率趋近于零;石墨存在基体中,尤如一种裂纹或孔洞,分割削弱基体,破坏基体组织连续性;还会引起应力在该处集中,构成裂纹源;因而,铸铁的抗拉强度、塑性和韧性都比钢铁低得多; 基体相同的情况下,石墨形状由片状普通灰铸铁变为细片状孕育灰铸铁和球状球墨铸铁时,其对基体的削弱作用以及应力集中的程度将依次减弱,表现出抗拉强度依次升高; ②基体对铸铁机械性能的影响基体中铁素体的数量增多,塑性、韧性提高;珠光体数量增加,塑性、韧性降低,但强度、硬度有所增高;10.灰口铸铁的组织按其基体的不同,可分为哪三种;灰口铸铁的组织可看成是;解:铁素体灰口铸铁、铁素体-珠光体灰口铸铁、珠光体灰口铸铁; 灰口铸铁的组织可看成是钢加上片状石墨11. 灰口铸铁和球墨铸铁在组织和性能上有何区别;解:灰口铸铁的组织特点是在基体上分布着片状石墨; 球墨铸铁的组织特点是基体加球状石墨性能:球化越完整,球状石墨尺寸越细小,可减少应力集中,力学性能越优越;疲劳强度与中碳钢相似,耐磨性好,制造重要和形状复杂机械零件,如曲轴、连杆、涡轮、齿轮、水压机缸套等;无机非金属材料1硅酸盐结构的基本特点和类型;解:硅酸盐晶体的结构特点:1结构中Si4+间没有直接的键,而是通过O2-连结;2以硅氧四面体为结构的基础;3每一个O2-只能连接2个硅氧四面体;4硅氧四面体间只能共顶连接,不能共面连接;硅酸盐晶体的主要结构类型:岛状结构;组群状环状结构;链状结构;层状结构;架状结构;2玻璃的定义及其通性,玻璃中的氧化物分为哪三类;。
材料科学基础重点总结 2 空位与位错
第2章晶体缺陷晶体缺陷实际晶体中某些局部区域,原子排列是紊乱、不规则的,这些原子排列规则性受到严重破坏的区域统称为“晶体缺陷”。
晶体缺陷分类:1)点缺陷:如空位、间隙原子和置换原子等。
2)线缺陷:主要是位错。
3)面缺陷:如晶界、相界、层错和表面等。
2.1 点缺陷空位——晶体中某结点上的原子空缺了,则称为空位。
点缺陷的形成:肖特基空位:脱位原子迁移到晶体表面或者内表面的正常结点位置,从而使晶体内部留下空位,这样的空位称为肖特基(Schottky)空位。
(内部原子迁移到表面)肖特基(Schottky)空位弗仑克耳(Frenkel)空位弗仑克耳空位:脱位原子挤入点阵空隙,从而在晶体中形成数目相等的空位和间隙原子,称为弗仑克耳(Frenkel)空位。
(由正常位置迁移到间隙)外来原子:外来原子也可视为晶体的点缺陷,导致周围晶格的畸变。
外来原子挤入晶格间隙(间隙原子),或置换晶格中的某些结点(置换原子)。
空位的热力学分析:空位是由原子的热运动产生的,晶体中的原子以其平衡位置为中心不停地振动。
对于某单个原子而言,其振动能量也是瞬息万变的,在某瞬间原子的能量高到足以克服周围原子的束缚,离开其平衡位置从而形成空位。
空位是热力学稳定的缺陷点缺陷的平衡浓度系统自由能F=U- TS (U为内能,S为总熵值,T为绝对温度)平衡机理:实际上为两个矛盾因素的平衡a 点缺陷导致弹性畸变使晶体内能U增加,使自由能增加,降低热力学稳定性b 使晶体中原子排列混乱度增加,熵S增加,使自由能降低,增加降低热力学稳定性熵的变化包括两部分:①空位改变它周围原子的振动引起振动熵,Sf。
②空位在晶体点阵中的存在使体系的排列方式大大增加,出现许多不同的几何组态,使组态熵Sc增加。
空位浓度,是指晶体中空位总数和结点总数(原子总数)的比值。
随晶体中空位数目n的增多,自由能先逐渐降低,然后又逐渐增高,这样体系中在一定温度下存在一个平衡空位浓度,在平衡浓度下,体系的自由能最低。
材料科学基础(贵州理工学院)智慧树知到答案章节测试2023年
绪论单元测试1.《考工记》中关于铜合金的文字记录,说明的是合金的性能与()有关。
A:合金的化学成分B:合金的制造工艺C:合金的重量答案:A2.下列哪些因素不会影响合金的微观组织和结构?()A:合金的测试技术B:合金的热处理工艺C:合金的化学成分D:合金的加工工艺答案:A3.按照使用性能分类,下列材料分类正确的是()A:结构材料、功能材料B:金属材料、陶瓷材料、功能材料C:结构材料、金属材料、能源材料答案:A4.下列哪种材料研究方法不能表征微观结构()A:差热分析B:X射线衍射分析C:扫描电子显微镜答案:A第一章测试1.材料的结合键决定其弹性模量的高低,氧化物陶瓷材料以离子键为主,结合键( )故其弹性模量( ) 。
()A:弱;高B:弱;低C:强;高答案:C2.具有明显的方向性和饱和性的是:()A:化学键B:离子键C:共价键D:金属键答案:C3.以下各种结合键中,结合键能较低的是()。
A:化学键B:离子键、共价键C:金属键D:分子键答案:D4.以下各种结合键中,结合键能比较大的是()。
A:金属键B:离子键、共价键C:分子键D:化学键答案:B5.以下关于结合键的性质与材料性能的关系中,( )是不正确的。
A:具有离子键和共价键的材料,塑性较差。
B:结合键能是影响弹性模量的主要因素,结合键能越大,材料的弹性模量越大。
C:具有同类型结合键的材料,结合键能越高,熔点也越高。
D:随着温度升高,金属中的正离子和原子本身振动的幅度加大,导电率和导热率都会增加。
答案:D第二章测试1.面心立方晶体结构的原子最密排晶向族为()。
A:<110>B:<111>C:[110]D:[111]答案:A2.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:2;4;6B:4;2;6C:6;2;4D:4;4;6答案:B3.室温下,纯铝的晶体结构为()晶格。
A:面心立方B:简单立方C:体心立立D:密排六方答案:A4.14种布拉菲点阵 ( ) 。
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材料科学与工程基础-自测评第二、三章1.材料是由物质构成的,因而物质就是材料。
√××2.材料是指用来制造某些有形物体的基本物质。
√×√3.按照化学组成,可以把材料分为三种基本类型(A)金属材料、硅酸盐、有机高分子材料(B)陶瓷材料、高分子材料、钢铁(C)有机高分子材料、金属材料、无机非金属材料(D)有机材料、无机非金属材料、金属材料C4.在四个量子数中,m s是确定体系角动量在磁场方向的分量(ml)。
×5.在四个量子数中,m l决定电子自旋的方向(ms)。
×6.在四个量子数中,n是第一量子数,它决定体系的能量。
√7.在四个量子数中,l是第二量子数,它决定体系角动量和电子几率分布的空间对称性。
√8.原子中每个电子必须有独自一组四个量子数。
n,l,ml,ms√9.泡利不相容原理、能量最低原则和洪特规则是电子在原子轨道中排列必须遵循的三个基本原则。
√10.Na原子中11个电子的填充方式为1s22s22p53s2。
1s22s22p63s1×11.按照方框图,N原子中5个价电子的填充方式为2s 2p×12.Cu原子的价电子数是___3___个。
×13.S原子的价电子数是5个。
×1.晶体物质的共同特点是都具有金属键。
×2 .金属键既无方向性,也无饱和性。
√3. 共价键中两个成键电子的自旋方向必须相反。
√4.元素的电负性是指元素的原子在化合物中把电子引向自己的能力。
√5.两元素的电负性相等或接近,易形成离子键,不易形成共价键。
×6.两元素的电负性差较大,易形成离子键,不易形成共价键。
√7.离子键的基本特点是以离子而不是以原子为结合单元。
√8.范德华力既无方向性亦无饱和性,氢键有方向性但无饱和性。
×9.范德华力既无方向性亦无饱和性,氢键有方向性和饱和性。
4.δ轨道是由两个d轨道线性组合而成,它们是(A)d x2、d x2(B)d x2-y2、d x2-y2(C)d xy、d xyB5.费米能级是对金属中自由电子能级填充状态的描述。
√××(T=0K时)6.费米能级是,在T=0K时,金属原子中电子被填充的最高能级,以下能级全满,以上能级全空。
√××7.按照费米分布函数,T≠0时,-------------,f(E)=1/2(A)E=E F (B)E<E F (C)E>E FA8.在固体的能带理论中,能带中最高能级与最低能级的能量差值即带宽,取决于聚集的原子数目。
√××9.能带是许多原子聚集体中,由许多原子轨道组成的近似连续的能级带。
√×√?×(原子轨道裂分的分子轨道)10. 价带未填满(A)绝缘体,(B)导体,(C)半导体,(D)B10.满带与空带重叠(A)绝缘体,(B)半导体,(C)导体,(D)C11.满带与空带不重叠(A)绝缘体,(B)导体,(C)半导体,(D)A,C12.能带宽度与原子数目无关,仅取决于原子间距,间距大,带宽大。
(A)√,(B)×,(C),(D)B13.原子数目越多,分裂成的能带宽度越大。
(A)√,(B)×,(C),(D)B14.能带宽度与原子数目无关,仅取决于原子间距,间距小,带宽大。
(A)√,(B)×,(C),(D)A1. 具有一定有序结构的固态物质就是晶体。
√××2.同一晶面族的晶面形状相同,面上原子密度相同,彼此相互平行。
√××3.在实际应用的工业金属中都存在各向异性。
√××4.空间点阵相同的晶体,它们的晶体结构不一定相同。
√ ×√5.空间点阵有14种,它们每个点阵都代表一个原子。
√ ××6.如果空间点阵中的每一个阵点只代表一个原子时,则空间点阵与晶体点阵是同一概念。
√ ×√7.由液态转变为固态的过程称为凝固亦称结晶。
√××8.在立方晶系中点阵(晶格)常数通常是指____。
a)最近的原子间距, (B)晶胞棱边的长度, (C)棱边之间的夹角B9.空间点阵中每个阵点周围具有等同的环境。
√×√10.空间点阵只可能有____种型式。
(A)12,(B)14,(C)16,(D)18B11.空间点阵结构中只可能划分出____个晶系。
(A)5,(B)6,(C)7,(D)8C12.晶格常数常用____表示。
(A)a,b,c;(B)α,β,γ;(C)a,b,c和α,β,γ;(D)都不是C13.晶胞中原子占有的体积分数称为____。
(A)配位数,(B)致密度,(C)点阵常数,(D)晶格常数B1.fcc密排面的堆垛顺序是___。
(A)A BA B,(B)A BCD,(C)A BCAC2.fcc结构的致密度为___。
(A)0.62,(B)0.68,(C)0.74,(D)0.82C3.fcc结构的配位数是___。
(A)6,(B)8,(C)10,(D)12D4.fcc晶胞中原子数为___。
(A)6,(B)4,(C)3,(D)2B5.fcc晶胞中原子的半径是____。
(A)21/2 a / 2,(B)21/2 a / 4,(C)31/2 a / 2,(D)31/2 a / 4 B6.以原子半径R为单位,fcc晶体的点阵常数a是____。
(A)2 (2)1/2 R,(B)4 (2)1/2 R,(C)4 (3)1/2 R,(D)4 (3)1/2 R / 3 A7.bcc结构的致密度为___。
(A)0.62,(B)0.68,(C)0.74,(D)0.82B8.bcc结构的配位数是___。
(A)6,(B)8,(C)10,(D)12B9.bcc晶胞中原子数为___。
(A)6,(B)4,(C)3,(D)2D10.bcc晶胞中原子的半径是___。
(A)21/2 a / 2,(B)21/2 a / 4,(C)31/2 a / 4,(D)31/2 a / 2C11.以原子半径R为单位,bcc晶体的点阵常数a是___。
(A)2 (2)1/2 R,(B)4 (2)1/2 R,(C)4 (3)1/2 R/2,(D)4R / (3)1/2D12.hcp密排面的堆垛顺序是___。
(A)A BA B,(B)A BCD,(C)A BCAA13.hcp结构的致密度为___。
(A)0.82,(B)0.74,(C)0.68,(D)0.62B14.hcp 结构的配位数是___。
(A)12,(B)10,(C)8,(D)6A15.hcp晶胞中原子数为____。
(A)3,(B)4,(C)5,(D)6D16.在体心立方晶胞中,体心原子的坐标是____。
(A)1/2,1/2,0;(B)1/2,0,1/2;(C)1/2,1/2,1/2;(D)0,1/2,1/2C17.在fcc晶胞中,八面体间隙中心的坐标是____。
(A)1/2,1/2,0;(B)1/2,0,1/2;(C)0,1/2,1/2;(D)1/2,1/2,1/2D18.每个面心立方晶胞有14个原子。
√××19.密排六方晶胞共有十七个原子。
√ ××1.下图为简单立方点阵晶胞,其中ABC面的指数是____。
(A)(111),(B)(110),(C)(101),(D)(011)BC2. 下图为简单立方点阵晶胞,其中ABCD 面的指数是____。
(A )(111),(B )(110),(C )(101),(D )(011)C3. 下图为简单立方点阵晶胞,AD 的晶向指数是____。
(A ) ,(B )[110],(C )[101],(D )[011]A4. 下图为简单立方点阵晶胞,A B 的晶向指数是____。
(A )[111],(B )[100],(C ) ,(D )[001]C5. 下图为简单立方点阵晶胞,A C 的晶向指数是____。
(A )[111],(B )[110],(C )[101],(D )[010]A B D CAB D CA B D CA B DC[101]D6. 在下图的简单立方晶胞中,指数为(0 1 -1)的晶面是____。
(A )ADE ,(B )CDE ,(C )ACE ,(D )CHFC =CEG (F 为原点),以F 为原点若X 轴为FB ,则C 正确。
7. 在下图的简单立方晶胞中,指数为(1 1 -1)的晶面是____。
(A )AFD ,(B )ACH ,(C )ACE ,(D )CHE BEGB 乘负号(-1,-1,1), 原点为D ,由于是晶面族,X 轴方向变,可(1, 1, -1), 原点为F, BEG8. 在下图的简单立方晶胞中,____的晶向指数为[1 1 -1]。
(A )AF ,(B )HA ,(C )CE ,(D )FDD9. 在下图的简单立方晶胞中,____的晶向指数为[1 –1 0]。
(A )BG ,(B )CH ,(C )CE ,(D )GE HAABD C H G F EABD C H G F EABD C H G F EBC HG FEA ×,F 为原点可? ( HA H 为原点,A 点坐标为 1,-1,0)也可是 GB, G 点为原点,B 点坐标为 1,-1,0 )10. 在简单立方晶胞中画出的(1-2 1)晶面为____。
(A )BGN ,(B )BEM ,(C )CFM ,(D )AFNC11. 在简单立方晶胞中画出的[2 2 -1]晶向为____。
(A )OS ,(B )BR ,(C )OR ,(D )GSB12. 在简单立方晶胞中画出的[2 1 0]晶向为____。
(A )BS ,(B )BR ,(C )BQ ,(D )BTA RPN A FD GCB E O y zxS MRP N A FD GCB E O y zxS MQ RP TN A FD GCB E O y zxS M13. 在简单立方晶胞中画出的[0 2 -1]晶向为____。
(A )BR ,(B )BS ,(C )BQ ,(D )BTD14. 画出立方晶胞中具有下列指数(111)的晶面和指数[111] 的晶向,可以发现它们彼此____。
(A)平行,(B )垂直,(C )既不平行也不垂直,(D )B15. 晶面指数通常用晶面在晶轴上截距的互质整数比来表示。
√ ×× 改正:晶面在晶轴上截距倒数的互质整数比16. 晶面指数较高的晶面通常具有____的原子密度排列。
(A )较高, (B )较低,(C )居中B1. 原子排列最密的晶面,其面间距____。
a) 最小, (B )最大, (C )居中B2. 在fcc 和bcc 结构中,一切相邻的平行晶面间的距离可用公式:d = a /(h 2+k 2+l 2)1/2 √ ××3. 晶面间距公式d=a/[(h 2+k 2+l 2)]1/2适用于____的一切晶面(h ,k ,l 为密勒指数)。