材料科学基础7章习题

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西北工业大学材料科学基础课后答案

西北工业大学材料科学基础课后答案【篇一：西北工业大学材料科学基础第7章习题-答案】/p> (1) 测定n：把一批经大变形量变形后的试样加热到一定温度(丁)后保温，每隔一定时间t，取出一个试样淬火，把做成的金相样品在显微镜下观察，数得再结晶核心的个数n，得到一组数据(数个)后作n—t图，在n—t曲线上每点的斜率便为此材料在温度丁下保温不同时间时的再结晶形核率n。

(2) 测定g：将(1)中淬火后的一组试样进行金相观察，量每个试样(代表不同保温时间)中最大晶核的线尺寸d，作d—t图，在d—t曲线上每点的斜率便为了温度下保温不同时间时的长大线速度g。

2.再结晶退火必须用于经冷塑性变形加工的材料，其目的是改善冷变形后材料的组织和性能。

再结晶退火的温度较低，一般都在临界点以下。

若对铸件采用再结晶退火，其组织不会发生相变，也没有形成新晶核的驱动力(如冷变形储存能等)，所以不会形成新晶粒，也就不能细化晶粒。

3.能。

可经过冷变形而后进行再结晶退火的方法。

4.答案如附表2.5所示。

附表2.5 冷变形金属加热时晶体缺陷的行为5.(1)铜片经完全再结晶后晶粒大小沿片长方向变化示意图如附图2.22所示。

由于铜片宽度不同，退火后晶粒大小也不同。

最窄的一端基本无变形，退火后仍保持原始晶粒尺寸；在较宽处，处于临界变形范围，再结晶后晶粒粗大；随宽度增大，变形度增大，退火后晶粒变细，最后达到稳定值。

在最宽处，变形量很大，在局部地区形成变形织构，退火后形成异常大晶粒。

(2)变形越大，冷变形储存能越高，越容易再结晶。

因此，在较低温度退火，在较宽处先发生再结晶。

6.再结晶终了的晶粒尺寸是指再结晶刚完成但未发生长大时的晶粒尺寸。

若以再结晶晶粒中心点之间的平均距离d表征再结晶的晶粒大小，则d与再结d?k[gn1晶形核率n及长大线速度之间有如下近似关系：qnrtqnrt]4 且n?n0exp(?)， g?g0exp(?)由于qn与qg几乎相等，故退火温度对g／n比值的影响微弱，即晶粒大小是退火温度的弱函数。

材料科学基础第七章(1)

• 7.1.2.3 内应力的变化：在回复阶段可部分消除，在再结晶阶段全部消除。
• 7.2 回复
• 7.2.1 回复过程中微观结构的变化机制：回复指冷变形金属加热时尚未发生微米量级的组织变化前的微观结构及性能的变化过程，分低温回复，中温回复和高温回复三种。
• 7.2.1.1 低温回复：冷变形金属在0.1Tm~0.3Tm温度范围内所产生回复称为低温回复。低温时原子活动能量有限，主要局限于点缺陷运动。通过空位迁移至晶界、位错或与间隙原子结合而消失，空位浓度显著下降。
• 冷变形金属开始发生再结晶的最低温度称为再结晶温度。可用金相法、硬度法和X射线衍射法测定。
• 金相法：以显微镜观察到第一个新晶粒或晶界凸出形核而出现锯齿状边缘的退火温度为再结晶温度。
• 硬度法：以硬度-退火温度曲线上硬度开始显著降低或软化50%的温度为再结晶温度。
• 为了便于比较和使用，通常规定冷变形量大于70%的金属在1小时内能够完成再结晶(体积分数>0.95)的最低温度为再结晶温度。
(7-3)
• 如果将同样的冷变形金属的性能在不同温度下回复到同样程度，则有：
• c0t1exp(-Q/RT1)= ln(x0/x)=c0t2exp(-Q/RT2)
• 即： t1/t2=exp[-Q(1/T2-1/T1)/R]
(7-4)
• 此式为用实验数据导出工艺参数的依据。
• 7.2.3 去应力退火：冷变形金属在回复阶段能消除大部分内应力，又能保持冷变形的硬化效果，因此回复也称为去应力退火。
• 图7-11是经98%强冷轧的纯铜在不同温度下的等温再结晶动力学曲线。等温下的再结晶速度开始很
小，随再结晶体积分数φV的增大而增加，并在 0.5处达到最大，然后又逐渐减小。具有典型的形

[2017年整理]《材料科学基础》作业题

第一章原子结构与键合1、说明量子力学中有关原子结构的玻尔模型和几率波模型。

2、给出下列离子的电子组态：Fe 2+, Fe 3+, Cu +, Ba 2+, Br -, S 2-。

3、对于K +—Cl -离子对，吸引能E A 和排斥能E R 分别表示为：计算平衡距离r 0和结合能E 0。

（提示：净能对原子间距r 的微分为0时，r= r 0。

r 的单位为nm ） 4、净能有时可表示为其中，r 为离子间距，C ，D 和r 为常数。

试推出结合能E 0对于平衡距离r 0的表达式。

5、计算下列化合物中，离子键的百分含量：TiO ，ZnTe ，CsCl ，InSb ，MgCl 。

6、下列物质含有何种键：黄铜（brass ）、橡胶（rubber ）、金刚石（diamond ）、SiO 2、单晶Si 、NaCl 。

7、 HF （hydrogen fluoride ）的分子量小于 HCl （hydrogen chloride ），为什么HF 具有比HCl 更高的沸点。

8、画出下列物质单体单元的结构图：（1）聚乙烯（polyethylene PV ）；（2）聚四氟乙烯（polytetrafluorethylene PTFE ）；（3）聚苯乙烯（polystyrene PS ）；（4）聚甲基丙烯酸甲酯 [俗]有机玻璃（polymethyl methacrylate PMMA ）。

9、（1）计算聚乙烯结构单元的分子量；（2）聚乙烯的数均分子重量为1,000,000 g/mol ，计算其数均聚合度。

10、两种聚四氟乙烯样品的密度及其晶化率如下：i) 2.144 g/cm 3, 51.3%; ii) 2.215 g/cm 3, 74.2%.计算晶态聚四氟乙烯和非晶态聚四氟乙烯的密度。

简述高分子链结构的形态特征以及与性能的定性关系。

r E A 436.1-=961086.5r E R -⨯=)exp(ρr D r C E N -+-=第二章固体结构1、锆（Zr ，Zirconium ）具有HCP 结构，密度为6.51 g/cm 3，（a ）计算晶胞体积；（b ）如果c /a 为1.593，计算c 和a 。

《材料科学基础》课后答案(1-7章)

第一章8．计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例(1)NaF (2)CaO (3)ZnS解：1、查表得：X Na =,X F =根据鲍林公式可得NaF 中离子键比例为：21(0.93 3.98)4[1]100%90.2%e ---⨯=共价键比例为：%=%2、同理，CaO 中离子键比例为：21(1.00 3.44)4[1]100%77.4%e---⨯=共价键比例为：%=%3、ZnS 中离子键比例为：21/4(2.581.65)[1]100%19.44%ZnS e --=-⨯=中离子键含量共价键比例为：%=%10说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义．说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。

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。

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。

第二章1．回答下列问题：(1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向：(001）与[210]，(111）与[112]，(110)与 [111],(132)与[123],(322)与[236］ (2)在立方晶系的一个晶胞中画出（111)和（112)晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。

(3)在立方晶系的一个晶胞中画出同时位于（101). (011)和（112)晶面上的[111]晶向。

解：1、2．有一正交点阵的 a=b, c=a/2。

某晶面在三个晶轴上的截距分别为 6个、2个和4个原子间距，求该晶面的密勒指数。

3．立方晶系的｛111}, 1110}, {123）晶面族各包括多少晶面写出它们的密勒指数。

《材料科学基础》习题

1
2．固态下完全不互溶的三元共晶相图如图6-2所示，画出过Am、PQ的垂直截面。若三组元的熔点tA＞tB＞tC，请画出tB ＜t＜tA温度下的水平截面。
3．液相面投影图如图6-3，分析O合金的结晶过程，画出冷却曲线、结晶示意图、注明反应式，并计算室温下组织组成物的相对量。
4．液相面投影图如图6-4，请写出全部四相平衡转变。
4．计算面心立方结构（111）、（110）与（100）面的面密度和面间距。
5．FeAl是电子化合物，具有体心立方点阵，试画出其晶胞，计算电子浓度，画出（112）面原子排列图。
6．合金相VC、Fe3C、CuZn、ZrFe2属于何种类型，并指出其结构特点。
第二章晶体缺陷
1．铜的空位生成能1.7×10-19J，试计算1000℃时，1cm3铜所包含的空位数，铜的密度8.9g/cm3，相对原子质量63.5，玻尔兹曼常数K=1.38×10-23J/K。
1．何为成份过冷？影响成份过冷的因素有那些？试述区域提纯的原理。
2．简述枝晶偏析形成过程和消除方法。
3．分析0.45%C，1.2%C和2.3%C 的铁碳合金的平衡结晶过程，计算室温下组织组成物的相对量及两相相对量。
4．根据显微组织分析，一灰口铁内石墨的体积占12%，铁素体的体积占88%，试求该合金的碳含量。
如图2-1所示的位错环，说明各段位错的性质，并指出刃位错多余半原子面的位置。
2．如图2-2，某晶体滑移面上有一个柏氏矢量为b的位错环，受到均匀切应力τ作用，试分析：
该位错环各段位错的结构类型；
求各段位错所受的力；
在τ的作用下，位错环将如何运动？
在τ的作用下，位错环稳定不动，其最小半径应该多大？

上海交通大学_材料科学基础第七章_二元相图和合金的凝固

测定条件：冷却需非常缓慢，保持热力学平衡。
2019/12/1
热分析装置示意图
2019/12/1
二元相图的线、区
• 由凝固开始温度连接起来的线成为液相线（liquidus line）。 • 由凝固终了温度连接起来的线成为固相线（solidus line）。 • 相图中由相界线划分出来的区域称为相区（phase regions）
2019/12/1
共晶合金的平衡凝固及其组织
共晶相图的概念 • 组成共晶相图（the eutectic phase diagram）的两组元，其相
互作用的特点是:液态下两组元能无限互溶，固态下只能部分互溶(形成有限固溶体或化合物)，甚至有时完全不溶，并具有共晶转变（the eutectic reaction）。 • 所谓共晶转变是在一定条件下(温度、成分)，由均匀液体中同时结晶出两种不同固相的转变，所得到两固相的混合物称为共晶组织(体)。具有共晶转变的相图称为共晶相图。 • 属于二元共晶相图的合金有：Pb－Sn、Pb－Sb、Al－Si、 Al－Cu、Mg－Si、Al－Mg等。
2019/12/1
需要着重指出的是，在每一温度下，平衡凝固实质包括三个过程：①液相内的扩散过程。②固相的继续长大。 ⑦固相内的扩散过程。现以上述合金从小至，2 温度的平衡凝固为例，由图7．16具体描述之。
2019/12/1
平衡凝固过程分析
• 从T1－>T2温度，可采取两种方法：
– 每一步都非常缓慢，处于平衡状态； – 一下子降温到T2温度，保温足够长时间，使其扩散均匀
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由相率可知，二元系最多只能三相共存，且在相图上为水平线，如图7.2。
2019/12/1
7.2 相图热力学的基本要点

材料科学基础(武汉理工大学,张联盟版)课后习题及答案第七章

材料科学基础（武汉理工大学，张联盟版）课后习题及答案第七章第七章答案7-1略7-2浓度差会引起扩散，扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行?为什么?解：扩散是由于梯度差所引起的，而浓度差只是梯度差的一种。

当另外一种梯度差，比如应力差的影响大于浓度差，扩散则会从低浓度向高浓度进行。

7-3欲使Ca在CaO中的扩散直至CaO的熔点（2600℃）时都是非本质扩散，要求三价离子有什么样的浓度？试对你在计算中所做的各种特性值的估计作充分说明。

已知CaO肖特基缺陷形成能为6eV。

解：掺杂M引起V’’Ca的缺陷反应如下：当CaO在熔点时，肖特基缺陷的浓度为：3+2＋所以欲使Ca在CaO中的扩散直至CaO的熔点（2600℃）时都是非本质扩散，M的浓度为，即2＋3+7-4试根据图7-32查取：（1）CaO在1145℃和1650℃的扩散系数值；（2）Al2O3在1393℃2＋3＋和1716℃的扩散系数值；并计算CaO和Al2O3中Ca和Al的扩散活化能和D0值。

解：由图可知CaO在1145℃和1650℃的扩散系数值分别为，Al2O3在1393℃和1716℃的扩散系数值分别为根据可得到CaO在1145℃和1650℃的扩散系数的比值为：，将值代入后可得，Al2O3的计算类推。

7-5已知氢和镍在面心立方铁中的扩散数据为2cm/s和2cm/s，试计算1000℃的扩散系数，并对其差别进行解释。

解：将T=1000℃代入上述方程中可得。

，同理可知原因：与镍原子相比氢原子小得多，更容易在面心立方的铁中通过空隙扩散。

7-6在制造硅半导体器体中，常使硼扩散到硅单晶中，若在1600K温度下，保持硼在硅单晶－3表面的浓度恒定（恒定源半无限扩散），要求距表面10cm深度处硼的浓度是表面浓度的一半，问需要多长时间（已知D1600℃＝8×10－12cm/s；当2时，）？解：此模型可以看作是半无限棒的一维扩散问题，可用高斯误差函数求解。

其中－122=0，，所以有0.5=s。

武汉理工大学材料科学基础各章节例题及答案

第二章晶体结构【例2-1】计算MgO和GaAs晶体中离子键成分的多少。

【解】查元素电负性数据得，则，，，MgO离子键％＝GaAs离子键％＝由此可见，MgO晶体的化学键以离子键为主，而GaAs则是典型的共价键晶体。

【提示】除了以离子键、共价键结合为主的混合键晶体外，还有以共价键、分子间键结合为主的混合键晶体。

且两种类型的键独立地存在。

如，大多数气体分子以共价键结合，在低温下形成的晶体则依靠分子间键结合在一起。

石墨的层状单元内共价结合，层间则类似于分子间键。

正是由于结合键的性质不同，才形成了材料结构和性质等方面的差异。

从而也满足了工程方面的不同需要。

【例2-2】 NaCl和MgO晶体同属于NaCl型结构，但MgO的熔点为2800℃, NaC1仅为80l℃，请通过晶格能计算说明这种差别的原因。

【解】根据：晶格能（1）NaCl晶体：N0＝6.023×1023 个/mol，A＝1.7476，z1＝z2＝1，e＝1.6×10－19 库仑，，r0＝＝＝0.110＋0.172＝0.282nm＝2.82×10－10 m，m/F，计算，得：EL＝752.48 kJ/mol （2）MgO晶体：N0＝6.023×1023 个/mol，A＝1.7476，z1＝z2＝2，e＝1.6×10－19库仑，r0＝＝0.080＋0.132＝0.212 nm＝2.12×10－10 m，m/F，计算，得：EL＝3922.06 kJ/mol则：MgO晶体的晶格能远大于NaC1晶体的晶格能，即相应MgO的熔点也远高于NaC1的熔点。

【例2-3】根据最紧密堆积原理，空间利用率越高，结构越稳定，但是金刚石的空间利用率很低，只有34.01%，为什么它也很稳定？【解】最紧密堆积的原理只适用于离子晶体，而金刚石为原子晶体，由于C-C共价键很强，且晶体是在高温和极大的静压力下结晶形成，因而熔点高，硬度达，很稳定。

《材料科学基础》经典习题及答案

第七章回复再结晶，还有相图的内容。

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/m 74.1=mg ρ，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nm 1246.0=Ni r 。

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104600J ）。

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。

材料科学基础-第7章-三元相图

垂直截面中正三角形
38
38
7.8.5 两相平衡、三相平衡和四相平衡的类型和一般规律（2）三相包晶型平衡（由两个相反应生成一个相）包晶转变 L ＋ → 包析转变 →＋合晶转变 L1＋L2→
垂直截面中倒三角形
39
39
7.8.5 两相平衡、三相平衡和四相平衡的类型和一般规律
三相平衡图形特点：
24
24
7.8.4 三元共晶相图应用：
可确定合金在该温度下的相组成；可运用杠杆定律和重心法则确定合金中各相的成分及其含量。
25
25
7.8.4三元共晶相图
2.垂直截面与投影图 b1 O点合金室温相组成物： A＋B＋C
c1 （1）投影图
a1
wA
oa1 Aa1
100%
wB
ob1 Bb1
三元合金R在某温度处于++三相平衡状态，则该合金成分点必定处在这三相成分点组成的三角形的重心。
13
13
W Rd w % 100 % W R ad
Re w % 100% WR e B% Rf w % 100% W R f
A
B
W
C% f
杠杆定律：
WP / WQ RQ / RP
。
10
10
7.8.2 三元系平衡相的定量法则
合金R在某温度处于+两相平衡，则R的成分必定落在连接两个成分点的直线上。杠杆定律：
W / W Rβ / Rα
。
W % R / 100%
，
W % R / 100%
11
O
XA+XB+XC=100％
A

胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库【名校考研真题】第7章~第10章【圣才出品】

3．珠光体相变[西南交通大学 2009 研] 答：中间相是指 Fe-C 合金相的共析组织的相变。
4．Ms 点[南京理工大学 2008 研]
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）。[哈尔滨工业
4．金属-金属型二元共晶合金在平衡凝固后的组织形态一般为（ 2005 研]
A．层片状 B．球状 C．针状 D．螺旋状【答案】A
）。[合肥工业大学
1 / 32
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二、填空题 1．珠光体的本质是________与________的机械混合物。[天津大学 2008 研] 【答案】铁素体；渗碳体 2．根据如图 7-1 所示的相图，对于 50kg 的 20Cu-80Ni 合金：（1）液相线温度为 _______℃；（2）固相线温度为_______℃；（3）在 1400℃，液相中可最多可含有约_______%Ni；（4）在 1400℃， α 相中 Cu 的含量最大约为_______%；（5）在 1400℃，20Cu-80Ni 合金中的主要相为_______；（6）在 1400℃，液相和固相的比值为_______比_______。[南京大学 2003 研]
【答案】× 【解析】成分过冷仅在合金的凝固中出现，纯金属的凝固不存在成分过冷。
3．相图的相区接触法则是相邻相区相数差 1。[合肥工业大学 2006 研] 【答案】√
四、名词解释
1．珠光体[东北大学 2004、天津大学 2009 研] 答：珠光体是奥氏体（奥氏体是碳溶解在γ-Fe 中的间隙固溶体）发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片状珠光体。用符号 P 表示，含碳量为 wC＝0.77%。在珠光体中铁素体占 88%，渗碳体占 12%，由于铁素体的数量大大多于渗碳体，所以铁素体层片要比渗碳体厚得多。在球化退火条件下，珠光体中的渗碳体也可呈粒状，这样的珠光体称为粒状珠光体。

赵品《材料科学基础教程》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解第7章回复与再结晶【圣才出品

第7章回复与再结晶7.1复习笔记一、形变金属及合金在退火过程中的变化1．显微组织的变化冷变形金属加热过程中经历的基本过程：回复、再结晶与晶粒长大。

将冷塑性变形的金属材料加热到0.5T熔温度附近，进行保温，随时间的延长，组织将发生如下变化，如图7-1-1所示。

（1）第一阶段：回复阶段0～τ1显微组织无变化，晶粒仍是冷变形后的纤维状回复阶段。

（2）第二阶段：再结晶阶段τ1～τ2在形变基体中出现等轴、无畸变的小晶粒，随时间延长不断生核并长大，τ2时完全变成新的等轴晶粒。

（3）第三阶段：晶粒长大阶段τ2～τ3为再结晶完成后，继续保温，新晶粒逐步相互吞并长大。

图7-1-1回复，再结晶及晶粒长大过程示意图2．储存能释放与性能变化（1）储存能的定义冷塑变时，外力所作的功尚有一小部分储存在形变金属内部，这部分能量称为储存能。

（2）储存能的释放加热过程中，原子活动能力增强，偏离平衡位置大，能量高的原子将向低能的平衡位置迁移，将储存能逐步释放出来，使内应力得到松驰。

（3）性能的变化与储存能的关系（如图7-1-2所示）①硬度回复期硬度仅有少量变化，再结晶期间使硬度恢复到冷塑变之前的水平。

②电阻率回复阶段电阻率会显著下降。

③胞状亚结构尺寸回复为初期，亚结构尺寸变化不大，回复后期及再结晶阶段，亚晶尺寸明显增大，同时胞壁厚度减薄。

④密度回复阶段空位浓度减少，金属密度回升，但密度明显变化是在再结晶阶段。

图7-1-2几种性能变化与储存能释放谱关系二、回复1．约化温度（1）约化温度是指用绝对温标表示的加热温度与其熔点温度之比，即（2）用约化温度表示加热温度的高低：①低温回复：T H＝0.1～0.3；②中温回复：T H＝0.3～0.5；③高温回复：T H＞0.5。

2．回复机理（1）低温回复低温回复主要涉及点缺陷的运动。

空位或间隙原子移动到晶界或位错处消失，空位与间隙原子的相遇复合，空位集结形成空位对或空位片，使点缺陷密度大大下降。

材料科学基础第7章下

7.4 二元合金的凝固理论
7.4.1 固溶体的凝固理论一、正常凝固固溶体凝固的特征为平衡的液相和固相之间有成分差别，在凝固时要发生溶质的重新分布。在一定温度下，固-液两平衡相中溶质浓度的比值k0称为溶质的平衡分配系数。即
CS CL 式中ω S、 ω L分别为固、液相的平衡浓度，如果假定液相线和固相线均为直线，则k0为常数。如果随溶质浓度增加，合金凝固的开始温度和终了温度降低，则k0﹤1；反之，k0﹥1。 k0越接近1，表示该合金凝固时重新分布的溶质成分与原合金成分越接近，即重新分布的程度越小。 k0
X C K C 1 S e 0 L
K 1 e
其中Ke为有效分配系数，
( C ) K S i 0 K 常数 e R /D ( C ) ( 1 K ) e L B K 0 0
式中 R：凝固速度
δ ：边界层厚度 D：扩散系数
( C ) K S i 0 K 常数 e R /D ( C ) ( 1 K ) e L B K 0 0
1 k R X 0 C ( X ) C 1 e x p ( ) L 0 k D 0
从相图可知，液相线是随溶质浓度增加而降低，将界面前沿不同溶质浓度所对应的液相线的温度绘制于T-X坐标中。若再将液体的实际温度液也绘在该图中为G2 对应斜线，可以看出，在X＝0处固液平衡温度与Ti相同，基本无过冷度，而在稍前方的液体，虽然实际温度比固-液界面处高，但却在TL(X)线之下，表明存在一定的过冷度。
图7.46 液相中溶质完全混合时溶质再分配示意图
二、区域熔炼对于k0﹤1的情况，合金铸锭凝固后，溶质富集于右端，因此左端得以纯化。利用这一原理发展的区域熔炼技术，具有极好的提纯效果。区域熔炼不是把材料的棒料全部熔化，而是将棒料从一端顺序地进行局部熔化，例如用感应圈使合金棒加热熔化一段并从左端逐步向右端移动，凝固过程也随之顺序地进行。当熔化区走完一遍后，对于k0﹤1的材料，溶质杂质富集到右端。区域熔炼一次的效果虽然比正常凝固的效果小，但可反复进行多次，最后可以获得很高纯度的材料。

无机材料科学基础第7章扩散与固相反应

第七章扩散与固相反应§7-1 晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程一、基本特点1、固体中明显的质点扩散常开始于较高的温度，但实际上又往往低于固体的熔点；2、晶体中质点扩散往往具有各向异性，扩散速率远低于流体中的情况。

二、扩散动力学方程1、稳定扩散和不稳定扩散在晶体A中如果存在一组分B的浓度差，则该组分将沿着浓度减少的方向扩散，晶体A作为扩散介质存在，而组分B则为扩散物质。

如图，图中dx为扩散介质中垂直于扩散方向x的一薄层，在dx两侧，扩散物质的浓度分别为c1和c2，且c1＞c2，扩散物质在扩散介质中浓度分布位置是x的函数，扩散物质将在浓度梯度的推动下沿x方向扩散。

的浓度分布不随时间变的扩散过程稳定扩散：若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化，即dc/dt=0。

这种扩散称稳定扩散。

不稳定扩散：扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化，即dc/dt≠0。

这种扩散称为不稳定扩散。

2、菲克定律（1）菲克第一定律在扩散体系中，参与扩散质点的浓度因位置而异，且随时间而变化，即浓度是坐标x、y、z和时间t函数，在扩散过程中，单位时间内通过单位横截面积的质点数目（或称扩散流量密度）j之比于扩散质点的浓度梯度△cD：扩散系数；其量纲为L2T-1，单位m2/s。

负号表示粒子从浓度高处向浓度低处扩散，即逆浓度梯度的方向扩散，对于一般非立方对称结构晶体，扩散系数D为二阶张量，上式可写为：对于大部分的玻璃或各向同性的多晶陶瓷材料，可认为扩散系数D将与扩散方向无关而为一标量。

J x=-D J x----沿x方向的扩散流量密度J y=-D J y---沿Y方向的扩散流量密度J z=-D J z---沿Z方向的扩散流量密度适用于：稳定扩散。

菲克第二定律：是在菲克第一定律基础上推导出来的。

如图所示扩散体系中任一体积元dxdydz在dt时间内由x方向流进的净物质增量应为：同理在y、z方向流进的净物质增量分别为：放在δt时间内整个体积元中物质净增量为：若在δt时间内，体积元中质点浓度平均增量δc，则：若假设扩散体系具有各向同性，且扩散系数D不随位置坐标变化则有：适用范围：不稳定扩散。

《材料科学基础》作业-答案全

绪论一、填空题1、材料科学主要研究的核心问题是结构和性能的关系。

材料的结构是理解和控制性能的中心环节，结构的最微细水平是原子结构，第二个水平是原子排列方式，第三个水平是显微组织。

2. 根据材料的性能特点和用途，材料分为结构材料和功能材料两大类。

根据原子之间的键合特点，材料分为金属、陶瓷、高分子和复合材料四大类。

第一章材料的原子结构一、填空题1. 金属材料中原子结合以金属键为主，陶瓷材料（无机非金属材料）以共价键和离子键结合键为主，聚合物材料以共价键和氢键以及范德华键为主。

第二章材料的结构一、填空题1、晶体是基元（原子团）以周期性重复方式在三维空间作有规则的排列的固体。

2、晶体与非晶体的最根本区别是晶体原子排布长程有序，而非晶体是长程无序短程有序。

3、晶胞是晶体结构中的最小单位。

4、根据晶体的对称性，晶系有三大晶族，七大晶系，十四种布拉菲Bravais点阵，三十二种点群，230种空间群。

5、金属常见的晶格类型有体心立方、面心立方、密排六方。

6、fcc晶体的最密排方向为<110>，最密排面为{111}，最密排面的堆垛顺序为ABCABCABCABC……。

7、fcc晶体的致密度为0.74，配位数为12，原子在（111）面上的原子配位数为6。

8、bcc晶体的最密排方向为<111>，最密排面为{110}，致密度为0.68，配位数为8。

9、晶体的宏观对称要素有对称点、对称轴、对称面。

10、CsCl型结构属于简单立方格子，NaCl型结构属于面心立方格子，CaF2型结构属于面心立方格子。

11、MgO晶体具有NaCl型结构，其对称型是3 L44L36L29PC，晶族是高级晶族，晶系是立方晶系，晶体的键型是离子键。

12、硅酸盐晶体结构中的基本结构单元是硅氧四面体[SiO4]。

？13、几种硅酸盐晶体的络阴离子分别为[Si2O7]6-、[Si2O6]4-、[Si4O10]4-、[AlSi3O8]1-，它们的晶体结构类型分别为组群状，链状，层状，和架状。

材料科学基础智慧树知到答案章节测试2023年山东理工大学

第一章测试1.材料科学主要解决的是为什么问题。

（）A:错B:对答案:B2.材料科学的核心问题是材料的结构与性能及其相互关系。

（）A:对B:错答案:A3.工具是人类文明进步的标志。

（）A:错B:对答案:B4.材料科学是当今带头学科之一。

（）A:错B:对答案:B5.材料科学与材料工程的界线越来越明显。

（）A:对B:错答案:B第二章测试1.下面关于固溶体形成说法正确的是（）。

A:在晶体生长过程中生成B:从溶液中析晶时形成C:通过烧结过程由原子扩散形成D:从熔体中析晶时形成答案:ABCD2.形成置换型连续性固溶体的主要条件（）。

A:离子尺寸相近B:电负性相近C:晶体结构相同D:离子电价相等或电价总和相等答案:ABCD3.在下面非化学计量结构化合物中属于n型半导体的是（）。

A:UO2+-xB:Zn1+xOC:TiO2-xD:Fe1-xO答案:BC4.关于刃型位错说法正确是（）。

A:其他三种说法都不对B:位错线与原子滑移方向既平行又垂直C:位错线与原子滑移方向相垂直D:位错线与原子滑移方向相平行答案:C5.在NaCl晶体中，Na离子占据Cl离子晶格位置后，该缺陷有效电荷数是（）。

A:2B:-2C:-1D:1答案:A第三章测试1.硅酸盐高温熔体具有近程有序的特点。

（）A:错B:对答案:B2.二价阳离子（如Ca, Mg等）对硅酸盐高温熔体的粘度影响正确的是（）A:能降低粘度B:与极化无关C:对粘度无影响D:与极化有关答案:AD3.根据单键能的大小，Al2O3属于是（）A:网络改变体B:中间体C:网络形成体D:其他说法都不对答案:B4.硅酸盐玻璃具有各向异性的特点。

（）A:对B:错答案:B5.共价键越强越容易形成玻璃。

（）A:错B:对答案:A第四章测试1.固体表面与被吸附质点之间相互作用，如果发生在极性分子与非极性分子之间，这种作用力被称为（）。

A:分散作用B:诱导作用C:静电作用D:定向作用答案:B2.当表面形成双电层后，它将向内层发生作用，并引起内层离子的极化和重排，表面效应所能达到的深度，与阴、阳离子的半径差有关，差愈大深度愈深。

材料科学基础知到章节答案智慧树2023年哈尔滨工程大学

材料科学基础知到章节测试答案智慧树2023年最新哈尔滨工程大学第一章测试1.以离子键为主的晶体所具有的特点包括：（）。

参考答案:塑性差;熔点高;导电性差2.空间点阵是由（）在空间作有规律的重复排列。

参考答案:几何点3.常见金属的晶体结构有体心立方、面心立方和密排六方，均属于14种布拉菲点阵中的空间点阵类型。

（）参考答案:错4.立方晶系中，具有相同指数的晶向与晶面（）。

参考答案:相互垂直5.已知面心立方Cu的点阵常数为0.361 nm，其密排面的晶面间距为（）。

参考答案:0.2084 nm6.下列具有密排六方结构的金属有：( )。

参考答案:Mg;Zn7.已知γ-Fe的点阵常数为0.3633 nm，则其原子半径为（）。

参考答案:0.1284 nm8.下列相中，其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的为：（）。

参考答案:间隙化合物;正常价化合物9.固溶体中的溶质原子都是混乱随机的占据固溶体的晶格阵点或间隙位置。

（）参考答案:错10.尺寸因素化合物主要受（）尺寸因素控制。

参考答案:原子第二章测试1.晶体中由于点缺陷的存在，使其性能发生变化，包括：（）。

参考答案:密度减小;电阻增大2.因为位错的晶格畸变区是一条几何线，所以将位错称为线缺陷。

（）参考答案:错3.以下关于柏氏矢量的描述中，错误的是：（）。

参考答案:柏氏回路的起点不同，则得到的柏氏矢量方向也不同;当位错运动时，其柏氏矢量会发生变化4.不管是刃型位错，还是螺型位错，当它们在一个滑移面上运动受阻时，都可能发生交滑移。

（）参考答案:错5.当位错在某一个滑移面上滑移时，如果与其它位错相遇，可能会形成（）。

参考答案:其他选项都有可能发生6.下列选项中属于面心立方晶体全位错的是（）。

参考答案:7.以下关于肖克莱不全位错的描述，错误的是（）。

参考答案:既可以滑移，也可以攀移8.面心立方晶体的（111）晶面按ABCABCACABCABC……顺序堆垛时，其中含有（）。

太原理工大学材料科学基础习题及参考答案(全)

太原理工大学材料科学基础习题及参考答案第一章原子结构与结合键习题1-1计算下列粒子的德布罗意波长：(1) 质量为10-10 kg，运动速度为0.01 m·s-1的尘埃；(2) 速度为103 m/s的氢原子；(3) 能量为300 eV的自由电子。

1-2怎样理解波函数ψ的物理意义？1-3在原子结构中，ψ2和ψ2dτ代表什么？1-4写出决定原子轨道的量子数取值规定，并说明其物理意义。

1-5试绘出s、p、d轨道的二维角度分布平面图。

1-6多电子原子中，屏蔽效应和钻穿效应是怎样影响电子的能级的？1-7写出下列原子的基态电子组态（括号内为原子序号）：C (6)，P (15)，Cl (17)，Cr (24) 。

1-8 形成离子键有哪些条件？其本质是什么？1-9 试述共价键的本质。

共价键理论包括哪些理论？各有什么缺点？1-10 何谓金属键？金属的性能与金属键关系如何?1-11 范德华键与氢键有何特点和区别？参考答案：1-1 利用公式λ = h/p = h/mv 、E = hν计算德布罗意波长λ。

1-8 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子相互作用时，产生电子得失而形成的离子固体的结合方式。

1-9 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。

共价键理论包括价键理论、分子轨道理论和杂化轨道理论。

1-10 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建。

由于存在自由电子，金属具有高导电性和导热性；自由电子能吸收光波能量产生跃迁，表现出有金属光泽、不透明；金属正离子以球星密堆方式组成，晶体原子间可滑动，表现出有延展性。

第二章材料的结构习题2-1定义下述术语，并注意它们之间的联系和区别。

晶系，空间群，平移群，空间点阵。

2-2名词解释：晶胞与空间格子的平行六面体，并比较它们的不同点。

2-3 (1) 一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b和6c，求出该晶面的米勒指数。