材料科学基础习题集(新)

第一部分：习题集《材料科学基础》复习思考题第一章：材料的结构一、解释以下基本概念空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、第二相强化。

二、填空题1、材料的键合方式有四类，分别是（），（），（），（）。

2、金属原子的特点是最外层电子数（），且与原子核引力（），因此这些电子极容易脱离原子核的束缚而变成（）。

3、我们把原子在物质内部呈（）排列的固体物质称为晶体，晶体物质具有以下三个特点，分别是（），（），（）。

4、三种常见的金属晶格分别为（），（）和（）。

5、体心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有体心立方晶格的常见金属有（）。

6、面心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有面心立方晶格的常见金属有（）。

7、密排六方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），具有密排六方晶格的常见金属有（）。

8、合金的相结构分为两大类，分别是（）和（）。

9、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为（）和（），按照固溶度分为（）和（），按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为（）和（）。

10、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有（）、（）、（）、（）。

11、金属化合物（中间相）分为以下四类，分别是（），（），（），（）。

12、金属化合物（中间相）的性能特点是：熔点（）、硬度（）、脆性（），因此在合金中不作为（）相，而是少量存在起到第二相（）作用。

13、CuZn、Cu5Zn8、Cu3Sn的电子浓度分别为（），（），（）。

14、如果用M表示金属，用X表示非金属，间隙相的分子式可以写成如下四种形式，分别是（），（），（），（）。

15、Fe3C的铁、碳原子比为（），碳的重量百分数为（），它是（）的主要强化相。

三、作图表示出立方晶系（123）、（0）、（421）等晶面和[02]、[11]、[346]等晶向。

四、立方晶系的{111}晶面构成一个八面体，试作图画出该八面体，并注明各晶面的晶面指数。

五、某晶体的原子位于正方晶格的结点上，其晶格常数a=b，。

今有一晶面在X、Y、Z坐标轴上的截距分别为5个原子间距、2个原子间距和3个原子间距，求该晶面的晶面指数。

六、体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（100）、（110）、（111）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。

七、已知面心立方晶格的晶格常数为a，试求出（100）、（110）、（111）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。

八、试从面心立方晶格中绘出体心正方晶胞，并求出它的晶格常数。

九、证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=。

十、试证明面心立方晶格的八面体间隙半径r=,四面体间隙半径r=;体心立方晶格的八面体间隙半径;<100>晶向的r=,<110>晶向的r=;四面体间隙半径r=, (R为原子半径)。

十一、 a）设有一钢球模型，球的直径不变，当由面心立方晶格转变为体心立方晶格时，试计算其体积膨胀。

b）经x射线测定，在912℃时，γ-Fe的晶格常数为, α-Fe的晶格常数为,当由γ-Fe转变为α-Fe时,试求其体积膨胀,并与a)相比较,说明其差别的原因.。

十二、已知铁和铜在室温下的晶格常数分别为和,分别求1cm3中铁和铜的原子数。

十三、Ni的晶体结构为面心立方结构，其原子半径为r=，试求1cm3中Ni的原子数。

十四、.Mo的晶体结构为体心立方结构，其晶格常数a=，试求Mo的原子半径r。

十五、Cu具有面心立方结构，其原子半径为r=，试求Cu的密度（Cu 的相对原子量为）十六、试计算体心立方晶格{100}、{110}、{111}等晶面的原子密度和〈100〉、〈110〉、〈111〉等晶向的原子密度，并指出其最密排晶面和最密排晶向。

（提示：晶面的原子密度为单位面积上的原子数，晶向的原子密度为单位长度上的原子数）。

十七、试计算面心立方晶格{100}、{110}、{111}等晶面的原子密度和〈100〉、〈110〉、〈111〉等晶向的原子密度，并指出其最密排晶面和最密排晶向。

十八、求金刚石结构中通过（0，0，0）和（3/4，3/4，1/3）两碳原子的晶向指数，及与该晶向垂直的晶面指数。

十九、求（121）与（100）决定的晶带轴与（001）和（111）所决定的晶带轴所构成的晶面的晶面指数。

二十、计算立方系[321]与[120]及（111）与⎪⎭⎫ ⎝⎛-111之间的夹角。

二十一、.a)算出fcc 和bcc 晶体中四面体间隙及八面体间隙的大小，用原子半径R 表示，并注明间隙中心坐标；b)写出溶解在γ-Fe 中C 原子所处位置，若此类位置全部被C 原子占据，那么问在此情况下，γ-Fe 能溶解多少重量百分比的C 而实际上碳在铁中的最大溶解度是多少两者在数值上有差异的原因是什么二十二、为什么?-Fe 的溶碳能力远大于?-Fe 的溶碳能力？二十三、Na +和Cl -的离子半径分别为，，NaCl 具有面心立方点阵，试求其配位数、晶格常数及致密度。

二十四、渗碳体(Fe 3C)是一种间隙化合物，它具有正交点阵结构，其点阵常数a=，b=，c=，其密度ρ=cm3，试求每单位晶胞中Fe 原子与C 原子的数目？二十五、试计算金刚石结构的致密度。

第二章：晶体缺陷一.解释以下基本概念肖脱基空位、弗仑克尔空位、位错、刃型位错、螺型位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克-瑞德源、派-纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、共格界面、非共格界面、内吸附.二、填空题1、按照几何尺寸分类，晶体中存在三种缺陷，分别是（），（），（）。

2、晶体中点缺陷主要表现形式有（），（）和（）。

3、位错有两种基本类型，分别是（），（）。

4、刃型位错的柏氏矢量与位错线（），螺型位错的柏氏矢量与位错线（）。

5、柏氏矢量代表晶体滑移的（）和（），也表示位错线周围（）总量的大小。

6、位错的运动有两种，分别是（）和（），刃型位错的柏氏矢量与其垂直的位错线所构成的平面称为（），对于一条刃型位错而言，该面是唯一的，故不可能产生（）运动。

7、体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格的单位位错的柏氏矢量分别可表示成（）、（）和（）。

8、面心立方晶体中有两种重要的不全位错，柏氏矢量分别为（），（）。

9、晶体的面缺陷主要包括（），（），（），（）。

10、具有不同结构的两相之间的界面称为（），该界面有三种，分别是（），（）和（）。

三.在Fe中形成1mol空位的能量为，试计算从20℃升温至850℃时空位数目增加多少倍四、指出下图各段位错的性质,并说明刃型位错部分的多半原子面.五、如右图,某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b的位错环,并受到一均匀切应力τ.(1)分析该位错环各段位错的结构类型.(2)求各段位错线所受的力的大小及方向.(3)在τ的作用下,该位错环将如何运动(4)在τ的作用下,若使此位错环在晶体中稳定不动,其半径应为多少六、面心立方晶体中，在（111）面上的单位位错b=a/2[-110]，在（111）面上分解为两个肖克莱不完全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出：七、已知单位位错a/2[-101]能与肖克莱不完全位错a/6[12-1]相结合形成弗兰克不全位错，试说明：（1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。

（2）判断此位错反应能否进行（3）这个位错为什么称固定位错八、判定下列位错反应能否进行若能进行，试在晶胞上作出矢量图。

九、试分析在（111）面上运动的柏氏矢量为b=a/2[-110]的螺型位错受阻时，能否通过交滑移转移到（1-11），（11-1），（-111）面中的某个面上继续运动为什么十、已知柏氏矢量的大小为b=，如果对称倾侧晶界的取向差θ=1°和10°，求晶界上位错之间的距离。

从计算结果可得到什么结论十一、根据晶粒的位向差及其特点，晶界有那些类型有何特点属性第三章：纯金属的凝固一、解释以下基本概念结晶、过冷、过冷度、结构起伏、能量起伏、均匀形核、非均匀形核、临界晶核半径、临界晶核形核功、形核率、变质处理、光滑界面、粗糙界面、树枝晶、柱状晶、等轴晶、单晶、非晶、微晶、准晶、多晶体。

二、填空题1、金属结晶一般发生在理论结晶温度以下，这种现象称为（），理论结晶温度与实际结晶温度的差值叫做（），冷却速度越大，则（）越大。

2、金属结晶过程是一个不断（）和（）的过程，直至液体耗尽为止。

若由一个晶核长成的晶体叫做（），多个晶核长成的晶体叫做（）。

3、要获得结晶过程所必须的驱动力，一定要有（），过冷度（），液固两相自由能差值（），驱动力（），临界晶核半径（），临界晶核形核功（），形核率（），结晶后（）越细小。

4、在过冷液体中，会出现许多尺寸不同的原子小集团称为（），只有当原子小集团的半径大于（）时，才可作为晶核而长大。

5、在形核时，系统总自由能变化是（）降低和（）增加的代数和，前者是形核的（），后者是形核的（）。

6、均匀形核时，临界晶核形核功与过冷度的关系可表达成（），它表明当形成临界尺寸晶核时，体积自由能补偿表面能的（），尚有（）表面能没有得到补偿，需依靠（）。

7、非均匀形核时，其形核功大小与润湿角?有关，当?=00时，ΔG非=（），当?=900时，ΔG非=（），当?=1800时，ΔG非=（）。

说明润湿角?越小，对形核越（）。

8、晶核长大与液固界面结构有关，一般粗糙界面以（）方式长大，而光滑界面以（）方式长大。

9、为获得细晶粒，在金属结晶时通常采用（），（）和（）等方法。

10、金属铸锭一般由三个晶区组成，表面为（），中间为（），心部为（）。

11、非均匀形核时临界球冠半径与均匀形核临界晶核半径（），但非均匀形核的晶核体积比均匀形核时（），当过冷度相同时，形核率（），结晶后晶粒（）。

12、金属结晶时形核方式有（）和（），在实际铸造生产中常已（）方式形核。

与三、 a）设为球形晶核，试证明均匀形核时，形成临界晶粒的ΔGK 之间的关系式为。

其体积VK与V之间的关系如何b）当非均匀形核形成球冠形晶核时，其ΔGK四、如果临界晶核是边长为a K的正方体，试求出其ΔG K与a K的关系。

为什么形成立方体晶核的ΔG比球形晶核要大K五、为什么金属结晶时一定要有过冷度影响过冷度的因素是什么固态金属熔化时是否会出现过热为什么六、试比较均匀形核与非均匀形核的异同点，说明为什么非均匀形核往往比均匀形核更容易进行。