2006-2007学年第一学期材料科学基础1试题及答案
06-07-01无机材料科学基础A参考答案
2006 至 2007 学年第 1 学期材料科学基础(建筑材料) A 参考答案一、名词解释：（每小题2分，共20分）1、空间格子：晶体内部质点呈周期性排列，如果将晶体中的原子或原子团抽象为空间中的点，晶体将是在三维空间作周期性的规则排列所形成的三维阵列组成，这种周期性的规则排列的几何点称为空间格子。
2、弗伦克尔缺陷：属于热缺陷的一种。
即晶格的热振动，一些能量高的原子离开原来的平衡位置，进入到晶格间隙中，形成间隙原子，而原来的位置上留下空位，这种缺陷为弗伦克尔缺陷。
3、空间群：在晶体结构中，存在着宏观对称和微观对称，我们将晶体结构中存在的一切对称要素的总和称为空间群。
4、类质同晶：晶体结构部分位置被其他离子或原子占有后，不引起键性和晶体结构的质变化，而形成均匀、呈单一相的混合晶体的现象。
5、单形：是指借助于对称型之全部对称要素的作用而相互联系起来的一组晶面的组合。
同一单形的各个晶面相互对称重复，其对称要素的取向关系也都一致。
6、莹石结构：化学式为AX2，晶体结构中X离子作简单立方排列，A离子填充于1/2立方体空隙中，称为莹石结构（注：以A离子排列，X离子填充空隙说明亦可）。
7、一致熔融化合物：是一种稳定的化合物，具有固定的熔点，熔化时所产生的液相与化合物组成相同，故称一致熔融。
8、稳定扩散：是指在所研究的扩散过程中，扩散物质的浓度分布不随时间变化的扩散过程。
9、玻璃分相：一个均匀的玻璃相在一定的温度和组成范围内有可能分成两个互不溶解或部分溶解的玻璃相（或液相），并相互共存的现象称为玻璃的分相。
10、液相烧结：凡有液相参加的烧结过程称为液相烧结。
二、填空题（每小题2分，共20分）1、在晶胞常数为a的面心立方堆积中，刚好填充八面体空隙球体半径为0.14a 。
2、根据鲍林规则，如果二元化合物A m B n若正离子A的配位数为6，负离子的配位数为6m/n 。
3、在1850度，15mol%CaO的添加到ZrO2中，形成置换式固溶体的化学式为CaO0.15Zr0.85O1.85。
材料科学基础试题库答案 (1)
Test of Fundamentalsof MaterialsScience材料科学基础试题库郑举功编一、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。
0011.晶体结构中的点缺陷类型共分、和三种，CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为。
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。
材料科学基础习题及答案
第一章习题1. 原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定2. 在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则3. 在元素周期表中，同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点从左到右或从上到下元素结构有什么区别性质如何递变4. 何谓同位素为什么元素的相对原子质量不总为正整数5. 铬的原子序数为24，它共有四种同位素：%的Cr原子含有26个中子，%含有28个中子，%含有29个中子，且%含有30个中子。
试求铬的相对原子质量。
6. 铜的原子序数为29，相对原子质量为，它共有两种同位素Cu63和Cu65，试求两种铜的同位素之含量百分比。
7. 锡的原子序数为50，除了4f亚层之外其它内部电子亚层均已填满。
试从原子结构角度来确定锡的价电子数。
8. 铂的原子序数为78，它在5d亚层中只有9个电子，并且在5f层中没有电子，请问在Pt的6s亚层中有几个电子9. 已知某元素原子序数为32，根据原子的电子结构知识，试指出它属于哪个周期哪个族并判断其金属性强弱。
10. 原子间的结合键共有几种各自特点如何11. 图1-1绘出三类材料—金属、离子晶体和高分子材料之能量与距离关系曲线，试指出它们各代表何种材料。
12. 已知Si的相对原子质量为，若100g的Si中有5×1010个电子能自由运动，试计算：(a)能自由运动的电子占价电子总数的比例为多少(b)必须破坏的共价键之比例为多少13. S的化学行为有时象6价的元素，而有时却象4价元素。
试解释S这种行为的原因。
14. A和B元素之间键合中离子特性所占的百分比可近似的用下式表示：这里x A和x B分别为A和B元素的电负性值。
已知Ti、O、In和Sb的电负性分别为，，和，试计算TiO2和InSb的IC%。
15. Al2O3的密度为3.8g/cm3，试计算a)1mm3中存在多少原子b)1g中含有多少原子16. 尽管HF的相对分子质量较低，请解释为什么HF的沸腾温度(19.4℃)要比HCl的沸腾温度(-85℃)高17. 高分子链结构分为近程结构和远程结构。
(完整版)材料科学基础试卷(一)和答案
材料科学基础试卷(一)一、概念辨析题，说明下列各组概念的异同。
1 晶体结构与空间点阵2 热加工与冷加工3 上坡扩散与下坡扩散4 间隙固溶体与间隙化合物5 相与组织6 交滑移与多滑移7 金属键与共价键8 全位错与不全位错9 共晶转变与共析转变二、画图题（任选两题。
每题6分，共12分）1 在一个简单立方晶胞内画出［010］、［120］、［210］晶向和（110）、（112）晶面。
2 画出成分过冷形成原理示意图（至少画出三个图）。
3 综合画出冷变形金属在加热时的组织变化示意图和晶粒大小、内应力、强度和塑性变化趋势图。
三、简答题（任选6题，回答要点。
每题5分，共30 分）1 在点阵中选取晶胞的原则有哪些？2 简述柏氏矢量的物理意义与应用。
3 二元相图中有哪些几何规律？4 如何根据三元相图中的垂直截面图和液相单变量线判断四相反应类型？5 材料结晶的必要条件有哪些？6 细化材料铸态晶粒的措施有哪些？7 简述共晶系合金的不平衡冷却组织及其形成条件。
8 晶体中的滑移系与其塑性有何关系？9 马氏体高强度高硬度的主要原因是什么？10 哪一种晶体缺陷是热力学平衡的缺陷，为什么？四、分析题（任选1题。
10分）1 计算含碳量w=0.04的铁碳合金按亚稳态冷却到室温后，组织中的珠光体、二次渗碳体和莱氏体的相对含量。
2 由扩散第二定律推导出第一定律，并说明它们各自的适用条件。
3 试分析液固转变、固态相变、扩散、回复、再结晶、晶粒长大的驱动力及可能对应的工艺条件。
五、某面心立方晶体的可动滑移系为(111) [110].（15分）(1) 指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量.(2) 如果滑移由纯刃型位错引起,试指出位错线的方向.(3) 如果滑移由纯螺型位错引起,试指出位错线的方向.(4) 在(2),(3)两种情况下,位错线的滑移方向如何?(5) 如果在该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力，试确定单位刃型位错和螺型位错线受力的大小和方向。
材料科学基础习题与答案
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0.4049nm ，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912ε 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）（211晶面和]211[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）（0121晶面和]0121[晶向。
5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。
6 在铅的（100）平面上，1mm 2有多少原子？已知铅为fcc 面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm 。
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α-Fe 和γ-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：0.046nm ，氮：0.071nm ，碳：0.077nm ，硼：0.091nm ，α-Fe ：0.124nm ，γ-Fe ：0.126nm 。
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0.4049nm ，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912ε 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）（211晶面和]211[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）（0121晶面和]0121[晶向。
5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。
6 在铅的（100）平面上，1mm 2有多少原子？已知铅为fcc 面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm 。
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α-Fe 和γ-Fe 中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 材料科学中，材料的基本组成单元是（）。
A. 分子B. 原子C. 离子D. 电子答案：B2. 金属的塑性变形主要是通过（）来实现的。
A. 弹性变形B. 位错运动C. 相变D. 断裂答案：B3. 在材料科学中，硬度的定义是（）。
A. 材料抵抗变形的能力B. 材料抵抗磨损的能力C. 材料抵抗压缩的能力D. 材料抵抗拉伸的能力答案：B4. 材料的热处理过程中，淬火的主要目的是（）。
A. 提高硬度B. 增加韧性C. 减少变形D. 提高导电性答案：A5. 以下哪种材料不属于复合材料？A. 碳纤维增强塑料B. 钢筋混凝土C. 不锈钢D. 玻璃钢答案：C二、填空题（每空1分，共20分）1. 材料的强度是指材料在受到______作用时，抵抗______的能力。
答案：外力；破坏2. 材料的断裂韧性是指材料在______条件下，抵抗______的能力。
答案：裂纹存在；断裂3. 材料的疲劳是指材料在______作用下，经过______循环后发生断裂的现象。
答案：交变应力；多次4. 材料的导热性是指材料在______条件下，抵抗______的能力。
答案：温度梯度；热量传递5. 材料的电导率是指材料在单位电场强度下，单位时间内通过单位面积的______。
答案：电荷量三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述材料的弹性模量和屈服强度的区别。
答案：弹性模量是指材料在弹性范围内，应力与应变的比值，反映了材料抵抗形变的能力。
屈服强度是指材料在受到外力作用下，从弹性变形过渡到塑性变形时的应力值，反映了材料抵抗塑性变形的能力。
2. 描述材料的疲劳破坏过程。
答案：材料的疲劳破坏过程通常包括三个阶段：裂纹的萌生、裂纹的扩展和最终断裂。
在交变应力作用下，材料内部的微裂纹逐渐扩展，当裂纹扩展到一定程度，材料无法承受继续增加的应力时，就会发生断裂。
3. 什么是材料的热处理？请列举几种常见的热处理方法。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、名词解释（每题5分，共25分）1. 晶体缺陷2. 扩散3. 塑性变形4. 应力5. 比热容二、选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪种材料属于金属材料？A. 玻璃B. 塑料C. 陶瓷D. 铜2. 下列哪种材料属于陶瓷材料？A. 铁B. 铝C. 硅酸盐D. 聚合物3. 下列哪种材料属于高分子材料？A. 玻璃B. 钢铁C. 聚乙烯D. 陶瓷4. 下列哪种材料属于半导体材料？A. 铜B. 铝C. 硅D. 铁5. 下列哪种材料属于绝缘体？A. 铜B. 铝C. 硅D. 玻璃三、简答题（每题10分，共30分）1. 请简述晶体结构的基本类型及其特点。
2. 请简述塑性变形与弹性变形的区别。
3. 请简述材料的热传导原理。
四、计算题（每题15分，共30分）1. 计算一个碳化硅晶体的体积。
已知碳化硅的晶胞参数：a=4.05 Å，b=4.05 Å，c=8.85 Å，α=β=γ=90°。
2. 计算在恒定温度下，将一个100 cm³的铜块加热100℃所需的热量。
已知铜的比热容为0.39J/(g·℃)，铜的密度为8.96 g/cm³。
五、论述题（每题20分，共40分）1. 论述材料科学在现代科技发展中的重要性。
2. 论述材料制备方法及其对材料性能的影响。
答案：一、名词解释（每题5分，共25分）1. 晶体缺陷：晶体在生长过程中，由于外界环境的影响，导致其内部结构出现不完整或不符合理想周期性排列的现象。
2. 扩散：物质由高浓度区域向低浓度区域自发地移动的过程。
3. 塑性变形：材料在受到外力作用下，能够产生永久变形而不恢复原状的性质。
4. 应力：单位面积上作用于材料上的力。
5. 比热容：单位质量的物质温度升高1℃所吸收的热量。
二、选择题（每题2分，共20分）1. D2. C3. C4. C5. D三、简答题（每题10分，共30分）1. 晶体结构的基本类型及其特点：晶体结构的基本类型有立方晶系、四方晶系、六方晶系和单斜晶系。
材料科学基础试题1-4参考答案
试题一答案一、1：4；2：O2-离子做面心立方密堆积，Na+填全部四面体空隙；3：=4CN O2-=8 [NaO4][ONa8]；4：O2-电价饱和，因为O2-的电价=（Na+的电价/Na+的配位数）×O2的配位数；5：二、1：Al4[Si4O10](OH)8；2：单网层状结构；3：一层硅氧层一层水铝石层且沿C轴方向堆积；4：层内是共价键，层间是氢键；5：片状微晶解理。
三、1：点缺陷，线缺陷，面缺陷；2：由低浓度向高浓度的扩散；3：坯体间颗粒重排，接触处产生键合，大气孔消失，但固-气总表面积变化不大；4：按硅氧比值分类或按硅氧聚和体的大小分类；5：表面能的降低，流动传质、扩散传质、气相传质和溶解-沉淀传质；6：随自由能的变化而发生的相的结构的变化，一级相变、二级相变和三级相变。
四、 1：O←→VNa ′+VCl˙2：AgAg→Agi˙+VAg′3：3TiO23Ti Nb˙+V N b˙+6O O2TiO22Ti Nb˙+O i′′+3O0Nb2-x Ti3x O3可能成立Nb2-2x Ti2x O3+x4：NaCl NaCa′+ClCl+VCl˙五、一是通过表面质点的极化、变形、重排来降低表面能，二是通过吸附来降低表面能。
1：t=195h2：t=68h七、当O/Si由2→4时，熔体中负离子团的堆积形式由三维架状转化为孤立的岛状，负离子团的聚合度相应的降至最低。
一般情况下，熔体中负离子团的聚合度越高，特别是形成三维架状的空间网络时，这些大的聚合离子团位移、转动、重排都比较困难，故质点不易调整成规则排列的晶体结构，易形成玻璃。
熔体中负离子团的对称性越好，转变成晶体越容易，则形成玻璃愈难，反之亦然。
八、晶界上质点排列结构不同于内部，较晶体内疏松，原子排列混乱，存在着许多空位、位错、键变形等缺陷，使之处于应力畸变状态，具有较高能量，质点在晶界迁移所需活化能较晶内为小，扩散系数为大。
九、二次再结晶出现后，由于个别晶粒异常长大，使气孔不能排除，坯体不在致密，加之大晶粒的晶界上有应力存在，使其内部易出现隐裂纹，继续烧结时坯体易膨胀而开裂，使烧结体的机械、电学性能下降。
材料科学基础习题及参考答案
材料科学基础参考答案材料科学基础第一次作业1.举例说明各种结合键的特点。
⑴金属键：电子共有化，无饱和性，无方向性，趋于形成低能量的密堆结构，金属受力变形时不会破坏金属键，良好的延展性，一般具有良好的导电和导热性。
⑵离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合，以离子为结合单元，无方向性，无饱和性，正负离子静电引力强，熔点和硬度均较高。
常温时良好的绝缘性，高温熔融状态时，呈现离子导电性。
⑶共价键：有方向性和饱和性，原子共用电子对，配位数比较小，结合牢固，具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点，导电能力差。
⑷范德瓦耳斯力：无方向性，无饱和性，包括静电力、诱导力和色散力。
结合较弱。
⑸氢键：极性分子键，存在于HF，H2O，NF3有方向性和饱和性，键能介于化学键和范德瓦尔斯力之间。
2.在立方晶体系的晶胞图中画出以下晶面和晶向：（1 0 2）、（1 1 -2）、（-2 1 -3），[1 1 0],[1 1 -1],[1 -2 0]和[-3 2 1]。
(213)3. 写出六方晶系的{1 1 -20}，{1 0 -1 2}晶面族和<2 -1 -1 0>,<-1 0 1 1>晶向族中各等价晶面及等价晶向的具体指数。
{1120}的等价晶面：(1120)(2110)(1210)(1120)(2110)(1210){1012}的等价晶面：(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112) (1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)2110<>的等价晶向：[2110][1210][1120][2110][1210][1120]1011<>的等价晶向：[1011][1101][0111][0111][1101][1011][1011][1101][0111][0111][1101][1011]4立方点阵的某一晶面（hkl ）的面间距为M /，其中M 为一正整数，为晶格常数。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料科学主要研究的是材料的哪些方面？A. 材料的加工方法B. 材料的微观结构C. 材料的性能D. 所有以上选项答案：D2. 金属材料的强度主要取决于其什么？A. 化学成分B. 微观结构C. 宏观尺寸D. 外部环境答案：B3. 以下哪个不是材料的力学性能？A. 硬度B. 韧性C. 导热性D. 弹性答案：C4. 陶瓷材料通常具有哪些特性？A. 高熔点B. 低热导率C. 低电导率D. 所有以上选项答案：D5. 聚合物材料的哪些特性使其在许多应用中受到青睐？A. 可塑性B. 轻质C. 良好的化学稳定性D. 所有以上选项答案：D二、填空题（每空1分，共10分）6. 材料的微观结构包括_______、_______和_______。
答案：晶粒、晶界、相界7. 材料的热处理过程通常包括_______、_______和_______。
答案：加热、保温、冷却8. 金属的塑性变形主要通过_______机制进行。
答案：位错滑移9. 材料的断裂韧性是指材料在_______条件下抵抗断裂的能力。
答案：受到冲击或应力集中10. 复合材料是由两种或两种以上不同_______的材料组合而成。
答案：性质三、简答题（每题10分，共30分）11. 简述金属的疲劳现象及其影响因素。
答案：金属疲劳是指金属在反复加载和卸载过程中，即使应力水平低于材料的屈服强度，也可能发生断裂的现象。
影响金属疲劳的因素包括应力幅度、加载频率、材料的微观结构、环境条件等。
12. 解释什么是相图，并说明其在材料科学中的重要性。
答案：相图是表示不同组分在特定条件下的相平衡状态的图形。
它在材料科学中的重要性体现在帮助科学家和工程师理解材料的相变行为，预测材料的性能，以及指导材料的加工和应用。
13. 描述聚合物材料的玻璃化转变温度（Tg）及其对聚合物性能的影响。
答案：玻璃化转变温度是聚合物从玻璃态转变为橡胶态的温度。
《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》习题及参考答案
形核功，还是可以成核的。
答案
(7)测定某纯金属铸件结晶时的最大过冷度，其实测
值与用公式ΔT=0.2Tm计算值基本一致。
答案
(8) 某些铸件结晶时，由于冷却较快，均匀形核率N1
提高，非均匀形核率N2也提高，故总的形核率为N=
N1 +N2。
答案
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(9) 若在过冷液体中，外加10 000颗形核剂，则结晶
❖ ②比较Cu-10% Sn合金铸件和Cu-30%合金铸件的铸造性能 及铸造组织，说明Cu-10% Sn合金铸件中有许多分散砂眼的 原因。
③ω(Sn}分别为2%，11%和15%的青铜合金，哪一种可进行 压力加工?哪种可利用铸造法来制造机件?
答案
返7回8
❖ 9.如下图所示，已知A，B，C三组元固态完全不互溶，质量 分数分别84%A,，10%B，10%C的O合金在冷却过程中将进 行二元共晶反应和三元共晶反应，在二元共晶反应开始时， 该合金液相成分(a点)为60%A，20%B，20%C，而三元共 晶反应开始时的液相成分(E点)为50%A，10%B，40%C。
答案
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6
❖ 6.位错受力后运动方向处处垂直于位错线，在运动
过程中是可变的，晶体作相对滑动的方向应是什么
方向？
答案
❖ 7.位错线上的割阶一般如何形成？
答案
❖ 8.界面能最低的界面是什么界面？
答案
❖ 9. “小角度晶界都是由刃型位错排成墙而构成的”这
种说法对吗？
答案
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7
三、综合题
❖ 1. 作图表示立方晶体的（123）（0 -1 -2） （421）晶面及[-102][-211][346]晶向。 答案
❖ 9. 在Fe中形成1mol 空位的能量为104. 67kJ，
材料科学基础习题及答案
材料科学基础习题及答案第⼀章习题1.原⼦中⼀个电⼦的空间位置和能量可⽤哪四个量⼦数来决定？2.在多电⼦的原⼦中，核外电⼦的排布应遵循哪些原则？3.在元素周期表中，同⼀周期或同⼀主族元素原⼦结构有什么共同特点？从左到右或从上到下元素结构有什么区别？性质如何递变？4.何谓同位素？为什么元素的相对原⼦质量不总为正整数？5.铬的原⼦序数为24，它共有四种同位素：4.31%的Cr原⼦含有26个中⼦，83.76%含有28个中⼦，9.55%含有29个中⼦，且2.38%含有30个中⼦。
试求铬的相对原⼦质量。
6.铜的原⼦序数为29，相对原⼦质量为63.54，它共有两种同位素Cu63和Cu65，试求两种铜的同位素之含量百分⽐。
7.锡的原⼦序数为50，除了4f亚层之外其它内部电⼦亚层均已填满。
试从原⼦结构⾓度来确定锡的价电⼦数。
8.铂的原⼦序数为78，它在5d亚层中只有9个电⼦，并且在5f层中没有电⼦，请问在Pt的6s亚层中有⼏个电⼦？9.已知某元素原⼦序数为32，根据原⼦的电⼦结构知识，试指出它属于哪个周期？哪个族？并判断其⾦属性强弱。
10.原⼦间的结合键共有⼏种？各⾃特点如何？11.图1-1绘出三类材料—⾦属、离⼦晶体和⾼分⼦材料之能量与距离关系曲线，试指出它们各代表何种材料。
12.已知Si的相对原⼦质量为28.09，若100g的Si中有5×1010个电⼦能⾃由运动，试计算：(a)能⾃由运动的电⼦占价电⼦总数的⽐例为多少？(b)必须破坏的共价键之⽐例为多少？13.S的化学⾏为有时象6价的元素，⽽有时却象4价元素。
试解释S这种⾏为的原因。
14.A和B元素之间键合中离⼦特性所占的百分⽐可近似的⽤下式表⽰：这⾥x A和x B分别为A和B元素的电负性值。
已知Ti、O、In和Sb的电负性分别为1.5，3.5，1.7和1.9，试计算TiO2和InSb的IC%。
15.Al2O3的密度为3.8g/cm3，试计算a)1mm3中存在多少原⼦？b)1g中含有多少原⼦？16.尽管HF的相对分⼦质量较低，请解释为什么HF的沸腾温度(19.4℃)要⽐HCl的沸腾温度(-85℃)17. ⾼分⼦链结构分为近程结构和远程结构。
《材料科学基础》上册习题与答案(大学期末复习资料).docx
(a)独立的点阵常数越少；(b)晶体中原子排列越紧密;(c)晶胞中原子越多；(d)晶体结构越复杂。
2、对正方晶系(a=b^c)而言，与［123］等同的晶向是：(a) ［132］；(b)［ 213］；(c) ［3 2 1］；(d) ［231］3、在单胞中画出：1)、(010)、(110)、(1 21)> (312)等晶面2)、［1 11］, ［ 123］> ［ 1 了0］和［211］等晶向。
4、用四轴坐标系画出六方晶系：1)、(11 20)、( 1012)> (10 11)等晶面2)、［11 20］> ［ 2113］、［3125］等晶向。
Al5、写出图中晶向的四轴坐标晶向指数。
6、列出三斜、单斜、正交及四方系中｛210｝面族包含面的数目及其指数；7、列出六方系中｛21 30｝面族包含面的数目及其指数。
8、(1 10 )> (11 2)> ( 312)面是否同属一个晶带？如是，求岀晶带轴的方向指数。
9、写出正八面体、正四面体、六方柱体及菱面体的对称元素；10、回答以下关于极射赤面投影的问题:1)在立方晶系(001)标准投影图中，列举出2个与(101)及(011)晶面同属一个晶带的晶面；2)这个晶带的晶带轴在什么位置(在图上标出)？写出这个晶带轴的晶向指数；3)(1 3 2)是否也属于这个晶带？为什么？4)投影图赤道上的晶面是否属于一个晶带？为什么？如果属于同一晶带，写出该晶带晶带轴的晶向指数。
1、晶体点阵的对称性越咼，贝1J：(a)独立的点阵常数越少；(b)晶体中原子排列越紧密;(c)晶胞中原子越多；(d)晶体结构越复杂。
2、对正方晶系(a=b#c)而言，与［123］等同的晶向是：(a) ［132］；(b)［ 213］；(c) ［3 2 1］；(d) ［231］3、在单胞中画出：1)、(010)、(110)、(1 21), (312)等晶面2)、［1 11］, ［ 123］> ［ 1 了0］和［211］等晶向。
2006-2007学年第一学期材料科学基础1试题及答案
2006-2007学年第一学期材料科学基础1试题及答案课程 材料科学基础1学 院 材料科学与工程 ______________ 考 试日期 2007 年01 月仃日 专业班号材料 41、42、43、材料（硕）41姓 名 __________________________ 号3 期中期末一、填空题（每空1分，共20分）1. 对金刚石、金属铜和橡胶而言，金刚石为 （1） 键，结合键 （2） 故其 弹性模量（3）:金属铜为（4） 键， 结合键 （5）故其弹性模量（6）;橡胶中分子链上是（7） 键，分子链之间是_⑻_键，故其弹性模量 —⑼—。
2. 液态金属结晶的驱动力是—（10） ___ ;多晶体金属中晶粒长大的驱动力是 （11X .；合金中原子扩散的驱动力是（12）。
西安交通大学考试题 成绩3.对于刃型位错线，其柏氏矢量（13）相中的化学位相等。
8.一个二元合金相图中，液相线与固相线距离越大的合金，其结晶时的流动性越差。
9. 在三元相图的垂直截面图中，不能利用重心法则求三个平衡相的质量分数10.在固相不扩散、液相完全混合的条件下，固溶体凝固中不可能出现成分过冷。
三、识图题（共18分）1.（4 分）写出所示立方晶胞中ABCDA晶面及AC晶向的密勒指数。
2.（5 分）写出所示六方晶胞中MNPQI晶面、MN晶向、NP晶向、PQ晶向、QM晶向的密X D3. （9分）Fe-C-Mn三元合金的液相面投影图如下图所示。
（1）（3分）写出图中0合金的成分、熔点及结晶时的初生晶;(2) (6分)写出图中a 点、b 点和c点成分TOcyj3&{CJIWC 忙I400X BOOr? I200T alwuesuesnJSOJvJ;x Mi c密的液相参与的四 90事式。
130代 IJ30T \Weighi PcrcmCitbon西安交通大学考试题四、证明题（8 分）假设纯金属熔液按均匀形核方式形核， 晶核形状为立方体。
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0.4049nm ，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912ε 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）（211晶面和]211[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）（0121晶面和]0121[晶向。
5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。
6 在铅的（100）平面上，1mm 2有多少原子？已知铅为fcc 面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm 。
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α-Fe 和γ-Fe 中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。
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其弹性模量 （3） ； 金属铜为 （4） 键， 结合键 （5） 故其弹性模量 （6） ； 橡胶中分子链上是 （7） 键，分子链之间是 （8） 键，故其弹性模量 （9） 。 2. (11) 3. 液态金属结晶的驱动力是 (10) ；多晶体金属中晶粒长大的驱动力是 (12) （13） 。 于位错线，其滑移运动方向 （14）
G V GV A S
a 3 GV 6a 2 S
令
（2 分）
d (G ) 0， da
解得临界晶核边长 a * 为
a
则临界形核功 G 为
4 S GV
（2 分）
4 S G G V
4 S GV 6 G V
（2）（6 分）
a 点：包晶反应， L+ M7C3+(C)→M5C2 b 点：包共晶反应，L+ M5C2 →M3C +(C) c 点：包共晶反应，L+ε →M3C+（γ Mn）
（2 分） （2 分） （2 分）
四、证明题（8 分） 证明：设立方体晶核的边长为 a，液体与固体间的体积自由能为 GV ，液体与晶 核间的比界面能为 S ， 晶核表面积为 A ， 晶核体积为V ， 则形核时的自由能变化 G 为
3
S
2
32 S (GV ) 2
3
（1 分）
临界表面形核能 A S
6(a ) 2 S
4 S 6 G V S
（1 分）
2
3 96 S (GV ) 2
第 2 页
而
3 32 S (GV ) 2 1 G 3 3 A S 96 S 2 (GV )
第 4 页
2. （5 分）影响扩散的主要因素为温度和扩散组元的浓度梯度。920℃左右渗碳时，碳 在奥氏体（面心立方结构）中扩散，过高的温度会引起奥氏体晶粒粗大；但温度过 低，碳将在铁素体（体心立方结构）中扩散，碳在铁素体中的极限溶解度比在奥氏 体中小得多，因而浓度梯度也小得多。 3. （5 分）根据
B
A a
图5
第五题第2题图 第 3 页
2. （8 分）W-Cr-Ni 三元合金 800℃等温截面图示于图 5。 （1） （4 分） 写出图中 A 合金在该温度时的相组成物， 在图中标出各组成相的成分点， 并计算各相的质量百分数（用字母列式表示即可） ； （2） （4 分）写出图中 B 合金在该温度时的相组成物，在图中标出各组成相的成分点， 并计算各相的质量百分数（用字母列式表示即可） 。 3. （8 分）立方形晶体中的位错环 ABCDA 如图 2 所示。AB 段和 CD 段平行于 Z 轴，AD 段和 BC 段平行于 X 轴，位错环的柏氏矢量 b 平行于 Y 轴， AD d 。刃位错的应力 场 e 公式如下：
Bf 1010 % fe Be fc 100% fe cd
wNi4W w 2
3. （8 分） （1） （4 分）
（0.5 分）
Be fd 100% fe cd
（0.5 分）
f
Gb 2 2 (1 )d
（3 分） （1 分） （1 分） （1 分） （2 分）
水平放置的 B 质量分数 wB 20% 的 A-B 二元合金熔液从一端定向凝固成长为 L 的横 截面均匀的合金棒。 (1) （4分）计算棒中单相 固 溶体段占棒长的分数； (2)（4分）计算合金棒中单相
α A 20 30 60 β B T L
固溶体段的平均B含量 wB 。
wB (%)
图4 第五题第 1 题图
二、判断题（每小题 1 分，共 10 分） 1. 密排六方结构的晶体属于密排六方点阵。
2. 空位的存在，总是使晶体的自由能降低。 3. 4. 5. 6. 7. 8. 位错的存在，总是使晶体的自由能升高。 晶体中可以形成纯刃型位错环，也可以形成纯螺型位错环。 螺型位错线只能进行滑移运动，不能进行攀移运动。 位错线在其滑移面内运动的方向与其所引起的晶体滑移的方向相同。 合金中多相平衡的条件是各组元在各相中的化学位相等。 一个二元合金相图中， 液相线与固相线距离越大的合金， 其结晶时的流动性越差。 第 1 页
x 2 Dt
，当 恒定时，x 与 t 成正比，
（3 分） （2 分）
x 变为 4 倍，则 t 变为 16 倍，故共需 16 小时。
4. （5 分）如图所示，强度随碳含量增加先增高后下降，在碳含量约 1.0%时为强度极 大值。 （2 分）
强度的这种变化与平衡态碳钢中的组织随碳含量变化有关：当碳含量小于 0.77%时，钢中的组织为铁素体+珠光体，且珠光体的分数随碳含量增高而增大，而 珠光体在钢中起强化作用，故强度随碳含量增加而增高； （1 分）
9. 在三元相图的垂直截面图中，不能利用重心法则求三个平衡相的质量分数。 10.在固相不扩散、液相完全混合的条件下，固溶体凝固中不可能出现成分过冷。 三、识图题（共 18 分） 1. 2. (4 分) 写出所示立方晶胞中 ABCDA 晶面及 AC 晶向的密勒指数。 (5 分) 写出所示六方晶胞中 MNPQM 晶面、MN 晶向、NP 晶向、PQ 晶向、QM 晶
（1 分）
故
G
1 A S 3
（1 分）
五、计算题（共 24 分） 1. （8 分）
(1) （4 分）根据公式
z CS ( z ) C0 k 0 1 L
k0 =
k0 1
（2 分）
式中， 则 (2) （4 分） 令 则 2. （8 分）
C S = 30 ， C 0 = 20 ，
Gb y (3x 2 y 2 ) 2 2 2 2 (1 ) ( x y ) Gb x( x 2 y 2 ) e 2 2 2 2 (1 ) ( x y ) 0
（1）(4 分)
2 2 Gb y( x y ) 0 2 (1 ) ( x 2 y 2 ) 2 0 ( xx yy ) Gb x( x 2 y 2 ) 2 (1 ) ( x 2 y 2 ) 2 0
ε
a
c
b
o
第 2 页
西 安 交 通 大 学 考 试 题
四、证明题（8 分） 假设纯金属熔液按均匀形核方式形核，晶核形状为立方体。试证明：临界形核功
G 等于临界晶核表面能的三分之一，即
G 1 A S 3
式中， A* 为临界晶核表面积， S 为晶核的比表面能。 五、计算题（共 24 分） 1. （8 分）A-B 二元合金相图如图 4 所示。在固相不扩散、液相完全混合条件下，
MN 晶向：[2113]； NP 晶向： [12 10]；
P Q 晶向：[1123] ； QM 晶向：[1210] 。
（2 分） （2 分） （1 分） （1 分） （1 分） （1 分） （1 分）
3. ( 9 分) （1）（3 分） O 合金的成分为：WFe=85.8%，WMn=13.0%，WC=1.2%； 熔点为：～1425℃； 初生晶为： （γ Fe） （1 分） （1 分） （1 分） 第 1 页
向的密勒-布拉菲指数。 Z B C N C P
O A X 3. D
Y M a1
a3 a2 O Q
( 9 分) Fe-C-Mn 三元合金的液相面投影图如下图所示。
(1) （3 分）写出图中 O 合金的成分、熔点及结晶时的初生晶； (2) （6 分） 写出图中 a 点、 b 点和 c 点成分的液相参与的四相平衡反应名称及反应式。
30 1 = 60 2
z 8 = L 9
（2 分）
8 1 wB 0.6 0.2 9 9
（2 分） （2 分）
wB 15%
作辅助线如图所示。
c
f B
d e A a 第五题第2题解答图 b o
a
第 3 页
（1）（4 分）相组成物：(Ni)+α
1
（1 分） （1 分） （1 分） （1 分） （1 分）
—X 方向； （2）（4 分） AB 段： f xy b ， —Y ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ向； CD 段： f xy b ， Y 方向；
AD 段和 BC 段无作用力。 六、综合题（共 20 分）
1. （5 分）奥氏体为面心立方结构，碳原子位于其八面体间隙中；铁素体为体心立方 结构， 碳原子也位于其八面体间隙中。 面心立方的八面体间隙半径与铁原子半径之 比（0.414）大于体心立方的八面体间隙半径与铁原子半径之比（0.155），而碳原 子半径大于间隙半径， 一个碳原子固溶于奥氏体中所引起的晶体能量增高远小于固 溶于铁素体中所引起的晶体能量增高。
AB 段对 CD 段单位长度的作用力是多大，在什么方向？
（2） (4 分) 在外应力 xy 作用下， 单位长度各段位错所受的力是多大， 在什么方向？
Y
xy
B
xy
A
b
D
C
X
Z
图6 六、综合题（共 20 分） 针对碳钢回答下列问题：
第五题第3题图
1. （5 分）已知 727℃时，碳在奥氏体中的溶解度为 wC = 0.77% ，而在铁素体中的极 限溶解度仅为 wC = 0.0218% 。请解释二者差别如此明显的原因。 第 4 页
第 5 页
西安交通大学本科生课程考试试题标准答案与评分标准
课程名称： 材料科学基础 1 课时： 64 考试时间：2007 年 1 月 17 日
一、填空题（每空 1 分，共 20 分） 1.（1）共价； （2）最强； （3）最高； （4）金属； （5）较弱； （6）较低； （7）共价； （8） 二次； （9）最低； 2.（10）体积自由能的降低； （11）总晶界能的降低； （12）化学位的降低； 3.（13）垂直； （14）平行； （15）垂直； （16）平行； （17）垂直； （18）垂直； （19）既 不垂直也不平行； （20）垂直。