材料科学基础考研经典题目教学内容
材料科学基础A考研题库
材料科学基础A考研题库材料科学是研究材料的组成、结构、性能以及它们之间关系的科学。
材料科学基础是材料科学与工程专业的核心课程之一,对于考研的同学来说,掌握材料科学基础的相关知识至关重要。
以下是一些材料科学基础A的考研题库内容,供同学们复习参考:一、材料的分类与特性1. 材料科学中常见的材料类型有哪些?2. 金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料各有什么特点?3. 简述材料的力学性能指标,如强度、硬度、韧性等。
二、材料的微观结构1. 材料的微观结构如何影响其宏观性能?2. 什么是晶体结构?请举例说明常见的晶体结构类型。
3. 非晶态材料与晶体材料有何不同?三、材料的制备与加工1. 简述几种常见的材料制备方法,如铸造、锻造、轧制等。
2. 材料加工过程中的热处理工艺有哪些?它们对材料性能有何影响?3. 材料的表面处理技术有哪些作用?四、材料的力学行为1. 什么是弹性模量?它与材料的哪些性质有关?2. 材料的塑性变形机制有哪些?3. 简述断裂力学的基本概念。
五、材料的热学性质1. 材料的热膨胀系数是什么?它如何影响材料的应用?2. 简述热传导、热对流和热辐射的区别。
3. 什么是热稳定性?它对材料选择有何意义?六、材料的电学性质1. 材料的导电性与哪些因素有关?2. 什么是半导体材料?它在现代科技中有哪些应用?3. 绝缘材料的电学性质有哪些特点?七、材料的光学性质1. 材料的折射率是如何定义的?它与材料的哪些性质有关?2. 简述光学材料在通信技术中的应用。
3. 什么是光致发光材料?它们在哪些领域有应用?八、材料的腐蚀与防护1. 什么是腐蚀?常见的腐蚀类型有哪些?2. 材料的耐蚀性与其哪些性质有关?3. 简述几种常见的腐蚀防护方法。
九、材料的老化与失效1. 材料老化的原因是什么?它对材料性能有何影响?2. 材料失效的常见类型有哪些?3. 如何通过材料设计来提高其耐久性?十、材料的创新与发展1. 当前材料科学领域的研究热点有哪些?2. 新型材料的开发对工业和科技发展有何推动作用?3. 简述可持续发展理念在材料科学中的应用。
材料科学基础考研真题(附答案)
硕士研究生入学考试试题考试科目代码及名称:959 材料科学基础考试时限:3小时 总分:150分一、名词解释 (10×3=30分)加工硬化 沉淀强化 交滑移 上坡扩散 调幅分解 金属化合物 临界分切应力 珠光体 Orowan 机制 等强温度二、解答题(6×10=60分)1、判断下列位错反应能否进行:(1)]110[2]101[2]100[a a a +→;(2)]111[2]111[6]112[3a a a →+ 2、请指明下列五种结构分别属于什么布拉菲点阵。
注:a=b=c,α=β=γ=90°。
图省3、冷变形金属在回复和再结晶过程中,组织和性能分别有什么变化?4、试分别给出FCC,BCC 及HOP 的主要滑移系。
5、试分析液态金属凝固过程中形成中心等轴晶区的条件是什么?6、为什么空位是热力学稳定缺陷,而位错是非热力学稳定缺陷。
三、问答题(3×20=60分)1、绘出Fe-Fe 3C 相图,标出其中的关键成分和关键温度,并且回答:(1)分析碳含量对Fe-C 合金室温组织和力学性能的影响。
(2)分析45钢的拉伸变形过程可分为哪几个阶段及其相应的特征和机理。
2、试解释为什么材料的理论强度远高于其实际强度。
随着现代科学技术的进步和国民经济的发展,材料的强韧化越来越重要,试举例说明材料强化或韧化的4种方法,并阐述相应的强化和韧化原理。
3、试分析下列材料科学过程是否与原子扩散有关,为什么?A 热弹性马氏体箱变B 脱溶分解C 成分均匀化D 高温蠕变E G.P 形成硕士研究生入学考试试题参考答案考试科目代码及名称:959 材料科学基础考试时限:3小时 总分:150分一、名词解释(30分)加工硬化:随着冷变形程度的增加,金属材料强度和硬度指标都有所提高,但塑性、韧性有所下降的现象。
沉淀强化:过饱和固溶体随温度下降或长时间保温过程中(时效)发生脱溶分解,细小的沉淀物分散于基体之中,阻碍位错运动而产生强化的现象。
考研材料科学基础题库与答案
考研材料科学基础题库与答案考研材料科学基础是一门重要的专业课程,对于想要在材料领域深入研究的同学来说,掌握这门课程的知识至关重要。
以下为大家整理了一套较为全面的考研材料科学基础题库,并附上详细的答案解析,希望能对大家的备考有所帮助。
一、晶体结构1、画出面心立方(FCC)和体心立方(BCC)晶体结构的晶胞,并分别计算其原子半径与晶格常数之间的关系。
答案:面心立方(FCC)晶胞中,原子半径 r 与晶格常数 a 的关系为 r =√2a/4;体心立方(BCC)晶胞中,原子半径 r 与晶格常数 a 的关系为 r =√3a/4。
2、简述晶体结构与空间点阵的区别。
答案:晶体结构是指晶体中原子、离子或分子的具体排列方式,它不仅包括空间点阵的形式,还包括原子的种类、数量以及它们之间的相互作用等。
而空间点阵是将晶体结构中的质点抽象为几何点,所得到的几何图形,它只反映质点的分布规律和周期性。
二、晶体缺陷1、什么是点缺陷?点缺陷有哪些类型?答案:点缺陷是指在晶体中三维方向上尺寸都很小的缺陷。
点缺陷的类型主要包括空位、间隙原子和杂质原子。
2、简述位错的基本类型及它们的运动方式。
答案:位错的基本类型有刃型位错和螺型位错。
刃型位错的运动方式有滑移和攀移;螺型位错的运动方式只有滑移。
三、凝固与结晶1、简述纯金属结晶的条件和过程。
答案:纯金属结晶的条件是要有一定的过冷度。
结晶过程包括形核和长大两个阶段。
形核又分为均匀形核和非均匀形核。
均匀形核是依靠液态金属本身的结构起伏自发地形成晶核;非均匀形核是依靠液态金属中存在的固态杂质或容器壁等现成表面形成晶核。
长大过程是晶核形成后,原子不断向晶核表面堆砌,使晶核不断长大,直至液态金属全部转变为固态晶体。
2、比较均匀形核和非均匀形核的异同。
答案:相同点:都是形核的方式,都需要一定的过冷度,都包含形核功。
不同点:均匀形核依靠液态金属本身的结构起伏自发形成晶核,所需的过冷度较大,形核功较大;非均匀形核依靠现成表面形成晶核,所需过冷度较小,形核功较小。
北京科技大学《材料科学基础》考研真题强化教程
北京科技大学《材料科学基础》考研真题强化教程考点1:金属键,离子键,共价键,氢键,范德瓦耳斯力的定义。
例1(名词解释):离子键。
例2:解释金属键。
例3:大多数实际材料键合的特点是()。
A.几种键合形式同时存在 B.以离子键的形式存在 C.以金属键的形式存在考点2:金属键,离子键,共价键的特征。
例4:化学键中既有方向性又有饱和性的为()。
A.共价键 B.金属键C.离子键例5:原子的结合键有哪几种?各有什么特点?考点3:依据结合键对于材料的分类。
例6:解释高分子材料与陶瓷材料。
例7:试从结合键的角度,分析工程材料的分类及其特点。
例8:何谓陶瓷?从组织结构的角度解释其主要性能特点。
考点1:以米勒指数描述晶向和晶面 1.1 晶面族例1:什么是晶面族?{111}晶面族包含哪些晶面?例2:请分别写出立方晶系中{110}和{100}晶面族包括的晶面。
1.2 晶面夹角和晶面间距例:面心立方结构金属的[100]和[111]晶向间的夹角是多少?{100}面间距是多少?1.3 晶带定理例1(名词解释):晶带定理。
例4:晶面(110)和(111)所在的晶带,其晶带轴的指数为()。
1.4 HCP的米勒指数例1:写出如图所示六方晶胞中EFGHIJE面的密勒-布拉菲晶面指数,以及EF、FG、GH、HI、IJ、JE各晶向的密勒-布拉菲晶向指数。
例2:写出如图所示六方晶胞中EFGHIJE晶面、EF晶向、FG晶向、CH晶向、JE晶向的密勒-布拉菲指数。
例3:六方晶系的[100]晶向指数,若改用四坐标轴的密勒指数标定,可表示为()。
1.5 画晶向和晶面,面密度的求法例2:bcc结构的金属铁,其(112)晶面的原子面密度为9.94×1014atoms/cm3。
(1)请计算(110)晶面的原子面密度;(2)分别计算(112)和(110)晶面的晶面间距;(3)确定通常在那个晶面上最可能产生晶面滑移?为什么?(bcc结构铁的晶格常数为a=0.2866nm)1.6 晶向指数的意义例:一组数[uvw],称为晶向指数,它是用来表示()。
武汉理工大学材料科学基础考研真题大纲
武汉理工大学材料科学基础考研真题大纲材料科学基础复习大纲第二章晶体结构2.1 结晶学基础1、概念:晶体晶胞晶胞参数七大晶系晶面指数晶面族晶向指数晶向族2、晶面指数和晶向指数的计算2.2 结合力与结合能按照结合力性质不同分为物理键和化学键化学键包括离子键共价键金属键物理键包括范德华键氢键晶体中离子键共价键比例估算(公式2.16)离子晶体晶格能2.3 堆积(记忆常识)1、最紧密堆积原理及其使用范围:原理略适用范围:典型的离子晶体和金属晶体原因:该原理是建立在质点在电子云分布呈球形对称以及无方向性的基础上的2、两种最紧密堆积方式:面心立方最紧密堆积ABCABC 密排六方最紧密堆积ABABAB系统中:每个球周围有6个八面体空隙 8个四面体空隙N个等径球体做最紧密堆积时系统有2N个四面体空隙N个八面体空隙八面体空隙体积大于四面体空隙3、空间利用率:晶胞中原子体积与晶胞体积的比值(要学会计算)两种最紧密堆积方式的空间利用率为74.05﹪(等径球堆积时)4、影响晶体结构的因素内因:质点相对大小(决定性因素)配位数(概念及计算)极化(概念,极化对晶体结构产生的影响)外因(了解):同质多晶类质多晶同质多晶转变2.4 单质晶体结构(了解)2.5 无机化合物结构(重点每年必考)分析结构从以下几个方面入手:晶胞分子数,何种离子做何种堆积,何种离子添隙,添隙百分比,正负离子配位数,正负离子电价是否饱和,配位多面体,添隙半径的计算(刚好相切时),隙结构与性质的关系。
1、NaCl型:4个NaCl分子 Cl离子做面心立方密堆积,Na离子填充八面体空隙,填充率100﹪,正负离子配位数均为6,电价饱和。
【NaCl6】或【ClNa6】八面体结构与性能:此结构在三维方向上键力均匀,因此无明显解理,破碎后呈颗粒状,粒为多面体形状。
离子键结合,因此有较高的熔点和硬度2、立方ZnS结构:4个ZnS分子S离子做面心立方密堆积,第三章晶体结构缺陷3.1 结构缺陷类型缺陷(概念):晶体点阵结构中周期性势场的畸变按照几何形态分类:点,线,面,体点缺陷包括:空位,间隙,杂质,色心线缺陷有:位错面缺陷有:晶界,表面按照缺陷产生原因分类:热缺陷(本征缺陷),杂质缺陷和非化学计量缺陷(非本征缺陷)热缺陷分为弗伦克尔缺陷和肖特基缺陷(理解图 3.2)(弗伦克尔缺陷的特征是空位和间隙质点成对出现,肖特基缺陷特征是正负离子空位成对出现。
吉林大学材料科学基础考研第三章16精品PPT课件
1.配位数与致密度?(简答)
定义:所谓配位数就是指晶体结构中任一原子周围最近邻且 等距离的原子数;致密度是指晶体结构中原子体积占总体积的 百分数.
计算:配位数N=? 致密度:K=nv/V
2.晶系,晶面及晶向的定义,描述和标定(简答).
陶瓷晶体结构:
• 陶瓷晶体中大量存在的是离子晶体,由于 离子键不具有方向性和饱和性,有利于空 间的紧密堆积,堆积方式取决于阴阳离子 的电荷和离子半径r的相对大小。
2. 重要概念 无定形 各向异性 原子堆积因素 晶体结构 体心立方,面心立方,和密排六方结构 布拉格定律 配位数 晶系 晶粒 晶界 晶格 晶格参数 密勒指数 非晶结构 晶胞
晶 体:晶材料中的原子的是有规则排列的,无周期性的,
通常呈现规则的几何形状。 (其内部原子的排列十分规整严格,比士兵的方阵还要整齐得多。
空间格子:
为了便于描述空间点阵的图形,可用许多平行线将所有阵点 连接起来,于是形成一个三维几何格架,称为空间格子.
空间点阵:
阵点在三维空间中呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境, 这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵.简称点阵.
晶系与布拉格定律 :
7大晶系:
三斜,单斜,正交,六方,菱方,四方,六方.
非晶态材料主要是在冷却过程中,利用先进的技术手段使 得材料进入了玻璃态,这样形成的材料称为非晶材料,非晶 材料是处于亚稳态的.
Hale Waihona Puke 准晶态(准晶):其内部排列既不同于晶体,也不同于非晶体。
晶体学分析认为,晶体中原子呈有序排列,且具有平移 对称性,晶体点阵中各个阵点周围环境必然完全相同,故晶 体结构只能有1.2.3.4.6次旋转对称轴,而5次和 高于6次的对称轴不能满足平移对称的条件,均不可能存在 于晶体中,但近年来在科研过程中发现,在类似于晶态的固 体中存在5次对称轴,这们把这一类新的原子的聚集状态称 为准晶态,此固体称为准晶.
西安交通大学材料科学基础专业考研大纲
一课程性质与任务《材料科学基础》是材料科学与工程系各专业本科生的一门重要的专业基础课,以介绍工程材料的基础理论为目的,既具有较强的理论性,又与生产实际有紧密的联系。
其任务是:1 研究材料的成份、组织结构、性能及三者间的关系。
2 掌握有关工程材料的基本理论和知识,训练用所学理论分析实际问题的方法和思路。
3 初步掌握材料的科学实验方法和有关的实验技术;掌握定量、半定量地解决工程材料问题的方法。
二教学安排1 材料科学基础》为15学分,计96学时,其中讲课84学时,实验、讨论等12学时。
23 实验: 实验共六次,计12学时,每次实验二学时。
内容为:(1) 显微镜的构造及使用;(2) 常见金属晶体结构和原子堆垛模型分析;(3) 二元合金平衡组织分析;(4) 二元合金不平衡组织分析;(5) 铁碳合金平衡组织与性能分析;(6) 金属的塑性变形与再结晶。
三教学目的和要求第一章工程材料中的原子排列目的:1.原子之间的键合2.介绍晶体学的基本概念及晶格类型3.晶向指数和晶面指数及其表示方法4.金属的晶体结构特点5.陶瓷的晶体结构6.晶体缺陷的类型及特征要求:1.掌握晶面、晶向的表示方法2.熟悉三种典型的晶体结构3.晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本性质4.位错的应力场和应变能;位错的运动与交互作用第二章固体中的相结构目的:1.介绍金属固溶体的分类、结构特点及溶解度2.金属间化合物相的分类、特点及性能3.陶瓷晶体相的结构及特点4.玻璃相及其形成5.分子相的结构特点要求:1.熟悉合金相的主要类型,形成条件和性能特点2.理解Hume—Rothery规则;3.玻璃相的形成条件4.了解分子相的结构特点及分子晶体第三章凝固与结晶目的:1.介绍结晶的基本规律2.结晶的基本条件3.晶核的形成4.晶体的长大5.陶瓷、聚合物的凝固6.结晶理论的应用要求:1.掌握凝固理论及过冷度的概念2.晶体长大机制及界面形态3.用凝固理论解释或说明实际生产问题第四章二元相图目的:1.相、相平衡及相图制作2.二元匀晶相图3.二元共晶相图4.二元包晶相图5.其它二元要相图6.二元相图的分析方法7.介绍相图的热力学依据8.铸件的组织与偏析要求:1.能认识一般的二元相图,并会分析合金的结晶过程及得到的组织.2.掌握分析相图的方法3.能依据相图判断合金的工艺性能与机械性能4.理解成分过冷的形成、影响因素5.会分析铁碳合金平衡结晶过程及室温下所得到的组织6.说明含碳量的改变怎样影响铁碳合金的组织和性能第五章三元相图目的:1.介绍三元相图的几何特性2.三元匀晶相图3.三元共晶相图4.三元相图中的相平衡特征5.实用三元相图举例要求:1.熟悉三元合金成分表示方法,懂得直线定律与重心法则的应用2.掌握三元合金结晶过程中相与组织的转变规律3.会看简单的等温截面图和变温截面图第六章固体中的扩散目的:1.介绍扩散定律及其应用2.扩散的微观机理3.扩散的热力学理论4.反应扩散5.一些影响扩散的重要因素要求:1.扩散第一、第二定律的表达式,适用的条件,各符号的意义和单位2.说明扩散系数的意义和影响扩散的因素3.认识几种重要的扩散现象4.了解扩散的实际应用,如渗碳过程等第七章塑性变形目的:1.介绍滑移系统和Schmid定律金属的应力一应变曲线2.单晶体的塑性变形3.多晶体塑性变形的特点4.合金的塑性变形5.冷变形金属的组织与性能6.聚合物的塑性变形7.陶瓷材料的塑性变形要求:1.熟悉滑移、孪生变形的主要特点2.说明多晶体塑性变形的过程及特点3.理解加工硬化、细晶强化等产生的原因和它的实际意义4.塑性变形过程中组织和性能的变化规律第八章回复和再结晶目的:1.介绍冷变形金属在加热时组织和力学性能的变化2.回复机制及动力学3.再结晶时组织的变化及影响再结晶的因素4.再结晶后晶粒的长大过程5.金属的热变形要求:1.变形金属发生回复和再结晶的条件是什么?有些什么变化?2.T再对生产有什么意义?如何确定T再?影响T再的因素有哪些?3.再结晶后晶粒大小如何控制?4.动态回复过程中位错运动有何特点?从显微组织上如何区分动、静态回复和动、静态再结晶第九章复合效应与界面目的:1.复合材料、增强体及复合效应2.复合材料增强原理3.复合材料的界面要求:1.了解研究界面的意义2.界面类型及性能3.界面结合原理4.对界面的基本要求及控制界面的原理第十章固态相变目的:1.介绍固态相变的特点2.固态相变的形核3.固态相变的核长大4.扩散型相变示例5.无扩散型相变6.陶瓷的相变与增韧要求:1.了解固态相变有哪些类型?2.掌握贝氏体转变与珠光体转变、马氏体转变有什么异同点?3.马氏体相变有哪些特征一、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;(2)原子的规则排列:晶体结构与空间点陈,晶向及晶面的表示,金属的晶体结构,陶瓷的晶体结构。
武汉大学《880材料科学基础》考研真题详解
武汉大学《880材料科学基础》考研真题详解2021年武汉大学《880材料科学基础》考研全套目录•全国名校材料科学基础考研真题汇编(含部分答案)说明:本科目考研真题不对外公布(暂时难以获得),通过分析参考教材知识点,精选了有类似考点的其他院校相关考研真题,以供参考。
2.教材教辅•石德珂《材料科学基础》(第2版)配套题库【名校考研真题+章节题库+模拟试题】说明:以上为本科目参考教材配套的辅导资料。
•试看部分内容名校考研真题导论1.试举例分析材料加工过程对材料使用性能的影响。
[中南大学2007研]答:材料加工过程对材料使用性能有重要而复杂的影响,材料也必须通过合理的工艺流程才能制备出具有实用价值的材料来。
通过合理和经济的合成和加工方法,可以不断创制出许多新材料或改变和精确控制许多传统材料的成分和结构,可以进一步发掘和提高材料的性能。
材料的制备/合成和加工不仅赋予材料一定的尺寸和形状,而且是控制材料成分和结构的必要手段。
如钢材可以通过退火、淬火、回火等热处理来改变它们内部的结构而达到预期的性能,冷轧硅钢片经过复杂的加工工序能使晶粒按一定取向排列而大大减少铁损。
2.任意选择一种材料,说明其可能的用途和加工过程。
[中南大学2007研]答:如Al-Mg合金。
作为一种可加工、不可热处理强化的结构材料,由于具有良好的焊接性能、优良的耐蚀性能和塑性,在飞机、轻质船用结构材料、运输工业的承力零件和化工用焊接容器等方面得到了广泛的应用。
根据材料使用目的,设计合金成分,考虑烧损等情况进行配料,如A15Mg合金板材,实验室条件下可在电阻坩埚炉中750℃左右进行合金熔炼,精炼除气、除渣后720℃金属型铸造,430~4 70℃均匀化退火10~20h后,在380~450℃热轧,再冷轧至要求厚度,在电阻炉中进行稳定化处理,剪切成需要的尺寸或机加工成标准试样,进行各种组织、性能测试。
3.说说你对材料的成分、组织、工艺与性能之间关系的理解。
河北工业大学材料学院材料科学基础考研专业课 1 材料结构11
第一章材料的结构—原子的排列主讲人武建军教授⏹原子排列在决定固态材料性能中起着极为重要的作用⏹Cu,Al与Zn,Cd的延展性⏹橡胶与热固性塑料⏹石墨与金刚石⏹学习研究固态物质内部结构-原子排列和分布规律,是了解、掌握材料性能的基础,也是改善和开发新材料的途径。
本章主要内容⏹1-1晶体学基础⏹1-2典型金属的结构⏹1-3固溶体的结构⏹1-4金属间化合物⏹1-5离子晶体⏹1-6原子晶体⏹1-7玻璃相⏹1-8高分子材料的结构1.1 晶体学基础1.1.1 晶体与非晶体⏹物质通常有三种凝聚状态:气、液、固⏹固体物质可以分为晶体和非晶体两大类。
⏹现代使用的材料绝大部分是晶态(Crystalline)材料。
⏹天然晶体具有规则外形和宏观对称性晶体的外形⏹根据X射线衍射分析的结果,晶体与非晶体的差别在于原子的排列方式。
⏹在晶体中,组成它们的物质微粒在三维空间呈有规则周期性排列;而非晶体内部微观粒子的排列则没有这种规律性。
⏹气体和液体都是非晶体。
液晶不是晶体,但是具有各向异性。
晶体的性质⏹天然晶体往往具有规则的外形,最早人们是从外形判断是不是晶体,多为凸多面体-自限性⏹平移均匀性⏹明显的各向异性。
⏹旋转对称性⏹一定的熔点⏹在一定条件下晶体与非晶体二者之间可以互相转化。
晶体中原子的规则排列晶体中原子的规则排列多晶体示意图graingrain单晶体与多晶体⏹原子排列规律相同、位向一致的区域(空间为颗粒状)称为晶粒。
⏹如果一个大块材料仅由一个晶粒组成,称为单晶体;单晶体具有各向异性;⏹如果由许多不同方位的晶粒组成,则称多晶体。
晶粒之间存在晶界面。
多晶体材料一般不具有各向异性(伪各向同性)。
⏹我们日常使用的各种金属材料大部分是多晶材料。
1.1.2 晶体结构与空间点阵⏹晶体结构是指晶态物质中质点在三维空间的重复排列方式。
⏹由于质点不同、排列规则不同或周期性不同,晶体结构可以有无限多种。
NaCl的结构空间点阵⏹在晶体中选择一些环境相同的等同点,这些等同点在空间的排列称为空间点阵⏹环境相同指具有平移、旋转重合的特性⏹空间点阵只有14种,布拉菲点阵。
材科基考研讲义(北科大)1
《材料科学基础》考点与考题精讲系列第1讲原子结构与键合主讲人:王准网学天地网学天地( )版权所有材料科学与工程的任务研究材料成分、组织结构、制备及加工与材料性能(四要素)之间的关系。
材料组织与结构材料组织与结构材料性能材料性能材料制备与加工材料制备与加工网学天地( )版权所有本章主要内容:(1)原子结构;(2)原子间键合方式;(3)原子间键合对于材料性能的影响掌握基本概念和术语理解决定键合方式的主要因素能够用结合键的特征解释材料的性能。
例如:用金属键的特征解释金属材料的性能:(1)良好的导电、导热性;(自由电子)(2)良好的延展性。
(既无饱和性又无方向性)网学天地( )版权所有1.1 原子结构物质是由原子组成在材料科学中,最为关心原子的电子结构原子的电子结构—原子间键合本质决定材料分类:金属陶瓷高分子复合材料材料性能:物理化学力学这部分主要是一些基础知识,没有重要考点。
网学天地( )版权所有原子的结构⎧⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩⎪⎨⎪×⎪⎪⎩-27-27-31(proton)(neutron)质子:正电荷m=1.6726×10kg 原子核(nucleus):位于原子中心、带正电中子:电中性m=1.6748×10kg 电子(electron):核外高速旋转,带负电,按能量高低排列,如电子云(electron cloud)m=9.109510kg,约为质子的1/1836网学天地( )版权所有描述原子中一个电子的空间和能量,可用四个量子数表示。
核外电子的排布规律网学天地()版权所有原子的电离能、电子亲合能和电负性网学天地()版权所有1.2 原子间的键合网学天地()版权所有网学天地()版权所有网学天地()版权所有网学天地()版权所有网学天地( )版权所有1e +26+Na(3s )Na (2s 2p )Na Cl −−⎫⎯⎯→⎪⇒⎯⎯⎯⎯→⎬静电引力Ionic bonding )NaCl晶体网学天地()版权所有由阴、阳离子按一定规则排列在晶格结点上形成的晶体为网学天地()版权所有Covalent bonding)网学天地()版权所有共价键中共有电子对不能自由运动,因此共价结合形成的材网学天地()版权所有共价键的特征网学天地()版权所有网学天地()版权所有网学天地()版权所有Hydrogen bonding)网学天地()版权所有网学天地()版权所有网学天地()版权所有网学天地()版权所有键合网学天地()版权所有材料的结合键与性能网学天地()版权所有一、结合键与物理性能的关系——网学天地()版权所有三、结合键与物理性能的关系——网学天地()版权所有网学天地()版权所有网学天地()版权所有。
西北工业大学材料科学基础考研课程试题集.
《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;(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,19982004年西北工业大学硕士研究生入学试题一、简答题:(共40分,每小题8分)1、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点?2、请简述影响扩散的主要因素有哪些。
3、临界晶核的物理意义是什么?形成临界晶核的充分条件是什么?4、有哪些因素影响形成非晶态金属?为什么?5、合金强化途径有哪些?各有什么特点?二、计算、作图题:(共60分,每小题12分)1、求]111[和]120[两晶向所决定的晶面,并绘图表示出来。
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1.清华大学材料科学基础历年考研真题及详解2009年清华大学材料科学基础(与物理化学或固体物理)考研真题及详解2008年清华大学材料科学基础(与物理化学或固体物理)考研真题及详解2007年清华大学材料科学基础(与物理化学或固体物理)考研真题及详解清华大学2007年攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目:材料科学基础(与物理化学或固体物理)适用专业:材料科学与工程一、(5分)证明:对于立方晶系,有二、(10分)画出下述物质的一个晶胞:金刚石 NaCl 闪锌矿纤锌矿石墨三、(10分)请导出摩尔分数为x A、x B的二元系中的综合扩散系数D与分扩散系数D A、D B之间的关系。
四、(10分)根据图1-1所示的铁碳平衡相图,回答以下问题:1.写出在1495℃、1154℃、1148℃、738℃和727℃发生的三相平衡反应的反应式。
2.画出含碳量的过共析钢在室温下的平衡组织,并计算其中二次渗碳体的百分数。
3.含碳量的亚共晶白口铸铁在从液相平衡冷却到室温时会发生什么三相平衡反应和两相平衡反应(可用热分析曲线表示)?室温下该成分的铸铁中有没有二次渗碳体?如有的话,计算其百分数。
五、(10分)1.解释冷变形金属加热时回复、再结晶的过程及特点。
2.已知Cu-30%Zn合金的再结晶激活能为250kJ/mol,此合金在400℃的恒温下完成再结晶需要1h,试求此合金在390℃的恒温下完成再结晶需要多少小时。
六、(15分)沿铝(A1)单晶的方向拉伸,使其发生塑性变形,请确定:1.画出立方晶系的标准投影,并由此确定初始滑移系统。
2.转动规律和转轴。
图1-1 第四题图3.双滑移系统。
4.双滑移开始时晶体的取向和切变量。
5.双滑移过程中晶体的转动规律和转轴。
6.晶体的最终取向。
七、(15分)有一面心立方单晶体,在(111)面滑移的柏氏矢量为的右螺型位错,与在面上滑移的柏氏矢量为的另一右螺型位错相遇于此两滑移面交线,并形成一个新的全位错。
北京工业大学材料科学基础考研课件第一章
点阵能计算:
由库仑定律,一对球形离子MZ+和XZ-,距离r,
库仑能为:
E 排斥
=B rn
E 吸引
= − Z +Z −e2 r
(B为波尔常数,n为波尔指数)
离子构型相当于He,Ne,Ar,Kr,Xe NaCl值可取Ne和Ar的平均值(7+9)/2=8
E总
=
−
Z +Z −e2 r
+
B rn
求函数极小值,一阶导数为0, ⎜⎛ dE ⎟⎞
NCl A=1.748
CsCl A=1.763 ZnS A=1.638
2.共价键
对共价键的历史回顾
(1).1857年:开库勒提出碳四价未饱和力; (2).1914——1919年:路易士提出共享电子对, 解释了方向,双键三键; (3).1927年:Heitler和London用量子力学变分 法成功的解出了H2分子的薛定谔方程,合理的说明 了H2分子稳定存在的原因,这是最早的价键理论成果;
球坐标表达式中,在空间某点(γ,θ,Φ)附近
的体积元
d τ = γ 2 sin θ d γd θ d φ
内找到电子的几率为:
|ψ (γ , θ , φ ) |2 γ 2 sin θ d γ d θ d φ
W原子填充 1s22s22p64s23d104p65s24d105p66s24f145d4 [Xe] 4f145d46s2
[Ar]:3d64s2
4s 4p 4d 4f 7 特例
5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d
Cu(29):3d104s1 全满 Cr(24):3d54s1 半满
三.电子构型对元素性能的影响YY为为亲亲合合能能(不(不明明显显))
北京理工大学839材料科学基础考研讲义
2.2 金属的晶体结构 fcc,bcc,hcp 三种结构的半径,配位数,致密度(会计算)…… 《材科基》P36,表2.5。要求能默写 堆垛方式和间隙 三种晶型的密排面和密排方向、堆垛顺序 间隙八面体和间隙四面体(表2.8) 多晶型性 Fe(2005,2006)
2.3 合金相结构 什么是固溶体? 什么是置换固溶体?影响溶解度的因素有哪些? 什么是间隙固溶体?条件有哪些? 什么是有序固溶体?完全有序?部分有序?条件? 固溶体有哪些性质?
真题再现
2.5 共价晶体结构
第三章 晶体缺陷(★★★★)
什么是晶体缺陷?有几种存在方式? 3.1 点缺陷 点缺陷的形成有哪几种?离子晶体? 点缺陷的平衡浓度的形成原因?
真题再现
平衡浓度的公式
C n Aexp( EV )
N
kT
点缺陷的运动
3.2 位错 刃型位错和螺型位错的特点,混合位错。 伯氏矢量的确定?位错型的确定?特性? 位错的运动?滑移、攀移,交割。要求会判断运动方向等
第二章 固体结构(★★★)
2.1 晶体学基础(基本概念) 什么是晶体?结构特征有哪些? 什么是阵点?什么是点阵? 什么是晶胞?选取原则是什么?几个晶系?几种点阵? 晶体结构和空间点阵有什么区别?
真题再现
密排六方点阵是一种空间点阵(T or F ?)
晶向指数、晶面指数、六方晶系指数(基本功) 每年必考,给指数画图像或给图像标指数 晶带及晶带定律
考试内容
(一)物质的组成及原子结合键 1.原子结合键 2.高分子链结构
(二)固体的结构 1.晶体学基础 2.金属的晶体结构 3.合金的相结构 4.常见离子晶体结构 5.共价晶体结构
材料科学基础知识精要与真题详解
材料科学基础知识精要与真题详解,益星学习网提供全套资料目录第一章原子结构与键合第一节重点与难点解析第二节考研真题详解第三节期末考试真题详解第二章固体结构第一节重点与难点解析第二节考研真题详解第三节期末考试真题详解第三章晶体缺陷第一节重点与难点解析第二节考研真题详解第三节期末考试真题详解第四章固体中原子及分子的运动第一节重点与难点解析第二节考研真题详解第三节期末考试真题详解第五章材料的形变和再结晶第一节重点与难点解析第二节考研真题详解第三节期末考试真题详解第六章单组元相图及纯晶体的凝固第一节重点与难点解析第二节考研真题详解第三节期末考试真题详解第七章二元系相图及合金的凝固第一节重点与难点解析第二节考研真题详解第三节期末考试真题详解第八章三元相图第一节重点与难点解析第二节考研真题详解第三节期末考试真题详解第九章材料的亚稳态第一节重点与难点解析第二节考研真题详解第三节期末考试真题详解第十章材料的功能特性第一节重点与难点解析第二节考研真题详解第三节期末考试真题详解附录附录1 清华大学2009年《材料科学基础》考研试题与答案附录2 吉林大学2010年《材料科学基础》考研试题与答案附录3 中南大学大学2009年《材料科学基础》考研试题与答案附录4 北京科技大学2010年《材料科学基础》考研试题与答案附录5 天津大学2010年《金属材料科学基础》考研试题与答案附录6 上海交通大学2007年《材料科学基础》考研试题与答案附录7 华中科技大学2007年《材料科学基础》考研试题与答案附录8 北京理工大学2008年《材料科学基础》考研试题与答案附录9 东北大学2009年《材料科学基础》考研试题与答案附录10 重庆大学2011年《金属学及热处理》考研试题与答案第一章原子结构与键合第一节重点与难点解析一、原子结构1.物质的组成一切物质都是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。
这些微粒可能是分子、原子或离子。
原子结构直接影响原子间的结合方式。
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16.简述金属固态扩散的条件。
答:⑴扩散要有驱动力——热力学条件,化学势梯度、温度、应力、电场等。
⑵扩散原子与基体有固溶性——前提条件;⑶足够高温度——动力学条件;⑷足够长的时间——宏观迁移的动力学条件17. 何为成分过冷?它对固溶体合金凝固时的生长形貌有何影响?答:成分过冷:在合金的凝固过程中,虽然实际温度分布一定,但由于液相中溶质分布发生了变化,改变了液相的凝固点,此时过冷由成分变化与实际温度分布这两个因素共同决定,这种过冷称为成分过冷。
成分过冷区的形成在液固界面前沿产生了类似负温度梯度的区域,使液固界面变得不稳定。
当成分过冷区较窄时,液固界面的不稳定程度较小,界面上偶然突出部分只能稍微超前生长,使固溶体的生长形态为不规则胞状、伸长胞状或规则胞状;当成分过冷区较宽时,液固界面的不稳定程度较大,界面上偶然突出部分较快超前生长,使固溶体的生长形态为胞状树枝或树枝状。
所以成分过冷是造成固溶体合金在非平衡凝固时按胞状或树枝状生长的主要原因。
18. 为什么间隙固溶体只能是有限固溶体,而置换固溶体可能是无限固溶体?答:这是因为当溶质原子溶入溶剂后,会使溶剂产生点阵畸变,引起点阵畸变能增加,体系能量升高。
间隙固溶体中,溶质原子位于点阵的间隙中,产生的点阵畸变大,体系能量升高得多;随着溶质溶入量的增加,体系能量升高到一定程度后,溶剂点阵就会变得不稳定,于是溶质原子便不能再继续溶解,所以间隙固溶体只能是有限固溶体。
而置换固溶体中,溶质原子位于溶剂点阵的阵点上,产生的点阵畸变较小;溶质和溶剂原子尺寸差别越小,点阵畸变越小,固溶度就越大;如果溶质与溶剂原子尺寸接近,同时晶体结构相同,电子浓度和电负性都有利的情况下,就有可能形成无限固溶体。
19. 在液固相界面前沿液体处于正温度梯度条件下,纯金属凝固时界面形貌如何?同样条件下,单相固溶体合金凝固的形貌又如何?分析原因答:正的温度梯度指的是随着离开液—固界面的距离Z 的增大,液相温度T 随之升高的情况,即0>dZdT 。
在这种条件下,纯金属晶体的生长以接近平面状向前推移,这是由于温度梯度是正的,当界面上偶尔有凸起部分而伸入温度较高的液体中时,它的生长速度就会减慢甚至停止,周围部分的过冷度较凸起部分大,从而赶上来,使凸起部分消失,这种过程使液—固界面保持稳定的平面形状。
固溶体合金凝固时会产生成分过冷,在液体处于正的温度梯度下,相界面前沿的成分过冷区呈现月牙形,其大小与很多因素有关。
此时,成分过冷区的特性与纯金属在负的温度梯度下的热过冷非常相似。
可以按液固相界面前沿过冷区的大小分三种情况讨论:⑴当无成分过冷区或成分过冷区较小时,界面不可能出现较大的凸起,此时平界面是稳定的,合金以平面状生长,形成平面晶。
⑵当成分过冷区稍大时,这时界面上凸起的尖部将获得一定的过冷度,从而促进了凸起进一步向液体深处生长,考虑到界面的力学平衡关系,平界面变得不稳定,合金以胞状生长,形成胞状晶或胞状组织。
⑶当成分过冷区较大时,平界面变得更加不稳定,界面上的凸起将以较快速度向液体深处生长,形成一次轴,同时在一次轴的侧向形成二次轴,以此类推,因此合金以树枝状生长,最终形成树枝晶。
20. 纯金属晶体中主要的点缺陷类型是什么?试述它们可能产生的途径?答:纯金属晶体中,点缺陷的主要类型是空位、间隙原子、空位对及空位与间隙原子对等。
产生的途径:⑴依靠热振动使原子脱离正常点阵位置而产生。
空位、间隙原子或空位与间隙原子对都可由热激活而形成。
这种缺陷受热的控制,它的浓度依赖于温度,随温度升高,其平衡态的浓度亦增高。
⑵冷加工时由于位错间有交互作用。
在适当条件下,位错交互作用的结果能产生点缺陷,如带割阶的位错运动会放出空位。
⑶辐照。
高能粒子(中子、α粒子、高速电子)轰击金属晶体时,点阵中的原子由于粒子轰击而离开原来位置,产生空位或间隙原子。
21. 简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力,并如何区分冷热加工?动态再结晶与静态再结晶后的组织结构的主要区别是什么?答:一次再结晶的驱动力是基体的弹性畸变能,而二次再结晶的驱动力是来自界面能的降低。
再结晶温度是区分冷热加工的分界线。
动态再结晶后的组织结构虽然也是等轴晶粒,但晶界呈锯齿状,晶粒内还包含着被位错缠结所分割的亚晶粒,这与静态再结晶后所产生的位错密度很低的晶粒不同,故同样晶粒大小的动态再结晶组织的强度和硬度要比静态再结晶的高。
动态再结晶后的晶粒大小与流变应力成正比。
此外,应变速率越低,形变温度越高,则动态再结晶后的晶粒越大,越完整。
22. 纯金属凝固、单相固溶体正常凝固时,是否会出现成分过冷?为什么?答:⑴不会,因为纯金属凝固时,液固界面前沿没有溶质积聚,无边界层存在。
⑵不会,单相固溶体正常凝固时的液相成分是均匀的,属于完全混合,没有边界层的存在,因此不会产生成分过冷。
1. 组织:指的是在外界因素、成分等条件一定的情况下,组成合金的不同成分、结构和性能的相的总体。
2. 请说出常见的三种类型金属晶体结构的任一晶体结构的间隙种类、位置、多少及相对大小? 答:见表格总结3. 什么是间隙固溶体?形成条件?答:当原子半径比较小的非金属元素作为溶质溶入金属或化合物的溶剂中时,这些小的溶质原子不占有溶剂点阵中的阵点位置,而是位于间隙位置,形成间隙固溶体。
条件:①溶剂:大多数是过渡族元素;溶质:一般是原子半径小于0.1nm 的非金属元素,如碳、氮、氧、氢、硼等。
②保证%41>∆R ③电负性相差不大。
4. 间隙化合物结构有何特点?常见的类型有哪些?答:%41~%30=∆R ;电负性相差较大;间隙化合物具有复杂的晶体结构,常见类型:①C M 3型,C Fe 3; ②37C M 型 ;③623C M 型;④C M 6 型5. 晶内偏析和正常偏析的形成原因?冷却速度对它们有何影响?答:晶内偏析为显微偏析的一种,它是在固溶体合金凝固速度较快时,由于原子扩散不充分,使晶粒的开始形成部分和最后形成部分的化学成分不一致,从而在一个晶粒内部出现了成分不均匀的现象。
晶内偏析与合金的冷却速度有关,冷却速度越快,原子扩散越难,晶内偏析越严重。
但是,若将合金以很快的速度冷却,直接过冷到固相线以下,反而不会产生晶内偏析,结晶出成分均匀的固溶体。
正常偏析为宏观偏析的一种,它是由于合金不平衡结晶时,液固相界面前沿液体中的原子混合不充分,在相界面前沿产生了原子的再分布,形成了原子富集峰。
合金凝固速度越快,液体原子混合越差,原子富集峰则越高,凝固以后在整个合金的范围内出现成分不均匀的现象。
由于溶质原子浓度随合金试棒长度方向的分布符合正常凝固方程,因此将这种偏析称为正常偏析。
冷却速度对正常偏析的影响,冷却速度越快,液体原子混合越差,形成的原子富集峰越高。
由于两相在相界面处的局部平衡,使界面固相浓度也升高,凝固以后的合金浓度偏离原始合金浓度的程度反而越小,正常偏析减小。
6. 间隙相是由金属元素与非金属元素在负电性相差较大时,且原子半径比小于0.59时形成的中间相,它的晶体结构比较简单,并与两组元的晶体结构不同,尽管它的脆性大,但由于具有很高的硬度和熔点,是合金工具钢中的主要强化相。
7. 冷变形金属经回复以后,力学性能和物理性能的变化主要是内应力和电阻下降。
加热时发生的再结晶的驱动力是储存能,它的形核主要机制是凸出形核、亚晶合并形核、亚晶界迁移形核三种,再结晶以后,力学性能的变化是强度、硬度下降和塑性、韧性提高。
8. 阐明单相固溶体的加工硬化的强化机制。
答:加工硬化是指固溶体合金随着冷塑性变形量的增加,强度和硬度升高的现象。
加工硬化是由于位错的不断增殖以及位错之间和位错与晶界之间的交互作用导致位错的滑移受阻所致。
在外力作用下,当外力分解到滑移面及滑移方向上的分切应力达到临界分切应力时,固溶体中的各种位错增殖源不断陆续开动,增殖出大量位错,使位错密度迅速增加。
①由于位错密度的增加,位错之间会发生交割而产生大量的割阶和扭折,割阶往往会阻碍位错的滑移。
②位错之间还会发生反应,生成许多固定位错,这些固定位错不仅自身难以运动,同时作为障碍也会阻碍其他位错的运动。
9. 为什么凝固过程中会出现边界层?答:根据相图,固相从液相中结晶时,成分与液相不同,因此在结晶过程中不断排除溶质原子,导致在液—固界面液相侧溶质原子积聚。
此时原子的运动路线是固相—界面—液相。
开始时,固相中排除的原子比从界面层向液相排出的原子多,导致界面层上溶质原子浓度升高,此时称为初瞬态。
当溶质原子在界面层上的浓度高达一定程度时,达到动态平衡,即从固相到界面与从界面到液相中的原子流量相同,此时在液固相间形成了一定溶质原子浓度高于液相的过渡层,称为边界层。
10. 分别叙述平衡分配系数和有效分配系数的物理意义。
答:平衡分配系数是指在平衡凝固时固相与液相中溶质浓度之比,即L S C C k 0;有效分配系数是指在非平衡凝固时,当边界层建立后,边界固相侧溶质浓度和边界以外的液相中的溶质浓度之比。
11. 试比较单晶铜和多晶铜的塑性变形特点。
答:⑴单晶铜塑性变形能力呈各向异性,而多晶铜呈各向同性。
⑵单晶铜的应力应变水平低于多晶铜,因而单晶铜易滑移,多晶铜滑移困难。
⑶单晶铜滑移时,首先是由一组滑移系启动,而多晶铜滑移时,是多个晶粒、多个滑移系协同作用,因此单晶铜滑移有三个阶段,而多晶铜不出现第一阶段。
12. 何谓上坡扩散?其产生条件是什么?答:溶质原子自低浓度处向高浓度处迁移的现象,称为上坡扩散。
从热力学角度来看,扩散是由于化学势的不同而引起的,各组元的原子总是由高化学势区向低化学势区扩散,扩散的真正驱动力不是浓度梯度而是化学势梯度。
13. 画出Frank_Read 源位错增殖过程示意图。
14. 扩展位错:由一个全位错分解成两个不全位错,中间夹着一片堆垛层错区的整个位错组态称为扩展位错15. 冷加工纤维组织:金属冷塑性变形时,随着变形量的增大,等轴晶粒沿变形方向被拉长,塑性夹杂物也沿变形方向被拉长,脆性夹杂物沿变形方向被碎化并呈点链状分布,这种组织称为冷加工纤维组织。
16.比较间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点。
17.说明影响冷塑性变形金属再结晶的主要因素及其对再结晶速度的影响。
答:温度:温度升高,再结晶速度快;变形程度:冷变形程度大,储存的能量多,再结晶速度快;原始晶粒尺寸:晶粒越小,能量越高,易形核,再结晶速度快;微量溶质原子:微量溶质原子阻碍再结晶;分散相粒子:大粒子促进再结晶,小粒子阻碍再结晶。
18.简述晶界的特性。
答:⑴晶界处点阵畸变大,存在着晶界能。
因此晶粒长大和晶界的平直化都能减少晶界面积,从而降低晶界的总能量,这是一个自发的过程。
⑵晶界处原子排列不规则,因此在常温下晶界的存在会对位错的运动起到阻碍作用,致使塑性变形抗力提高,宏观表现为晶界较晶内有较高的强度和硬度。