同济大学材料科学基础全真模拟题(一)

同济大学材料科学基础全真模拟题（一）考试时间：180分钟考试总分：150分一．名词解释（每小题6分，共30分）1、固溶体和置换固溶体2、线缺陷和面缺陷3、滑移系和滑移带4、金属间化合物5、特征X射线二．判断题（每小题2分，共20分）1、非金属和金属的原子半径比值r x/r m>0.59时，形成间隙化合物，如氢化物、氮化物。

（）2、由于均匀形核需要的过冷度很大，所以液态金属多为非均匀形核。

（）3、塑性变形会使金属的导电性升高，抗腐蚀性下降。

（）4、对同一聚合物而言，分子量对结晶速度有显著影响。

在相同条件下，一般分子量低结晶速度快。

（）5、透射电镜的两种主要功能是测量内部组织和成分价键。

（）6、宏观上，弹性模量E代表材料对弹性正应变的抗力；微观上E表征原子间的结合力。

（）7、复合材料界面的作用仅仅是把基体与增强体粘结起来。

（）8、硬度越高，材料的耐磨性能越好。

（）9、分子间作用力增大，柔顺性也变大。

（）10、在样品台转动的工作模式下，X射线衍射仪探头转动的角速度是样品转动角速度的二倍。

（）三．简答题（共8道题，从中选择6道题进行作答，多做不得分。

如果作答题目超过6道，那么选取作答的前6题进行批阅。

每道题10分，共60分）1、简述温度对金属电阻影响的一般规律及原因。

2、扩散型相变和无扩散型相变各有哪些主要特点。

3、推导布拉格方程，说明干涉面及其指数HKL的含义，衍射极限条件是什么？4、以NaCl晶胞为例，试说明面心立方紧密堆积中的八面体和四面体空隙的位置和数量。

5、简述聚合物力学三态的分子运动特点。

6、高聚物结构复杂的原因是什么。

7、在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数：（001）与[]012（111）与[]211()011与[]111()223与[]123与[]121 236（257）与[]111()（102）()211()312[110] []021[]2138、扫描电镜的工作原理是什么？其结构包括哪些部分？四．论述题（每题20分，共40分）1、为什么外界温度的急剧变化可以使许多陶瓷器件开裂或破碎？从结合键的角度解释陶瓷材料所具有的特殊性能，并试述硅酸盐结构的基本特点和类型。

2、金属材料是人们日常生活，工业生产中最常见的一种材料。

试阐述金属材料的优点，同时与高分子材料、无机非金属材料做比较。

最后举例说明透射电镜在金属材料研究方面的应用，说明其原理。

标准答案一．名词解释1、固溶体是指溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂类型的合金相。

置换固溶体：当溶液原子溶入溶剂中形成溶固体时，溶质质子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子换了溶剂点阵的部分溶剂原子。

2、线缺陷：在一个方向上的缺陷扩展很大，其它两个方向上尺寸很小，也称为一维缺陷。

主要为位错。

面缺陷：在两个方向上的缺陷扩展很大，其它一个方向上尺寸很小，也称为二维缺陷。

包括晶界、相界、孪晶界、堆垛层错等。

3、滑移带：滑移线的集合构成滑移带，滑移带是由更细的滑移线所组成。

滑移系：一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。

4、金属间化合物：金属与金属、金属与某些非金属之间形成的化合物，结构与组成金属间化合物的纯金属不同，一般具有熔点高、硬度高、脆性大的特点。

5、特征X射线：射线管电压增至某一临界值，使撞击靶材的电子具有足够能量时，可使靶原子内层产生空位，此时较外层电子将向内层跃迁产生辐射即是特征X射线。

二．判断题1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ×√×√×√×√×√三．简答题：1、无缺陷理想晶体的电阻是温度的单值函数，如果在晶体中存在少量杂质和结构缺陷，那么电阻与温度的关系曲线将要变化。

在低温下，电子-电子散射对电阻的贡献显著，其他温度电阻取决于电子-声子散射。

2、无扩散型相变的特点：(1)存在由于均匀切变引起的形状改变，因为相变过程中原子为集体的协同运动，晶体发生外形变化（表面浮凸）。

(2)相变不需要扩散，新相和母相之间的化学成分相同。

(3)新相和母相之间存在一定的晶体学位相关系。

(4)相界面移动速度极快，接近声速。

扩散型相变的及基本特点：(1)相变过程中有原子的扩散运动，转变速率受扩散控制，即决定于扩散速率。

(2)在合金中，新相和母相的成分往往不同。

(3)只有新相和母相比容引起的体积变化，没有形状变化。

3、根据波动光学理论，要产生干涉，则必须由两束光线的光程差为波长为波长的整数倍，故有2dsinθ=nλ（n=1、2、3...）这是晶面间距为1/n的实际存在或不存在的假象晶面的一级反射，将这个晶面叫干涉面。

其晶面指数称为干涉指数，一般用HKL表示，H=nh，K=nk，L=nl，干涉指数和晶面指数的明显差别是干涉指数有公约数，λ<2d'产生衍射的条件极限条件：晶面间距≧半波长才能产生衍射角。

4、以NaCl晶胞中（001）面心的一个球（Cl-）为例，它的正下方有1个八面体空隙（体心位置），与其对称，正上方也有1个八面体空隙；前后左右各有1个八面体空隙（棱心位置）。

所以共有6个八面体空隙与其直接相邻，由于每个八面体空隙由6个球构成，所以属于这个球的八面体空隙数为6×1/6=1。

在这个晶胞中，这个球还与另外2个面心、1个顶角上的球构成4个四面体空隙（即1/8小立方体的体心位置）。

由于对称性，在上面的晶胞中，也有4个四面体空隙由这个参与构成。

所以共有8个四面体空隙与其直接相邻，由于每个四面体空隙由4个球构成，所以属于这个球的四面体空隙数为8×1/4=2。

5、1）玻璃态：温度低，链段的运动处于冻结，只有侧基、链节、链长、键角等局部运动，形变小。

2）高弹态：链段运动充分发展，形变大，可恢复；热运动的能量还不足以使整个分子链产生位移。

此状态下高聚物表现出类似于橡胶的性质，受较小的力就可以发生很大的形变（100%-1000%），外力除去后形变可完全恢复。

高弹态是高分子特有的力学状态，在小分子化合物中不能观察到。

3）粘流态：链段运动剧烈，导致分子链发生相对位移，形变不可逆。

6、①高分子的链式结构：高分子是由成千上万个（103—105数量级）相当于小分子的结构单元组成的。

②高分子链的柔顺性：高分子链中单键的内旋转，可以使主链弯曲而具有柔性。

③高分子链之间的作用力很大，互相之间可以发生交联。

④高分子凝聚态结构的复杂性：晶态、非晶态，球晶、串晶、单晶、伸直链晶等。

其聚集态结构对高分子材料的物理性能有很重要的影响。

⑤高分子材料中常有一些添加剂，使分子结构复杂化。

7、答（如下图）8、1）扫描电镜的工作原理：由电子枪发射出来的电子束，在加速电压作用下，经过电子透镜聚焦后，在样品表面按顺序逐行进行扫描，激发样品产生各种物理信号，如二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子等。

这些物理信号的强度随样品表面特征而变。

它们分别被相应的收集器接受，经放大器按顺序、成比例地放大后，送到显像管成像。

2）扫描电镜由六个系统组成：(1) 电子光学系统；(2) 扫描系统；(3) 信号收集系统；(4) 图像显示和记录系统；(5) 真空系统；(6) 电源系统。

四．论述题1、因为大多数陶瓷主要由晶相和玻璃相组成，这两种相的热膨胀系数相差较大，由高温很快冷却时，每种相的收缩不同，所造成的内应力足以使陶瓷器件开裂或破碎。

陶瓷材料中主要的结合键是离子键及共价键。

由于离子键及共价键很强，故陶瓷的抗压强度很高，硬度极高。

因为原子以离子键和共价键结合时，外层电子处于稳定的结构状态，不能自由运动，故陶瓷材料的熔点很高，抗氧化性好，耐高温，化学稳定性高。

硅酸盐结构的基本特点：(1)硅酸盐的基本结构单元是[SiO4]四面体，硅原子位于氧原子四面体的间隙中。

硅-氧之间的结合键不仅是纯离子键，还有相当的共价键成分。

(2)每一个氧最多只能被两个[SiO4]四面体所共有。

(3)[SiO4]四面体可以是互相孤立地在结构中存在，也可以通过共顶点互相连接。

(4)Si-O-Si的结合键形成一折线。

硅酸盐分成下列几类：(1)含有有限硅氧团的硅酸盐；(2)链状硅酸盐；(3)层状硅酸盐；(4)骨架状硅酸盐。

2、金属材料优点：（1）耐热性好，不易燃烧；（2）随着温度变化，性质变化小；（3）机械强度高；（4）耐久性好，不易老化；（5）不易受到损伤，不易沾染灰尘及污物；（6）尺寸稳定性佳。

高分子材料比强度高，韧性高，耐疲劳性好，但易应力松弛和蠕变; 大多数是惰性的，耐腐蚀好，有的高分子材料容易吸收紫外线或红外线及可见光发生降解; 密度小，很高的电阻率，熔点相比金属较低。

无机非金属材料一般具有高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性，以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。

透射电镜在金相分析和金属断口分析方面得到了广泛的应用。

在金属断口分析方面，人们借助透射电镜比用肉眼和放大镜更深刻地认识断口的特征、性质，揭示了断裂过程机理，研究影响断裂的各种因素，对失效分析非常有效。

而在金相分析方面，利用透射电镜的高放大倍数，可以显示光学显微镜无法分辨的显微组织细节。

这是由于透射电镜的高分辨率所致的。

分辨本领：指显微镜能分辨的样品上两点间的最小距离；以物镜的分辨本领来定义显微镜的分辨本领。

光学透镜：d0=0.061λ/n·sinα=0.061λ/N·A，式中：λ是照明束波长；α是透镜孔径半角；n是物方介质折射率；n·sinα或N·A称为数值孔径。

在物方介质为空气的情况下，N·A值小于1。

即使采用油浸透镜(n=1.5；α一般为70°～75°)，N·A值也不会超过1.35。

所以d0≈1/2λ。

因此，要显著地提高显微镜的分辨本领，必须使用波长比可见光短得多的照明源。

实际上，透镜的分辨本领除了与衍射效应有关以外，还与透镜的像差有关（球差）。