《材料科学基础》习题
材料科学基础习题与参考答案（doc14页）完美版
材料科学基础习题与参考答案（doc14页）完美版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（），（），（）。
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
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。
材料科学基础经典习题及答案
第一章 材料科学基础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。
(完整版)材料科学基础习题及答案
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。
《材料科学基础》习题附答案
第二章思考题与例题1. 离子键、共价键、分子键和金属键的特点，并解释金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高的原因？2. 从结构、性能等方面描述晶体与非晶体的区别。
3. 何谓理想晶体？何谓单晶、多晶、晶粒及亚晶？为什么单晶体成各向异性而多晶体一般情况下不显示各向异性？何谓空间点阵、晶体结构及晶胞？晶胞有哪些重要的特征参数？4. 比较三种典型晶体结构的特征。
（Al、α-Fe、Mg三种材料属何种晶体结构？描述它们的晶体结构特征并比较它们塑性的好坏并解释。
）何谓配位数？何谓致密度？金属中常见的三种晶体结构从原子排列紧密程度等方面比较有何异同？5. 固溶体和中间相的类型、特点和性能。
何谓间隙固溶体？它与间隙相、间隙化合物之间有何区别？（以金属为基的）固溶体与中间相的主要差异（如结构、键性、性能）是什么？6. 已知Cu的原子直径为 2.56A，求Cu的晶格常数，并计算1mm3Cu的原子数。
7. 已知Al相对原子质量Ar（Al）=26.97，原子半径γ=0.143nm，求Al晶体的密度。
8 bcc铁的单位晶胞体积，在912℃时是0.02464nm3；fcc铁在相同温度时其单位晶胞体积是0.0486nm3。
当铁由bcc转变为fcc时，其密度改变的百分比为多少？9. 何谓金属化合物？常见金属化合物有几类？影响它们形成和结构的主要因素是什么？其性能如何？10. 在面心立方晶胞中画出[012]和[123]晶向。
在面心立方晶胞中画出（012）和（123）晶面。
11. 设晶面（152）和（034）属六方晶系的正交坐标表述，试给出其四轴坐标的表示。
反之，求（31）及（2112）的正交坐标的表示。
（练习），上题中均改为相应晶向指数，求12相互转换后结果。
12.在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标，6个面心构成一个正八面体，指出这个八面体各个表面的晶面指数，各个棱边和对角线的晶向指数。
13. 写出立方晶系的{110}、{100}、{111}、{112}晶面族包括的等价晶面，请分别画出。
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℃)高？17. 高分子链结构分为近程结构和远程结构。
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]。
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。
的等价晶面：的等价晶面：的等价晶向：的等价晶向：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。
该晶面的面法线与a，b，c轴的夹角分别为119.0、43.3和60.9度。
请据此确定晶面指数。
h:k:l=cosα:cosβ:cosγ5.Cu具有FCC结构，其密度为8.9g/cm3，相对原子质量为63.546，求铜的原子半径。
=> R=0.128nm。
6. 写出溶解在γ-Fe中碳原子所处的位置，若此类位置全部被碳原子占据，那么试问在这种情况下，γ-Fe能溶解多少重量百分数的碳？而实际上在γ-Fe中最大的溶解度是多少？两者在数值上有差异的原因是什么？固溶于γ-Fe中的碳原子均处于八面体间隙中，且γ-Fe中的八面体间隙有4个，与一个晶胞中Fe原子个数相等，所以：C wt%=12/(12+56)×100%=17.6%实际上C在γ-Fe中的最大溶解度为2.11%两者数值上有较大差异，是因为此固溶体中，碳原子尺寸比间隙尺寸大，会引起点阵晶格畸变，畸变能升高，限制了碳原子的进一步溶解。
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。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、选择题1. 下列关于材料的定义，正确的是：A. 材料是指由天然资源或人工合成的物质，用于满足人类需求的实体。
B. 材料是指具有一定形态和组织结构的物质，能够展现出特定的性能和功能。
C. 材料是指具有一定物理、化学特征的物质，通过特定的加工过程得到的产品。
D. 材料是指用于制造产品的原始原料，主要包括金属、塑料和木材等。
答案：A2. 下列关于材料分类的说法，正确的是：A. 根据组成方式可将材料分为金属材料、非金属材料和半导体材料。
B. 根据材料的用途可将材料分为结构材料、功能材料和生物医用材料。
C. 根据材料的产生方式可将材料分为天然材料、人工合成材料和再生材料。
D. 根据材料的电导性可将材料分为导电材料、绝缘材料和半导体材料。
答案：B3. 下列关于材料性能的描述，正确的是：A. 机械性能是指材料的硬度、强度、韧性等方面的性质。
B. 热性能是指材料在热环境下的稳定性和导热性等方面的性质。
C. 光学性能是指材料对光的吸收、传输和反射等方面的性质。
D. 电磁性能是指材料对电磁波的传导和屏蔽等方面的性质。
答案：A二、填空题1. 下列是常见材料的表征方法中，________是通过观察材料的形貌、组织结构和晶体形态等方面对材料进行表征的方法。
答案：显微镜观察2. __________是材料用于测量、感知、存储、处理等方面的性能和功能。
答案：功能材料3. __________是制备金属材料的常用加工方法之一，通过热处理和机械加工使材料形成所需形状和性能。
答案：冶金加工三、简答题1. 请简述材料的晶体结构及其对材料性能的影响。
答：材料的晶体结构是指材料中原子、离子或分子的排列方式和周期性特征。
不同的晶体结构决定了材料的特定性能。
例如，金属材料的晶体结构主要为面心立方、体心立方和密堆积等形式，这种结构使金属具有优良的导电性和可塑性。
另外，晶体结构还影响材料的硬度、热膨胀性、熔点等性能。
因此，了解材料的晶体结构对于研究和设计高性能材料具有重要意义。
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1. 材料科学中的“四要素”是指（）。
A. 组成、结构、性能、加工B. 组成、结构、性能、应用C. 材料、工艺、设备、产品D. 材料、结构、性能、应用答案：B2. 下列哪种材料属于金属材料？A. 碳纤维B. 聚氯乙烯C. 铝合金D. 陶瓷答案：C3. 材料的屈服强度与抗拉强度之间的关系是（）。
A. 屈服强度大于抗拉强度B. 屈服强度等于抗拉强度C. 屈服强度小于抗拉强度D. 无固定关系答案：A4. 非晶态材料的特点之一是（）。
A. 高强度B. 各向同性C. 无长程有序D. 高导热性答案：C5. 下列关于纳米材料的描述，正确的是（）。
A. 纳米材料仅指尺寸在纳米级别的材料B. 纳米材料具有宏观材料的所有性质C. 纳米材料因其尺寸效应表现出特殊性能D. 纳米材料的应用受到限制答案：C二、填空题1. 材料的______和______是决定其宏观性能的基本因素。
答案：组成、结构2. 金属材料的塑性变形主要是通过______和______来实现的。
答案：滑移、孪晶3. 陶瓷材料的主要特点是______、______和______。
答案：高硬度、高强度、耐磨损4. 复合材料是由两种或两种以上不同______、______和______的材料组合而成。
答案：材料类型、性能、形态5. 形状记忆合金在______作用下能够恢复到原始形状。
答案：温度三、简答题1. 简述材料的疲劳现象及其影响因素。
答：材料的疲劳现象是指在反复的应力作用下，材料逐渐产生并扩展裂纹，最终导致断裂的现象。
影响疲劳的因素包括应力的大小和作用方式、材料的微观结构、表面状态、环境条件等。
2. 说明金属材料的冷加工硬化现象及其应用。
答：冷加工硬化是指金属材料在冷加工过程中，由于晶粒变形和位错密度的增加，导致材料的硬度和强度提高，塑性降低的现象。
该现象在制造高强度、高硬度的零件和工具中具有重要应用。
3. 描述陶瓷材料的断裂机理。
《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
返回
53
(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
返回
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
返回
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》习题附答案
第二章 思考题与例题1. 离子键、共价键、分子键和金属键的特点，并解释金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高的原因？2. 从结构、性能等方面描述晶体与非晶体的区别。
3. 何谓理想晶体？何谓单晶、多晶、晶粒及亚晶？为什么单晶体成各向异性而多晶体一般情况下不显示各向异性？何谓空间点阵、晶体结构及晶胞？晶胞有哪些重要的特征参数？4. 比较三种典型晶体结构的特征。
（Al 、α-Fe 、Mg 三种材料属何种晶体结构？描述它们的晶体结构特征并比较它们塑性的好坏并解释。
）何谓配位数？何谓致密度？金属中常见的三种晶体结构从原子排列紧密程度等方面比较有何异同？5. 固溶体和中间相的类型、特点和性能。
何谓间隙固溶体？它与间隙相、间隙化合物之间有何区别？（以金属为基的）固溶体与中间相的主要差异（如结构、键性、性能）是什么？6. 已知Cu 的原子直径为2.56A ，求Cu 的晶格常数，并计算1mm 3Cu 的原子数。
7. 已知Al 相对原子质量Ar （Al ）=26.97，原子半径γ=0.143nm ，求Al 晶体的密度。
8 bcc 铁的单位晶胞体积，在912℃时是0.02464nm 3；fcc 铁在相同温度时其单位晶胞体积是0.0486nm 3。
当铁由bcc 转变为fcc 时，其密度改变的百分比为多少？9. 何谓金属化合物？常见金属化合物有几类？影响它们形成和结构的主要因素是什么？其性能如何？10. 在面心立方晶胞中画出[012]和[123]晶向。
在面心立方晶胞中画出（012）和（123）晶面。
11. 设晶面（152）和（034）属六方晶系的正交坐标表述，试给出其四轴坐标的表示。
反之，求（3121）及（2112）的正交坐标的表示。
（练习），上题中均改为相应晶向指数，求相互转换后结果。
12.在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标，6个面心构成一个正八面体，指出这个八面体各个表面的晶面指数，各个棱边和对角线的晶向指数。
材料科学基础习题及答案
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（），（），（），（）。
《材料科学基础》课后习题及参考答案
绪论1、仔细观察一下白炽灯泡，会发现有多少种不同的材料？每种材料需要何种热学、电学性质？2、为什么金属具有良好的导电性和导热性？3、为什么陶瓷、聚合物通常是绝缘体？4、铝原子的质量是多少？若铝的密度为2.7g/cm3，计算1mm3中有多少原子？5、为了防止碰撞造成纽折，汽车的挡板可有装甲制造，但实际应用中为何不如此设计？说出至少三种理由。
6、描述不同材料常用的加工方法。
7、叙述金属材料的类型及其分类依据。
8、试将下列材料按金属、陶瓷、聚合物或复合材料进行分类：黄铜钢筋混凝土橡胶氯化钠铅-锡焊料沥青环氧树脂镁合金碳化硅混凝土石墨玻璃钢9、 Al2O3陶瓷既牢固又坚硬且耐磨，为什么不用Al2O3制造铁锤？晶体结构1、解释下列概念晶系、晶胞、晶胞参数、空间点阵、米勒指数（晶面指数）、离子晶体的晶格能、原子半径与离子半径、配位数、离子极化、同质多晶与类质同晶、正尖晶石与反正尖晶石、反萤石结构、铁电效应、压电效应.2、（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的米勒指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的米勒指数。
3、在立方晶系的晶胞中画出下列米勒指数的晶面和晶向：（001）与[210]，（111）与[112]，（110）与[111]，（322）与[236]，（257）与[111]，（123）与[121]，（102），（112），（213），[110]，[111]，[120]，[321]4、写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
5、已知Mg2+半径为0.072nm，O2-半径为0.140nm，计算MgO晶体结构的堆积系数与密度。
6、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、堆积系数。
7、从理论计算公式计算NaC1与MgO的晶格能。
MgO的熔点为2800℃，NaC1为80l℃, 请说明这种差别的原因。
8、根据最密堆积原理，空间利用率越高，结构越稳定，金钢石结构的空间利用率很低(只有34.01％)，为什么它也很稳定?9、证明等径圆球面心立方最密堆积的空隙率为25．9％；10、金属镁原子作六方密堆积，测得它的密度为1.74克/厘米3，求它的晶胞体积。
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1. 材料科学中，下列哪个不是材料的基本性能？A. 力学性能B. 热学性能C. 光学性能D. 化学性能答案：C2. 金属材料的塑性变形主要通过哪种机制进行？A. 位错运动B. 原子扩散C. 相变D. 晶界滑动答案：A3. 陶瓷材料通常具有哪些特性？A. 高韧性B. 高导电性C. 高熔点D. 高塑性答案：C二、填空题1. 材料科学是一门研究材料的________、________、________以及材料与环境相互作用的科学。
答案：组成、结构、性能2. 根据材料的组成和结构，材料可以分为________、________、________和复合材料。
答案：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料三、简答题1. 简述材料科学中的“相”的概念。
答案：在材料科学中，“相”指的是材料中具有相同化学成分和结构的均匀部分。
相可以是固体、液体或气体，并且可以在宏观上观察到。
材料的相可以决定其物理和化学性质。
2. 什么是材料的微观结构？它对材料性能有何影响？答案：材料的微观结构是指材料内部的原子、分子或晶粒的排列方式和分布状态。
微观结构对材料的力学性能、热学性能、电学性能等具有决定性影响，例如晶粒大小、晶界、位错密度等都会显著影响材料的强度、韧性和导电性。
四、计算题1. 已知某金属材料的屈服强度为300 MPa，弹性模量为200 GPa，求其在屈服点的应变。
答案：首先，根据胡克定律，σ = Eε，其中σ是应力，E是弹性模量，ε是应变。
将已知数值代入公式，可得ε = σ/E = 300 MPa / 200 GPa = 0.0015。
2. 若某材料的热膨胀系数为10^-6 K^-1，当温度从20°C升高到100°C时，计算该材料长度的变化百分比。
答案：材料长度的变化量ΔL可以通过公式ΔL = L0αΔT计算，其中L0是原始长度，α是热膨胀系数，ΔT是温度变化。
假设原始长度L0为1m，温度变化ΔT = 100°C - 20°C = 80°C，代入公式得ΔL = 1m * 10^-6 K^-1 * 80 = 8 * 10^-5 m。
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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？
第八章 回复与再结晶（10h）
1．某单晶冷压80%，在20℃停留7天后，性能回复到一定程度。若在100℃回复到相同程度则需要50min，求该金属的回复激活能。
2．冷变形黄铜在400℃温度下完成再结晶需要1h，而390℃温度下完成再结晶需要2h，试计算420℃再结晶需要多少时间？
3．Fe-3%Si合金含MnS粒子时，当粒子半径为0.05μm，体积分数为1%，850℃以下退火，当基体的晶粒平均直径为6μm的时候，正常长大停止，试分析原因。
5．证明面心立方晶体发生孪生变形时，产生的切变量为0.707。
6．试用多晶体塑变理论解释，室温下金属的晶粒越细强度越高。
7．有一块密排六方高纯金属板（a/c=1.586），轧成薄板后产生（0001）〈110〉织构，沿轧向取样，屈服强度较低，当金属中加入一定碳后，在相同条件下拉伸屈服强度很高，请说明原因。
第六章、扩散
1．在钢棒的表面，每20个铁的晶胞中含有一个碳原子，在离表面1mm处每30个铁的晶胞中含有一个碳原子，知铁为面心立方结构( a=3.65A),1000℃时碳的扩散系数为3×10-11m2／s，求每分钟内因扩散通过单位晶胞的碳原子数是多少?
2．在恒定源条件下820℃时，钢经1小时的渗碳，可得到一定厚度的表面渗碳层，若在同样条件下．要得到两倍厚度的渗碳层需要几个小时?
5．Zn2+在ZnS中扩散时，563℃时的扩散系数为3×10-14cm2/sec;450℃时的扩散系数为1.0×10-14cm2/sec，求：
1）扩散的活化能和D0；
2）750℃时的扩散系数。
6．实验册的不同温度下碳在钛中的扩散系数分别为2×10-9cm2/s(736℃)、5×10-9cm2/s(782℃)、1.3×10-8cm2/s(838℃)。a)请判断该实验结果是否符合，b)是否符合，请计算扩散活化能（J/mol℃），并求出在500℃时谈的扩散系数。
4．将一楔形铜片置于两轧辊滚之间轧制，画出再结晶后晶粒大小沿片长方向的变化示意图。如果加热到再结晶温度以上保温，何处先发生再结晶？
5．将纯铜冷轧98%后，在不同温度下再结晶，请设计一方案测定出再结晶激活能。
6．灯泡中钨丝在非常高的温度下工作，晶粒会显著长大，当形成横跨钨丝的大晶粒时，灯丝变脆，会在工作中造成的热应力作用下，产生破坏。试找出能够延长灯丝寿命的方法。
5．简述铸锭三区的形成机理，采用什么方法可使柱状晶更发达？采用什么方法可使中心等轴晶更发达？
6．钢中有那些常见杂质？何为钢的"热脆" ？何为钢的"冷脆"？如何防止？
第五章 三元相图
1．固态下完全不互溶的三元共晶相图如图6-1所示，分析O与合金的结晶过程，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。
这根棒材拉拔后的尺寸；
这根棒材承受的工程应变与真应变。
2．画出体心立方、面心立方和密排六方晶体的滑移系。
3．体心立方晶体｛110｝＜111＞；｛112｝＜111＞；｛123｝＜111＞滑移系共有多少个？可否产生交滑移？
单晶表面为｛100｝面，假定晶体可以在任何滑移系上滑移，讨论表面上可能见到的滑移线。
Dα=0.0079exp[-83600(J/mol/RT)cm2/sec Dγ=0.21exp[-141284(J/mol/RT)cm2/ssec
计算800?C时各自的扩散系数并解释其差别。
第七章 固体材料的变形与断裂
1．将一根长20m，直径14mm铝棒，通过12.7mm的模具拉拔ห้องสมุดไป่ตู้求：
7．在某种材料中，某种粒子的晶界扩散系数与体积扩散系数分别为Dgb=2.00×10-10exp（-19100/T）和Dv=1.00×10-4exp(-38200/T)，是求晶界扩散系数和温度扩散系数分别在
什么温度范围内占优势？
8．假定碳在α-Fe(体心立方)和；γ-Fe（面心立方)中的扩散系数分别为：
3．在不稳定扩散条件下800oC时，在钢中渗碳100分钟可得到合适厚度的渗碳层，若在1000C时要得到同样厚度的渗碳层，需要多少时间（D0=2.4×10-12m2／sec：D1000℃=3×10-11m2／sec）?
4．在制造硅半导体器体中，常使硼扩散到硅单品中，若在1600K温度下．保持硼在硅单品表面的浓度恒定(恒定源半无限扩散)，要求距表面10-3cm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℃=8×10-12cm2/sec；当时，）？
《材料科学基础》习题
第一章 材料的结构
1．试说明一个面心立方等于一个体心正方结构。
2．在立方系中绘出｛110｝、｛111｝晶面族所包括的晶面，及（112）和（10）晶面。
3．求（121）与（100）所决定的晶带轴和（001）与（111）所决定的晶带轴所构成的晶面的晶面指数。
3．画图说明F-R位错源位错增殖过程。
4．证明位错密度ρ和弯曲晶体曲率半径R的关系为ρ=。
5．图3-1表示两个被钉扎的刃位错A-B、C-D，它们的长度均为x，且具有相同的位错线方向和柏氏矢量，每个位错都可作为F-R位错源。假定这两个位错正在扩大，试问位错环在交互作用时，是将位错运动钉扎住，还是形成一个大位错源？如果能够形成一个大位错源，试问该大位错源开动所需临界切应力有多大？
第三章 纯金属的凝固
1．若液态金属中形成一球形晶核，试证明临界晶核形成功△Gc与临界晶核体积Vc的关系为△Gc=－。
2．分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。
4．细化铸件晶粒的途径有那些？为什么？
5．液态金属结晶时需要过冷，那么固态金属熔化时是否会出现过热？
第四章 材料的相结构与二元相图