材料科学基础作业2
(完整版)材料科学基础第1-2章作业及解答彭
第一章作业——材料结构的基本知识1、简述一次键与二次键的差异及各键的特点。
2、简述三大类材料中的结合键类型及性能（物性、力性）特点。
3、为什么金属材料的密度比陶瓷材料及高分子材料密度高？4、用金属键的特征解释金属材料的性能-----①良好的导电；②良好的导热性；③正的电阻温度系数；④不透明性及具有金属光泽；⑤良好的塑性⑥金属之间的溶解性（固溶能力）。
5、简述晶体与非晶体的主要区别。
6、简述原子结构、原子结合键、原子的排列方式及显微组织对材料性能的影响。
第一章作业解答1、述一次键与二次键的差异及各键的特点。
解答：（1）一次键结合力较强，包括金属键、离子键、共价键；二次键结合力较弱，包括范德华键和氢键。
一次键主要依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层；二次键是借原子之间的偶极吸引力结合而成。
（2）金属键电子共有化,没有方向性和饱和性；离子键没有方向性，但要满足正负电荷平衡要求；共价键有明显的方向性和饱和性；范德华键没有方向性、饱和性；氢键（X-H…Y）有饱和性、方向性。
2、简述三大类材料中的结合键类型及性能（物性、力性）特点。
解答：（1）三大类材料主要指金属材料、陶瓷材料和高分子材料。
（2）金属材料中的结合键主要是金属键，其次是共价键、离子键，使金属材料具有较高的熔点、密度，良好的导电、导热性能及较高的弹性模量、强度和塑性。
陶瓷材料中的结合键主要是离子键和共价键，使其熔点高、密度低，具有良好的绝缘性能和绝热性能，高的弹性模量和强度，但塑性差，脆性大。
高分子材料中分子链内部虽为共价键结合，但分子链之间为二次键结合，使其具有较低的熔点、密度，良好的绝缘性能、绝热性能及较低的弹性模量、强度和塑性。
3、为什么金属材料的密度比陶瓷材料及高分子材料密度高？金属材料的密度较高是因为①金属元素具有较高的相对原子质量，②金属材料主要以金属键结合，金属键没有方向性和饱和性，使金属原子总是趋于密集排列，达到密堆结构。
材料科学基础-张代东-习题答案(2)
第1章 习题解答1-1 解释下列基本概念金属键，离子键，共价键，范德华力，氢键，晶体，非晶体，理想晶体，单晶体，多晶体，晶体结构，空间点阵，阵点，晶胞，7个晶系，14种布拉菲点阵，晶向指数，晶面指数，晶向族，晶面族，晶带，晶带轴，晶带定理，晶面间距，面心立方，体心立方，密排立方，多晶型性，同素异构体，点阵常数，晶胞原子数，配位数，致密度，四面体间隙，八面体间隙，点缺陷，线缺陷，面缺陷，空位，间隙原子，肖脱基缺陷，弗兰克尔缺陷，点缺陷的平衡浓度，热缺陷，过饱和点缺陷，刃型位错，螺型位错，混合位错，柏氏回路，柏氏矢量，位错的应力场，位错的应变能，位错密度，晶界，亚晶界，小角度晶界，大角度晶界，对称倾斜晶界，不对称倾斜晶界，扭转晶界，晶界能，孪晶界，相界，共格相界，半共格相界，错配度，非共格相界（略）1-2 原子间的结合键共有几种？各自特点如何？ 答：原子间的键合方式及其特点见下表。
类 型 特 点离子键 以离子为结合单位，无方向性和饱和性 共价键 共用电子对，有方向性键和饱和性 金属键 电子的共有化，无方向性键和饱和性分子键 借助瞬时电偶极矩的感应作用，无方向性和饱和性 氢 键依靠氢桥有方向性和饱和性1-3 问什么四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型？答：如下图所示，底心四方点阵可取成更简单的简单四方点阵，面心四方点阵可取成更简单的体心四方点阵，故四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型。
1-4 试证明在立方晶系中，具有相同指数的晶向和晶面必定相互垂直。
证明：根据晶面指数的确定规则并参照下图，（hkl ）晶面ABC 在a 、b 、c 坐标轴上的截距分别为h a 、k b 、l c ，k h b a AB +-=，l h c a AC +-=，lk ca BC +-=；根据晶向指数的确定规则，[hkl ]晶向cb a L l k h ++=。
利用立方晶系中a=b=c ， 90=γ=β=α的特点，有 0))((=+-++=⋅k h l k h ba cb a AB L 0))((=+-++=⋅lh l k h ca cb a AC L 由于L 与ABC 面上相交的两条直线垂直，所以L 垂直于ABC 面，从而在立方晶系具有相同指数的晶向和晶面相互垂直。
材料科学基础课后作业及答案(分章节)
材料科学基础课后作业及答案(分章节)第一章8．计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例(1)NaF (2)CaO (3)ZnS 解：1、查表得：XNa=,XF= 根据鲍林公式可得NaF中离子键比例为：[1?e共价键比例为：%=% 2、同理，CaO中离子键比例为：[1?e共价键比例为：%=% 12?(?)412?(?)4]?100%?% ]?100%? % 23、ZnS中离子键比例为：ZnS 中离子键含量?[1?e?1/4(?)]?100%?% 共价键比例为：%=% 10说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义．说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。
答：结构转变的热力学条件决定转变是否可行，是结构转变的推动力，是转变的必要条件；动力学条件决定转变速度的大小，反映转变过程中阻力的大小。
稳态结构与亚稳态结构之间的关系：两种状态都是物质存在的状态，材料得到的结构是稳态或亚稳态，取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件)，阻力小时得到稳态结构，阻力很大时则得到亚稳态结构。
稳态结构能量最低，热力学上最稳定，亚稳态结构能量高，热力学上不稳定，但向稳定结构转变速度慢，能保持相对稳定甚至长期存在。
但在一定条件下，亚稳态结构向稳态结构转变。
第二章1．回答下列问题：(1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向：(001）与[210]，(111）与[112]，(110)与[111],(132)与[123],(322)与[236］(2)在立方晶系的一个晶胞中画出晶面族各包括多少晶面？写出它们的密勒指数。
[1101]4．写出六方晶系的{1012}晶面族中所有晶面的密勒指数，在六方晶胞中画出[1120]、晶向和(1012)晶面，并确定(1012)晶面与六方晶胞交线的晶向指数。
5．根据刚性球模型回答下列问题：(1)以点阵常数为单位，计算体心立方、面心立方和密排六方晶体中的原子半径及四面体和八面体的间隙半径。
材料科学基础试卷(二)与答案
材料科学基础试卷(二)与参考答案、名词解释 (每小题 1 分，共 10 分 )1．晶胞2．间隙固溶体3．临界晶核4．枝晶偏析5．离异共晶6．反应扩散7．临界分切应力8．回复9．调幅分解10．二次硬化、判断正误 (每小题 1 分，共 10 分 )正确的在括号内画“V” ,错误的画“X”1. 金属中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。
( )2. 作用在位错线上的力 F 的方向永远垂直于位错线并指向滑移面上的未滑移区。
( )3. 只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，间隙固溶体则不能。
( )4. 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减小，因此是一个自发过程5. 固溶体凝固形核的必要条件同样是A GB V0、结构起伏和能量起伏。
（）6. 三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。
（）7. 物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。
（）8. 塑性变形时，滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是密排方向。
（）9. 和液固转变一样，固态相变也有驱动力并要克服阻力，因此两种转变的难易程度相似。
（）10. 除Co以外，几乎所有溶入奥氏体中的合金元素都能使 C曲线左移，从而增加钢的淬透性。
（）三、作图题（每小题5分，共15分）1. 在简单立方晶胞中标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：a）立方晶系（421）, （123），［211］； b）六方晶系（2111），［2113］。
2. 设面心立方晶体中的（111）为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为a - ［110］。
2（1）在晶胞中画出柏氏矢量b的方向并计算出其大小。
（2）在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，并写出此二位错线的晶向指数3. 如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。
试画出轧制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图四、相图分析(共20分)⑴就Fe-Fe3C相图，回答下列问题：1•默画出Fe-Fe3C相图，用相组成物填写相图；2. 分析含碳量为I.Owt%的过共析钢的平衡结晶过程，并绘出室温组织示意图。
材料科学基础2-作业3
第三章作业
1、镍（Ni）在0.1大气压的氧气中氧化，测得其重量增量（ g）如下表：
（1）推导出合适的反应方程式；（2）计算反应活化能。
第一题：解：
以反应时间为横坐标，反应增重的二次方为纵坐标，作上图。
（1）由上图可知，反应产物质量的平方和反应时间成正比，又由于可以将该反应视作镍与氧气在镍片表面发生反应，则反应产物质量与反应物的厚度成正比，因而该反应符合抛物线型速度方程，x2=kt。
T=550K，x2=101.3t
T=600K，x2=333.3t
T=650K，x2=1097.1t
T=700K，x2=2641.9t
（2）反应速率常数K=Aexp(-Q/RT)，则对等式两侧取对数，可得lnK=c-Q/RT，由此可得lnK和1/T成正比，斜率为-Q/R。
由图可知斜率-Q/R=-0.001。
2、要合成镁铝尖晶石，可供选择原料为MgCO
3、Mg(OH)2、MgO、Al2O3⋅3H2O、γ-Al2O3、α-Al2O3。
从提高反应速率角度出发，应选择什么原料？
第二题：解：
可以通过选择高活性的反应物来提高反应速率，采用热分解和脱水反应，可以获得具有较大比表面积和晶格缺陷的初生态或无定型物质，使反应物反应活性提高。
那么就应该选择MgCO3或Mg(OH)2，和Al2O3·3H2O。
材料科学基础试卷(二)与参考答案
材料科学基础试卷（二）与参考答案一、名词解释(每小题1分，共10分)1．晶胞2．间隙固溶体3．临界晶核4．枝晶偏析5．离异共晶6．反应扩散7．临界分切应力8．回复9．调幅分解10． 二次硬化二、判断正误(每小题1分，共10分)正确的在括号内画“√”， 错误的画“×”1. 金属中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。
( )2. 作用在位错线上的力F 的方向永远垂直于位错线并指向滑移面 上的未滑移区。
( )3. 只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，间隙固溶体则不能。
( )4. 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减小，因此是一个自发过程。
( )5. 固溶体凝固形核的必要条件同样是ΔG B ＜0、结构起伏和能量起伏。
( )6. 三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。
( )7. 物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。
( )8. 塑性变形时，滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是密排方向。
( )9. 和液固转变一样，固态相变也有驱动力并要克服阻力，因此两种转变的难易程度相似。
( )10.除Co 以外，几乎所有溶入奥氏体中的合金元素都能使C 曲线 左移，从而增加钢的淬透性。
( )三、作图题(每小题5分，共15分)1. 在简单立方晶胞中标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：a)立方晶系 (421)，(231)，[112]；b)六方晶系(1112)，[3112]。
2. 设面心立方晶体中的(111)为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为2a [110]。
(1)在晶胞中画出柏氏矢量b的方向并计算出其大小。
(2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，并写出此二位错线的晶向指数。
3.如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。
试画出轧制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图。
四、相图分析(共20分)(1) 就Fe-Fe3C相图，回答下列问题：1. 默画出Fe-Fe3C相图，用相组成物填写相图；2. 分析含碳量为1.0wt%的过共析钢的平衡结晶过程，并绘出室温组织示意图。
材料科学基础第1-2章例题、作业题及其解答
第2章 例 题（A ）1. 在面心立方晶胞中画出[012]和[123]晶向。
2. 在面心立方晶胞中画出（012）和（123）晶面。
3. 右图中所画晶面的晶面指数是多少？4. 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。
5. （练习），上题中均改为相应晶向指数，求相互转换后结果。
答案：2. (2110) 4. （1562）， （0334） 5. [1322] [1214] （123） （212）[033] [302]第2章 例题答案(A)4. （152） )2615(6)51()(⇒-=+-=+-=v u t（034） )4303(3)30()(⇒-=+-=+-=v u t（1213） ⇒ （123）（2112） ⇒ （212）5. [152] ]2231[22)51(31)(313)152(31)2(311)512(31)2(31⇒⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫==-=+-=+-==-⨯=-=-=-⨯=-=W w V U t U V v V U u [034] ]4121[41)30(31)(312)032(31)2(311)302(31)2(31⇒⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫==-=+-=+-==-⨯=-=-=-⨯=-=W w V U t U V v V U u]3121[]033[33)1(20)1(1⇒⎪⎭⎪⎬⎫===--=-==---=-=w W t v V t u U [2112]]302[20)1(13)1(2⇒⎪⎭⎪⎬⎫===---=-==--=-=w W t v V t u U第2章 例 题（B ）1. 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。
2. 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。
3. 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。
无机材料科学基础课后习题答案2
2-1 名词解释：配位数与配位体，同质多晶与多晶转变，位移性转变与重建性转变，晶体场理论与配位场理论。
答：配位数：晶体结构中与一个离子直接相邻的异号离子数。
配位体：晶体结构中与某一个阳离子直接相邻、形成配位关系的各个阴离子中心连线所构成的多面体。
同质多晶：同一化学组成在不同外界条件下（温度、压力、pH值等），结晶成为两种以上不同结构晶体的现象。
多晶转变：当外界条件改变到一定程度时，各种变体之间发生结构转变，从一种变体转变成为另一种变体的现象。
位移性转变：不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子从原来位置发生少许位移，使次级配位有所改变的一种多晶转变形式。
重建性转变：破坏原有原子间化学键，改变原子最邻近配位数，使晶体结构完全改变原样的一种多晶转变形式。
晶体场理论：认为在晶体结构中，中心阳离子与配位体之间是离子键，不存在电子轨道的重迭，并将配位体作为点电荷来处理的理论。
配位场理论：除了考虑到由配位体所引起的纯静电效应以外，还考虑了共价成键的效应的理论。
图2-1 MgO晶体中不同晶面的氧离子排布示意图2-2 面排列密度的定义为：在平面上球体所占的面积分数。
（a）画出MgO（NaCl型）晶体（111）、（110）和（100）晶面上的原子排布图；（b）计算这三个晶面的面排列密度。
解：MgO晶体中O2-做紧密堆积，Mg2+填充在八面体空隙中。
（a）（111）、（110）和（100）晶面上的氧离子排布情况如图2-1所示。
（b）在面心立方紧密堆积的单位晶胞中，（111）面：面排列密度=（110）面：面排列密度=（100）面：面排列密度=2-3 试证明等径球体六方紧密堆积的六方晶胞的轴比c/a≈1.633。
证明：六方紧密堆积的晶胞中，a轴上两个球直接相邻，a0=2r；c轴方向上，中间的一个球分别与上、下各三个球紧密接触，形成四面体，如图2-2所示：图2-2 六方紧密堆积晶胞中有关尺寸关系示意图2-4 设原子半径为R，试计算体心立方堆积结构的（100）、（110）、（111）面的面排列密度和晶面族的面间距。
《材料科学基础2》作业
1、 简述菲克第一定律和菲克第二定律的含义，并写出表达式，表明字母的物理含义。
2、在900℃对一批钢齿轮成功渗碳需要10个小时，此温度下铁为FCC 晶体。
如果渗碳炉在900℃运行1个小时需要耗费1000元，在1000℃运行1小时需要耗费1500元，若将渗碳温度提高到1000℃完成同样渗碳效果，是否可以提高其经济效益？(已知碳在奥氏体铁中的扩散激活能为137.52 KJ/mole )3、在870℃比在930℃渗碳淬火变形小又可以得到较细的晶粒，若已知碳在奥氏体铁中的扩散常数为2.0×10－5m 2/s,扩散激活能为140×103J/mol,请计算：（a ）870℃时碳在奥氏体铁中的扩散系数；（4分）（b ）将渗层加深一倍需要多少时间？（4分）（c ）若规定0.3％C 为渗碳层厚度的量度，则在930℃渗碳10小时的渗层厚度为870℃渗碳10小时的多少倍？（气体常数R ＝8.314J/mol ）（4分）4、含碳量0.85%的碳钢在某一温度下经1小时脱碳后表面的碳浓度降为0，已知该温度下碳的扩散系数D=1.1×10-7 m2/s（1）求碳的浓度分布。
（2）如要表面碳浓度为0.8%，则表面应该车去多少深度？5、在纯铜圆柱体一个顶端电镀一层薄的放射性同位素铜。
在高温退火20h 后，对铜棒逐层求铜的自扩散系数。
6、纯Cr 和纯Fe 组成扩散偶,一个小时后界面移动了15.2μm 。
当界面处Cr 的摩尔分数 x(Cr)=0.478时,有 =126/cm,(l 为扩散距离)，互扩散系数为1.43*10E-9 cm2/s 求: Cr 和Fe 的本征扩散系数7请简述扩散的微观机制有哪些？哪种方式比较容易进行？8、对于某间隙固溶体系，在500℃时间隙原子的迁移速率为5*108次/秒，在800℃时迁移速率为8*1010次/秒，计算此过程的激活能Q 。
9影响晶体固体中原子扩散的主要因素有哪些？并加以简单说明10、在MgO 中引入高价的W6+，将产生什么离子空位？比较MgO 和掺W6+的MgO 的抗氧化性哪个好些？11、设某离子晶体的点阵常数为5*10-8 cm ，振动频率为1012赫兹，位能U=0.5eV ，求在室温下的离子迁移率。
【材料科学基础经典习题及答案】考试试题2
13.设面心立方晶体中的 为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为 。
1)在晶胞中画出柏氏矢量b的方向并计算出其大小。
2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，并写出此二位错线的晶向指数。
14.判断下列位错反应能否进行。
1) 2)
3) 4)
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。
12.设所示立方晶体中的滑移面ABCD平行于晶体的上、下底面。晶体中有一条位错线 段在滑移面上并平行AB， 段与滑移面垂直。位错的柏氏矢量b与 平行而与 垂直。
试问：
1)欲使 段位错在ABCD滑移面上运动而 不动，应对晶体施加怎样的应力？
15.若面心立方晶体中有b= 的单位位错及b= 的不全位错，此二位错相遇产生位错反应。
1)问此反应能否进行？为什么？
2)写出合成位错的柏氏矢量，并说明合成位错的类型。
16.若已知某晶体中位错密度 。1)由实验测得F-R位错源的平均长度为 ，求位错网络中F-R位错源的数目。2)计算具有这种F-R位错源的镍晶体发生滑移时所需要的切应力。已知Ni的 Pa， 。
7．1.6l×l013个原子/mm2；1.14X1013个原子/mm2；1.86×1013个原子/mm2。
8．(1) 5.29×1028个矽原子/m3；(2) 0.33。
9．9. 0.4×10-18/个原子。
10．1.06×1014倍。
11．(1)这种看法不正确。在位错环运动移出晶体后，滑移面上、下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的。位错环的柏氏矢量为b，故其相对滑移了一个b的距离。(2) A'B'为右螺型位错，C'D'为左螺型位错；B'C'为正刃型位错，D'A'为负刃型位错。位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量如附图2.3所示。
2022年《材料科学基础》作业
2022年《材料科学基础》作业注意：习题按以下内容结构给出，加深理解本课程的内容和结构。
绪论第一篇材料的原子结构第一章材料的原子结构第二篇材料的晶体结构与缺陷第二章材料的结构第三章晶体结构缺陷第七章晶态固体材料中的界面第三篇材料的组织结构第五章相平衡与相图第四章晶态固体中的扩散第六章材料的凝固【综合习题】绪论一、填空题1、材料科学主要研究的核心问题是和的关系。
材料的结构是理解和控制性能的中心环节，结构的最微细水平是，第二个水平是，第三个水平是2.根据材料的性能特点和用途，材料分为和两大类。
根据原子之间的键合特点，材料分为、、和复合材料四大类。
第一篇材料的原子结构第一章材料的原子结构一、填空题1.金属材料中原子结合以键为主，陶瓷材料（无机非金属材料）以和结合键为主，聚合物材料以和键为主。
第二篇材料的晶体结构与缺陷第二章材料的结构一、填空题1、晶体是2、晶体与非晶体的最根本区别是3、晶胞是4、根据晶体的对称性，晶系有大晶族，大晶系，种布拉菲Bravai点阵，种点群，种空间群。
5、金属常见的晶格类型有、、6、fcc晶体的最密排方向为，最密排面为，最密排面的堆垛顺序为7、fcc晶体的致密度为，配位数为，原子在（111）面上的原子配位数为8、bcc晶体的最密排方向为，最密排面为，致密度为，配位数为9、晶体的宏观对称要素有、、10、CCl型结构属于，NaCl型结构属于，CaF2型结构属于11、MgO晶体具有型结构，其对称型是，晶族是，晶系是，晶体的键型是12、硅酸盐晶体结构中的基本结构单元是13、几种硅酸盐晶体的络阴离子分别为[Si2O7]6-、[Si2O6]4-、[Si4O10]4-、[AlSi3O8]1-，它们的晶体结构类型分别为，，，和14、表征晶体中晶向和晶面的方法有和法。
二、分析计算1、（2-3）（1）晶面A在某、y、z轴上的截距分别是2a、3b和6c，求该晶面的米勒指数；（2）晶面B在某、y、z轴上的截距分别是a/3、b/2和c，求该晶面的米勒指数。
材料科学基础课后作业第二章
2-3 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？答：（1）由热力学可知，结晶能否发生，取决于固相的自由能是否低于液相的自由能，即△G =G S-G L<0；只有当温度低于理论结晶温度 T m时，固态金属的自由能才低于液态金属的自由能，液态金属才能自发地转变为固态金属，因此金属结晶时一定要有过冷度。
（2）影响过冷度的因素有：金属的本性，金属不同，过冷度大小不同；金属的纯度，金属的纯度越高，过冷度越大；冷却速度，冷却速度越大，过冷度越大。
（3）金属熔化时会出现过热，其原因是：由热力学可知，只有当温度高于理论结晶温度 T m时，液态金属的自由能才低于固态金属的自由能，固态金属才能自发转变为液态金属，因此金属熔化时一定要有过热度。
2-4试比较均匀形核与非均匀形核的异同点。
答：相同点：（1）液态金属的结晶必须在过冷的液体中进行，液态金属的过冷度必须大于临界过冷度，晶胚尺寸必须大于临界晶核半径r k。
前者提供形核的驱动力，后者是形核的热力学条件所要求的。
（2）r k值大小与晶核的表面能成正比，与过冷度成反比。
过冷度越大，则r k越小，形核率越大，但是形核率有一极大值。
如果表面能越大，形核所需的过冷度也应越大。
凡是能降低表面能的办法都能促进形核。
（3）均匀形核既需要结构起伏，也需要能量起伏，二者皆是液体本身存在的自然现象。
（4）晶核的形成过程是原子扩散迁移的过程，因此结晶必须在一定的温度下进行。
不同点：（1）非均匀形核与固体杂质接触，减小了表面自由能的增加，也减小了形成晶核的体积，所以非均匀形核的形核功小，形核容易，可以在较小的过冷度下进行。
（2）均匀形核需要在很大的过冷度下进行，而且要求液态金属绝对纯净，无任何杂质，也不和型壁接触，只依靠液态金属的能量变化，由晶胚直接生核的过程，是一种理想状态；而在实际工业生产中，液态金属并不能达到这种理想状态，所以，凝固过程总是以非均匀形核的方式进行。
材料科学基础第二章答案
习题：第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章答案：第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章2-1 略。
2-2 （1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求该晶面的晶面指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的晶面指数。
答：（1）h:k:l==3:2:1,∴该晶面的晶面指数为（321）；（2）h:k:l=3:2:1，∴该晶面的晶面指数为（321）。
2-3 在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数：（001）与[]，（111）与[]，（）与[111]，（）与[236]，（257）与[]，（123）与[]，（102），（），（），[110]，[]，[]答：（001）与[]为：2-4 定性描述晶体结构的参量有哪些？定量描述晶体结构的参量又有哪些？答：定性：对称轴、对称中心、晶系、点阵。
定量：晶胞参数。
2-5 依据结合力的本质不同，晶体中的键合作用分为哪几类？其特点是什么？答：晶体中的键合作用可分为离子键、共价键、金属键、范德华键和氢键。
离子键的特点是没有方向性和饱和性，结合力很大。
共价键的特点是具有方向性和饱和性，结合力也很大。
金属键是没有方向性和饱和性的的共价键，结合力是离子间的静电库仑力。
范德华键是通过分子力而产生的键合，分子力很弱。
氢键是两个电负性较大的原子相结合形成的键，具有饱和性。
2-6 等径球最紧密堆积的空隙有哪两种？一个球的周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？答：等径球最紧密堆积有六方和面心立方紧密堆积两种，一个球的周围有8个四面体空隙、6个八面体空隙。
2-7 n 个等径球作最紧密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？不等径球是如何进行堆积的？答：n 个等径球作最紧密堆积时可形成n 个八面体空隙、2n 个四面体空隙。
不等径球体进行紧密堆积时，可以看成由大球按等径球体紧密堆积后，小球按其大小分别填充到其空隙中，稍大的小球填充八面体空隙，稍小的小球填充四面体空隙，形成不等径球体紧密堆积。
材料科学基础作业2-答案
《材料科学基础Ⅰ》作业（2）一、名词解释合金，组元，相，固溶体，Page60、61金属化合物合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相称金属化合物。
，共晶转变，包晶转变，共析转变，晶内偏析，Page76变质处理，Page54固溶强化，随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。
组织组成物，组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分。
异质形核，（非均匀形核、非自发形核）Page 41异分结晶（选择结晶）Page 74二、填空1. 铸锭组织的三个典型区域是（）、（）和（）。
2．二元合金具有匀晶相图的条件是（）3．二元合金具有共晶相图的条件是（）4．二元合金具有包晶相图的条件是（）三、简答1. 二元合金形成无限固溶体的必要条件Page63组成元素原子半径、电化学特性相近，晶格类型相同的置换固溶体，才有可能形成无限固溶体。
2. 置换原子与间隙原子的固溶强化效果哪个大？为什么？产生固溶强化的原因是溶质原子使晶格发生畸变及对位错的钉扎作用。
间隙原子产生的晶格畸变更大因而固溶效果更大3. 合金的结晶与纯金属相比有何特点？Page 74固溶体结晶特点：1）不同异分结晶选择结晶分配系数：02）成分起伏3）四、分析题1．已知金属A（熔点600℃）与金属B（熔点500℃）在液态无限互溶，在固态300℃时A溶于B形成固溶体α的最大溶解度30%，室温时溶解度为10%，300℃时B溶于A中形成固溶体β的最大溶解度是15%，室温时溶解度为5%；在300℃时，含40%B的液态合金发生共晶反应，要求：（1）作出A-B合金相图（2）分析含20%A，60%A，80%A合金的结晶过程，并画出冷却曲线。
1．已知金属A（熔点600℃）与金属B（熔点500℃）在液态无限互溶，在固态300℃时B溶于A形成固溶体α的最大溶解度30%，室温时溶解度为10%，300℃时A溶于B中形成固溶体β的最大溶解度是15%，室温时溶解度为5%；在300℃时，含40%B的液态合金发生共晶反应，要求：（1）作出A-B合金相图（2）分析含20%A，60%A，80%A合金的结晶过程，并画出冷却曲线。
贝氏体转变和马氏体转变和珠光体转变的区别
珠光体
1、珠光体的形核率和长大速
珠光体形核率和长大速率与形成温度的关系：随转变温度降低，过冷度增大，奥氏体与珠光体自由能差增大，转变动力增大，形核率增大。随转变温度降低，原子活动能力减弱，形核率减小。随转变温度降低，原子扩散速度减慢，晶核长大速度降低。随转变温度降低，奥氏体中的碳浓度差增大，碳浓度扩散速度提高，晶核长大速度提高。随转变温度降低，珠光体片层间距减小，C原子运动距离减小，珠光体长大速度提高珠光体的形核和长大速度与转变温度的关系曲线均有极大值。
四、形成过程
珠光体
珠光体转变温度较高，铁原子和碳原子都可以发生扩散，属于扩散型相变。
形核：形核部位是奥氏体晶界或奥氏体与其它相（渗碳体，铁素体）的相界面。领先相可以是铁素体，也可以是渗碳体。
长大：横向长大很好理解：形成一片渗碳体后，两侧奥氏体中碳浓度下降，促进了铁素体形核，并平行于渗碳体片生长，结果又导致渗碳体片的形核与长大，最后得到片层相间的平行的珠光体团。
由于碳在铁素体中的扩散速度大于在奥氏体中的扩散速度，碳在铁素体两侧的奥氏体中富集，到一定程度时，在铁素体条间沉淀出渗碳体。
下贝氏体形成温度较低，首先在奥氏体晶界或晶内贫碳区形成铁素体晶核，并长大成片状。由于转变温度较低，碳原子在奥氏体中扩散困难，很难迁移至晶界，而碳在铁素体中可以扩散。
因此在铁素体长大的同时，碳原子只能在铁素体的某些亚晶界或晶面上聚集，进而沉淀析出细片状碳化物。在一片铁素体长大的同时，其它方向的铁素体也会形成。
马氏体
非均匀形核：以晶体缺陷和内表面等为核心形成马氏体核胚。面心立方密排面层错出现密排六方单元而成为马氏体核胚。γ→ε→α’
自促发形核：已经生成的马氏体能促发未转变母相的形核，称为自促发形核。一个原奥氏体晶粒内部往往在某一处形成几片马氏体。晶界不是马氏体占优势的形核部位，等温转变主要是自促发形核。
材料科学基础习题二
材料科学基础习题二1. 指出下列概念的错误之处，并更正。
1）所谓过冷度是指结晶时，在冷却曲线上出现平台的温度与熔点之差。
2）金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减小，因此是一个自发过程。
3）在任何温度下，液态金属中出现的最大结构起伏都是晶胚。
4）在任何温度下，液相中出现的最大结构起伏都是晶核。
5）所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能的增加时的晶胚大小。
6）在液态金属中，凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能成核，但是只要有足够的能量起伏提供形核功，还是可以形核的。
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0.2Tm计算值，基本一致。
8）某些铸件结晶时，由于冷速较快，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。
9）若在过冷液体中，外加10000颗形核剂，则结晶后就可以形成10000颗晶粒。
10）从非均匀形核功的计算公式中可以看出，当润湿角为0度时，非均匀形核的形核功最大。
11）为了生产一批厚薄悬殊的砂型铸件，且要求均匀的晶粒度，则只要在工艺上采用加入形核剂的办法就可以满足了。
12）非均匀形核总是比均匀形核容易，因为前者是以外加质点为结晶核心，不像后者那样形成界面，而引起自由能的增加。
13）在研究某金属细化晶粒工艺时，主要寻找那些熔点低、且与该金属晶格常数相近的形核剂，其形核的催化效能最高。
14）纯金属生长时，无论液固界面呈粗糙型还是光滑型，其液相原子都一个一个地沿着固相面得垂直方向连接上去。
15）无论温度分布如何，常用纯金属生长都是呈树枝状界面。
16）氯化铵饱和水溶液与纯金属结晶终了时的组织形态一样，前者呈树枝状，后者也成树枝晶。
17）人们无法观察到极纯金属的树枝状生长过程，所以关于树枝状的生长形态仅仅是一种推想。
18）液态纯金属中加入形核剂，其生长形态总是呈树枝状。
19）纯金属结晶时，若呈垂直方式生长，其界面时而光滑，时而粗糙，交替生长。
材料科学基础课后习题答案第二章
第2章 习题2-1 a) 试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△G K 与其临界晶核体积V K 之间的关系式为2K K V V G G ∆=-∆； b) 当非均匀形核形成球冠形晶核时，其△G K 与V K 之间的关系如何？a) 证明 因为临界晶核半径 2K Vr G σ=-∆ 临界晶核形成功 32163()K V G G πσ∆=∆ 故临界晶核的体积 3423K K K Vr G V G π∆==∆ 所以 2K K V V G G ∆=-∆ b) 当非均匀形核形成球冠形晶核时，SL 2K Vr G σ=-∆非 临界晶核形成功 3324(23cos cos )3()K SL V G G πσθθ∆=-+∆非故临界晶核的体积 331(23cos cos )3K K V r πθθ=-+非（） 3333SL 3281(23cos cos )(23cos cos )33()SL K V V V V V G G G G σπσπθθθθ∆=--+∆=-+∆∆() 所以 2K K V V G G ∆=-∆非 2-2 如果临界晶核是边长为a 的正方体，试求出其△G K 与a 的关系。
为什么形成立方体晶核的△G K 比球形晶核要大？解：形核时的吉布斯自由能变化为326V V G V G A a G a σσ∆=∆+=∆+ 令()0d G da∆= 得临界晶核边长4K Va G σ=-∆ 临界形核功3333222244649632()6()()()()K tK V K V V V V V V G V G A G G G G G G σσσσσσσ∆=∆+=-∆+-=-+=∆∆∆∆∆ 2K Vr G σ=-∆，球形核胚的临界形核功 332242216()4()33()K bV V V V G G G G G σσπσππσ∆=-∆+=∆∆∆ 将两式相比较3232163()13262()K K b V t V G G G G πσπσ∆∆==≈∆∆ 可见形成球形晶核得临界形核功仅为形成立方形晶核的1/2。
材料科学基础2教学(浙大)习题.doc
习题第一章晶体结构与晶体的结构缺陷1.下图为MgO单位晶胞图，请指出氧离子的紧密堆积方向及紧密堆积类型，指出其八面体空隙，四面体空隙的填充情况，并说明单位晶胞中有几个MgO分子。
2.用鲍林规则分析滑石Mg3[Si4Oi0](OH)2结构，(见图)，并指出单位晶胞有几个滑石分子,说明与结构关联的性质特点。
No. l 1.6314229To219No. 2 1.76946902163.MgO、CaO、SrO、BaO皆为NaCl型结构，其晶格能大小顺序为__________________ >_______ > _________ > _________ ；硬度变化顺序为_________ > _________ > __________ >4.由结晶化学定律，决定_______________ 晶体结构的主要因素是构成晶体质点的___________ 、________ 和_____________ 05. __________________________________________ 由"个等径球紧密堆积时，其四面体空隙有____________________________________________ 个，八面体空隙有_______ 个。
等径球的紧密堆积形式有______________ 和_____________ o第二章熔融态与玻璃通性1.试用lgr|=E+F/(T-To)方程式，绘出下列两种熔体在1350°C ~500°C间的粘度-温度曲线(lgf|~l/T)：2.一种熔体在1300°C的粘度是3100泊，在800°C是10*泊，在1050°C时其粘度是多少？在此粘度下急冷，是否形成玻璃？3.决定玻璃熔体中复合阴离子团大小和结构的主要因素是什么？试从熔体结构4.实验获得Na2O-A12O3-SiO2和Na2O-B2C)3-SiO2系统玻璃的分子体积随组成中R2O3含量变化如下图，试解释其原因。
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第四章
5. 画图并叙述形变过程中位错增殖的机制。
6. 位错具有较高的能量，因此它是不稳定的，除了位错之间能发生交互作用外，还常发生位错反应。
请判断下列位错反应能否进行：
（1）]111[3
]211[6]110[2a a a →+- （2）]111[2
]111[6]112[3a a a →+
第五章
1.下图所示为经简化了的铁碳合金相图：
（1）请在图中空白区域标出各相区的相(写在圆括号内)；
（2）写出A、G、S、P、C、E点各自代表的意义；
（3）写出GS线、ES线、PSK线代表的含义；
（4）分析w c＝0.77％（虚线①）的铁—碳合金从液态平衡冷却至室温的结晶过程，并计算室温时两相的相对含量；分析wc＝4.30％（虚线②）的铁—碳合金从液态平衡冷却至室温的结晶过程。
第六章
1.试述铸锭的典型组织特点及形成原因？
2.根据凝固理论，试讨论在凝固过程中细化晶粒的基本途径有哪些？
第七章
1. 简述固态相变的一般特点。
2.常用的热处理工艺有哪些?试列举出四种常用热处理工艺在机械制造中的目的或作用。
第八章
1. 解释冷变形金属加热时回复、再结晶及晶粒长大的过程及特点。
2. 冷加工金属的微观组织见下图，随温度升高(在某一温度下保温足够长时间)会发生从图a—d的变化，试从微观组织(包括驱动力和过程)和宏观性能两个方面，依次对上述变化加以解释。