材料科学基础课后习题答案部分第2版西安交通大学石德珂主编
西安交大材料科学基础课后答案
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 ⑶Z nS解：1、查表得：X Na =0.93,X F =3.981(0.93 3.98) 2根据鲍林公式可得 NaF 中离子键比例为：［1 e 4 ］ 100% 90.2%共价键比例为：1-90.2%=9.8%2(1.00 3.44) 22、 同理，CaO 中离子键比例为：［1 e 4］ 100% 77.4%共价键比例为：1-77.4%=22.6%23、 ZnS 中离子键比例为：ZnS 中离子键含量［1 e 1/4(2.58 1.65) ］ 100% 19.44%共价键比例为：1-19.44%=80.56%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(111)和(112)晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。
(3) 在立方晶系的一个晶胞中画出同时位于(101). (011)和(112)晶面上的［111］晶向。
解：1、2 .有一正交点阵的 a=b, c=a/2。
材料科学基础(第2版)石德珂-第5章材料的相结构及相图
THE PHASE STRUCTURE AND PHASE DIAGRAMS OF MATERIALS
材料的相结构 二元相图及其类型 复杂相图分析 相图的热力学基础 三元相图及其类型
1
SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XI`AN JIAOTONG UNIVERSITY
12
SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XI`AN JIAOTONG UNIVERSITY
4. 固溶体中溶质原子的偏聚与有序
1) 溶质原子分布的微观不均匀性
A, B原子 间结合能
13
E AB
1 2 (EAA
EBB )
EAB
1 2
(EAA
EBB )
3. 陶瓷材料中的固溶方式
可间隙方式固溶 也可置换方式固溶
如: Mg[CO3]→(Mg,Fe)[CO3]→(Fe,Mg)[CO3]→Fe[CO3] 菱镁矿 含铁菱镁矿 含镁菱铁矿 菱铁矿
8
SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XI`AN JIAOTONG UNIVERSITY
24
SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XI`AN JIAOTONG UNIVERSITY
第二节 二元相图及其类型
THE BINARY PHASE DIAGRAM AND ITS TYPE
相图的基本知识 一元系相图 二元系相图 材料性能与相图的关系
一些溶质元素在一价Cu中的最大溶解度
溶质元素
西安交大材料科学基础课后答案.
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：X Na =0.93,X F =3.98根据鲍林公式可得NaF 中离子键比例为：21(0.93 3.98)4[1]100%90.2%e ---⨯=共价键比例为：1-90.2%=9.8% 2、同理，CaO 中离子键比例为：21(1.00 3.44)4[1]100%77.4%e---⨯=共价键比例为：1-77.4%=22.6%3、ZnS 中离子键比例为：21/4(2.581.65)[1]100%19.44%ZnS e --=-⨯=中离子键含量共价键比例为：1-19.44%=80.56%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（111)和 （112)晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。
(3)在立方晶系的一个晶胞中画出同时位于（101). (011)和（112)晶面上的[111]晶向。
解：1、2．有一正交点阵的 a=b, c=a/2。
某晶面在三个晶轴上的截距分别为 6个、2个和4个原子间距，求该晶面的密勒指数。
石德珂《材料科学基础》(第2版)配套题库【名校考研真题】第1章~第3章【圣才出品】
第一部分名校考研真题导论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，430～470℃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。
[中南大学2007研]答：材料的成分、组织、工艺与性能之间的关系非常紧密，互相影响。
材料的性能与它们的化学成分和组织结构密切相关，材料的力学性能往往对结构十分敏感，结构的任何微小变化，都会使性能发生明显变化。
如钢中存在的碳原子对钢的性能起着关键作用，许多金属材料中一些极微量的合金元素也足以严重影响其性能。
然而由同一元素碳构成的不同材料如石墨和金刚石，也有着不同的性能，有些高分子的化学成分完全相同而性能却大不一样，其原因是它们有着不同的内部结构。
材料科学基础课后习题答案(部分)_第2版_西安交通大学_石德珂主编演示教学
CV
A exp(
EV kT
)
每个原子的质量是：
107 .9 g / mol 6.02 10 23 个 / mol
1.79 10 22 g / 个
1cm 3的原子数为：
9.58 g / cm 3 1.79 10 22 g / 个
5.35 10 22 个
2.N N0 6.021023 9.58106 5.341028 / m3
M
107.9
ne exp
N
kT
kT ln ne
N
1.381023 1073ln
3.6 1023 5.34 1028
1.761019
3.自己看
4.不用看
5. （1）1点为正刃位错，2点为右螺位错， 3 点为负刃位错，4点为左螺位错。
1 3 . V m 6 .0 2 ( 1 3 0 5 2 .3 4 5 3 ( 0 .2 2 7 2 8 .9 9 2 )) 3 4 1 0 2 1 2 .2 6 g /c m 3
14-17不用看 18自己看
第四章
1.8500C:C1Aexp(EV kT1)L200C:C2Aexp(EV kT2) C C1 2 expkEV(T12T 11)exp11..3581100 1283(21 9311123) exp274
7.在两根位错线上12,34为刃位错，其余 为螺位错。
（2）OS上的各段位错都可在该滑移面内 滑移，O’S’上的12，34位错不能运动， 其余各段都可在该滑移面内滑移。
8.（1）AB和CD位错线的形状都不变， 但AB的长度缩短b2，CD的长度增加b1
（2）AB位错上形成右螺型扭折，EF上 形成左螺型扭折。
材料科学基础 西安交大 石德珂 第六章 材料的凝固
图6–1
纯金属结晶的冷却曲线
三.凝固的热力学条件 驱动力 Gv Hv TSv Hs H L T Sv SL
Lm HL Hs .
H S H L Lm
当T Tm时.Gv 0.
液态和固态的吉布 斯自由能-温度曲线
上页 下页
GV 0.H S H L TmSV SL 0
（2）对于光滑界面结构的晶体，其生长界 面以小平面台阶生长方式推进。小平面台 阶的扩展同样不能伸入到前方温度高于等 温线的液体中去，因此从宏观看液固相界 面似与等温线平行，但小平面与等温线呈 一定角度。 在负的温度梯度下，呈树枝状生长。 晶体生长界面一旦出现局部凸出生长，由 于前方液体具有更大的过冷度而使其生长 速度增加。在这种情况下，生长界面就不
Gk ，说明固体基底可视 当 时，Gk
为现成晶核。
当 0时, Gk 0 ，表明固体不起非均匀形
上页
下页
的基底作用。 （3）若基底界面不是平面，而 是一曲面，表明当θ角和临界角 半径相同时，晶核的体积为在 基底凹面 最小，平面居中，凸 面较大。可见凹面对形核的促 进作用效能最高。
铸态组织，提高金属制品的性能有重要 的指导作用，而且也有助于理解金属及 合金的固态相变过程。 合金在极快冷速下可呈非晶态； 玻璃的凝固为非晶态；热固性塑料、橡 胶冷凝后为非晶态；热塑性塑料有些为 非晶态，有些为部分晶态。材料的凝固 与气相沉积是目前制备材料的两种主要 类型。 上页 下页
过冷现象 均匀 ●纯金属的凝固 形核 非均匀 凝固过程 粗糙 L-S界面微观结构 光滑 长大 胞状 生产形态 树枝状
上页 下页
二、金属过冷现象的结晶（图） ， 热分析实验表明，纯金属实际开始 结晶温度T总是低于平衡结晶温度Tm （理论结晶温度），这种现象称为过 冷。实际结晶温度T与平衡结晶温度 Tm的差ΔT称为过冷度。 过冷度的大小可由在一定条件下 所测定的，冷却曲线来确定。当冷却 到理论结晶温度Tm以下的某一温度时， 上页 下页
石德珂《材料科学基础》(第2版)配套题库【名校考研真题】第7章~第10章【圣才出品】
第7章扩散与固态相变一、选择题1．离子化合物中，阳离子比阴离子扩散能力强的原因在于（）。
[上海交通大学2005研]A．阴离子的半径较大B．阳离子更容易形成电荷缺陷C．阳离子的原子价与阴离子不同【答案】A2．材料中能发生扩散的根本原因是（）。
[华中科技大学2006研]A．温度的变化B．存在浓度梯度C．存在化学势梯度【答案】C3．在低温下，一般固体材料中发生的扩散是（）。
[南京工业大学2009研]A．本征扩散B．非本征扩散C．无序扩散【答案】B【解析】固体材料在温度较高时，发生本征扩散；在低温下，则发生非本征扩散。
二、填空题1．固态金属中原子扩散的驱动力是______，其扩散方向是向关______的方向进行，其扩散机制主要有______和______；前者是原子通过______进行迁移，后者是原子通过______进行迁移，因此前者的扩散激活能比后者______；扩散系数比后者______。
[合肥工业大学2006研]【答案】化学势梯度；化学位降低；空位扩散机制；间隙机制；空位扩散；晶格间隙；小；大2．上坡扩散是指______。
扩散的驱动力是______。
[江苏大学2005研]【答案】由低浓度向高浓度方向的扩散；化学势的改变3．扩散系数越______，结构缺陷越多，扩散速度越______。
[沈阳大学2009研]【答案】小；快4．马氏体相变具有以下的一些特征：、、和等。
[南京工业大学2009研]【答案】存在习性平面；取向关系；无扩散性；速度快（或没有特定的相变温度）【解析】马氏体相变具有热效应和体积效应，相变过程是形成核心和长大的过程。
马氏体相变是无扩散相变之一，相变时没有穿越界面的原子无规行走或顺序跳跃，因而新相（马氏体）承袭了母相的化学成分、原子序态和晶体缺陷。
惯习（析）面是指马氏体相变时在一定的母相面上形成新相马氏体。
三、简答题1．解释名词扩散系数。
[东北大学2004研]答：根据菲克第一定律，在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量（称为扩散通量，用J 表示）与该截面处的浓度梯度成正比，也就是说，浓度梯度越大，扩散通量越大，相应的数学表达式为：d d C J D x=-式中，D 为扩散系数，m 2/s；C 为扩散物质（组元）的体积浓度，原子数/m 或kg/m；d C /d x 为浓度梯度；“－”号表示扩散方向为浓度梯度的反方向，即扩散组元由高浓度区向低浓度区扩散；J 为扩散通量，kg/m 2·s。
石德珂《材料科学基础》(第2版)配套模拟试题及详解【圣才出品】
第四部分模拟试题石德珂《材料科学基础》（第2版）配套模拟试题及详解（一）一、选择题（每题3分，共15分）1．在非化学计量化合物ZrO2－x中存在的晶格缺陷是（）。
A．阴离子空位B．阳离子空位C．阴离子填隙D．阳离子填隙【答案】A【解析】非化学计量化合物ZrO2－x中Zr为正四价，那么可见氧离子不足，于是产生氧离子空位，也就是阴离子空位。
2．在烧结过程中，只使坯体的强度逐渐增加，而坯体不发生收缩的传质方式是（）。
A．晶格扩散B．流动传质C．蒸发-凝聚D．溶解-沉淀【答案】C【解析】晶格扩散指原子在晶体内部的扩散过程，其主要机制是空位扩散。
对流传质是指发生在相际之间的非流向传质，即当流体流经与其浓度不同的异相表面时，发生在两相之间的传质现象。
溶解-沉淀的实质是沉淀溶解平衡的移动。
蒸发-凝聚是制备高性能金属及合金超微粉末的有效方法，可用于烧结过程。
3．可以用同一个标准投影图的晶体有（）。
A．立方和菱方晶体B．四方晶体和斜方晶体C．立方和四方晶体D．立方晶体【答案】D4．六方晶系的[100]晶向指数，若改用四坐标轴的密勒指数标定，可表示为（）。
A．[1120]B．[2110]C．[2110]D．[1210]【答案】B5．硅酸盐晶体结构中的基本结构单元是（）。
A．由硅和氧组成的硅氧多面体B．由硅和氧组成的6[SiO]-六面体6C．由硅和氧组成的4[SiO]-四面体4D．由二氧化硅组成的8[Si O]-八面体28【答案】C二、填空题（每题5分，共15分）1．固态烧结的主要传质方式有______、______，而液相烧结的主要传质方式有______和______。
这四种传质过程的△L/L与烧结时间的关系依次为______、______、______和______。
【答案】蒸发-凝聚传质；扩散传质；流动传质；溶解-沉淀传质；【解析】晶格扩散指原子在晶体内部的扩散过程，其主要机制是空位扩散。
对流传质是指发生在相际之间的非流向传质，即当流体流经与其浓度不同的异相表面时，发生在两相之间的传质现象。
材料科学基础课后习题答案-西安交通大学-石德珂主编
2.26g
/ cm3
14-17不用看 18自己看
第四章
1.850 0C : C1 Aexp(EV kT1) 20 0C :C2 Aexp(EV kT2 )
C1 C2
exp EV k
1 ( T2
1 T1
)
exp
1.5 1018 1.38 1023
( 1 1 ) 293 1123
exp 274
ne N
Aexp EV kT
ln
3.6 1023 106 / cm3 5.351022 / cm3
8.31J
EV / mol 1073K
EV 106192J / mol
(110),(111),(121),(2 21),(210),[100],[111],[231],[120],[211]
2.11 0.77 6.69 0.77
100%
22.6%
Fe3CⅡ%(由 初中析出） 初 % 22.6%
59.36% 22.6% 13.41%
P% 初 % Fe3CⅡ% 59.36% 13.41% 45.95%
相组成物： Fe3C % 6.69 3.0 100% 55.17%
1.（1） (001) （111） [210]
（-3-22）
（-132）
[123] [111]
[236]
（1-10）
(2)
(3)
(-110)
2.
(2 6 3)
3.{111}
111
111
111
111
3.
N hk l
4 3! 2m n!
24 2m n!
{110}
110
101
011
110
西安交大材料科学基础课后答案
uuu OB
cos
即13辰41
cos
a靜58uuu uuu
r r
或AB OB OA
i 2k
uuu uu系中同指数的晶面与晶向相互］垂直，故210)与(320)晶面之间的夹角与］210］与［320］晶向之间的夹角相等，根据晶向 指数标定法可知：矢量OA 2i 1j必然平行于］210］晶向
uuu r r
矢量OB 3i 2j必然平行于］320］晶向
则：这两个矢量夹角即为［210］与［320］晶向之间的夹角
uur uuu
根据矢量点积公式:OAgOB OA
即
a=7.1°
uuu uuu uuu r r
OA i
uuu uuu uuu
矢量
根据余弦定理
解得：a=7.1°
3、由于（111）晶面与：11^晶向之间满足晶带定律：hu+kv+lw=0,
3、ZnS中离子键比例为：ZnS中离子键含量
共价键比例为：1-19.44%=80.56%
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。
2、根据晶带定律，hu+kv+lw=0，可得
2u+v+w=0
u+v=0
联立求解，得：
u:v:w=-1:1:1，故晶带轴为:111:
属于该晶带的晶面：(321)、(312)、(101 )、(011)、(431)等。
9.回答下列问题：
(1 )试求出立方晶系中］321］与［401］晶向之间的夹角。
石德珂《材料科学基础》配套题库-章节题库(材料的相结构及相图)【圣才出品】
第5章材料的相结构及相图一、选择题三元系统相图中，若存在有n条界线，则此系统相图中能连接出（）条连线。
A．3B．n－1C．nD．n＋1【答案】C【解析】三元系统相图中，存在几条界线就能在相图中连接出几条连线。
二、填空题1．Fe-Fe3C相图中含碳量小于______为钢，大于______为铸铁；铁碳合金室温平衡组织均由______和______两个基本相组成；奥氏体其晶体结构是______，合金平衡结晶时，奥氏体的最大含碳量是______；珠光体的含碳量是______；莱氏体的含碳量为______；在常温下，亚共析钢的平衡组织是______，过共析钢的平衡组织是______；Fe3CⅠ是从______中析出的，Fe3CⅡ是从______中析出的，Fe3CⅢ是从______中析出的，它们的含碳量为______。
【答案】2.11％C；2.11％C；铁素体（a）；渗碳体（Fe3C）；FCC；2.11％；0.77％；4.3％；铁素体和珠光体；珠光体和Fe3CⅡ；液相；奥氏体；铁素体；6.69％2．置换固溶体的溶解度与原子尺寸因素、______、电子浓度因素和______有关。
【答案】电负性；晶体结构三、判断题1．中间相只是包括那些位于相图中间且可以用一个分子式表示的化合物相。
（）【答案】×【解析】凡是位于相图中间的各种合金相结构都统称为中间相，这其中当然包括一个分子式表示的化合物相以及一些固溶体相。
2．三元相图中的三元无变量点都有可能成为析晶结束点。
（）【答案】×【解析】三元相图中三条界线的交点是三元无变量点，也是低共熔点，它的液相同时对三种晶相饱和。
低共熔点也是存在液相的最低温度点。
通过低共熔点平行于底面的平面称为固相面或结晶结束面。
固相面之下全部是固相。
四、名词解释1．中间相答：中间相是指合金中组元之间形成的、与纯组元结构不同的相。
在相图的中间区域。
2．间隙固溶体答：间隙固溶体是指若溶质原子比较小时可以进入溶剂晶格的间隙位置之中而不改变溶剂的晶格类型所形成的固溶体。
石德珂《材料科学基础》(第2版)配套题库【名校考研真题】第4章~第6章【圣才出品】
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②柯垂尔提出了溶质原子与位错之间的交互作用，在间隙固溶体中，由于间隙原子的半 径比晶体间隙的半径大，与位错进行弹性交互作用，结果间隙原子将在位错附近聚集，形成 小原子集团，称为柯垂尔气团。柯垂尔气团的存在，使位错运动困难，这是因为位错只有从 气团中挣脱或者抱着气团一起前进才能继续运动，这需要外力作更多的功，这就是固溶强化 效应；
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第 4 章 晶体缺陷
一、选择题
1应力分量全为零 B．刃型位错的应力场中正应力分量全为零 C．刃型位错的应力场中切应力分量全为零 【答案】A
）。[上海交通大学 2005 研]
4．简述位错、位错线和柏氏矢量（ b ）的概念，并论述柏氏矢量和位错线的相对关系。 [吉林大学 2009 研] 答：（1）位错是晶体材料的一种内部微观缺陷，指原子的局部不规则排列（晶体学缺 陷）。从几何角度看，位错属于一种线缺陷，可视为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界 线，其存在对材料的物理性能，尤其是力学性能，具有极大的影响。 位错线是指晶体或晶格内滑移面上已滑动区的边界线称。位错线的形成和发展可用 Frank Read 源的原理解释：当应力超过临界剪应力时，位错线扩张，形成内外两部分，外 部位错逐渐扩大，内部位错线恢复原状，在外力作用下，不断产生新位错环，因而得到很大 的滑移量。 柏氏矢量是描述位错实质的重要物理量，反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的 总积累。通常将柏氏矢量称为位错强度，位错的许多性质如位错的能量、所受的力、应力场、 位错反应等均与其有关。它也表示出晶体滑移时原子移动的大小和方向。 （2）柏氏矢量和位错线的相对关系： ①一条位错线具有唯一的柏氏矢量。它与柏氏回路的大小和回路在位错线上的位置无 关，位错在晶体中运动或改变方向时，其柏氏矢量不变； ②根据柏氏矢量与位错线的关系可以确定位错的类型。当柏氏矢量垂直于位错线时是刃 位错；当柏氏矢量平行于位错线时是螺位错；当柏氏矢量与位错线成任意角度时是混合位错。
材料科学基础课后习题答案(部分)_第2版_西安交通大学_石德珂主编
9.半径为r1的位错环。10.自己看
11.（1）能，因为能量降低
（2）
b
a 3
111 ,
Frank不全位错
15.
在
111
面内：a 2
110
a 6
211
层错
a 6
121
在111
面内：a 2
110
a 6
121
层错
a 6
211
12.自己看 13.不用看 14自己看 16-20不用看
6.
x 0.25 0.7333 x y
12.（1）0.097+0.181=0.278
(2)R 0.2782 2 0.393nm (3) 0.2782 2 0.2782 0.481nm (4) (0.278 2)2 0.2782 0.622nm
13.
m V
(35.453 22.99) 4 6.021023 (0.278 2)3 1021
6.69 Fe3C% 100% 55.17% 44.83%
CV
Aexp( EV kT
)
每个原子的质量是： 107.9g / mol 6.021023个 / mol
1.791022
g
/
个
1cm3的原子
数为
： 9.58g / cm3 1.791022 g /
个
5.351022 个
/
cm3
CV
2.N N0 6.021023 9.58106 5.341028 / m3
M
107.9
ne exp
N
kT
kT ln ne
N
1.381023 1073ln
3.6 1023 5.34 1028
石德珂《材料科学基础》(第2版)配套题库【章节题库】第4章~第6章【圣才出品】
几何条件： 能量条件：
b
b
a [111]
前
后
b
2
2 a2
3b2 1 a2
前3
后3
几何条件和能量条件均满足。
7．一个 b＝a/2
的螺位错在（111）面上运动。若在运动过程中遇到障碍物而发
生交滑移，请写出交滑移系统。
答：所有包含螺位错方向的面都是滑移面，对于 FCC 晶体滑移面（111）来说，只有
a）位错环及所受应力状况；b）位错环的平衡形状 图 4-2
答：位错环的平衡形状如图 4-2（b）所示。
6．若面心立方晶体中有 b＝ a [101]的单位位错及 b＝ a [121]的不全位错，此二位
2
6
错相遇能否进行位错反应？为什么？
答：能够发生反应。
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4．请说明什么是全位错和不全位错，并请写出 FCC、BCC 和 HCP 晶体中的最短单位 位错的柏氏矢量。
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答：全位错是指柏氏矢量等于点阵矢量的整数倍。 不全位错是指柏氏矢量不等于点阵矢量的滑移面上，正方形的两 边分别沿 x 和 y 轴，柏氏矢量沿 z 轴。如果位错环只能滑移，示意画出在以下两种应力分布 情况下位错环的平衡形状：
【答案】√
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【解析】书写缺陷方程时要注意：（1）缺陷所带电荷的确定；（2）保持位置关系比例
不变。
2．非化学计量化合物结构缺陷也是一种杂质缺陷。（ ） 【答案】× 【解析】非化学计量化合物是指有些化合物，其化学组成会明显的随着周围气氛的性质 和压力的大小的变化而发生组成偏离化学计量的现象，而非化学计量化合物结构缺陷正是由 此而产生的缺陷。
石德珂《材料科学基础》(第2版)配套题库【章节题库】第1章~第3章【圣才出品】
3．原子的结合键有哪几种？各有什么特点？ 答：原子的结合键有： （1）离子键。其特点是：正负离子相互吸引；键合很强，无饱和性，无方向性；熔点、
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硬度高，固态不导电，导热性差。 （2）共价键。其特点是：相邻原子通过共用电子对结合；键合强，有饱和性，有方向
一、简答题 1．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？它的性质如何递变？ 答：同一周期元素具有相同原子核外电子层数，但从左→右，核电荷依次增多，原子半 径逐渐减小，电离能增加，失电子能力降低，得电子能力增加，金属性减弱，非金属性增强； 同一主族元素最外层电子数相同，但从上→下，电子层数增多，原子半径增大，电离能降低， 失电子能力增加，得电子能力降低，金属性增加，非金属性降低。
2．金属的加工硬化特性对金属材料的使用带来哪些利弊？ 答：有利方面：作为提高金属材料强度的一种手段；便于金属材料塑性成形；使金属零 件得以抵抗偶然过载。不利方面：使金属难以进一步冷塑性变形。
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第 1 章 材料结构的基础知识
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十万种考研．什么是金属的加工硬化现象？ 答：金属材料在塑性变形过程中，所施加的流变应力随应变量的增大而不断增大的现象， 称为加工硬化。或金属材料经冷塑性变形后，其强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象， 称为加工硬化。
2．与（211）和（101）同属一晶带的有（ ）。 A． (0 11) B． (121) C． (010) D． (221) 【答案】A
3．两晶体的空间点阵相同，则（ ）。 A．它们的晶体结构相同 B．它们的对称性相同 C．它们所属的晶系相同 D．它们所属的空间群相同 【答案】C
材料科学基础_西安交通大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
材料科学基础_西安交通大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.缩聚反应得到的缩聚物都是碳链高分子聚合物。
答案:错误2.对于三元系来讲，单相区和两相区，两相区和三相区，三相区和四相区为面接触；单相区和三相区，两相区和四相区为线接触；_____ 和四相区为点接触。
答案:单相区3.四相共晶型反应是指由 ____ 固定成分单相在某一温度下同时生成 _____ 固定成分单相的反应。
答案:一个，三个；4.下坡扩散的扩散通量与该处的浓度梯度的符号相同。
答案:错误5.包共晶型反应是指____固定成分的单相在一定温度下同时形成____固定成分的单相的过程，包括共晶反应和共析反应。
答案:两个，两个；6.根据溶质分子在溶剂晶格中所占位置，可以将固溶体分为：答案:间隙固溶体_置换固溶体7.按中间相形成时起主要作用的因素，可把中间相分为三类：答案:尺寸因素化合物_正常价化合物_电子化合物8.锡的结合键主要是答案:金属键9.二次键包括答案:范德华力_氢键10.硅（Z=14）和锗（Z=32）具有相似的性质答案:正确11.相律只适用于热力学平衡状态。
平衡状态下各相的 ____ 应相等，每一组元在各相中的化学位必须相同。
答案:温度_压力12.按照平衡组织来对碳钢进行分类，碳钢可以分为答案:亚共析钢_共析钢_过共析钢13.化学位也称偏摩尔吉布斯自由能，它是 ____、____和____的函数。
答案:成分_温度_压力14.组元只能由单一元素组成。
答案:错误15.相律和相图不能反映各平衡相的结构、分布状态及具体形貌。
答案:正确16.相率和相图只在热力学平衡条件下成立。
答案:正确17.在某些情况下，自由度的值可能小于零。
答案:错误18.包晶相图是指两组元，在液态无限互溶，固态下有限互溶或者不互溶，并且发生包晶转变的相图.答案:正确19.一个晶面族中所有晶面的面间距不一定相等。
答案:错误20.包晶相图是指两组元在液态无限互溶，固态有限互溶或者完全不互溶，且冷却过程中发生共晶反应的相图。
石德珂《材料科学基础》(第2版)配套题库【章节题库】第7章~第10章【圣才出品】
C．浓度趋于均匀
【答案】C；A
4．（多选）在石英的相变中，属于重建型相变的是（ ）。 A．α-石英 α-鳞石英 B．α-石英 β-石英 C．α-鳞石英 α-方石英 D．α-方石英 β-方石英 【答案】A；C
二、填空题 1．马氏体相变具有以下的一些特征：______、______、______和______等。 【答案】存在习性平面；取向关系；无扩散性；速度快
3．马氏体相变的结晶学特征表现为：______、______和______等。 【答案】存在习性平面；严格的取向关系；维持共格关系
4．本征扩散是由______而引起的质点迁移，本征扩散的活化能由______和______两部分
组成，扩散系数与温度的关系式为：______。
3．在扩散系数的热力ຫໍສະໝຸດ 关系中，（）称为扩散系数的热力学因子。在非理想混
合体系中：
当扩散系数的热力学因子＞0 时，扩散结果使溶质（ ）；
当扩散系数的热力学因子＜0 时，扩散结果使溶质（ ）。
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A．发生偏聚
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B．浓度不改变
2．上坡扩散 答：上坡扩散是指原子从低浓度向高浓度处的扩散，扩散的驱动力是化学位梯度。
3．非稳态扩散 答：非稳态扩散是指在扩散过程中任何一点的浓度都随时间不同而变化的扩散。
五、简答题 1．固相烧结与液相烧结的主要传质方式？固相烧结与液相烧结之间有何相同与不同之 处？ 答：（1）固相烧结有蒸发-凝聚传质和扩散传质；液相烧结有流动传质和溶解．沉淀传 质； （2）相同点：①烧结推动力，②烧结过程； 不同点：①烧结速率，②致密化过程，③影响因素。
5．马氏体相变时的自由焓-成分曲线如图 7-2 所示。
材料科学基础 西安交大 石德珂 第七章 材料中的原子扩散
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二、烧结
烧结过程如下：将压实的粉末加 热到高温，在初期，相互接触的 颗粒开始逐渐形成颈的连接（图 7-15）烧结初期主要是表面扩散， 后期主要是晶界扩散。烧结速率 主要取决于两个因素：①粉末原 材料的颗粒粗细；②原子的扩散 速率，这决定于温度。
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第五节 固态相变中的形核
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说明
（1）可确定不同时间t和距界面厚度不同处x的浓度 C=f(x,t); （2）当距离界面x处的浓度为一不确定值时，则扩 散所需时间t将与层深x2成正比关系；
C1 C 2 （3）当x=0时, 0, C 即在扩散过程中界面 2
上的浓度恒定不变；
（4）如扩散偶之一不存在原子浓度时，C1=0，则：
二、Fick第二定律
质量平衡关系： （在微小体积中积存的物质） =（留入的物质量）J1（留出的物质量）J2
dJ J 2 J1 dx dx x dc dJ D dx dx x dx x
dc J 1 J 2 dt dx
C2 x C 1 erf 2 2 Dt
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2.半无限长棒的扩散方程解
初始条件：t=0,C=C2 x=∞, 则C=C1 0 边界条件：t≥0, x =0, 则C=C2
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C2 x
x 其解： C C1 (C1 C 2)erf 2 Dt
900℃时，Ni在 Fe中的扩散系数比 r Fe 中 扩散系数约大1400倍。 527 ℃时，N在 Fe中的扩散系数比 r Fe 中 扩散系数约大1500倍。
原因：
Fe bcc 致密度K小
石德珂《材料科学基础》配套题库-章节题库(材料结构的基础知识)【圣才出品】
第1章材料结构的基础知识一、简答题1．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？它的性质如何递变？答：同一周期元素具有相同原子核外电子层数，但从左→右，核电荷依次增多，原子半径逐渐减小，电离能增加，失电子能力降低，得电子能力增加，金属性减弱，非金属性增强；同一主族元素最外层电子数相同，但从上→下，电子层数增多，原子半径增大，电离能降低，失电子能力增加，得电子能力降低，金属性增加，非金属性降低。
2．试写出原子序数为11的钠与原子序数为20的钙原子的电子排列方式。
解：钠原子的原子序数为11，有11个电子。
电子首先进入能量最低的第一壳层，它只有s态一个亚壳层，可容纳2个电子，电子状态计作1s2。
然后逐渐填入能量较高的2s、2p，分别容纳2个和6个电子，电子状态计作2s2和2p6。
第11个电子进入第三壳层的s 态。
所以，钠原子的电子排列为：钙原子有20个电子，填入第一壳层和第一壳层电子的状态与钠原子相似。
当电子填入第三壳层s态和p态后仍有2个剩余电子。
因为4s态能量低于3d态，所以这两个剩余电子不是填入3d态，而是进入新的外壳层上的4s态。
所以，钙原子的电子排列为：。
答：原子的结合键有： （1）离子键。
其特点是：正负离子相互吸引；键合很强，无饱和性，无方向性；熔点、硬度高，固态不导电，导热性差。
（2）共价键。
其特点是：相邻原子通过共用电子对结合；键合强，有饱和性，有方向性；熔点、硬度高，不导电，导热性有好有差。
（3）金属键。
其特点是：金属正离子与自由电子相互吸引；键合较强，无饱和性，无方向性；熔点、硬度有高有低，导热导电性好。
（4）分子键。
其特点是：分子或分子团显弱电性，相互吸引；键合很弱，无方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性差。
（5）氢键。
其特点是：类似分子键，但氢原子起关键作用；键合弱，有方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性好。
二、计算题有铀和硼两种材料，若已知铀的密度为19.05g/cm 3，原子量为235.03，硼的密度为2.3g/cm 3，原子量为10.81，阿伏伽德罗常数为236.0210⨯，试分别计算这两种材料单位体积内的原子数。
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12.（1）0.097+0.181=0.278
(2)R 0.2782 2 0.393nm (3) 0.2782 2 0.2782 0.481nm (4) (0.278 2)2 0.2782 0.622nm
13.
m V
(35.453 22.99) 4 6.021023 (0.278 2)3 1021
011
{123} 123 132 213 231 312 321
m是指数中0的个数，n是相同指数
1
23
1
2
3
12
3
132
13
2
13
2
的个数
213
2
13
213
2
31
2
3 1
231
312
31
2
+
31
2
3
21
3
2 1
321
6.69 Fe3C% 100% 55.17% 44.83%
CV
Aexp( EV kT
)
每个原子的质量是： 107.9g / mol 6.021023个 / mol
1.791022
g
/
个
1cm3的原子
数为
： 9.58g / cm3 1.791022 g /
个
5.351022 个
/
cm3
CV
1.（1） (001) （111） [210]
（-3-22）
（-132）
[123] [111]
[236]
（1-10）
(2)
(3)
(-110)
2.
(2 6 3)
3.{111}
111
111
111
111
3.
N hk l
4 3! 2m n!
24 2m n!
{110}
110
101
011
110
1
01
7.在两根位错线上12,34为刃位错，其余 为螺位错。
（2）OS上的各段位错都可在该滑移面内 滑移，O’S’上的12，34位错不能运动， 其余各段都可在该滑移面内滑移。
8.（1）AB和CD位错线的形状都不变， 但AB的长度缩短b2，CD的长度增加b1
（2）AB位错上形成右螺型扭折，EF上 形成左螺型扭折。
ne N
Aexp EV kT
ln
3.6 1023 106 / cm3 5.351022 / cm3
8.31J
EV / mol 1073K
EV 106192J / mol
(110),(111),(121),(2 21),(210),[100],[111],[231],[120],[211]
2
(123)晶面间距 a
14
自己计算
d hkl
a h2 k2 l2
8.(1)不是 （2）不用看
9.自己计算 10.不用看
11.a3 (0.37 2) 0.427nm 3
m V
79.909 132.905 6.021023 0.4273 1021
4.47 g
/
cm3
rBr 0.37 0.167 0.203nm
4.
101
2
011
2
1102
1 012
0112
11
02
1 01
2
0112
11
0
2
101
2
011
2
110
2
11 01
2
2
41
4
221
11
2
0
1
2
1
0
6.
晶面及 {100} {110} {111} 〈100〉 〈110〉 〈111〉 晶向
bcc
1
2
31
2 23
a2
a2
3a 2
a
2a 3a
fcc
2
2 43 1
2
3
a2
a 2 3a2ຫໍສະໝຸດ aa3a密排面指数 密排面原子密度 密排方向指数 密排方向原 子密度
bcc （110）
2
a2
fcc （111） 4 3
3a2
hcp （0001） 2 3
3a 2
[111]
[110]
11
2
0
23 3a
2 a
1/a
7.(1)(100)晶面间距为a=0.286nm (110)晶面间距 2a
2.11 0.77 6.69 0.77
100%
22.6%
Fe3CⅡ%(由 初中析出） 初 % 22.6%
59.36% 22.6% 13.41%
P% 初 % Fe3CⅡ% 59.36% 13.41% 45.95%
相组成物： Fe3C % 6.69 3.0 100% 55.17%
2.N N0 6.021023 9.58106 5.341028 / m3
M
107.9
ne exp
N
kT
kT ln ne
N
1.381023 1073ln
3.6 1023 5.34 1028
1.761019
3.自己看
4.不用看
5. （1）1点为正刃位错，2点为右螺位错， 3 点为负刃位错，4点为左螺位错。
2.26g
/ cm3
14-17不用看 18自己看
第四章
1.850 0C : C1 Aexp(EV kT1)L 20 0C :C2 Aexp(EV kT2 )
C1 C2
exp EV k
1 ( T2
1 T1
)
exp
1.5 1018 1.38 1023
( 1 1 ) 293 1123
exp 274
x 0.5 0.4 x y z 0.5 0.5 zy x 0.8 y 0.05 z 0.95
10
共晶转变后的组织为 初 Ld
初%
4.3 3.0 100% 4.3 2.11
59.36%
Ld % 100% 59.36% 40.64%
L'd Ld 40.64%
Fe3CⅡ%最大
9.半径为r1的位错环。10.自己看
11.（1）能，因为能量降低
（2）
b
a 3
111 ,
Frank不全位错
15.
在
111
面内：a 2
110
a 6
211
层错
a 6
121
在111
面内：a 2
110
a 6
121
层错
a 6
211
12.自己看 13.不用看 14自己看 16-20不用看
6.
x 0.25 0.7333 x y
（2）在晶体的上下底面施加一对平行于b的 切应力，且下底面的切应力与b同向平行。
（3）滑移面下部晶体相对于上部晶体产生与 b相同的滑移，并在晶体侧表面形成相应台阶。
6.应在滑移面上、下两部分晶体施加一切 应力，切应力的方向应与de位错线平行。
（2）在上述切应力作用下，位错线de将 向左（或向右）移动，即沿着与位错线 de垂直的方向（且在滑移面上）移动。 当位错线沿滑移面旋转360度后。在晶体 表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个b的 台阶