材料科学工程基础计算题
材料科学工程根本计算题
1热工基础习题解答第二章：传热学2-1某窑炉炉墙由耐火粘土砖、硅藻土砖与红砖砌成，硅藻土砖与红砖的厚度分别为40mm和250mm，导热系数分别为0.13和0.39W/m℃，如果不用硅藻土层，但又希望炉墙的散热维持原状，则红砖必须加厚到多少毫米？（1）解得即红砖的厚度应增加到370mm 才能维持原散热热流密度不变。
2-2某厂蒸汽管道为Ø175×5的钢管，外面包了一层95mm厚的石棉保温层，管壁和石棉的导热系数分别为50、0.1w/m.℃，管道内表面的温度为300℃，保温层外表面温度为50℃。
试求每米管长的散热损失。
在计算中能否略去钢管的热阻，为什么？解：石棉保温层和钢管在每米长度方向上产生的热阻分别为：2-3试求通过如图3-108所示的复合壁的热流量。
假设热流是一维的；已知各材料的导热系数为：λA=1.2、λB=0.6、λC=0.3、λD=0.8w/m･℃。
2-4平壁表面温度tw1=450℃，采用石棉作为保温层的热绝缘材料，导热系数λ=0.094+0.000125t，保温层外表面温度tw2=50℃，若要求热损失不超过340w/m2℃，则保温层的厚度应为多少？解：平壁的平均温度为：即保温层的厚度应至少为147mm。
2-5浇注大型混凝土砌块时，由于水泥的水化热使砌块中心温度升高而导致开裂，因此，砌块不能太大。
现欲浇注混凝土墙，水泥释放水化热为100w/m3，混凝土导热系数为1.5W/m℃，假设两壁温度为20℃，限制墙中心温度不得超过50℃。
试问墙厚不得超过多少米？解：由于墙的两侧温度相等，所以墙内的温度分布为2-6一电炉炉膛长×宽×高=250×150×100mm,炉衬为230mm厚的轻质粘土砖（密度为800kg/m3)。
已知内壁平均温度为900℃，炉体外表面温度为80℃。
试求此电炉的散热量。
解：通过该电炉的散热量可以表示为：将该电炉视为中空长方体，则其核算面积为：2-7有两根用同样材料制成的等长度水平横管，具有相同的表面温度，在空气中自然散热，第一根管子的直径是第二根管子直径的10倍，如果这两根管子的（GrPr)值均在103~109之间，且可用准数方程式Nub=0.53Grb。
材料科学与工程基础习题答案 (1)
第一章 原子排列与晶体结构1.[110]， (111)， ABCABC…， 0.74 ， 12 , 4 ， a r 42=； [111]， (110) , 0.68 , 8 , 2 ， a r 43= ；]0211[， (0001) ， ABAB ， 0.74 ， 12 ， 6 ， 2a r =。
2. 0.01659nm 3 ， 4 ， 8 。
3. FCC ， BCC ，减少 ，降低 ，膨胀 ，收缩 。
4. 解答：见图1－15.解答：设所决定的晶面为（hkl ），晶面指数与面上的直线[uvw]之间有hu+kv+lw=0，故有： h+k-l=0,2h-l=0。
可以求得（hkl ）＝（112）。
6 解答：Pb 为fcc 结构，原子半径R 与点阵常数a 的关系为ar 42=，故可求得a ＝0.4949×10-6mm 。
则（100）平面的面积S ＝a 2＝0.244926011×0-12mm 2，每个（100）面上的原子个数为2。
所以1 mm 2上的原子个数s n 1=＝4.08×1012。
第二章合金相结构一、 填空1） 提高，降低，变差，变大。
2） （1）晶体结构；（2）元素之间电负性差；（3）电子浓度 ；（4）元素之间尺寸差别 3） 存在溶质原子偏聚 和短程有序 。
4） 置换固溶体 和间隙固溶体 。
5） 提高 ，降低 ，降低 。
6） 溶质原子溶入点阵原子溶入溶剂点阵间隙中形成的固溶体，非金属原子与金属原子半径的比值大于0.59时形成的复杂结构的化合物。
二、 问答1、 解答： α-Fe 为bcc 结构，致密度虽然较小，但是它的间隙数目多且分散，间隙半径很小，四面体间隙半径为0.291Ra ，即R ＝0.0361nm ，八面体间隙半径为0.154Ra ，即R ＝0.0191nm 。
氢，氮，碳，硼由于与α-Fe 的尺寸差别较大，在α-Fe 中形成间隙固溶体，固溶度很小。
“材料科学与工程基础”第二章习题 答案题目整合版
“材料科学与工程基础"第二章习题1. 铁的单位晶胞为立方体,晶格常数a=0。
287nm ，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子数。
ρ铁＝7。
8g/cm3 1mol 铁＝6。
022×1023 个=55。
85g所以， 7.8g/1(cm ）3=(55。
85/6.022×1023）X /（0。
287×10-7）3cm3X ＝1。
99≈2（个)2。
在立方晶系单胞中，请画出：（a ）［100]方向和[211］方向,并求出他们的交角； (b )（011）晶面和（111）晶面，并求出他们得夹角。
(c ）一平面与晶体两轴的截距a=0.5,b=0。
75，并且与z 轴平行,求此晶面的密勒指数.（a ）［2 1 1］和［1 0 0]之夹角θ＝arctg2=35。
26。
或cos θ==， 35.26θ=(b ）cos θ==35.26θ= （c ） a=0.5 b=0。
75 z= ∞倒数 2 4/3 0 取互质整数（3 2 0）3、请算出能进入fcc 银的填隙位置而不拥挤的最大原子半径。
室温下的原子半径R ＝1。
444A 。
(见教材177页) 点阵常数a=4.086A最大间隙半径R’=（a-2R ）/2=0。
598A4、碳在r-Fe （fcc ）中的最大固溶度为2.11﹪(重量百分数)，已知碳占据r —Fe 中的八面体间隙,试计算出八面体间隙被C 原子占据的百分数。
在fcc 晶格的铁中，铁原子和八面体间隙比为1：1，铁的原子量为55.85，碳的原子量为12.01所以 （2。
11×12。
01)/（97.89×55.85）＝0.1002 即 碳占据八面体的10％。
5、由纤维和树脂组成的纤维增强复合材料，设纤维直径的尺寸是相同的.请由计算最密堆棒的堆垛因子来确定能放入复合材料的纤维的最大体积分数.见下图，纤维的最密堆积的圆棒，取一最小的单元，得,单元内包含一个圆(纤维)的面积.20.9064==。
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。
“材料科学与工程基础”第二章习题---答案题目整合版
“材料科学与工程基础”第二章习题1. 铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm ，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子数。
ρ铁＝7.8g/cm3 1mol 铁＝6.022×1023 个=55.85g所以， 7.8g/1(cm)3=(55.85/6.022×1023)X /(0.287×10-7)3cm3X ＝1.99≈2（个）2.在立方晶系单胞中，请画出：（a ）[100]方向和[211]方向，并求出他们的交角； （b ）（011）晶面和（111）晶面，并求出他们得夹角。
（c ）一平面与晶体两轴的截距a=0.5,b=0.75,并且与z 轴平行,求此晶面的密勒指数。
（a ）[2 1 1]和[1 0 0]之夹角θ＝arctg2=35.26。
或cos θ==， 35.26θ=（b ）cos θ==35.26θ= （c ） a=0.5 b=0.75 z = ∞倒数 2 4/3 0 取互质整数（3 2 0）3、请算出能进入fcc 银的填隙位置而不拥挤的最大原子半径。
室温下的原子半径R ＝1.444A 。
（见教材177页） 点阵常数a=4.086A最大间隙半径R’=（a-2R ）/2=0.598A4、碳在r-Fe （fcc ）中的最大固溶度为2.11﹪(重量百分数),已知碳占据r-Fe 中的八面体间隙,试计算出八面体间隙被C 原子占据的百分数。
在fcc 晶格的铁中，铁原子和八面体间隙比为1：1，铁的原子量为55.85，碳的原子量为12.01所以 （2.11×12.01）/(97.89×55.85)＝0.1002 即 碳占据八面体的10％。
5、由纤维和树脂组成的纤维增强复合材料，设纤维直径的尺寸是相同的。
请由计算最密堆棒的堆垛因子来确定能放入复合材料的纤维的最大体积分数。
见下图，纤维的最密堆积的圆棒，取一最小的单元，得，单元内包含一个圆（纤维）的面积。
材料科学与工程基础习题答案题目整合版要点
“材料科学与工程基础”第二章习题1. 铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm ，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子数。
ρ铁＝7.8g/cm3 1mol 铁＝6.022×1023 个=55.85g所以， 7.8g/1(cm)3=(55.85/6.022×1023)X /(0.287×10-7)3cm3X ＝1.99≈2（个）2.在立方晶系单胞中，请画出：（a ）[100]方向和[211]方向，并求出他们的交角； （b ）（011）晶面和（111）晶面，并求出他们得夹角。
（c ）一平面与晶体两轴的截距a=0.5,b=0.75,并且与z 轴平行,求此晶面的密勒指数。
（a ）[2 1 1]和[1 0 0]之夹角θ＝arctg2=35.26。
或cos θ==， 35.26θ=（b ）cos θ==35.26θ= （c ） a=0.5 b=0.75 z= ∞倒数 2 4/3 0 取互质整数（3 2 0）3、请算出能进入fcc 银的填隙位置而不拥挤的最大原子半径。
室温下的原子半径R ＝1.444A 。
（见教材177页） 点阵常数a=4.086A最大间隙半径R’=（a-2R ）/2=0.598A4、碳在r-Fe （fcc ）中的最大固溶度为2.11﹪(重量百分数),已知碳占据r-Fe 中的八面体间隙,试计算出八面体间隙被C 原子占据的百分数。
在fcc 晶格的铁中，铁原子和八面体间隙比为1：1，铁的原子量为55.85，碳的原子量为12.01所以 （2.11×12.01）/(97.89×55.85)＝0.1002 即 碳占据八面体的10％。
5、由纤维和树脂组成的纤维增强复合材料，设纤维直径的尺寸是相同的。
请由计算最密堆棒的堆垛因子来确定能放入复合材料的纤维的最大体积分数。
见下图，纤维的最密堆积的圆棒，取一最小的单元，得，单元内包含一个圆（纤维）的面积。
材料科学与工程基础期末试题
材料科学与工程基础期末试题一、选择题（每题2分，共10分）1. 材料的力学性能主要包括哪些方面？A. 硬度和韧性B. 强度和塑性C. 韧性和导电性D. 硬度和导热性2. 下列哪种材料属于金属材料？A. 橡胶B. 陶瓷C. 合金D. 塑料3. 材料的微观结构对其宏观性能有何影响？A. 无影响B. 微观结构决定宏观性能C. 宏观性能决定微观结构D. 两者相互独立4. 以下哪种材料具有较好的热稳定性？A. 聚氯乙烯B. 聚苯乙烯C. 聚碳酸酯D. 聚乙烯5. 材料的疲劳是指材料在何种条件下的性能退化？A. 长期受力B. 瞬间受力C. 周期性受力D. 高温条件下二、填空题（每空1分，共10分）1. 材料的硬度是指材料抵抗________的能力。
2. 金属材料的塑性变形主要通过________来实现。
3. 陶瓷材料通常具有________和________的性质。
4. 聚合物材料的分子结构对其________和________有重要影响。
5. 复合材料是由两种或两种以上不同________和________组合而成的材料。
三、简答题（每题10分，共30分）1. 请简述材料的分类及其特点。
2. 描述金属材料的腐蚀机理，并提出防止腐蚀的措施。
3. 解释半导体材料在现代科技中的重要性。
四、计算题（每题20分，共40分）1. 一根直径为10mm的钢棒，在一端受到1000N的拉力，假设钢的杨氏模量为200GPa，求钢棒的伸长量。
2. 一块厚度为5mm，面积为100cm²的铝板，在100℃的环境下放置1小时后，其长度增加了0.2mm。
假设铝的线膨胀系数为23.6×10^-6/℃，计算铝板在室温（20℃）到100℃之间的平均线性膨胀系数。
五、论述题（30分）选择一种你感兴趣的新型材料，论述其结构特征、性能优势以及可能的应用领域。
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案第二章2-1.按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布（用方框图表示）。
2-2.的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，试计算镁原子的原子量。
2-3.试计算N壳层内的最大电子数。
若K、L、M、N壳层中所有能级都被电子填满时，该原子的原子序数是多少？2-4.计算O壳层内的最大电子数。
并定出K、L、M、N、O 壳层中所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。
2-5.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类，简单说明理由。
2-6.按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式：（1）CO2的分子键合（2）甲烷CH4的分子键合（3）乙烯C2H4的分子键合（4）水H2O的分子键合（5）苯环的分子键合（6）羰基中C、O间的原子键合2-7.影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些？2-8.试解释表2-3-1中，原子键型与物性的关系？2-9.0℃时，水和冰的密度分别是1.0005g/cm3和0.95g/cm3，如何解释这一现象？2-10.当CN=6时，K+离子的半径为0.133nm(a)当CN=4时，半径是多少？(b)CN=8时，半径是多少？2-11.(a)利用附录的资料算出一个金原子的质量？(b)每mm3的金有多少个原子？(c)根据金的密度，某颗含有1021个原子的金粒，体积是多少？(d)假设金原子是球形(rAu=0.1441nm),并忽略金原子之间的空隙，则1021个原子占多少体积？(e)这些金原子体积占总体积的多少百分比？2-12.一个CaO的立方体晶胞含有4个Ca2+离子和4个O2-离子，每边的边长是0.478nm，则CaO的密度是多少？2-13.硬球模式广泛的适用于金属原子和离子，但是为何不适用于分子？2-14.计算（a）面心立方金属的原子致密度；（b）面心立方化合物NaCl的离子致密度（离子半径rNa+=0.097，rCl-=0.181）；（C）由计算结果，可以引出什么结论？2-15.铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子个数。
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案第二章2-1.按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布（用方框图表示）。
2-2.的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，试计算镁原子的原子量。
2-3.试计算N壳层内的最大电子数。
若K、L、M、N壳层中所有能级都被电子填满时，该原子的原子序数是多少？2-4.计算O壳层内的最大电子数。
并定出K、L、M、N、O壳层中所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。
2-5.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类，简单说明理由。
2-6.按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式：（1）CO2的分子键合（2）甲烷CH4的分子键合（3）乙烯C2H4的分子键合（4）水H2O的分子键合（5）苯环的分子键合（6）羰基中C、O间的原子键合2-7.影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些？2-8.试解释表2-3-1中，原子键型与物性的关系？2-9.0℃时，水和冰的密度分别是1.0005 g/cm3和0.95g/cm3，如何解释这一现象？2-10.当CN=6时，K+离子的半径为0.133nm(a)当CN=4时，半径是多少？(b)CN=8时，半径是多少？2-11.(a)利用附录的资料算出一个金原子的质量？(b)每mm3的金有多少个原子？(c)根据金的密度，某颗含有1021个原子的金粒，体积是多少？(d)假设金原子是球形(r Au=0.1441nm),并忽略金原子之间的空隙，则1021个原子占多少体积？(e)这些金原子体积占总体积的多少百分比？2-12.一个CaO的立方体晶胞含有4个Ca2+离子和4个O2-离子，每边的边长是0.478nm，则CaO的密度是多少？2-13.硬球模式广泛的适用于金属原子和离子，但是为何不适用于分子？2-14.计算（a）面心立方金属的原子致密度；（b）面心立方化合物NaCl的离子致密度（离子半径r Na+=0.097，r Cl-=0.181）；（C）由计算结果，可以引出什么结论？2-15.铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子个数。
材料科学基础计算题
计算题1、在NaCl 晶体中，Na +半径为0.099nm ，Cl -半径为0.181nm ，计算NaCl 的晶胞参数及其理论密度。
（阿弗加德罗常数为6.022×1023，Na 的原子量为23，Cl 的原子量为35.5）2、非化学计量化合物Fe x O 中，Fe 3+/Fe 2+=0.1，求Fe x O 中空位浓度和x 值。
3、有两种不同配比的玻璃，其组成如下（质量百分比）序号 Na 2O Al 2O 3 SiO 21 10 20 702 20 10 70试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下的黏度大小？（注：原子量 Na 23，Al 27 ，Si 28 ）4、有一化合物M 2SiO 4，O 2－作面心立方堆积，M 2＋和Si 4＋分别填充于空隙中，r M 2＋=0.069nm ; r Si 4＋=0.034nm ; r O 2－=0.132nm问： （1） M 2＋和Si 4＋分别填充于何种空隙中？（2）各种空隙是否填满，还剩多少？（3）每个O 2－分别与几个M 2＋和Si 4＋形成配位？5、在NaCl 晶体中，肖特基缺陷的生成能为2.4ev ，计算在25℃和800℃时热缺陷的浓度?如果NaCl 晶体中，含有百万分之二的CaCl 2杂质，则在800℃时，NaCl 晶体中时热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？(1ev=1.602х10-19 J, k = 1.38х10-23 )6、堆积系数是指晶胞中原子或离子的实际体积占晶胞体积的百分比。
CsCl 属立方晶系，晶胞中质点的坐标为Cl -：（0 0 0），Cs +：(212121)已知：离子半径 r Cl -=0.181 nm ； r Cs +=0.174 nm原子量 M Cl =35.5 M Cs =132.9求CsCl 晶体的堆积系数和理论密度。
7、有两种玻璃其组成如下：(以重量百分比计)计算：(1)玻璃的结构参数；(2)判断I 、II 玻璃高温下粘度大小。
“材料科学与工程基础”第二章习题 答案题目整合版.
“材料科学与工程基础”第二章习题1. 铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm ，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子数。
ρ铁＝7.8g/cm3 1mol 铁＝6.022×1023 个=55.85g所以， 7.8g/1(cm)3=(55.85/6.022×1023)X /(0.287×10-7)3cm3X ＝1.99≈2（个）2.在立方晶系单胞中，请画出：（a ）[100]方向和[211]方向，并求出他们的交角； （b ）（011）晶面和（111）晶面，并求出他们得夹角。
（c ）一平面与晶体两轴的截距a=0.5,b=0.75,并且与z 轴平行,求此晶面的密勒指数。
（a ）[2 1 1]和[1 0 0]之夹角θ＝arctg2=35.26。
或cos θ==， 35.26θ=（b ）cos θ==35.26θ= （c ） a=0.5 b=0.75 z = ∞倒数 2 4/3 0 取互质整数（3 2 0）3、请算出能进入fcc 银的填隙位置而不拥挤的最大原子半径。
室温下的原子半径R ＝1.444A 。
（见教材177页） 点阵常数a=4.086A最大间隙半径R’=（a-2R ）/2=0.598A4、碳在r-Fe （fcc ）中的最大固溶度为2.11﹪(重量百分数),已知碳占据r-Fe 中的八面体间隙,试计算出八面体间隙被C 原子占据的百分数。
在fcc 晶格的铁中，铁原子和八面体间隙比为1：1，铁的原子量为55.85，碳的原子量为12.01所以 （2.11×12.01）/(97.89×55.85)＝0.1002 即 碳占据八面体的10％。
5、由纤维和树脂组成的纤维增强复合材料，设纤维直径的尺寸是相同的。
请由计算最密堆棒的堆垛因子来确定能放入复合材料的纤维的最大体积分数。
见下图，纤维的最密堆积的圆棒，取一最小的单元，得，单元内包含一个圆（纤维）的面积。
材料科学基础计算题
1、在金属材料中，如果一种金属的密度为8克/立方厘米，而另一种金属的密度为2克/立方厘米，那么第一种金属的密度是第二种金属的多少倍？A. 2倍B. 3倍C. 4倍D. 5倍（答案）C2、某陶瓷材料的抗压强度为200兆帕，而另一种陶瓷材料的抗压强度为100兆帕，那么第一种陶瓷材料的抗压强度是第二种的多少倍？A. 0.5倍B. 1倍C. 1.5倍D. 2倍（答案）D3、一种复合材料的拉伸强度为500兆帕，如果另一种材料的拉伸强度是它的四分之一，那么另一种材料的拉伸强度为？A. 100兆帕B. 125兆帕C. 200兆帕D. 250兆帕（答案）B4、在聚合物科学中，如果一种聚合物的分子量为10000道尔顿，而另一种聚合物的分子量为5000道尔顿，那么第一种聚合物的分子量是第二种的多少倍？A. 0.5倍B. 1倍C. 1.5倍D. 2倍（答案）D5、某金属在20摄氏度时的电阻率为10微欧·米，若另一种金属在同一温度下的电阻率为5微欧·米，那么第一种金属的电阻率是第二种的多少倍？A. 0.5倍B. 1倍C. 1.5倍D. 2倍（答案）D6、一种合金的熔点为1500摄氏度，如果另一种合金的熔点比它低300摄氏度，那么另一种合金的熔点为？A. 1000摄氏度B. 1100摄氏度C. 1200摄氏度D. 1300摄氏度（答案）C7、某材料的热导率为5瓦/米·开尔文，如果另一种材料的热导率只有它的一半，那么另一种材料的热导率为？A. 1瓦/米·开尔文B. 2.5瓦/米·开尔文C. 5瓦/米·开尔文D. 10瓦/米·开尔文（答案）B8、在陶瓷材料中，如果一种陶瓷的硬度为8莫氏硬度，而另一种陶瓷的硬度为6莫氏硬度，按照莫氏硬度的分类，第一种陶瓷的硬度？A. 与第二种陶瓷相同B. 比第二种陶瓷低C. 比第二种陶瓷高但不超过1个等级D. 比第二种陶瓷高2个等级（答案）D。
材料科学基础计算题答案
计算题答案1、解： NaCl 晶体的晶胞有4个“分子”，晶胞边长0(0.0990.181)2a (nm) 所以，单位晶胞的体积 3327(0.0990.181)210V（m 3） 单位晶胞质量 32314(2335.5)106.02210m （kg ） 理论密度＝m/V ＝2617 （kg/m 3）2、解： "23F 23FeO Fe Fe O e O Fe V O •−−−→++ [Fe (1-3a)Fe 2a ]O 2a/（1-3a ）=0.1 a = 0.044 x=1-a =0.956 C=a/N =0.044/1.956=2.25%3223所以Al 3+在玻璃中起网络变性离子的作用R 1=（10.6+12.9×3+76.5×2）/76.5=2.64X 1 =2×2.64-4=1.28Y 1=4-1.28=2.72对于玻璃II ：Na 2O/ Al 2O 3=20.4/6.2>1所以Al 3+在玻璃中起网络形成离子的作用R 2=（20.4+6.2×3+73.4×2）/（73.4+6.2×2）=2.17X 2 =2×2.17-4=0.34Y 2=4-0.34=3.66因而Y 1<Y 2 R 1>R 2即玻璃II 桥氧分数大于玻璃I ，但O/Si 比小于玻璃I ，可以判定在高温下玻璃I 熔体黏度小于玻璃II 。
4、解：r M 2＋/ r O 2－=0.069/0.132=0.523 r Si 4＋/ r O 2－=0.034/0.132=0.258（1）M 2＋填入八面体空隙，Si 4＋填入四面体空隙（2）M 2SiO 4，O 2－作面心立方堆积，产生8个四面体空隙和4个八面体空隙。
剩7/8个四面体空隙，1/2个八面体空隙（3）1个Si 4＋和3个M 2＋形成配位5、解、E=2.4ev=2.4×1.602×10-19=3.842×10-19J T 1=298K T 2=1073K298K: n/N=exp(-3.842×10-19/2×298×1.38×10-23)=1.92×10-51（重算一下） 1073k: n/N=exp(-3.842×10-19/2×1073×1.38×10-23)=8×10-9（重算一下） 在NaCl 中加入2×10-6 CaCl 2，缺陷反应式为：•−−−→++22NaCl 'Na Na Cl CaCl Ca V Cl产生--⎡⎤=⨯>⨯⎣⎦69210810'Na V杂质缺陷占优势。
考研材料科学基础试题及答案
考研材料科学基础试题及答案一、选择题1. 材料科学中，下列哪项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2. 材料的微观结构对其宏观性能有重要影响，以下哪个不是微观结构的组成部分？A. 晶格缺陷B. 晶界C. 相界D. 表面张力3. 材料的塑性变形主要通过以下哪种机制进行？A. 弹性变形B. 位错运动C. 相变D. 热膨胀二、简答题1. 简述材料的相变对材料性能的影响。
2. 描述材料的疲劳现象，并解释其产生的原因。
1. 已知某材料的杨氏模量为210 GPa，泊松比为0.3，求其剪切模量。
四、论述题1. 论述材料的微观结构与宏观性能之间的关系。
参考答案一、选择题1. 答案：D2. 答案：D3. 答案：B二、简答题1. 相变是材料在不同温度和压力下，由一种相态转变为另一种相态的过程。
相变对材料性能的影响主要表现在：- 相变可以改变材料的晶体结构，从而影响其硬度、强度和塑性。
- 相变过程中体积变化可以导致材料的热膨胀或收缩。
- 某些相变如马氏体相变，可以显著提高材料的硬度，但可能降低其韧性。
2. 材料的疲劳是指在反复加载和卸载的过程中，材料逐渐产生损伤并最终导致断裂的现象。
疲劳产生的原因是：- 材料内部的应力集中，使得局部应力超过材料的疲劳极限。
- 材料的循环加载导致位错运动，产生位错堆积，形成微裂纹。
- 微裂纹在循环应力作用下逐渐扩展，最终导致材料断裂。
1. 剪切模量G可以通过杨氏模量E和泊松比ν计算得出，公式为：\[ G = \frac{E}{2(1+\nu)} \]代入已知数值：\[ G = \frac{210 \times 10^9 \text{ Pa}}{2(1+0.3)} \]\[ G = 77.5 \times 10^9 \text{ Pa} \]四、论述题1. 材料的微观结构是指材料在原子、分子或晶体尺度上的特征，包括晶格类型、晶粒尺寸、晶格缺陷、相界等。
材料科学基础题库计算题
材料科学基础题库计算题以下是一个材料科学基础题库计算题的示例：1. 问题：一块长方形铁片的宽度为10 cm，高度为30 cm，厚度为2 cm。
如果铁的密度是7.8 g/cm³，计算铁片的质量。
解答：铁片的体积可以通过长度、宽度和厚度的乘积来计算，即体积=10 cm × 30 cm × 2 cm = 600 cm³。
质量可以通过密度和体积的乘积来计算，即质量=7.8 g/cm³ × 600 cm³ = 4680 g。
2. 问题：一个圆柱体的底面半径为5 cm，高度为15 cm。
如果圆柱体的密度是2 g/cm³，计算圆柱体的质量。
解答：圆柱体的体积可以通过底面积和高度的乘积来计算，即体积=π × (5 cm)² × 15 cm = 375π cm³。
质量可以通过密度和体积的乘积来计算，即质量=2 g/cm³ × 375π cm³ ≈ 2355.4 g。
3. 问题：一个球形铜块的直径为10 cm。
如果铜的密度是8.9 g/cm³，计算铜块的质量。
解答：球形铜块的体积可以通过半径的立方和π的乘积来计算，即体积=4/3 × π × (5 cm)³ ≈ 523.6 cm³。
质量可以通过密度和体积的乘积来计算，即质量=8.9 g/cm³ × 523.6 cm³ ≈ 4659.0 g。
4. 问题：一颗锆石珠宝的质量为30 g，密度为6 g/cm³。
假设这颗珠宝完全由锆石组成，计算珠宝的体积。
解答：体积可以通过质量与密度的比值来计算，即体积=质量/密度 = 30 g / 6 g/cm³ = 5 cm³。
5. 问题：一个圆形银硬币的直径为4 cm，厚度为0.2 cm。
材料科学工程基础计算题
1热工基础习题解答第二章：传热学2-1某窑炉炉墙由耐火粘土砖、硅藻土砖与红砖砌成，硅藻土砖与红砖的厚度分别为40mm 和250mm，导热系数分别为0.13和0.39W/m℃，如果不用硅藻土层，但又希望炉墙的散热维持原状，则红砖必须加厚到多少毫米？（1）解得即红砖的厚度应增加到370mm 才能维持原散热热流密度不变。
2-2某厂蒸汽管道为Ø175×5的钢管，外面包了一层95mm厚的石棉保温层，管壁和石棉的导热系数分别为50、0.1w/m.℃，管道内表面的温度为300℃，保温层外表面温度为50℃。
试求每米管长的散热损失。
在计算中能否略去钢管的热阻，为什么？解：石棉保温层和钢管在每米长度方向上产生的热阻分别为：2-3试求通过如图3-108所示的复合壁的热流量。
假设热流是一维的；已知各材料的导热系数为：λA=1.2、λB=0.6、λC=0.3、λD=0.8w/m･℃。
2-4平壁表面温度tw1=450℃，采用石棉作为保温层的热绝缘材料，导热系数λ=0.094+0.000125t，保温层外表面温度tw2=50℃，若要求热损失不超过340w/m2℃，则保温层的厚度应为多少？解：平壁的平均温度为：即保温层的厚度应至少为147mm。
2-5浇注大型混凝土砌块时，由于水泥的水化热使砌块中心温度升高而导致开裂，因此，砌块不能太大。
现欲浇注混凝土墙，水泥释放水化热为100w/m3，混凝土导热系数为1.5W/m℃，假设两壁温度为20℃，限制墙中心温度不得超过50℃。
试问墙厚不得超过多少米？解：由于墙的两侧温度相等，所以墙内的温度分布为2-6一电炉炉膛长×宽×高=250×150×100mm,炉衬为230mm厚的轻质粘土砖（密度为800kg/m3)。
已知内壁平均温度为900℃，炉体外表面温度为80℃。
试求此电炉的散热量。
解：通过该电炉的散热量可以表示为：将该电炉视为中空长方体，则其核算面积为：2-7有两根用同样材料制成的等长度水平横管，具有相同的表面温度，在空气中自然散热，第一根管子的直径是第二根管子直径的10倍，如果这两根管子的（GrPr)值均在103~109之间，且可用准数方程式Nub=0.53Grb。
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1热工基础习题解答
第二章：传热学
2-1某窑炉炉墙由耐火粘土砖、硅藻土砖与红砖砌成，硅藻土砖与红砖的厚度分别为40mm 和250mm，导热系数分别为0.13和0.39W/m℃，如果不用硅藻土层，但又希望炉墙的散热维持原状，则红砖必须加厚到多少毫米？
（1）
解得
即红砖的厚度应增加到370mm 才能维持原散热热流密度不变。
2-2某厂蒸汽管道为Ø175×5的钢管，外面包了一层95mm厚的石棉保温层，管壁和石棉的导热系数分别为50、0.1w/m.℃，管道表面的温度为300℃，保温层外表面温度为50 ℃。
试求每米管长的散热损失。
在计算中能否略去钢管的热阻，为什么？
解：石棉保温层和钢管在每米长度方向上产生的热阻分别为：
2-3试求通过如图3-108所示的复合壁的热流量。
假设热流是一维的；已知各材料的导热系数为：λA=1.2、λB=0.6、λC=0.3、λD=0.8w/m･℃。
2-4平壁表面温度tw1=450℃，采用石棉作为保温层的热绝缘材料，导热系数λ=0.094+0.000125t，保温层外表面温度tw2=50℃，若要求热损失不超过340w/m2℃，则保温层的厚度应为多少？
解：平壁的平均温度为：
即保温层的厚度应至少为147mm。
2-5浇注大型混凝土砌块时，由于水泥的水化热使砌块中心温度升高而导致开裂，因此，砌块不能太大。
现欲浇注混凝土墙，水泥释放水化热为100w/m3，混凝土导热系数为
1.5W/m℃，假设两壁温度为20℃，限制墙中心温度不得超过50℃。
试问墙厚不得超过
多少米？
解：由于墙的两侧温度相等，所以墙的温度分布为
2-6一电炉炉膛长×宽×高=250×150×100mm,炉衬为230mm厚的轻质粘土砖（密度为800kg/m3)。
已知壁平均温度为900℃，炉体外表面温度为80℃。
试求此电炉的散热量。
解：通过该电炉的散热量可以表示为：
将该电炉视为中空长方体，则其核算面积为：
2-7有两根用同样材料制成的等长度水平横管，具有相同的表面温度，在空气中自然散热，第一根管子的直径是第二根管子直径的10倍，如果这两根管子的（GrPr)值均在103~109
之间，且可用准数方程式Nub=0.53Grb。
试求两根管子的对流换0.25热系数比值和热损失的比值。
解：对于与圆管进行对流换热的情形，空气的
由于横管的表面温度相同，并且空气温度相同，所以均相等，可得
2-8根据隧道窑模型实验，确定了圆柱形料垛对流换热系数的准数方程式为：Nuf=0.0146Ref0.85。
现用空气强制冷却圆柱形料垛，空气温度为20℃，空气流速为
1.28m/s，料垛直径为0.118m。
试求圆柱形料垛对空气的对流换热系数。
解：查得空气在20C时的物性参数为：
2-9一条半圆拱式烟道，长10m，烟道宽800mm，两侧墙高300mm，拱高400mm。
今有烟气以1800Nm3/h的流量通过该烟道，已知烟气平均温度为350℃，烟道壁面平均温度为240℃，试求烟气对壁面的对流换热系数及传热量。
解：烟道的截面积和周长分别为：
2-10 60℃的水进入一径为25.4mm的管子，水的流速为2cm/s。
试计算水的出口温度（已知管长3m，管壁温度恒定为80℃）
解：设水出口处的温度为70C，则水的定性温度为：
查得水的物性参数为：
与原假设相差不大，所以可以认为水的出口温度为72.8℃。
如果要求的精确度更高，可以再假设水的出口温度为71.4℃，继续进行计算，直到满意为止。
2-11 两无限大平面，其表面温度分别为20℃及600℃，黑度均为0.8，在这两块平面间安放一块黑度为0.8或0.05的遮热板，试求这两无限大平行平面间的净辐射热量。
解：使用电网络单元法
2-12 已知裸气管的表面温度为440℃，直径为0.3m，黑度为0.8，周围环境温度为10℃，在裸气管的周围安放遮热管（黑度为0.82，直径为0.4）
（1）求裸气管的辐射散热损失。
（2）如果同时考虑对流换热损失，已知遮热管对流换热系数为35W/m2·℃,裸气管的散热损失为多少？
2-13有一平板，水平放置在太下，已知太阳投射到平板上的热流量为700W/m2，周围环境温度为25℃。
如果忽略对流换热，试求下列情况下的平板表面温度：
⑴平板表面涂有白漆。
⑵平板表面涂有无光黑漆。
⑶如果将上述平板放置在工业炉的热辐射下，当辐射热流量仍为700W /m2，环境温
度仍为25℃时。
已知白漆对于太阳辐射的吸收率为0.14，白漆对于低于2000℃的热辐射的吸收率为
0.90，无光黑漆对于太阳辐射的吸收率为0.96，无光黑漆对于低于2000℃的热辐射的吸
收率为0.95。
解：根据克希霍夫定律,黑体和灰体的吸收率等于同温度下的黑度，
平板的散热量为：
处于热平衡时：
2-14 热空气在Φ426×9mm的钢管中流过，热空气的温度用一个装在外径为15mm的瓷保护管中的热电偶来测量，为了减小测量误差，把热电偶保护瓷管用薄铝圆筒屏蔽，屏蔽筒的黑度为0.3，面积为保护瓷管的4倍。
空气向屏蔽筒的对流换热系数为35w/m2·℃，已知钢管壁温度为110℃，热电偶读数（即瓷管温度）为220℃，瓷管的黑度为0.8，空气向瓷管的对流换热系数为52.4w/m2·℃，设瓷管本身的热传导可忽
略不计。
试求热电偶的测量相对误差，并求出空气的实际温度。
解：设薄铝圆筒（遮热罩）F1温度t3、表面积F3，管道热空气与热接点之间的对流换热量
管道热空气与遮热罩两表面之间的对流换热量
热电偶接点与遮热罩之间的辐射换热量：
遮热罩与管道壁之间的辐射换热量
当热接点达到热平衡时，
即
由于F1＜＜F3，则：
同理，当遮热罩达到热平衡时，
即
代入已知数据，求得：t3=185.2℃，t1=218.2℃，热电偶测量误差：
2-15 试求锅炉壁(δ=20mm，λ=58w/m ·℃)两表面的温度和通过锅炉壁的热流量。
已知烟气温度为1000℃，水的温度为200℃，从烟气到壁面的对流辐射换热系数为116w/m2 ·℃，从壁面到水的对流换热系数为2320 w/m2 ·℃。
解：通过锅炉壁的热流量为：
2-16 一根径为20mm，外径为30mm的钢管，包上20mm厚的保温材料，保温材料的导热系数为0.057 w/m℃，表面黑度为0.7，保温层的壁温度为200℃，周围环境温度为
20 ℃。
试计算每米管长的热损失。
解：设保温层的外表面温度为t2，则保温层向空气的辐射散热量为：
ta为空气的温度，通过保温层导热的热流量为：
t1为保温层的壁温度
当达到稳态时，有
将已知数据代入解得：t2=70C管道每米长的散热损失为：
2-17 有一套管逆流式换热器，用水冷却油，油在管中流动，油进出口温度分别为110℃和
75℃，水在套管环隙中流动，水的流量为68kg/min，水的进出口温度分别为35℃和75℃。
已，知按管外表面积计算的平均总传热系数为320 w/m2℃，油的比热为1.9KJ/Kg℃。
试求此换热器的换热面积。
解：该换热器的对数平均温差为：
2-18 厚0.25m的不锈钢大平板铸件，导热系数为23W/m.℃，导温系数为0.44×10-5 m2/s。
在炉加热到767 ℃后，取出放在27 ℃的空气中冷却。
表面的换热系数为125W/m2.℃。
试计算经过85分钟之后，板中心和板表面的温度为多少。
解：属于无限大平壁一维不稳定导热问题
求t中心t w
得出t w=337.8 ℃t中心=471℃。