武汉理工大学考研习题及复习资料--材料科学基础科目
武汉理工大学《材料科学基础》考研核心题库及答案
Test of Fundamentals of Materials Science 材料科学基础试题库武汉理工大学材料科学与工程学院一、填空题0001.烧结过程的主要传质机制有_____、_____、_____ 、_____，当烧结分别进行四种传质时，颈部增长x/r与时间t的关系分别是_____、_____、_____ 、_____。
0002.晶体的对称要素中点对称要素种类有_____、_____、_____ 、_____ ，含有平移操作的对称要素种类有_____ 、_____ 。
0003.晶族、晶系、对称型、结晶学单形、几何单形、布拉菲格子、空间群的数目分别是_____、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 。
0004.晶体有两种理想形态，分别是_____和_____。
0005.晶体是指内部质点排列的固体。
0006.以NaCl晶胞中（001）面心的一个球（Cl-离子）为例，属于这个球的八面体空隙数为，所以属于这个球的四面体空隙数为。
0007.与非晶体比较晶体具有自限性、、、、和稳定性。
0008.一个立方晶系晶胞中，一晶面在晶轴X、Y、Z上的截距分别为2a、1/2a 、2/3a，其晶面的晶面指数是。
0009.固体表面粗糙度直接影响液固湿润性，当真实接触角θ时，粗糙度越大，表面接触角，就越容易湿润；当θ，则粗糙度，越不利于湿润。
0010.硼酸盐玻璃中，随着Na2O（R2O）含量的增加，桥氧数，热膨胀系数逐渐下降。
当Na2O含量达到15%—16%时，桥氧又开始，热膨胀系数重新上升，这种反常现象就是硼反常现象。
0011.晶体结构中的点缺陷类型共分、和三种，CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为。
0012.固体质点扩散的推动力是________。
0013.本征扩散是指__________，其扩散系数D＝_________,其扩散活化能由________和_________ 组成。
武汉理工材料科学基础第三章部分习题
瓷釉结构中各离子所处的位置。 5、 在硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃中，随着R2O的引入(<25mol％), 玻璃熔体的粘度怎样变化？试用聚合物理论解释。 6、 解释B2O3含量10mol％，SiO2含量90mol％的熔体，在冷却过 程中各自形成两个互不相容的分层玻璃，而加入适量Na2O后， 能得到均匀的玻璃。 7、 论证形成玻璃必须具有混合键。 8、 说明为什么镁橄榄石熔体不易形成玻璃而长石熔体易形成玻 璃？
分析：要应用关系式，必须换算成mol%。
解：玻璃组成
Na2O
CaO
SiO2
wt%
mol mol%
13
0.21 12.6
13
0.23 13.8
74
1.23 73.6
O 12.6 13.8 73.6 2 R ＝ ＝ ＝ 2.36 Si 73.6
Z＝4
X＝2R－Z＝2×2.36－4＝0.72 Y＝Z－X＝4－0.72＝3.28
3-7 (b) 上述数据是在恒压下取得，在恒容下，预计活化能 会有所不同。因为恒容时熔体所受压力应增加，这将使其粘
度增大，从而改变了活化能值。
3－9 在SiO2中应加入多少Na2O,使玻璃的O/Si＝2.5，此时析晶能力是增强还是 削弱？
解；假定引入的Na2O的mol含量为 x ， 则SiO2的mol含量为 1－x
网络状，且聚合程度高，故可形成玻璃。但当O/Si＝3时， 由于碱金属氧化物明显增加，使熔体中分子较小的低聚合 物增加，熔体粘度变小，故可易结晶而不易形成玻璃。
3、 在硅酸盐熔体析晶的成核速率、生长速率随T变化的关系图 中，标出哪一条曲线代表成核速率，哪一条曲线代表生长速率？ 为什么？
速 率
u IV
第三章 熔体和玻璃体
武汉理工大学材料科学基础考研真题大纲
武汉理工大学材料科学基础考研真题大纲材料科学基础复习大纲第二章晶体结构2.1 结晶学基础1、概念：晶体晶胞晶胞参数七大晶系晶面指数晶面族晶向指数晶向族2、晶面指数和晶向指数的计算2.2 结合力与结合能按照结合力性质不同分为物理键和化学键化学键包括离子键共价键金属键物理键包括范德华键氢键晶体中离子键共价键比例估算（公式2.16）离子晶体晶格能2.3 堆积（记忆常识）1、最紧密堆积原理及其使用范围：原理略适用范围：典型的离子晶体和金属晶体原因：该原理是建立在质点在电子云分布呈球形对称以及无方向性的基础上的2、两种最紧密堆积方式：面心立方最紧密堆积ABCABC 密排六方最紧密堆积ABABAB系统中：每个球周围有6个八面体空隙 8个四面体空隙N个等径球体做最紧密堆积时系统有2N个四面体空隙N个八面体空隙八面体空隙体积大于四面体空隙3、空间利用率：晶胞中原子体积与晶胞体积的比值（要学会计算）两种最紧密堆积方式的空间利用率为74.05﹪（等径球堆积时）4、影响晶体结构的因素内因：质点相对大小（决定性因素）配位数（概念及计算）极化（概念，极化对晶体结构产生的影响）外因（了解）：同质多晶类质多晶同质多晶转变2.4 单质晶体结构（了解）2.5 无机化合物结构（重点每年必考）分析结构从以下几个方面入手：晶胞分子数，何种离子做何种堆积，何种离子添隙，添隙百分比，正负离子配位数，正负离子电价是否饱和，配位多面体，添隙半径的计算（刚好相切时），隙结构与性质的关系。
1、NaCl型：4个NaCl分子 Cl离子做面心立方密堆积，Na离子填充八面体空隙，填充率100﹪，正负离子配位数均为6，电价饱和。
【NaCl6】或【ClNa6】八面体结构与性能：此结构在三维方向上键力均匀，因此无明显解理，破碎后呈颗粒状，粒为多面体形状。
离子键结合，因此有较高的熔点和硬度2、立方ZnS结构：4个ZnS分子S离子做面心立方密堆积，第三章晶体结构缺陷3.1 结构缺陷类型缺陷（概念）：晶体点阵结构中周期性势场的畸变按照几何形态分类：点，线，面，体点缺陷包括：空位，间隙，杂质，色心线缺陷有：位错面缺陷有：晶界，表面按照缺陷产生原因分类：热缺陷（本征缺陷），杂质缺陷和非化学计量缺陷（非本征缺陷）热缺陷分为弗伦克尔缺陷和肖特基缺陷（理解图 3.2）（弗伦克尔缺陷的特征是空位和间隙质点成对出现，肖特基缺陷特征是正负离子空位成对出现。
材料科学基础武汉理工出(部分习题答案)
第一章 结晶学基础 第二章 晶体结构与晶体中的缺陷1 名词解释：配位数与配位体，同质多晶、类质同晶与多晶转变，位移性转变与重建性转变，晶体场理论与配位场理论。
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、离子极化、正尖晶石与反正尖晶石、反萤石结构、铁电效应、压电效应.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 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，r a 220=（111）面：面排列密度= ()[]907.032/2/2/34/222==∙ππr r（110）面：面排列密度=()[]555.024/224/22==∙ππr r r（100）面：面排列密度=()785.04/22/222==⎥⎦⎤⎢⎣⎡ππr r 3、已知Mg 2+半径为0.072nm ，O 2-半径为0.140nm ，计算MgO 晶体结构的堆积系数与密度。
武汉理工大学材料科学基础_第二章_部分习题
习题课
第一章
习题课
1、缺陷的分类
2、书写缺陷反应式应遵循的原则 3、缺陷浓度计算 4、固溶体的分类及形成条件 5、研究固溶体的方法
6、非化学计量化合物
Frankel缺陷
热 缺 点缺陷
陷
Schttyq缺陷
杂 质 缺陷 非化学计量结构缺陷（电荷缺陷）
非化学计量化合物类型：
(b) 如果CaF2晶体中，含有10－6的YF3杂质，则在1600℃时， CaF2晶体中是热 缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。
解：(a) 由题可知， Frankel缺陷形成能 < Schttky缺陷的生成能 由
n N exp( －E 2 KT )
知，
Frankel缺陷浓度高，因而 是主要的。 在298K时，
• MgO具有NaCl结构，根据O2-半径0.140nm和Mg2+半径为 0.072nm，计算① 球状离子所占据的空间分数（堆积系数）； ② MgO的密度。 • 解：① MgO属于NaCl型结构，即面心立方结构，每个晶胞 中含有4个Mg2+和4个O2-，故MgO所占体积为 • VMgO=4×4/3π (RMg2+3+RO2-3） • =16/3π ×(0.0723+0.1403) • =0.0522（nm3) • ∵Mg2+和O2-在面心立方的棱边上接触 • ∴a=2（RMg2++RO2-）=2×(0.072+0.140)=0.424nm • ∴堆积系数=VMgO/V晶胞=0.0522/(0.424)3=68.5% • ②DMgO=mMgO/V晶胞=n.(M/N0)/a3 • =4×(24.3+16.0)/[(0.424×10-7)3×6.02×1023] • =3.51g/cm3
武汉理工大材料科学基础
武汉理工大材料科学基础武汉理工大学材料科学基础研究生入学考试试题课程材料科学基础（共3页，共十题，答题时不必抄题，标明题目序号，相图不必重画,直接做在试卷上）一、填空题（1.5×20=30分）1. 结晶学晶胞是（）。
2. 扩散的基本推动力是（），一般情况下以（）形式表现出来，扩散常伴随着物质的（）。
3. 晶面族是指（）的一组晶面，同一晶面族中，不同晶面的（）。
4. 向MgO、沸石、TiO2、萤石中，加入同样的外来杂质原子，可以预料形成间隙型固溶体的固溶度大小的顺序将是（）。
5. 根据烧结时有无液相出现，烧结可分为（），在烧结的中后期，与烧结同时进行的过程是（）。
6. 依据硅酸盐晶体化学式中（）不同，硅酸盐晶体结构类型主要有（）。
7. 液体表面能和表面张力数值相等、量纲相同，而固体则不同，这种说法是（）的，因为（）。
8. 二级相变是指（），发生二级相变时，体系的（）发生突变。
9. 驰豫表面是指（），NaCl单晶的表面属于是（）。
10. 固态反应包括（），化学动力学范围是指（）。
11．从熔体结构角度，估计a长石、b辉石(MgO?SiO2)、c镁橄榄石三种矿物的高温熔体表面张力大小顺序（）。
二、CaTiO3结构中，已知钛离子、钙离子和氧离子半径分别为0.068nm，0.099nm， 0.132nm。
（15分）1. 晶胞中心的钛离子是否会在八面体空隙中“晃动”；2. 计算TiCaO3的晶格常数；3. 钛酸钙晶体是否存在自发极化现象，为什么？三、在还原气氛中烧结含有TiO2的陶瓷时，会得到灰黑色的TiO2-x：（15分）1．写出产生TiO2-x的反应式；2．随还原气氛分压的变化，该陶瓷材料的电导率和密度如何变化？3．从化学的观点解释该陶瓷材料为什么是一种n型半导体。
四、选择题：下列2题任选1题（12分）1. 简述金属材料、无机非金属材料以及高分析材料腐蚀的特点。
2. 试述材料疲劳失效的含义及特点。
材料科学基础-武汉理工出版(部分习题答案)[1]
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材料科学基础-武汉理工出版（部分习题答案）[1]第一章结晶学基础第二章晶体结构与晶体中的缺陷1名词解释：配位数与配位体，同质多晶、类质同晶与多晶转变，位移性转变与重建性转变，晶体场理论与配位场理论。
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、离子极化、正尖晶石与反正尖晶石、反萤石结构、铁电效应、压电效应.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2-1MgO晶体中不同晶面的氧离子排布示意图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，a022r（111）面：面排列密度=2r2/4r23/2/2/230.907（110）面：面排列密度=2r2/4r22r/420.555（100）面：面排列密度=2r2+22/22r/40.7853、已知Mg半径为0.072nm，O半径为0.140nm，计算MgO晶体结构的堆积系数与密度。
武汉理工大学《材料科学基础》考试试题及答案-第一套试题
武汉理工大学《材料科学基础》考试试题第一套试卷一、填空题（共20分，每个空1分）1、村料科学要解决的问题就是研究材料的（）与（）、（）、材料性质、使用性能以及环境间相互关系及制约规律。
2、晶体结构指晶体中原子或分子的排列情况，由（）+（）而构成。
晶体结构的形式是无限多的。
3、热缺陷是由热起伏的原因所产生的，（）缺陷是指点离开正常的个点后进入到晶格间隙位置，其特征是空位和间隙质点成对出现：而（）缺陷是指点有表面位置迁移到新表面位置，在晶体表面形成新的一层，向时在晶体内部留下空位。
4、硅酸盐熔体随着温度升高，低聚物浓度（），熔体的粘度（）。
5、玻璃的料性是指玻璃的（）变化时（）随之变化的速率6、固体的表面粗糙化后，原来能润湿的液体，接触角将（），原来不能润湿的液体，接触角将（）。
7、克肯达尔（Kirkendall）效应说明了互扩算过程中各组元的（）不同以及置换型扩散的（）机制。
8、按照相变机理可以将相变分成（）、（）、乃氏体相变和有序-无序转变9、晶体长大时，当析出晶体与熔体组成相同时，晶体长大速率由（）控制，当析出晶体与熔体组成不同时，晶体长大速率由（）控制10、同一物质处于不同结构状态时，其反应活性相差很大，一般来说，晶格能愈高、结构愈完整和稳定的，其反应活性也（）。
二、判断题（共10分，每个题1分）1、（）位错的滑移是指在热缺陷或外力作用下，位错线在垂直其滑移面方向上的运动，结果导致晶体中空位或间隙质点的增殖或减少。
2、（）间隙扩散机制适用于间隙型固溶体中间隙原子的扩散，其中发生间隙扩散的主要是间隙原子，阵点上的原子则可以认为是不动的。
3、（）要使相变自发进行，系统必须过冷（过热）或者过饱和，此时系统温度、浓度和压力与相平衡时温度、浓度和压力之差就是相变过程的推动力。
4、（）扩散系数对温度是非常敏感的，随着温度升高，扩散系数明显降低。
5、（）当晶核与晶核剂的接触角越大时，越有利于晶核的形成。
6、（）固相反应的开始温度，远低于反应物的熔点或者系统的低共融温度。
武汉理工大学考研材料科学基础重点 第2章-晶体结构
晶体结构中质点周围的环境不一定都是相同的。
二、晶体结构的定量描述 —晶面指数、晶向指数 1.晶面、晶向及其表征 2.六方晶系的晶面指数和晶向指数 3.晶向与晶面的关系 1.晶面、晶向及其表征 晶面：晶体点阵在任何方向上可分解为相互平行的结点平面，这样的结点平面称为晶面。 a.晶面上的结点，在空间构成一个二维点阵。 b.同一取向上的晶面，不仅相互平行、间距相等，而且结点的分布也相同。不同取向的结点平 面其特征各异。 c.任何一个取向的一系列平行晶面，都可以包含晶体中所有的质点。 晶面指数：结晶学中经常用（hkl）来表示一组平行晶面，称为晶面指数。数字hkl是晶面在三 个坐标轴（晶轴）上截距的倒数的互质整数比。每一个晶面指数代表一组平行晶面。 晶面族：晶体结构中原子排列状况相同但不平行的两组以上的晶面，构成一个晶面族。同一晶 面族中，不同晶面的指数的数字相同， 只是数序和正负号不同。 晶面族指数（符号）：通常用晶面族中某个最简便的晶面指数填在大括号{ }内，称为晶面族 指数，用符号{hkl}表示。 将{hkl}中的±h、±k、±l，改变符号和顺序，进行任意排列组合，就可构成这个晶面族所包 括的所有晶面的指数。
同方向的直线组，其质点分布不尽相同。
任一方向上所有平行晶向可包含晶体中所有结点，任一结点也可以处于所有晶向上。
晶向指数：用[uvw]来表示。其中u、v、w三个数字是晶向矢量在参考坐标系X、Y、Z轴上的矢量
分量经等比例化简而得出。
晶向族：晶体中原子排列周期相同的所有晶向为一个晶向族，用〈uvw〉表示。同一晶向族中不
之间的作用力，伦敦力──非极性分子中的瞬时偶极矩产生的力。当分子力不是唯一的作用力
时，它们可以忽略不计。
分子晶体分极性和非极性两大类。
氢键的特点：
武汉理工大学 材料科学基础考研五套题
试题一一. 图1是Na2O的理想晶胞结构示意图，试回答：1．晶胞分子数是多少；2．结构中何种离子做何种密堆积；何种离子填充何种空隙，所占比例是多少；3．结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；4．计算说明O2-的电价是否饱和；5．画出Na2O结构在（001）面上的投影图。
二. 图2是高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O)结构示意图，试回答：1．请以结构式写法写出高岭石的化学式；2．高岭石属于哪种硅酸盐结构类型；3．分析层的构成和层的堆积方向；4．分析结构中的作用力；5．根据其结构特点推测高岭石具有什么性质。
三. 简答题：1.晶体中的结构缺陷按几何尺寸可分为哪几类？2.什么是负扩散？3．烧结初期的特征是什么？4.硅酸盐晶体的分类原则是什么？5.烧结推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移？6.相变的含义是什么？从热力学角度来划分，相变可以分为哪几类？四. 出下列缺陷反应式：1.NaCl形成肖特基缺陷；2.AgI形成弗仑克尔缺陷（Ag+进入间隙）；3.TiO2掺入到Nb2O3中，请写出二个合理的方程，并判断可能成立的方程是哪一种？再写出每个方程的固溶体的化学式。
4.NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体五. 表面力的存在使固体表面处于高能量状态，然而，能量愈高系统愈不稳定，那么固体是通过何种方式降低其过剩的表面能以达到热力学稳定状态的。
六.粒径为1μ的球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al2O3起了反应，计算完全反应的时间：⑴用杨德方程计算；⑵用金斯特林格方程计算。
七.请分析熔体结构中负离子团的堆积方式、聚合度及对称性等与玻璃形成之关系。
八.试从结构和能量的观点解释为什么D晶界>D晶内？九.试分析二次再结晶过程对材料性能有何影响？工艺上如何防止或延缓二次再结晶的发生？十.图3是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：1．写出点P，R，S的成分；2．设有2kgP，问需要多少何种成分的合金Z才可混熔成6kg成分为R的合金。
武汉理工大学考研习题及答案--材料科学基础科目
习题 31．试述石英晶体、石英熔体、Na2O•2SiO2熔体结构和性质上的区别。
2．某熔体粘度在727℃时是108泊，1156℃时是104泊，要获得粘度为107泊的熔体，要加热到什么温度?3．在Na2O—SiO2系统及RO—SiO2系统中随着SiO2含量的增加，熔体的粘度将升高而表面张力则降低，说明原因。
4．说明在一定温度下同组成的玻璃比晶体具有较高的内能及晶体具有一定的熔点而玻璃体没有固定熔点的原因。
5．某窗玻璃含14Na2O－14CaO－72SiO2(重量百分数)，求非桥氧百分数。
6．网络外体(如Na2O)加到SiO2熔体中，使氧硅比增加，当O/Si≈2.5～3时，即达到形成玻璃的极限，O/Si>3时，则不能形成玻璃，为什么?7．按照在形成氧化物玻璃中的作用，把下列氧化物分为网络变体，中间体和网络形成体：SiO2，Na2O，B2O3，CaO，Al2O3，P2O5，K2O，BaO。
8．以B203为例解释具有混合键氧化物容易形成玻璃的原因。
9．试述微晶学说与无规则网络学说的主要观点，并比较两种学说在解释玻璃结构上的共同点和分歧。
10．什么是硼反常现象? 为什么会产生这些现象?11．已知石英玻璃的密度为2.3g/cm3，假定玻璃中原子尺寸与晶体SiO2相同，试计算该玻璃的原于堆积系数是多少?12．根据教材的T—T—T曲线，计算A、B、C三种物质的临界冷却速度，哪一种物质易形成玻璃?哪一种难形成玻璃?41 ．什么叫表面张力和表面能? 在固态下和液态下这两者有何差别?2 ．一般说来，同一种物质，其固体的表面能要比液体的表面能大，试说明原因。
3 ．什么叫吸附、粘附? 当用焊锡来焊接铜丝时，用锉刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象。
4 ．方镁石的表面能为1000尔格/cm2，如果密度为3.68克/cm3，求将其粉碎为1u颗粒时，每克需能量多少卡?5 ．试说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因。
武汉理工大学材料科学基础各章节例题及答案
第二章晶体结构【例2-1】计算MgO和GaAs晶体中离子键成分的多少。
【解】查元素电负性数据得，则，，，MgO离子键％＝GaAs离子键％＝由此可见，MgO晶体的化学键以离子键为主，而GaAs则是典型的共价键晶体。
【提示】除了以离子键、共价键结合为主的混合键晶体外，还有以共价键、分子间键结合为主的混合键晶体。
且两种类型的键独立地存在。
如，大多数气体分子以共价键结合，在低温下形成的晶体则依靠分子间键结合在一起。
石墨的层状单元内共价结合，层间则类似于分子间键。
正是由于结合键的性质不同，才形成了材料结构和性质等方面的差异。
从而也满足了工程方面的不同需要。
【例2-2】 NaCl和MgO晶体同属于NaCl型结构，但MgO的熔点为2800℃, NaC1仅为80l℃，请通过晶格能计算说明这种差别的原因。
【解】根据：晶格能（1）NaCl晶体：N0＝6.023×1023 个/mol，A＝1.7476，z1＝z2＝1，e＝1.6×10－19 库仑，，r0＝＝＝0.110＋0.172＝0.282nm＝2.82×10－10 m，m/F，计算，得：EL＝752.48 kJ/mol （2）MgO晶体：N0＝6.023×1023 个/mol，A＝1.7476，z1＝z2＝2，e＝1.6×10－19库仑，r0＝＝0.080＋0.132＝0.212 nm＝2.12×10－10 m，m/F，计算，得：EL＝3922.06 kJ/mol则：MgO晶体的晶格能远大于NaC1晶体的晶格能，即相应MgO的熔点也远高于NaC1的熔点。
【例2-3】根据最紧密堆积原理，空间利用率越高，结构越稳定，但是金刚石的空间利用率很低，只有34.01%，为什么它也很稳定？【解】最紧密堆积的原理只适用于离子晶体，而金刚石为原子晶体，由于C-C共价键很强，且晶体是在高温和极大的静压力下结晶形成，因而熔点高，硬度达，很稳定。
武汉理工大学材料科学基础(第2版)课后习题和答案
武汉理工大学材料科学基础(第2版)课后习题和答案第一章绪论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/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。
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？第二章晶体结构1、解释下列概念晶系、晶胞、晶胞参数、空间点阵、米勒指数、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、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；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：与[210]，与[112]，与[111]，与[236]，与[111]，与[121]，，，，[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，O2-半径为，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％)，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，测得它的密度为克/厘米3，求它的晶胞体积。
【2024版】武汉理工大学材料科学基础真题
解：(1)几何条件满足，b12+b22=3a2/2，b32=a2满足能量 条件，反应可以进行 （2）几何条件满足，b12=a2/2，b22+b32=a2/3满足能量条 件，反应可以进行
3. 假设某面心立方晶体可以开动的滑移系为(11`1)、 [011] ，请回答： 1) 给出滑移位错的单位位错柏氏矢量； 2）若滑移位错为纯刃位错，请指出其位错线方向；若滑 移位错为纯螺位错，其位错线方向又如何？
答：（ 1 ）单位位错的柏氏矢量 （ 2 ）纯刃位错的位错线方向与 b 垂直，且位于滑 移面上， 为[`21`1] ；纯螺位错的位错线与 b 平行， 为 [011]。
4. 试计算 BCC 晶体最密排面的堆积密度。(2006)
答： BCC 密排面为｛ 110 ｝面，其面积为： ｛ 110 ｝ 面上被原子占据的面积为（两个原子）：
（2） % 57 50 100% 66.7%
57 46.5
10、在Al单晶中，（111）面上有一位错b1=a/2[10`1] ， (11`1)面上另一位错b2=a/2[011] 。若两位错发生反 应，请绘出新位错，并判断其性质。
解：新位错为b3=a/2[110] ，位错线为 （111）面与 (11`1) 面的交线[`110] 。两者垂直，因此是刃型位 错。
5.70g
• cm3
8、一个FCC晶体在[`123]方向在2MPa正应力下屈服，已 测得开动的滑移系是(111)[`101]，请确定使该滑移系开动 的分切应力τ。
解：
s cos cos
cos
[123] [111]
| [123] | | [111] |
4 14
0.617 3
cos
1、在面心立方晶体中，分别画出(101) 、[10`1] 、(`1`1`1)、 [`110]和(111)、[0`11]，指出哪些是滑移面、滑移方向，并 就图中情况分析它们能否构成滑移系？若外力方向为
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材料科学基础习题1 ．固体硫有两种晶型 ( 单斜硫、斜方硫 ) ，因此硫系统可能有四个相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题。
2 ．图（ 1 ）是具有多晶转变的某物质的相图，其中线是熔体的蒸发曲线。
是晶型 I 的升华曲线；是晶型的升华曲线；是晶型Ⅲ的升华曲线，回答下列问题：(1) 在图中标明各相的相区，并把图中各无变点的平衡特征用式子表示出来。
(2) 系统中哪种晶型为稳定相 ? 那种晶型为介稳相 ?(3) 各晶型之间的转变是单向转变还是双向转变 ?3 ．在2系统相图中，找出两个可逆多晶转变和两个不可逆多晶转变的例子。
4 ．根据2O3—2 系统相图说明：(1) 铝硅质耐火材料，硅砖 ( 含 2>98 ％ ) 、粘土砖 ( 含 2O3 35 ～50 ％) 、高铝砖 ( 含 2O3 60 ～ 90 ％ ) 、刚玉砖 ( 含2O3>90 ％ ) 内，各有哪些主要的晶相。
(2) 为了保持较高的耐火度，在生产硅砖时应注意什么 ?(3) 若耐火材料出现 40 ％液相便软化不能使用，试计算含 40() 2O3的粘土砖的最高使用温度。
5 ．在 2系统与 2O32系统中2的液相线都很陡，为什么在硅砖中可掺人约 2 ％的作矿化剂而不会降低硅砖的耐火度，但在硅砖中却要严格防止原料中混入 2O3 否则会使硅砖耐火度大大下降。
6 ．加热粘土矿物高岭石(2O3· 22· 2H2O) 至600 ℃时，高岭石分解为水蒸气和2O3·22，继续加热到1595 ℃时会发生什么变化？在这温度下长时间保温达到平衡，系统的相组成如何？当系统生成 40 ％液相时，应达到什么温度？在什么温度下该粘土完全熔融 ?7 ．图（２）是最简单的三元系统投影图，图中等温线从高温到低温的次序是 t 6 >t 5 >t 4 >t 3 >t 2 >t 1 根据此投影图回答：(1) 三个组分 A 、 B 、 C 熔点的高低次序是怎样排列的。
(2) 各液相面下降的陡势如何 ? 那一个最陡 ? 那一个最平坦 ?(3) 指出组成为 65 ％ A ， 15 ％ B ， 20 ％ C 的系统的相组成点，此系统在什么温度下开始结晶 ? 结晶过程怎样 ? （表明液、固相组成点的变化及结晶过程各阶段中发生的变化过程）。
(4) 计算第一次析晶过程析出晶相的百分数是多少 ? 第二次析晶过程结束时，系统的相组成如何 ? 结晶结束时系统的相组成又如何 ?8 ．图 (3) 为生成二个一致熔融二元化合物的三元系统，据图回答下列问题：(1) 可将其划分为几个简单的三元系统 ?(2) 标出图中各边界及相区界线上温度下降方向，(3) 判断各无变量点的性质，并将它们的平衡特征式子表示出来。
9 ．图 (４) 是生成一致熔融二元化合物 () 的三元系统投影图。
设有组成为： A ： 35 ％， B ： 35 ％， C ： 30 ％的熔体，试确定其在图中的位置。
冷却时该熔体在何温度下开始析出晶体。
10 ．如图(5) 三元系统相图，根据相图回答下列问题：1 ．在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；2 ．判断化合物 D 、 M 的性质；3 ．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；4 ．写出组成点 G 在完全平衡条件下的冷却结晶过程；5 ．写出组成点 H 在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。
11 ．根据图(6) 回答下列问题：(1) 说明化合物 S1 、 S2 的性质；(2) 在图中划分分三元系统及用箭头指示出各界线的温度下降方向及性质；(3) 指出各无变点的性质并写出各点的平衡关系；(4) 写出 1 、 3 组成的熔体的冷却结晶过程 ( 表明液、固相组成点的变化及结晶过程各阶段系统中发生的变化过程 ) 。
并总结判断结晶产物和结晶过程结束点的规律；(5) 计算熔体 l 结晶结束时各相百分含量，若在第三次结晶过程开始前将其急冷却 ( 这时液相凝固成为玻璃相 ) 各相的百分含量又如何 ?( 用线段表示即可 ) ；(6) 加热组成 2 的三元混合物将于哪一点温度开始出现液相 ? 在该温度下生成的最大液相量是多少 ? 在什么温度下完全熔融 ? 写出它的加热过程。
12 ．下图为具有化合物生成的三元系统相图，根据此三元系统相图解答下列问题(1)判断各化合物的性质；(2) 用箭头表示相区界线温度变化方向及界线性质；(3) 划分副三角形，并写出各三元无变量点的平衡过程及性质；(4) 用规范化写法写出 M 点对应组分的平衡结晶过程；(5) N 点对应的三元组成点加热时在那一点温度下开始出现？哪一点温度下完全熔化？13 ．根据图(7) 回答下列问题：(1) 用箭头标出各界线的温度下降方向及性质；(2) 指出各无变点的性质，并写出其平衡关系；(3) 写出熔体 M 的结晶过程，说明液相离开 R 点的原因；(4) 画出、二元系统相图。
14 ．比较各种三元无变量点 ( 低共熔点，双升点，双降点，过渡点和多晶转变点 ) 的特点。
写出它们的相平衡关系。
15 ．对课本的 2O302系统和 K2O —2O32 系统相图划分副三角形。
16 ．参看 2O302 系统相图，回答下列问题：(1) 组成为 66 ％， 26 ％ 02 ， 8 ％ 2O3 ，即书中 3 点的水泥配料将于什么温度开始出现液相 ? 这时生成的最大液相量是多少 ( 根据详 6 图 212A4 部分系统计算 ) 。
(2) 为了得到较高的 C2S 含量，题 (1) 组成的水泥烧成后急冷好，还是缓冷让其充分结晶好 ?(3) 欲得到题(1) 组成的水泥，若只用高岭土和石灰石(2O3·202·2H20 和 3) 配料，能否得到该水泥的组成点 ? 为什么 ? 若不能，需要加入何种原料 ? 并计算出所需各种原料的百分含量。
17 ．根据 22 系统相图回答：(1) 组成为 13 ％ 2O ， 13 ％， 74 ％ 2 玻璃配合料将于什么温度熔化 ? 在什么温度完全熔融 ?(2) 上面组成的玻璃，当加热到1050 ℃，1000 ℃，900 ℃，800 ℃时，可能会析出什么晶体 ?(3) 2S6晶体加热时是否会不一致熔化 ? 分解出什么晶体，熔化温度如何 ?18 ．在陶瓷生产中一般出现 35 ％液相就足以使瓷坯玻化。
而当液相达到 45 ％时，将使瓷坯变形，成为过烧。
根据课本 2O32具体计算含 10 ％偏高岭， 90 ％偏滑石的配料的烧成温度范围。
19 ．计算含 50 ％高岭石， 30 ％长石， 20 ％石英的一个瓷器配方在1250 ℃ 烧成达到平衡时的相组成及各相的相对量。
20 ．根据课本图 K202O32 系统相图。
如果要使瓷器中仅含有40 ％莫来石晶相及 60 ％的玻璃相、原料中应含 K2O 若干 ? 若仅从长石石中获得， K2O 原料中长石的配比应是多少 ?21 ．高铝水泥的配料通常选择在相区范围内，生产时常烧至熔融后冷却制得，高铝水泥主要矿物，而C2 没有水硬性，因此希望水泥中不含 C2 。
这样在相区内应取什么范围的配料才好，为什么 ( 注意生产时不可能完全平衡．而会出现独立结晶过程 )?复习提纲(1) 基本概念：相图、自由度、组元数与独立组元数、吉布斯向律、杠杆规则、初晶区规则、三角形规则、背向线规则、切线规则；(2)掌握相图的表示方法，包括单元系统相图、二元系统相图、三元系统相图；对于单元系统相图，要求掌握点、线、区间的性质，会写无变量点的平衡式子；对于二元系统相图，要求掌握点、线、区间的性质，会写无变量点的平衡式子，掌握冷却结晶过程的分析以及过程量的计算；对于三元系统相图，要求掌握点、线、区间的性质，会写无变量点的平衡式子，掌握冷却结晶过程的分析以及过程量的计算。
图（1）图（2）图（3）图（4）图（5）图（6）图（7）图（8）61 ．解释并区分下列概念：(1) 稳定扩散与不稳定扩散；(2) 本征扩散与非本征扩散；(3）自扩散与互扩散；(4) 扩散系数与扩散通量。
2 ．浓度差会引起扩散，扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行 ? 为什么 ?3 ．当锌向铜内扩散时，已知在x点处锌的含量为 2.5×1017个锌原子3， 300 ℃时每分钟每2要扩散60个锌原子，求与x 点相距2处锌原子的浓度。
（已知锌在铜内的扩散体系中D0=0.34×10-14m2／s ； 4.5／）4 ．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1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(0.365),1000 ℃时碳的扩散系数为3×10-1m2／s ，求每分钟内因扩散通过单位晶胞的碳原子数是多少 ?5 ．在恒定源条件下820 ℃时，刚经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 ?6 ．在不稳定扩散条件下 800 时，在钢中渗碳 100 分钟可得到合适厚度的渗碳层，若在 1000 时要得到同样厚度的渗碳层，需要多少时间（D0=2.4×10-12m2／；D1000 ℃ =3×10-11m2／） ?7 ．在制造硅半导体器体中，常使硼扩散到硅单晶中，若在1600K 温度下，保持硼在硅单晶表面的浓度恒定(恒定源半无限扩散)，要求距表面10-3 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 ℃=8×10-122；当时，）？8 ．2+在中扩散时，563 ℃时的扩散系数为3×10-142;450 ℃时的扩散系数为1.0×10-142 ，求：(1）扩散的活化能和D0；(2）750 ℃时的扩散系数。
9 ．实验册的不同温度下碳在钛中的扩散系数分别为2×10-92(736 ℃) 、5×10-92(782 ℃) 、1.3×10-82(838 ℃)。
(a) 请判断该实验结果是否符合，(b) 请计算扩散活化能（℃），并求出在500 ℃时碳的扩散系数。
10 ．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2.00×10-10(-19100)和1.00×10-4(-38200) ，是求晶界扩散系数和体积扩散系数分别在什么温度范围内占优势？11 ．假定碳在α(体心立方)和γ（面心立方)中的扩散系数分别为：Dα=0.0079[-83600()2 ；Dγ=0.21[-141284()2计算 800 ? C 时各自的扩散系数并解释其差别。