山大材料科学基础考研
山东大学材料科学基础考研试卷3
综合题一：材料的结构1 谈谈你对材料学科和材料科学的认识。
2 金属键与其它结合键有何不同，如何解释金属的某些特性？3 说明空间点阵、晶体结构、晶胞三者之间的关系。
4 晶向指数和晶面指数的标定有何不同？其中有何须注意的问题？5 画出三种典型晶胞结构示意图，其表示符号、原子数、配位数、致密度各是什么？6 碳原子易进入α-铁，还是β-铁，如何解释？7 研究晶体缺陷有何意义？8 点缺陷主要有几种？为何说点缺陷是热力学平衡的缺陷？9 位错概念是在什么背景下提出的？其易动性是如何实现的？10 试述位错的性质。
11 试述博士矢量的意义。
12 与位错有关的三个力的表达式各是什么？简述其求解原理。
13 柯氏气团是如何形成的？它对材料行为有何影响？14 晶体中的界面有何共性？它对材料行为有何影响？综合题二：凝固、相结构与相图1 简述合金相的分类，固溶体与纯金属相比，有何结构、性能特点？2 固溶体与纯金属的结晶有何异同？3 试述匀晶系不平衡结晶的过程（平均成分线的形成、两种偏析）4 分析共晶系合金典型的不平衡结晶组织及其形成原因。
5 试述含碳量对平衡组织和性能的影响（相含量、形态的变化）。
6说明三元相图的水平截面、垂直截面及投影图的应用。
7 分析两种合金平衡冷却过程，指出其室温组织。
8 指出Fe-Fe3C相图中适合锻造、铸造、冷塑变、热处理加工的成分范围，说明原因。
9 什么是过冷？为何说过冷是凝固的必要条件？10分析界面结构和温度梯度对晶体生长形态的影响。
11根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。
12 判断不同温度下晶核半径与自由能变化关系曲线。
13 画图说明成分过冷的形成，成分过冷对晶体生长形状有何影响？14 常见的铸锭缺陷有哪些？15 液态金属凝固时需要过冷，那么固态金属熔化时是否需要过热？为什么？16 谈谈你所了解的凝固新技术及其应用。
综合题三：扩散、塑变与再结晶1 可不可以说扩散定律实际上只有一个，为什么？2 渗碳为什么在奥氏体中而不在铁素体中进行？3 在研究纯铁渗碳时，通常假定渗碳气氛的渗碳能力足以使奥氏体的溶碳量达到饱和，且渗碳开始工件表面可迅速获得一个恒定的表面浓度C S, 此浓度在整个过程中维持不变。
山大材料科学基础考研第五章
扩散: 由于热运动而导致原子(分子)在介 质中迁移的现象.
微观: 热激活的原子通过自身热振动克服 束缚而迁移它处的过程.
宏观: 原子无序跃迁的统计结果.
主要研究内容:
扩散速率及其宏观规律; 扩散微观机理—扩散中原子的具体迁移方式.
2020/1/19
第五章 材料中的扩散
c t0
c0
x
c( x, t ) c0 (cs c0 )[1 erf ( 2
)] Dt
—扩散第二方程特解,式中:
erf ( x ) 2 Dt
—误差函数
适用条件: 半无限长棒
2020/1/19
第五章 材料中的扩散
12
§5.1 扩散定律及其应用
设为渗碳层深度(表面至给定浓度c*的距离),
设: 原子振动频率为; 具有跃迁条件的原子几率为
exp(-Gm/kT); 原子发生跃迁跳到邻近位置的几率 为z; 邻近位置中可接收扩散原子的位置的几率为
则原P子; 跃迁频率为:
zP exp( Gm )
kT
a. 间隙扩散: P≈1
2020/1/19
D 1 fa2 1 fa2 z exp( Sm )exp( Hm )
式中:
2020/1/19
M 0 cdx
第五章 材料中的扩散
样品表面单位面积 上Au198涂覆量.
11
§5.1 扩散定律及其应用
3) 恒定源扩散—扩散过程中工件表面浓度始 终为恒定值cs菲克第二定律(一维)
扩散方程在渗碳过程中的应用误差函数解
边界条件: c x0 cs
初始条件:
2020/1/19
第五章 材料中的扩散
山东大学材料科学基础考研试卷4
一名词解释1 空间点阵2 合金3 离异共晶4 奥氏体5 反偏析6 滑移系7 柏氏矢量8 柯氏气团9 动态再结晶10 交滑移11 晶胞12 不平衡共晶31 相14 成分过冷15 异质形核16 置换固溶体17 不全位错18 位错反应19反应扩散20 热加工21 晶体结构22 伪共晶23 相律24 间隙固溶体25 枝晶偏析26 晶胞27 全位错28 铃木气团29 冷加工30 复滑移二问答题1说明各种原子结合键(五种键)的形成和本质，画出其示意图。
比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料在结合键上的差别。
画图说明固溶体中溶质原子的偏聚、有序、无序等分布状态，并说明其形成过程。
2 根据回复与再结晶的有关原理，画图说明一块纯锡板被子弹击穿后，弹孔周围晶粒尺寸的分布情况。
3画图表示位错与第二相粒子的作用机制？4 画图说明金属熔液过冷度和形核率之间的关系，并解释其原因。
5从能量角度说明上坡扩散的可行性以及应力引起上坡扩散的原因。
6 如下图所示，已知位错环ABCD的柏氏矢量为b, 切应力为 ，问：（1）位错环的各边分别是什么位错？（2）设想在晶体中怎样才能得到这个位错？（3）在图中切应力的作用下，位错环将如何运动？7 试述固态相变的特点。
说明过饱和Al-Cu合金各脱溶析出相的形态和结构特征，画出各析出相的析出动力学曲线。
画图说明调幅分解发生的能量条件。
8 试述晶粒大小对金属室温强度和塑性、韧性的影响。
9 共晶系中二元合金在不平衡结晶条件下将产生什么组织，分析其形成条件、形成过程和组织特征。
10 对钨板在1100℃、锡板在室温进行加工变形，它们的组织、性能变化有何异同？11 在一个简单立方晶胞内画出一个（110）晶面和一个[112]晶向。
12 如何根据一根位错线的柏氏矢量来判断其所导致的晶体滑移的方向和大小？13 在什么条件下可在三元相图的垂直截面中判断四相反应类型？如何判断？14 根据下图，用组织组成物填写各区，说明合金1在不平衡冷却条件下可能得到什么组织？1m e nαA B% → B15位错的线张力可表示为T＝αGb2, 求一曲率半径为R、柏氏矢量为b的位错保持弯曲平衡所需的切应力。
2020年山东大学860材料科学基础考研初试考试大纲
2020年山东大学考研专业课初试考试大纲
860材料科学基础考试大纲
一、考试目的
《材料科学基础》是材料学科专业硕士研究生的入学专业基础考试课程。
本课程着重讲述材料的微观组织与性能之间的关系，重在掌握基本概念及其应用，强调晶体材料中的共性基础问题，对于理解现有材料和开发新材料都具有重要的指导意义。
本课程考试的目的是考查学生对《材料科学基础》基本理论的掌握程度以及应用基本理论分析材料问题的能力。
二、考试要求
本课程满分150分，考试时间180分钟，闭卷笔试。
包括概念、选择、填空、判断正误、计算和分析论述等不同形式的题目。
考生需要携带铅笔、直尺、计算器。
三、考试内容
（一）晶体结构
1. 原子的结合方式
2. 晶体学基础
1）空间点阵与晶体结构
2）晶胞
3）布拉菲点阵
4）晶向指数与晶面指数
3. 典型晶体结构及其几何特征
4. 多晶型性
（二）晶体缺陷
1. 点缺陷
1）点缺陷的类型
2）点缺陷的平衡浓度
3）点缺陷的产生及其运动
1。
山大材料科学基础考研第二章
组成：AB或A2B(AB2)两种.
2019/9/22
第二章 固体中的相结构
ZnS
15
§2.2 金属间化合物—电子化合物
形成：ⅠB或过渡族金属元素与ⅡB,ⅢA,ⅣA族 金属元素构成,电子浓度起主要作用,不 符合原子价规则.
间隙固溶体的强化效果高于置换固溶体，前者 产生柯氏气团,后者主要靠有序强化.
溶质和溶剂原子尺寸相差越大,固溶强化越显著; 固溶度越小,固溶强化效果越强.
物理、化学性能改变
2019/9/22
第二章 固体中的相结构
13
§2.2 金属间化合物
金属间化合物:由金属与金属或金属与类金 属元素之间形成的化合物,也称为中间相.
组成：原子半径较小(小于0.1nm)的非金属元 素溶入金属晶体的间隙。
影响因素：原子半径和溶剂结构。 溶解度：一般都很小,只能形成有限固溶体.
如:C在-Fe中的最大溶解度2.11%;在-Fe中的
最大溶解度仅为0.0218%.
2019/9/22
第二章 固体中的相结构
10
§2.1 固溶体—有序固溶体
按溶质原子分布不同,可分为: 无序固溶体、有序固溶体
置换固溶体
间隙固溶体
2019/9/22
第二章 固体中的相结构
5
摩尔分数x大于50% 的组元为溶剂,小于
§2.1 固溶体—置换固50溶%的体组元为溶质.
置换固溶体：溶质原子位于晶格点阵位 置的固溶体。
有限置换固溶体 无限置换固溶体
无限置换固溶体中两组元素原子置换示意图
材料科学基础
2019.9
山大材料科学基础考研第二章
12
§2.1 固溶体—固溶体的性能
• 点阵常数改变
• 产生固溶强化
• 现象:固溶体的强度和硬度高于纯组元,塑性则较低.
• 固溶强化:由于溶质原子的溶入而引起的强化效应.
• 特点及规律:
• 间隙固溶体的强化效果高于置换固溶体，前者产生柯氏气团,后者主要靠 有序强化.
• 溶质和溶剂原子尺寸相差越大,固溶强化越显著; • 固溶度越小,固溶强化效果越强.
• 电负性、电子浓度、原子尺寸
2021/1/17
第二章 固体中的相结构
14
§2.2 金属间化合物—正常价化合物
• 形成:金属元素+ⅤA,ⅥA,VIIA族元素构成,电 负性差起主要作用,对AmBn有: mec=n(8-eA).
• 键型：随电负性差的减小，分别形成离子键、 共价键、金属键; 电负性差越大,稳定性越高.
～570,000 ～150,000 200,000～500,000
2021/1/17 硅酸盐的基第本二章结固构体单中的元相结构
双重的四 面体单元 (Si2O7)6-
27
§2.3 陶瓷晶体相—硅酸盐陶 瓷
硅酸盐陶瓷的结构分类
2021/1/17
第二章 固体中的相结构
28
§2.3 陶瓷晶体相—硅酸盐陶瓷
• 链状硅酸盐：Si-O团共顶连接成一维结构，又含单链和双链两类。
2021/1/17
第二章 固体中的相结构
10
§2.1 固溶体—有序固溶体
有序固溶体:溶质原子呈完全有序分布的固溶体.
• 分布状态取决于同类原子和异类原子间结合力 的相对大小:
• 偏聚:同类原子间结合能大于异类原子间结合能; • 有序:同类原子间结合能小于异类原子间结合能.
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影响因素：原子半径和溶剂结构。 溶解度：一般都很小,只能形成有限固溶体.
如:C在-Fe中的最大溶解度2.11%;在-Fe中的
最大溶解度仅为0.0218%.
2020/6/14
第二章 固体中的相结构
10
§2.1 固溶体—有序固溶体
键型：金属键(金属－金属). 组成：电子浓度对应晶体结构，可用化学式表
示. 可形成以化合物为基的固溶体. 有明显的金属特性.
2020/6/14
第二章 固体中的相结构
16
§2.2金属间化合物—间隙化合物
形成：过渡族元素+原子半径很小的非金属元 素,尺寸因素起主要作用。
结构：
由非金属原子半径/过渡族金属原子半径(RX/RM)确定; a. 简单间隙化合物(间隙相)： (RX/RM)<0.59, 金属原子呈
材料科学基础
2010.9
第二章 固体中的相结构
主要内容
固溶体 金属间化合物 陶瓷晶体相 玻璃相 分子相
2020/6/14
第二章 固体中的相结构
2
第二章 固体中的相结构
组元：组成材料最基本、独立的物质。
组元可以是纯元素(金属或非金属)也可以是 化合物；
材料可以是单组元的，也可由多组元组成。
第二章 固体中的相结构
11
§2.1 固溶体—有序固溶体
有序固溶体有确定的化学成分
Cu-Au合金:
有序化: 有序固溶体
加热
无序固溶体
冷却
有序化温度:有序化临界转变温度.
2020/6/14
第二章 固体中的相结构
12
§2.1 固溶体—固溶体的性能
点阵常数改变
产生固溶强化
现象:固溶体的强度和硬度高于纯组元,塑性则较低. 固溶强化:由于溶质原子的溶入而引起的强化效应. 特点及规律:
限溶解度,摩尔分数).
特点:固溶体具有溶剂组元的点阵类型,
晶格常数稍有变化. 晶格与固溶体相同的组元为溶剂;其他组元为溶
质.
2020/6/14
第二章 固体中的相结构
4
§2.1 固溶体—什么是固熔体?
固溶体的分类:
按溶质原子位置不同,可分为: 置换固溶体、间隙固溶体
按固溶具有同一聚集状态、同一晶 体结构和性质并以界面隔开的均匀 组成部分。
分类：固溶体、中间相(金属间化合物)。
2020/6/14
第二章 固体中的相结构
3
§2.1 固溶体—什么是固熔体?
固溶体:固态下一种组元(溶质)溶解在另
一种组元(溶剂)中形成的新相.
固溶度:溶质原子在溶剂中的最大含量(极
按溶质原子分布不同,可分为: 无序固溶体、有序固溶体
置换固溶体
间隙固溶体
2020/6/14
第二章 固体中的相结构
5
摩尔分数x大于50% 的组元为溶剂,小于
§2.1 固溶体—置换固50% 溶的体组元为溶质.
置换固溶体：溶质原子位于晶格点阵位 置的固溶体。
有限置换固溶体 无限置换固溶体
无限置换固溶体中两组元素原子置换示意图
有序固溶体:溶质原子呈完全有序分布的固溶体. 分布状态取决于同类原子和异类原子间结合力
的相对大小:
偏聚:同类原子间结合能大于异类原子间结合能; 有序:同类原子间结合能小于异类原子间结合能.
2020/6/14
部完偏分完全聚有全有:序无A序-:序:有A全:原基部子本达 序到间分不有结布存序合在分能短布大距微状于观态 离—A小不长-范均B程原围匀有子内序间存,结原子 在达合—到能短一程定有原序子分数
2020/6/14
第二章 固体中的相结构
6
§2.1 固溶体—置换固溶体
置换固溶体的溶解度(表2-1):
部分合金元素在铁中的溶解度(质量分数)
元素 V Cr Mn Co Ni
晶体结构 体心立方 体心立方 面心立方(-Mn) 面心立方 面心立方
电负性 1.63 1.66 1.55 1.88 1.91
间隙固溶体的强化效果高于置换固溶体，前者 产生柯氏气团,后者主要靠有序强化.
溶质和溶剂原子尺寸相差越大,固溶强化越显著; 固溶度越小,固溶强化效果越强.
物理、化学性能改变
2020/6/14
第二章 固体中的相结构
13
§2.2 金属间化合物
金属间化合物:由金属与金属或金属与类金 属元素之间形成的化合物,也称为中间相.
2020/6/14
第二章 固体中的相结构
8
§2.1 固溶体—置换固溶体
b. 晶体结构因素
结构相同，溶解度大，有可能形成无限固溶体;
c. 电负性因素
电负性:从其他原子夺取电子而成为负离子的能力; 电负性差越小，越易形成固溶体，溶解度越大;
d. 电子浓度因素
电子浓度:合金中两组元价电子总数(e)与其原子总 数之比;
-Fe 1.4 12.8 100 100 100
-Fe 100 100 ～3 76 ～10
2020/6/14
第二章 固体中的相结构
7
§2.1 固溶体—置换固溶体
影响置换固溶体溶解度的因素:
a. 原子尺寸因素 原子尺寸差越小，越易形成置换固溶体， 且溶解度越大。△r=(rA-rB)/rA,当△r<15% 时，有利于大量互溶。
键型：随电负性差的减小，分别形成离子键、 共价键、金属键; 电负性差越大,稳定性越高.
组成：AB或A2B(AB2)两种.
2020/6/14
第二章 固体中的相结构
ZnS
15
§2.2 金属间化合物—电子化合物
形成：ⅠB或过渡族金属元素与ⅡB,ⅢA,ⅣA族 金属元素构成,电子浓度起主要作用,不 符合原子价规则.
分类：
正常价化合物—符合原子价规则的化合物. 电子化合物(电子相)—电子浓度起主要作用,不
符合原子价规则. 间隙化合物—尺寸因素起主要作用.
主要影响因素:
电负性、电子浓度、原子尺寸
2020/6/14
第二章 固体中的相结构
14
§2.2 金属间化合物—正常价化合物
形成:金属元素+ⅤA,ⅥA,VIIA族元素构成,电 负性差起主要作用,对AmBn有: mec=n(8-eA).
电子浓度e/a越大，溶解度越小。 e/a有一极限值，超过该值后固溶体不稳定,形成新
相.极限值与溶剂晶体结构有关,一价面心立方金 属为1.36，一价体心立方金属为1.48.
2020/6/14
第二章 固体中的相结构
9
§2.1 固溶体—间隙固溶体
间隙固溶体:溶质原子分布于溶剂晶格间 隙而形成的固溶体。