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】

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材料科学基础(第2版)石德珂-第5章材料的相结构及相图

第五章材料的相结构与相图
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

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。

石德珂《材料科学基础》配套题库-名校考研真题(高分子材料的结构)【圣才出品】

4.作为塑料使用的高分子，在室温使用应处在（ A．高弹态 B．玻璃态 C．黏流态
1/3
）。[上海交通大学 2007 研]
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【答案】B
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5．聚乙烯高分子材料中 C-H 化学键属于（ A．氢键 B．离子键 C．共价健【答案】C
3/3
）。[华中科技大学 2007 研]
6．最难以形成非晶态结构的是（）。[上海交通大学 2005 研] A．陶瓷 B．金属 C．聚合物【答案】B
7．高分子材料是否具有柔顺性主要决定于（研]
A．主链链节 B．侧基 C．侧基内的官能团或原子【答案】A
）的运动能力。[华中科技大学 2007
8．高分子材料存在丌同构象的主要原因是主链上的碳原子可以（学 2005 研]
三、名词解释热塑性和热固性高分子材料 [吉林大学 2010 研] 答：高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶黏剂和高分子基复合材料等。高分子材料按其性能可分为热塑性和热固性高分子材料，其中，热塑性高分子材料可溶、可熔；热固性高分子材料丌溶、丌熔。利用加热和溶解的方法可将热固性和热塑性材料分辨出来，常用的识别高分子材料的简便方法有经验法、燃烧法、溶解法、仪器分析法等。
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第 3 章高分子材料的结构
பைடு நூலகம்
一、选择题
1．高分子的主链结构对单键内旋转有重要影响。下列最易单键内旋转的主链结构是（）。[上海交通大学 2006 研]
A．Si-O 键 B．C-C 键 C．C-O 键【答案】A
2．高分子非晶态的无规线团模型中，分子链总和在溶液中一样，呈无规线团状，线团之间是无规则缠结，在分子链间存在额外空隙，即所谓的自由体积。高分子非晶态中（）。 [浙江大学 2006 研]

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。

石德珂材料科学选择题

《材料科学基础》选择题第一章材料结构的基本知识1、原子结合健中 B 的键的本质是相同的A 、金属键与离子键B 、氢键与范德瓦尔斯键C 、离子键与共价键2、钨、钼熔点很高，其结合键是 A 的混合键A 、金属键和离子键B 、金属键和共价键C 、离子键和共价键3、MgO 、Al2O3等的结合键是 C 的混合键A 、金属键和离子键B 、金属键和共价键C 、离子键和共价键4、工程材料的强度与结合键有一定的联系，结合键能高的其强度也 A 些。

A 、高B 、低5、激活能反应材料结构转变 B 的大小；A 、动力B 、阻力6、材料处于能量最低状态称为 A ；A 、稳态结构B 、亚稳态结构7、一般而言，晶态结构的能量比非晶态要 B ；A 、高B 、低C 、相等第二章材料的晶体结构1. 氯化铯（CsCl ）为有序体心立方结构，它属于 CA 、体心立方B 、面心立方C 、简单立方点阵；2. 理想密排六方结构金属的c/a 为 BA 、B 、2(2/3)1/2； C 、2/33. 对面心立方晶体而言，表面能最低的晶面是 cA 、 (100);B 、(110)，C 、(111)；D 、(121)4. 下列四个六方晶系的晶面指数中，哪一个是错误的： CA 、(1322)；B 、(0112)；C 、(0312) ；D 、(3122)5. 面心立方结构的铝中，每个铝原子在本层（111）面上的原子配位数为 BA 、12；B 、6；C 、4；D 、36. 简单立方晶体的致密度为 CA 、100%B 、65%C 、52%D 、58%7. 立方晶体中（110）和（211）面同属 D 晶带A 、[110]B 、[100]C 、[211]D 、[111]8. 立方晶体中（111）和（101）面同属 D 晶带A 、[111]B 、[010]C 、[011]D 、]011[9.原子排列最密的一族晶面其面间距A、最小B、最大10.六方晶系中和(1121)晶面等同的晶面是 AA、(1211)面；B、(1112)面；C、(1211)面；D、(2111)面11.配位数是指晶体结构中： BA、每个原子周围的原子数；B、每个原子周围最邻近的原子数；C、每个原子周围的相同原子数；D、每个原子周围最邻近的和次近邻的原子数之和12.密排六方与面心立方均属密排结构，他们的不同点是： DA、晶胞选取方式不同；B、原子配位数不同；C、密排面上，原子排列方式不同；D、原子密排面的堆垛方式不同13.在立方晶系中，与(101)、(111)同属一晶带的晶面是： dA、(110); Bb、(011); C、(110); D、(010)14.TiC与NaCl具有相同的晶体结构，但它们不属于同一类中间相，这是因为： DA、TiC是陶瓷，NaCl是盐；B、NaCl符合正常化合价规律，TiC不符合正常化合价规律；C、TiC中电子浓度高，D、NaCl的致密度高15.立方晶体中（110）和（310）面同属 D 晶带A、[110]B、[100]C、[310]D、[001]16.14种布拉菲点阵： AA、按其对称性分类，可归结为七大晶系；B、按其点阵常数分类，可归结为七大晶系；C、按阵点所在位置分类，可归结为七大晶系D；、按其几何形状分类，可归结为七大晶系17.与（113）和（112）同属一晶带的有： CA、(112),B、(221)C、(110)D、(211)18.引入空间点阵概念是为了： CA、描述原子在晶胞中的位置，B、描述晶体的对称性，C、描述晶体结构周期性，D、同时描述晶体结构周期性和对称性19.有A、B两晶体，下面几种说法中正确的是 C ；A、所属空间点阵相同，则此两晶体的结构相同；B、晶体结构相同，它们所属空间点阵可能不同；C、晶体结构不同，它们所属空间点阵必然不同；D、所属空间点阵不同，晶体结构可能相同20.体心立方晶体中间隙半径比面心立方中的小，但BCC的致密度却比FCC低，这是因为： DA、BCC中原子半径小，B、BCC中的密排方向<111>上原子排列比FCC密排方向上的原子排列松散，C、BCC中的原子密排面{110}的数量太少，D、BCC中的原子配位数比FCC中原子配位数低21.组成固溶体的两组元完全互溶的必要条件是： BA、两组元的电子浓度相同，B、两组元的晶体结构相同，C、两组元的原子半径相同，D、两组元的电负性相同，22.晶体结构和空间点阵的相互关系 CA、空间点阵的每一阵点代表晶体中的一个原子；B、每一种空间点阵代表唯一的一种晶体结构；C、晶体结构一定，它所属的空间点阵也唯一地被确定；D、每一种晶体结构可以用不同的空间点阵表示23.晶体中配位数和致密度之间地关系是 AA、配位数越大，致密度越大；B、配位数越小，致密度越大；C、配位数越大，致密度越小，D、两者之间无直接联系24.离子晶体和纯金属晶体各有配位数的概念，两者的含义： CA、完全相同，B、不同，离子晶体的配位数是指最近邻的同号离子数，而纯金属晶体的配位数是指最近邻的原子数，C、不同，离子晶体的配位数是指最近邻的异号离子数，而纯金属晶体的配位数是指最近邻的原子数，D、不同，离子晶体的配位数是指最近邻的异号离子数，而纯金属晶体的配位数是指最近临和次近邻的原子数之和25.在离子晶体中 BA、阳离子半径大于阴离子半径；B、阴离子半径大于阳离子半径；C、阳离子半径与阴离子半径相等；D、阳离子半径可以大于阴离子半径；也可以小于阴离子半径；26.硅酸根四面体中的氧离子 CA、只属于一个硅酸根四面体；B、可以被多个硅酸根四面体共用；C、只能被两个硅酸根四面体共用；D、可以被四个硅酸根四面体共用第三章高分子材料的结构1.已知聚氯乙烯的平均相对分子质量是27500，则其平均聚合度是（A ）。

石德珂《材料科学基础》配套题库-名校考研真题(固体材料的电子结构与物理性能)【圣才出品】

Ex
，代入上式，得： Ey
jx eEx (ne pn ) ， jy eEy (ne pn ) eB(nevex pnvnx )
将 vex eEx，vnx =n Ex 代入上式得： jy eEy (ne pn ) eBEx (ne2 pn2 )
因此有：
Ey
pn2 pn
ne2 ne
BEx
由
jx
的的表达式获得
3500cm2/Vs，空穴的迁移率为 1400cm2/Vs，问电子电流在该样品中的总电流中所占的
比例为多少？提示：（a）在稳定状态下，载流子的漂移速度 v 不电场 E 之间的绝对值之比
v 称为载流子的迁移率。当浓度为 n 的载流子在电场 E 和磁场 B 中运动时，稳定状态 E
下其电流密度为 j ne(E v B) ；（b）在存在纵向电场的情况下，求出使横向电流消失的横向电场。[南京大学 2003 研]
2008 研] 答：（1）n 型半导体是指本征半导体 Si 或 Ge 中加入少量 VA 族的 P 或 As 或 Sb 等元
素后所形成的半导体。（2）p 型半导体是指在本征半导体 Si 或 Ge 中加入少量ⅢA 族的 B 或 Al 或 Ga 或 In
等元素后所形成的半导体。（3）n 型半导体的载流子包括施主电子、本征电子及等量的本征空穴，故其电子浓度
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第 9 章固体材料的电子结构与物理性能
一、选择题
1．爱因斯坦模型和德拜模型对于比热问题而言，由于采用的近似条件丌同，因而适用的范围也没，实际上，（）。[浙江大学 2007 研]
A．爱因斯坦模型特别描述的是声学声子的贡献，德拜近似更适用于低温 B．爱因斯坦模型特别描述的是光学声子的贡献，德拜近似更适用于高温 C．爱因斯坦模型特别描述的是光学声子的贡献，德拜近似更适用于低温【答案】C

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。

石德珂《材料科学基础》配套题库-章节题库(材料概论)【圣才出品】

第10章材料概论
一、判断题
金属材料是晶体，即金属原子在整个空间都是按一定的几何规律成周期性重复排列的。

（）
【答案】×
【解析】金属在固态下一般都是晶体。

二、简答题
1．何谓塑料？何谓橡胶？两者在室温时的力学性能有何显著差别？
答：塑料是指室温下处于玻璃态的高分子材料。

橡胶是指室温下处于高弹态的高分子材料。

室温下，塑料的硬度较高，但其脆性较大，容易脆性断裂，弹性较低；橡胶的硬度较低，但脆性较小，不易断裂，弹性较高容易发生弹性变形。

2．何谓陶瓷？从组织结构的角度解释其主要性能特点。

答：陶瓷主要是由无机非金属作为基体组分组成的。

以共价键或离子键为主，在共价键结合的陶瓷中，原子之间是通过共用电子对形式进行键合的，具有方向性和饱和性，且键能相当高，陶瓷主要是由高硬度高脆性的特殊氧化物、碳化物、氮化物等化合物为主要组成相的一类材料。

由于这些化合物中的结合键以共价键或离子键为主，键合力稳定并且很强，故陶瓷材料具有熔点高，热膨胀系数小，硬度高，抗氧化、耐腐蚀，高温强度高，良好的光学特性和绝缘性等特性；但由于烧结及制备工艺等原因，陶瓷材料中难免存在气孔或微裂纹，故陶瓷材料的脆性大，强度低且易存在缺陷。

三、计算题
1 / 2
在制造Al2O3陶瓷材料时，原料粉末的粒度为2μm。

在烧结温度下保温30分钟，测得晶粒尺寸为10μm，则在同一烧结温度下保温2小时后，晶粒尺寸为多少μm？为抑制晶粒生长在原料粉末中加入0.2％MgO，并在同样的烧结温度下保温2小时，则晶粒尺寸为多少μm？
解：d1=20μm（D2=kt）；d2=16μm（D3=kt）。

2 / 2。

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

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
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%
1 T1
)
exp
1.5 1018 1.38 1023
( 1 1 ) 293 1123
exp 274
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
1.791022
g
/
个
1cm3的原子
数为
： 9.58g / cm3 1.791022 g /
个
5.351022 个
/
cm3
CV
ne N
Aexp EV kT
ln
3.6 1023 106 / cm3 5.351022 / cm3
8.31J
EV / mol 1073K
EV 106192J / mol
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。
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

石德珂《材料科学基础》配套题库-章节题库(固体材料的电子结构与物理性能)【圣才出品】

第9章固体材料的电子结构与物理性能一、简答题1．简明解释为什么晶格中两个电子可以由吸引作用而形成库柏对。

答：电子间通过交换格波声子而产生间接的相互作用，例如波矢为的电子发射一个波矢为的声子被散射到波矢为的状态，第二个电子本来的波矢为，吸收了第一个电子发射的声子进入波矢为的状态。

另一过程是第一个电子吸收一个由第二个电子发射的波矢为的声子而由k1散射到第二个电子则从散射到，按照量子理论，如果能量差是声子角频率），则相互作用能为负，即电子间具有净的吸引作用而形成库柏对。

显然，只有在费密面附近的是德拜角频率）范围内的电子才能满足上述条件。

2．（1）写出固体热导率的定义和公式。

（2）指出传导热流的元激发。

（3）指出在低温和高温下热导率对温度的依赖关系，并描述在这两个区间内的主要物理过程。

答：（1）固体热导率的定义为：单位温度梯度所引起的热量流密度，即式中的系数k，在非金属固体热导率的表示式为式中，c为固体热容；为声子的平均速度；l为声子的平均自由程。

（2）传导热流的元激发为声子。

（3）对于金属，其热导率通常由晶格热导率k a（由声子贡献）及电子热导率k e（由自由电子贡献）两部分所组成，即式中，以典型值代入后得因此，典型金属的热导率主要由自由电子贡献，即式中，le为电子平均自由程，依赖于电子-声子散射过程。

所以式中，为温度为T时的平均声子数。

在高温区：，则，所以，，与温度无关。

在低温区：，则，所以，在极低温区：声子数很少，主要是杂质散射，是杂质密度）与t无关，所以3．示意画出n型半导体电导率随温度的变化曲线，并用能带理论定性解释上述曲线。

答：（1）如图9-1所示。

图9-1（2）n型半导体中的载流子包括掺杂的施主电子及本征半导体固有的电子和空穴，但施主电子跃迁所需克服的能垒E d小于本征电子和空穴跃迁所需克服的能垒E g/2。

①温度较低时，本征电子和空穴的热激活跃迁几率很小，而施主电子跃迁几率较大且随温度升高而呈指数增大，此时电导率主要由掺杂的施主电子提供。

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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。

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。
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

石德珂材料科学简答题

《材料科学基础》简答题第一章材料结构的基本知识1、说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义。

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、说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。

答：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。

3、说明离子键、共价键、分子键和金属键的特点。

答：离子键、共价键、分子键和金属键都是指固体中原子(离子或分子)间结合方式或作用力。

离子键是由电离能很小、易失去电子的金属原子与电子亲合能大的非金属原于相互作用时，产生电子得失而形成的离子固体的结合方式。

共价键是由相邻原子共有其价电子来获得稳态电子结构的结合方式。

分子键是由分子(或原子)中电荷的极化现象所产生的弱引力结合的结合方式。

当大量金属原子的价电子脱离所属原子而形成自由电子时，由金属的正离子与自由电子间的静电引力使金属原子结合起来的方式为金属键。

4、原子中的电子按照什么规律排列答：原子核周围的电子按照四个量子数的规定从低能到高能依次排列在不同的量于状态下，同一原子中电子的四个量子数不可能完全相等。

第二章材料的晶体结构1、在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标。

6个面心构成一个正八面体，指出这个八面体各个表面的晶面指数、各个棱边和对角线的晶向指数。

解八面体中的晶面和晶向指数如图所示。

图中A、B、C、D、E、F为立方晶胞中6个表面的面心，由它们构成的正八面体其表面和棱边两两互相平行。

ABF面平行CDE面，其晶面指数为(111)；ABE面平行CDF面，其晶面指数为(111)；ADF面平行BCE面，其晶面指数为(111)；ADE 面平行BCF 面，其晶面指数为(111)。

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第 2 章材料中的晶体结构
一、选择题 1．三斜、正交、四方晶系对应的的棱边长度关系是（）。 A．（ a b c , 09 ），（ a b c, 90 ），（ a b c, 90 ) B．（ a b c, 90 ），（ a b c, 90 ），（ a b c, 90 ） C．（ a b c, 09 ），（ a bc , 09 ），（ a b x, 90 ）【答案】A
7．常见的金属晶体有三种结构：______、______、______。【答案】bcc；fcc；hcp 8．图 2-1（a）、（b）为立方晶系的晶格示意图，在图（a）中，AHED 为______晶面， AHFC 为______晶面，BHF 为______晶面；在图（b）中，KLF 为______晶面，FIJ 为______ 晶面，OB 为______晶向。
三、判断题 1．在正交晶系中（011）面是平行于 a 轴的晶面。（）【答案】√ 【解析】正交晶系的特征对称性决定了它的三个晶轴基向量长度丌等、叏向相互直交，其晶胞参数具有 a≠b≠c，α＝β＝γ＝90°的特征。
2．在密排六方晶体中，
都是属于
同一个晶面族。（）
【答案】×
【解析】在密排六方晶体中若用三指数表示法，则
A．Zn、Al、Sn 三种无素的原子半径相近 B．这三种中间相的电子浓度相同 C．Zn、Al、Sn 三种元素的电负性相近 D．Zn、Al、Sn 三种元素的晶体结构相同【答案】B
7．指出下列四个六方晶系的晶面指数中，错误的是（）。 A．（132 ） B．( 0 112 ) C．( 03 12 ) D．（ 3 122 ）【答案】C
二、填空题 1．晶胞是。【答案】能充分反映整个晶体结构特征的最小结构单元

石德珂材料科学填空题

《材料科学基础》填空题第一章材料结构的基本知识1. 原子核外电子的分布与四个量子数有关，且服从下述两个基本原理：泡利不相容原理和最低能量原理2. 原子结合键中一次键（强健）有离子键、共价键、金属键；二次键（弱健）有范德瓦尔斯键、氢键、离子晶体和原子晶体硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。

3. 金属晶体导电性、导热性、延展性好，熔点较高。

4. 能量最低的结构称为稳态结构或平衡态结构，能量相对较高的结构则称为亚稳态结构；5. 材料的稳态结构与亚稳态结构由热力学条件和动力学条件共同决定；第二章材料的晶体结构1、晶体结构中基元就是化学组成相同、空间结构相同、排列取向相同、周围环境相同的基本单元;2、简单立方晶胞中（100）、（110）、（111）晶面中，面间距最小的是（111）面，最大的是（100）面；3、晶面族{100}包含（100）（010）（001）及平行（001）（010）（100）等晶面；4、（100），（210），（110），（2ī0）等构成以[001]为晶带轴的晶带；（01ī），（0ī1），（10ī），（1ī0）等构成以[111] 为晶带轴的晶带； 5、晶体宏观对称元素只有 1，2，3，4，6，1，m ，4等8种是基本的6、金属中常见的晶体结构有面心立方、体心立方、密排六方三种；7、金属密堆积结构中的间隙有四面体间隙和八面体间隙两种类型8、面心立方晶体中１个晶胞内有４个八面体间隙，８个四面体间隙。

9、陶瓷材料是以离子键、共价键以及离子键和共价键的混合键结合在一起；10、硅酸盐的基本结构单元是硅酸根四面体；11、SiO 2中主要化学键为共价键与离子键；12、硅酸盐几种主要结构单元是岛状结构单元、双四面体结构单元、环状结构单元以及链状结构单元、层状结构单元；13、离子晶体中决定正负离子堆积方式的两因数是：电荷大小，满足电中性；正负离子的相对大小；14、陶瓷材料的组成相有玻璃相、气相和结晶相15、上图为离子晶体中稳定和不稳定的配位图形，图为不稳定配位图形第三章高分子材料的结构1. 1. 按照聚合物热行为可将聚合物分为_热固性塑料_和______热塑性塑料____两类。

石德珂5(二元相图)

金属晶体中肖脱基空位与弗兰克尔空位
离子晶体空位对
2）为了保持电中性，离子间数量不等的臵换会在晶体内部形成点缺陷
ZrO2中添加CaO，当Ca 2置换Zr 4同时，在Ca 2＋附近形成一氧离子空缺
3）若此类化合物中存在变价离子，当其电价改变时，也会在晶体内产生空位
方铁矿FeO中，部分Fe2被氧化成Fe3 , 为维持电中性晶体中产生阳离子空缺
例题4 根据下表所给之值，确定哪一种金属可以作为溶质原子与钛形成溶解度较大的固溶体：
Ti Be Al V Cr hcp hcp fcc bcc bcc a 0.295nm a 0.228nm a 0.404nm a 0.304nm a 0.288nm
金属原子一般形成臵换固溶体，臵换固溶体之固溶度的大小，主要取决于晶体结构类型、原子尺寸和化学亲和力等因素。 (a)V、Cr与Ti的晶体结构不同，所以一般溶解度较小； (b)Be与Ti的晶体结构相同，但原子半径相差太大，所以固溶度也不大； (c)Al与Ti的晶体结构相近，均为密排结构(从密排面角度看)，且原子半径非常接近(Ti原子半径0.147nm， Al原子半径0.143nm)，二者化学亲和力也很小，所以Al在Ti中有较大的固溶度。
4 固熔体中溶质原子的偏聚与有序
固熔体中溶质原子分布示意图
二
中
间
相
例题1：试从晶体结构角度，说明间隙固溶体、间隙相及间隙化合物之间得区别
(a)溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固熔体称为间隙固熔体。形成间隙固熔体的溶质原子通常是原子半径小于0.1nm的非金属元素，如H,B,C等。间隙固熔体保持溶剂的晶体结构，其成分可在一定的固溶度极限值内波动，不能够用分子式表示。 (b) 间隙相和间隙化合物是原子尺寸因素占主导因素的中间相，它们显然也是原子半径较小的非金属元素占据晶格的间隙，然而间隙相、间隙化合物的晶格与组成它们的任一组元晶格都不相同。它们的成分可在一定范围内波动，但是组成它们的组元大致都具有一定的原子组成比，可以用化学分子式表示。当 rB/rA <0.59时，通常形成间隙相，其结构为简单晶体结构，具有极高的熔点和硬度；当 rB/rA 》0.59时，则形成间隙化合物，其结构为复杂的晶体结构。

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。

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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。