材料科学基础教程及习题
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 材料科学中，材料的基本组成单元是（）。
A. 分子B. 原子C. 离子D. 电子答案：B2. 金属的塑性变形主要是通过（）来实现的。
A. 弹性变形B. 位错运动C. 相变D. 断裂答案：B3. 在材料科学中，硬度的定义是（）。
A. 材料抵抗变形的能力B. 材料抵抗磨损的能力C. 材料抵抗压缩的能力D. 材料抵抗拉伸的能力答案：B4. 材料的热处理过程中，淬火的主要目的是（）。
A. 提高硬度B. 增加韧性C. 减少变形D. 提高导电性答案：A5. 以下哪种材料不属于复合材料？A. 碳纤维增强塑料B. 钢筋混凝土C. 不锈钢D. 玻璃钢答案：C二、填空题（每空1分，共20分）1. 材料的强度是指材料在受到______作用时，抵抗______的能力。
答案：外力；破坏2. 材料的断裂韧性是指材料在______条件下，抵抗______的能力。
答案：裂纹存在；断裂3. 材料的疲劳是指材料在______作用下，经过______循环后发生断裂的现象。
答案：交变应力；多次4. 材料的导热性是指材料在______条件下，抵抗______的能力。
答案：温度梯度；热量传递5. 材料的电导率是指材料在单位电场强度下，单位时间内通过单位面积的______。
答案：电荷量三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述材料的弹性模量和屈服强度的区别。
答案：弹性模量是指材料在弹性范围内，应力与应变的比值，反映了材料抵抗形变的能力。
屈服强度是指材料在受到外力作用下，从弹性变形过渡到塑性变形时的应力值，反映了材料抵抗塑性变形的能力。
2. 描述材料的疲劳破坏过程。
答案：材料的疲劳破坏过程通常包括三个阶段：裂纹的萌生、裂纹的扩展和最终断裂。
在交变应力作用下，材料内部的微裂纹逐渐扩展，当裂纹扩展到一定程度，材料无法承受继续增加的应力时，就会发生断裂。
3. 什么是材料的热处理？请列举几种常见的热处理方法。
材料科学基础经典习题及答案
第一章 材料科学基础1.作图表示立方晶体的()()()421,210,123晶面及[][][]346,112,021晶向。
2.在六方晶体中，绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001等。
3.写出立方晶体中晶面族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等价晶面。
4.镁的原子堆积密度和所有hcp 金属一样，为0.74。
试求镁单位晶胞的体积。
已知Mg 的密度3Mg/m 74.1=mg ρ，相对原子质量为24.31，原子半径r=0.161nm 。
5.当CN=6时+Na 离子半径为0.097nm ，试问：1) 当CN=4时，其半径为多少？2) 当CN=8时，其半径为多少？6. 试问：在铜（fcc,a=0.361nm ）的<100>方向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>方向,原子的线密度为多少？7.镍为面心立方结构，其原子半径为nm 1246.0=Ni r 。
试确定在镍的（100），（110）及（111）平面上12mm 中各有多少个原子。
8. 石英()2SiO 的密度为2.653Mg/m 。
试问： 1) 13m 中有多少个硅原子（与氧原子）？2) 当硅与氧的半径分别为0.038nm 与0.114nm 时，其堆积密度为多少（假设原子是球形的）？9.在800℃时1010个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移动，而在900℃时910个原子中则只有一个原子，试求其激活能（J/原子）。
10.若将一块铁加热至850℃，然后快速冷却到20℃。
试计算处理前后空位数应增加多少倍（设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J ）。
11.设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD 平行于晶体的上、下底面。
若该滑移面上有一正方形位错环，如果位错环的各段分别与滑移面各边平行，其柏氏矢量b ∥AB 。
1) 有人认为“此位错环运动移出晶体后，滑移面上产生的滑移台阶应为4个b ,试问这种看法是否正确？为什么？2)指出位错环上各段位错线的类型，并画出位错运动出晶体后，滑移方向及滑移量。
材料科学基础习题与参考答案(doc 14页)(优质版)
第一章材料的结构一、解释以下基本概念空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、第二相强化。
二、填空题1、材料的键合方式有四类，分别是（），（），（），（）。
2、金属原子的特点是最外层电子数（），且与原子核引力（），因此这些电子极容易脱离原子核的束缚而变成（）。
3、我们把原子在物质内部呈（）排列的固体物质称为晶体，晶体物质具有以下三个特点，分别是（），（），（）。
4、三种常见的金属晶格分别为（），（）和（）。
5、体心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有体心立方晶格的常见金属有（）。
6、面心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有面心立方晶格的常见金属有（）。
7、密排六方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），具有密排六方晶格的常见金属有（）。
8、合金的相结构分为两大类，分别是（）和（）。
9、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为（）和（），按照固溶度分为（）和（），按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为（）和（）。
10、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有（）、（）、（）、（）。
11、金属化合物（中间相）分为以下四类，分别是（），（），（），（）。
12、金属化合物（中间相）的性能特点是：熔点（）、硬度（）、脆性（），因此在合金中不作为（）相，而是少量存在起到第二相（）作用。
13、CuZn、Cu5Zn8、Cu3Sn的电子浓度分别为（），（），（）。
14、如果用M表示金属，用X表示非金属，间隙相的分子式可以写成如下四种形式，分别是（），（），（），（）。
(完整版)材料科学基础习题及答案
第一章材料的结构一、解释以下基本概念空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、第二相强化.二、填空题1、材料的键合方式有四类，分别是（），( )，（）,（）.2、金属原子的特点是最外层电子数（），且与原子核引力（），因此这些电子极容易脱离原子核的束缚而变成( ）。
3、我们把原子在物质内部呈( ）排列的固体物质称为晶体，晶体物质具有以下三个特点，分别是（）,（ )，（ ).4、三种常见的金属晶格分别为（）,( ）和（）.5、体心立方晶格中，晶胞原子数为（ ),原子半径与晶格常数的关系为( )，配位数是（）,致密度是( ）,密排晶向为（）,密排晶面为（ )，晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（ )，具有体心立方晶格的常见金属有（）。
6、面心立方晶格中，晶胞原子数为（ ),原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是( )，致密度是（），密排晶向为( )，密排晶面为（）,晶胞中八面体间隙个数为( )，四面体间隙个数为（），具有面心立方晶格的常见金属有（）。
7、密排六方晶格中,晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（ ),密排晶面为（），具有密排六方晶格的常见金属有( ）。
8、合金的相结构分为两大类，分别是（）和( ）。
9、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为（）和（）,按照固溶度分为（）和（），按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为（）和（）。
10、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有（）、（）、（）、（）。
11、金属化合物（中间相）分为以下四类，分别是( ），( ），( ），( )。
12、金属化合物(中间相）的性能特点是：熔点（）、硬度（ )、脆性（）,因此在合金中不作为（）相，而是少量存在起到第二相（）作用。
13、CuZn、Cu5Zn8、Cu3Sn的电子浓度分别为（），( )，( ）.14、如果用M表示金属，用X表示非金属，间隙相的分子式可以写成如下四种形式，分别是（ )，（），（ )，( ）.15、Fe3C的铁、碳原子比为（)，碳的重量百分数为（），它是( ）的主要强化相。
材料科学基础课后习题及参考答案
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由。
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（晶面指数）、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、（1）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；（2）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：（001）与[210]，（111）与[112]，（110）与[111]，（322）与[236]，（257）与[111]，（123）与[121]，（102），（112），（213），[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。
材料科学基础习题及参考答案
材料科学基础参考答案材料科学基础第一次作业1.举例说明各种结合键的特点。
⑴金属键：电子共有化，无饱和性，无方向性，趋于形成低能量的密堆结构，金属受力变形时不会破坏金属键，良好的延展性，一般具有良好的导电和导热性。
⑵离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合，以离子为结合单元，无方向性，无饱和性，正负离子静电引力强，熔点和硬度均较高。
常温时良好的绝缘性，高温熔融状态时，呈现离子导电性。
⑶共价键：有方向性和饱和性，原子共用电子对，配位数比较小，结合牢固，具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点，导电能力差。
⑷范德瓦耳斯力：无方向性，无饱和性，包括静电力、诱导力和色散力。
结合较弱。
⑸氢键：极性分子键，存在于HF，H2O，NF3有方向性和饱和性，键能介于化学键和范德瓦尔斯力之间。
2.在立方晶体系的晶胞图中画出以下晶面和晶向：（1 0 2）、（1 1 -2）、（-2 1 -3），[1 1 0],[1 1 -1],[1 -2 0]和[-3 2 1]。
(213)3. 写出六方晶系的{1 1 -20}，{1 0 -1 2}晶面族和<2 -1 -1 0>,<-1 0 1 1>晶向族中各等价晶面及等价晶向的具体指数。
{1120}的等价晶面：(1120)(2110)(1210)(1120)(2110)(1210){1012}的等价晶面：(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112) (1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)2110<>的等价晶向：[2110][1210][1120][2110][1210][1120]1011<>的等价晶向：[1011][1101][0111][0111][1101][1011][1011][1101][0111][0111][1101][1011]4立方点阵的某一晶面（hkl ）的面间距为M /，其中M 为一正整数，为晶格常数。
材料科学基础课后习题答案
材料科学基础课后习题答案材料科学基础课后习题答案第一章：晶体结构和晶体缺陷1. 什么是晶体？晶体的特点是什么？答：晶体是由有序排列的原子、离子或分子组成的固态材料。
晶体的特点包括有规则的、重复的、周期性的结构，具有明确的晶体面和晶面间角度。
2. 简述晶体中离子束缚以及普通共价键束缚的区别？答：晶体中离子束缚是指由电荷相反的离子通过电磁力相互吸引而形成的结合力，例如NaCl晶体。
普通共价键束缚是由共享电子对形成的，例如金刚石晶体。
离子束缚通常较为强烈，晶体具有高熔点和脆性；而共价键束缚相对较弱，晶体具有低熔点和韧性。
3. 什么是晶体缺陷？列举几种晶体缺陷并简要描述其影响。
答：晶体缺陷是指晶体中排列异常的原子、离子或分子。
常见的晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷指的是晶体中原子位置的缺失或替代，如空位、间隙原子和杂质原子；线缺陷是晶体中晶面上原子位置的错误，如位错和螺旋位错；面缺陷是指晶面之间的错配，如晶界和孪生界。
这些晶体缺陷会影响晶体的物理性质和力学性能。
4. 什么是晶体结构中的定义因素？它们的作用是什么？答：晶体结构中的定义因素包括晶胞和晶格参数。
晶胞是最小重复单元，由一定数量的晶体中的原子、离子或分子组成。
晶格参数描述晶胞的大小和形状。
晶胞和晶格参数共同定义了晶体的结构。
晶胞和晶格参数的作用是确定晶体的晶体面、晶面间角度以及晶体的物理性质。
5. 什么是晶格点？晶格点的种类有哪些？答：晶格点是位于晶体内部的原子、离子或分子的位置。
晶格点的种类包括普通晶格点、间隙晶格点和特殊晶格点。
普通晶格点是晶体中原子、离子或分子的晶格点，如AB型晶体中的A和B原子；间隙晶格点是晶体中没有原子、离子或分子的晶格点，如金刚石中的间隙晶格点；特殊晶格点是具有非普通晶格点性质的晶体中的晶格点，如晶体中的空位或杂质原子。
第二章：物质的结构与性能关系1. 简述晶体结构对物质性能的影响。
答：晶体结构直接影响物质的物理性质和化学性质。
《材料科学基础》习题与思考题
《材料科学基础教程》复习题与思考题一、选择与填空1-1下列组织中的哪一个可能不是亚稳态，即平衡态组织？a)马氏体+残余奥氏体b)上贝氏体c)铁素体+珠光体d)奥氏体+贝氏体1-2下列组织中的哪一个可能不是亚稳态？a) 铁碳合金中的马氏体b) 铁碳合金中的珠光体+铁素体c) 铝铜合金中的α+GPZ d) 铁碳合金中的奥氏体+贝氏体1-3单相固溶体在非平衡凝固过程中会形成成分偏析：a)若冷却速度越大，则成分偏析的倾向越大；b)若过冷度越大，则成分偏析的倾向越大；c)若两组元熔点相差越大，则成分偏析的倾向越小；d)若固相线和液相线距离越近，则成分偏析的倾向越小。
1-4有两要平等右螺旋位错，各自的能量都为E1，当它们无限靠近时，总能量为。
a) 2E1b) 0 c) 4E11-13两根具有反向柏氏矢量的刃型位错在一个原子面间隔的两个平行滑移面上相向运动以后，在相遇处。
a) 相互抵消b) 形成一排间隙原子c) 形成一排空位1-15位错运动方向处处垂直于位错线，在运动过程中是可变的，晶体做相对滑动的方向。
a) 随位错线运动方向而改变b) 始终是柏氏矢量方向c) 始终是外力方向1-16位错线张力是以单位长度位错线能量来表示，则一定长度位错的线张力具有量纲。
a) 长度的b) 力的c) 能量的1-17位错线上的割阶一般通过形成。
a) 位错的交割b) 共格界面c) 小角度晶界1-7位错上的割阶一般通过形成。
a) 孪生b) 位错的交滑移c) 位错的交割1-23刃形位错的割阶部分。
a) 为刃形位错b) 为螺形位错c) 为混合位错1-24面心立方晶体中Frank不全位错最通常的运动方式是。
a) 沿{111}面滑移b) 沿垂直于{111}的面滑移c) 沿{111}面攀移1-25位错塞积群的一个重要效应是在它的前端引起。
a）应力偏转b)应力松弛c)应力集中1-26面心立方晶体中关于Shcockley分位错的话，正确的是。
a) Shcockley分位错可以是刃型、螺型或混合型;b) 刃型Shcockley分位错能滑移和攀移;c) 螺型Shcockley分位错能交滑移。
《材料科学基础》习题及参考答案
形核功，还是可以成核的。
答案
(7)测定某纯金属铸件结晶时的最大过冷度，其实测
值与用公式ΔT=0.2Tm计算值基本一致。
答案
(8) 某些铸件结晶时，由于冷却较快，均匀形核率N1
提高，非均匀形核率N2也提高，故总的形核率为N=
N1 +N2。
答案
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53
(9) 若在过冷液体中，外加10 000颗形核剂，则结晶
❖ ②比较Cu-10% Sn合金铸件和Cu-30%合金铸件的铸造性能 及铸造组织，说明Cu-10% Sn合金铸件中有许多分散砂眼的 原因。
③ω(Sn}分别为2%，11%和15%的青铜合金，哪一种可进行 压力加工?哪种可利用铸造法来制造机件?
答案
返7回8
❖ 9.如下图所示，已知A，B，C三组元固态完全不互溶，质量 分数分别84%A,，10%B，10%C的O合金在冷却过程中将进 行二元共晶反应和三元共晶反应，在二元共晶反应开始时， 该合金液相成分(a点)为60%A，20%B，20%C，而三元共 晶反应开始时的液相成分(E点)为50%A，10%B，40%C。
答案
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6
❖ 6.位错受力后运动方向处处垂直于位错线，在运动
过程中是可变的，晶体作相对滑动的方向应是什么
方向？
答案
❖ 7.位错线上的割阶一般如何形成？
答案
❖ 8.界面能最低的界面是什么界面？
答案
❖ 9. “小角度晶界都是由刃型位错排成墙而构成的”这
种说法对吗？
答案
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7
三、综合题
❖ 1. 作图表示立方晶体的（123）（0 -1 -2） （421）晶面及[-102][-211][346]晶向。 答案
❖ 9. 在Fe中形成1mol 空位的能量为104. 67kJ，
材料科学基础习题及答案
材料科学基础习题及答案第⼀章习题1.原⼦中⼀个电⼦的空间位置和能量可⽤哪四个量⼦数来决定？2.在多电⼦的原⼦中，核外电⼦的排布应遵循哪些原则？3.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？性质如何递变？4.何谓同位素？为什么元素的相对原⼦质量不总为正整数？5.铬的原⼦序数为24，它共有四种同位素：4.31%的Cr原⼦含有26个中⼦，83.76%含有28个中⼦，9.55%含有29个中⼦，且2.38%含有30个中⼦。
试求铬的相对原⼦质量。
6.铜的原⼦序数为29，相对原⼦质量为63.54，它共有两种同位素Cu63和Cu65，试求两种铜的同位素之含量百分⽐。
7.锡的原⼦序数为50，除了4f亚层之外其它内部电⼦亚层均已填满。
试从原⼦结构⾓度来确定锡的价电⼦数。
8.铂的原⼦序数为78，它在5d亚层中只有9个电⼦，并且在5f层中没有电⼦，请问在Pt的6s亚层中有⼏个电⼦？9.已知某元素原⼦序数为32，根据原⼦的电⼦结构知识，试指出它属于哪个周期？哪个族？并判断其⾦属性强弱。
10.原⼦间的结合键共有⼏种？各⾃特点如何？11.图1-1绘出三类材料—⾦属、离⼦晶体和⾼分⼦材料之能量与距离关系曲线，试指出它们各代表何种材料。
12.已知Si的相对原⼦质量为28.09，若100g的Si中有5×1010个电⼦能⾃由运动，试计算：(a)能⾃由运动的电⼦占价电⼦总数的⽐例为多少？(b)必须破坏的共价键之⽐例为多少？13.S的化学⾏为有时象6价的元素，⽽有时却象4价元素。
试解释S这种⾏为的原因。
14.A和B元素之间键合中离⼦特性所占的百分⽐可近似的⽤下式表⽰：这⾥x A和x B分别为A和B元素的电负性值。
已知Ti、O、In和Sb的电负性分别为1.5，3.5，1.7和1.9，试计算TiO2和InSb的IC%。
15.Al2O3的密度为3.8g/cm3，试计算a)1mm3中存在多少原⼦？b)1g中含有多少原⼦？16.尽管HF的相对分⼦质量较低，请解释为什么HF的沸腾温度(19.4℃)要⽐HCl的沸腾温度(-85℃)17. ⾼分⼦链结构分为近程结构和远程结构。
材料科学基础(课后习题讲解)
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1-4 金属固态相变有哪些主要特征？那些因素构成相 变阻力？那些因素构成相变驱动力？
1. 金属固态相变有哪些主要特征 新相和母相间存在不同的界面（相界面特殊） 新相晶核与母相间的晶体学关系（有一定的位向关
系、存在惯习面） 相变阻力大（应变能的产生） 母相晶体缺陷的促进作用 易出现过渡相
当原始组织相同时，提高A化温度，延长保温时间，将 促进碳化物溶解，也会使C曲线右移。 4，塑性变形的影响
无论高温和低温塑性变形，均加速过冷A的转变。
原因：未经变形的A向P转变时仅在晶界形核，而变形后，
过冷A在等温转变时，可出现晶内形核。
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6-5 何谓淬火临界速度？如何用IT图进行估计？
• 淬火临界速度：保证过冷奥氏体不发生分解而全部得到马氏 体的最小冷却速度。
从 纵 轴 由 A1 开 始 作 冷 却 曲 线 与TTT图开始线相切，该冷却曲线 所代表的冷却速度VC´，可用下式 描述：
VC(A1TR)/ZR
考 虑 到 CCT 图 位 于 TTT 图 的右下方，将上式修正，即得
到近似的VC：
网）。
• 2.最终热处理:用于力学性能ຫໍສະໝຸດ 求不•高的普通零件。
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4-1 试说明钢中马氏体的晶体结构，马氏体的 正方度取决于什么？为何出现反常正方度？
1. 马氏体的晶体结构类型有两种： 体心立方结构（WC<0.2%） 体心正方结构（WC>0.2%）
（a）C原子在马氏体的晶胞中可能存在的位置； （b）C原子在马氏体的晶胞中一组扁八面体间隙位置可能存 在的情况；
板条马氏 体
片状 马氏
材料科学基础习题与答案
材料科学基础习题与答案材料科学基础习题与答案材料科学是一门研究材料的结构、性质和性能的学科，是现代工程技术的基础和支撑。
在学习这门学科的过程中，习题是不可或缺的一部分。
通过解答习题，我们能够更好地理解和掌握材料科学的基础知识。
下面将介绍一些常见的材料科学基础习题以及相应的答案。
一、材料的结构与性质1. 什么是晶体结构？答案：晶体结构是指由原子、离子或分子按一定的顺序和规则排列而成的固态物质的结构。
晶体结构的特点是具有长程有序性和周期性。
2. 什么是非晶体结构？答案：非晶体结构是指由原子、离子或分子按无规则排列而成的固态物质的结构。
非晶体结构的特点是缺乏长程有序性和周期性。
3. 金属的晶体结构有哪些？答案：金属的晶体结构主要有面心立方结构、体心立方结构和简单立方结构。
面心立方结构的特点是每个晶胞内有一个原子位于每个面的中心和每个边的中心，体心立方结构的特点是每个晶胞内有一个原子位于每个面的中心和每个体的中心，简单立方结构的特点是每个晶胞内只有一个原子位于每个角的中心。
4. 陶瓷的晶体结构有哪些？答案：陶瓷的晶体结构主要有离子晶体结构和共价晶体结构。
离子晶体结构的特点是由阳离子和阴离子按一定比例排列而成，共价晶体结构的特点是由共价键连接的原子或分子按一定的顺序排列而成。
5. 聚合物的晶体结构有哪些？答案：聚合物的晶体结构主要有单晶结构和非晶结构。
单晶结构的特点是聚合物链按一定的顺序排列而成，非晶结构的特点是聚合物链按无规则排列而成。
二、材料的性能与应用1. 什么是材料的力学性能？答案：材料的力学性能是指材料在外力作用下的变形和破坏行为。
包括强度、韧性、硬度、弹性模量等指标。
2. 什么是材料的热性能？答案：材料的热性能是指材料在高温下的稳定性和热传导性能。
包括热膨胀系数、热导率、热稳定性等指标。
3. 什么是材料的电性能？答案：材料的电性能是指材料在电场作用下的导电性和绝缘性能。
包括导电率、电阻率、介电常数等指标。
材料科学基础教程及习题
材料科学基础教程及习题目录第1章原子结构与键合 (1)1.1 原子结构 (1)1.2 原子间的键合 (2)1.3 高分子链 (3)本章重点复习 (4)第2章固体结构 (6)2.1 晶体学基础 (6)2.2 金属的晶体结构 (7)2.3 合金相结构 (9)2.4 离子晶体结构 (12)2.5 共价晶体结构 (14)2.6 聚合物的晶体结构 (14)2.7 非晶态结构 (16)本章重点复习 (17)第3章晶体缺陷 (20)3.1 点缺陷 (20)3.2 位错 (21)3.3 表面及界面 (23)本章重点复习 (27)第4章固体中原子及分子的运动 (30)4.1 表象理论 (30)4.2 扩散的热力学分析 (31)4.3 扩散的原子理论 (31)4.4 扩散激活能 (33)4.5 无规则行走与扩散距离 (33)本章重点复习 (33)第5章材料的形变和再结晶 (36)5.1 弹性和粘弹性 (36)5.2 晶体的塑性变形 (38)5.3 回复和再结晶 (44)5.4 高聚物的塑性变形 (48)本章重点复习 (48)第6章单组元相图及纯晶体凝固 (51)6.1 单元系相变的热力学及相平衡 (52)6.2 纯晶体的凝固 (53)本章重点复习 (54)第7章二元系相图及合金的凝固 (57)7.1 相图的表示和测定方法 (57)7.2 相图热力学的基本要点 (58)7.3 二元相图分析 (59)7.4 二元合金的凝固理论 (61)7.5 高分子合金概述 (63)本章重点复习 (65)第8章三元相图 (70)8.1 三元相图基础 (71)8.2 固态互不溶解的三元共晶相图 (74)8.3 固态有限互溶的三元共晶相图 (77)8.4 两个共晶型二元系和一个匀晶二元系构成的三元相图 (78) 8.5 包共晶型三元系相图 (79)8.6 具有四相平衡包晶转变的三元系相图 (79)8.7 形成稳定化合物的三元系相图 (80)8.8 三元相图举例 (81)8.9 三元相图小结 (83)本章重点复习 (85)第9章材料的亚稳态 (88)9.1纳米晶材料 (88)9.2 准晶态 (91)9.3 非晶态材料 (92)9.4 固态相变形成的亚稳相 (94)本章重点复习 (95)各章例题、习题以及解答 (97)第1章原子结构与键合 (97)第2章固体结构 (102)第3章晶体缺陷 (111)第4章固体中原子及分子的运动 (120)第5章材料的形变和再结晶 (128)第6章单组元相图及纯晶体凝固 (137)第7章二元系相图及合金的凝固 (141)第8章三元相图 (151)第9章材料的亚稳态 (159)第1章原子结构与键合材料是国民经济的物质基础。
材料科学基础课后习题及答案
第二章答案2-1略。
2-2（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求该晶面的晶面指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的晶面指数。
答：（1）h:k:l==3:2:1,∴该晶面的晶面指数为（321）；（2）h:k:l=3:2:1，∴该晶面的晶面指数为（321）。
2-3在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数：（001）与[]，（111）与[]，（）与[111]，（）与[236]，（257）与[]，（123）与[]，（102），（），（），[110]，[]，[]答：2-4定性描述晶体结构的参量有哪些定量描述晶体结构的参量又有哪些答：定性：对称轴、对称中心、晶系、点阵。
定量：晶胞参数。
2-5依据结合力的本质不同，晶体中的键合作用分为哪几类其特点是什么答：晶体中的键合作用可分为离子键、共价键、金属键、范德华键和氢键。
离子键的特点是没有方向性和饱和性，结合力很大。
共价键的特点是具有方向性和饱和性，结合力也很大。
金属键是没有方向性和饱和性的的共价键，结合力是离子间的静电库仑力。
范德华键是通过分子力而产生的键合，分子力很弱。
氢键是两个电负性较大的原子相结合形成的键，具有饱和性。
2-6等径球最紧密堆积的空隙有哪两种一个球的周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙答：等径球最紧密堆积有六方和面心立方紧密堆积两种，一个球的周围有8个四面体空隙、6个八面体空隙。
2-7n个等径球作最紧密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙不等径球是如何进行堆积的答：n个等径球作最紧密堆积时可形成n个八面体空隙、2n个四面体空隙。
不等径球体进行紧密堆积时，可以看成由大球按等径球体紧密堆积后，小球按其大小分别填充到其空隙中，稍大的小球填充八面体空隙，稍小的小球填充四面体空隙，形成不等径球体紧密堆积。
2-8写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
答：面心立方格子的单位平行六面体上所有结点为：（000）、（001）（100）（101）（110）（010）（011）（111）（0）（0）（0）（1）（1）（1）。
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目录第1章原子结构与键合 (1)1.1 原子结构 (1)1.2 原子间的键合 (2)1.3 高分子链 (3)本章重点复习 (4)第2章固体结构 (6)2.1 晶体学基础 (6)2.2 金属的晶体结构 (7)2.3 合金相结构 (9)2.4 离子晶体结构 (12)2.5 共价晶体结构 (14)2.6 聚合物的晶体结构 (14)2.7 非晶态结构 (16)本章重点复习 (17)第3章晶体缺陷 (20)3.1 点缺陷 (20)3.2 位错 (21)3.3 表面及界面 (23)本章重点复习 (27)第4章固体中原子及分子的运动 (30)4.1 表象理论 (30)4.2 扩散的热力学分析 (31)4.3 扩散的原子理论 (31)4.4 扩散激活能 (33)4.5 无规则行走与扩散距离 (33)本章重点复习 (33)第5章材料的形变和再结晶 (36)5.1 弹性和粘弹性 (36)5.2 晶体的塑性变形 (38)5.3 回复和再结晶 (44)5.4 高聚物的塑性变形 (48)本章重点复习 (48)第6章单组元相图及纯晶体凝固 (51)6.1 单元系相变的热力学及相平衡 (52)6.2 纯晶体的凝固 (53)本章重点复习 (54)第7章二元系相图及合金的凝固 (57)7.1 相图的表示和测定方法 (57)7.2 相图热力学的基本要点 (58)7.3 二元相图分析 (59)7.4 二元合金的凝固理论 (61)7.5 高分子合金概述 (63)本章重点复习 (65)第8章三元相图 (70)8.1 三元相图基础 (71)8.2 固态互不溶解的三元共晶相图 (74)8.3 固态有限互溶的三元共晶相图 (77)8.4 两个共晶型二元系和一个匀晶二元系构成的三元相图 (78)8.5 包共晶型三元系相图 (79)8.6 具有四相平衡包晶转变的三元系相图 (79)8.7 形成稳定化合物的三元系相图 (80)8.8 三元相图举例 (81)8.9 三元相图小结 (83)本章重点复习 (85)第9章材料的亚稳态 (88)9.1纳米晶材料 (88)9.2 准晶态 (91)9.3 非晶态材料 (92)9.4 固态相变形成的亚稳相 (94)本章重点复习 (95)各章例题、习题以及解答 (97)第1章原子结构与键合 (97)第2章固体结构 (102)第3章晶体缺陷 (111)第4章固体中原子及分子的运动 (120)第5章材料的形变和再结晶 (128)第6章单组元相图及纯晶体凝固 (137)第7章二元系相图及合金的凝固 (141)第8章三元相图 (151)第9章材料的亚稳态 (159)第1章原子结构与键合材料是国民经济的物质基础。
通过实践和研究表明：决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原子结构，原子间的相互作用、相互结合，原子或分子在空间的排列分布和运动规律以及原子集合体的形貌特征等。
为此我们需要了解材料的微观构造，即其内部结构和组织状态，以便从其内部的矛盾性找出改善和发展材料的途径。
1.1 原子结构1.1.1 物质的组成一切物质都是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。
这些微粒可能是分子、原子或离子。
原子结构直接影响原子间的结合方式。
1.1.2 原子的结构近代科学实验证明：原子是由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成的。
原子的体积很小，直径约为10-10m数量级，而其原子核直径更小，仅为10-15m数量级。
然而，原子的质量恰主要集中在原子核内。
因为每个质子和中子的质量大致为1.67×10-24g，而电子的质量约为9.11×10-28g，仅为质子的1/1836。
1.1.3 原子的电子结构描述原子中一个电子的空间位置和能量可用四个量子数表示。
多电子的原子中，核外电子的排布规律遵循三原则，即能量最低原理、Pauli不相容原理和Hund规则。
从内到外，依次为K壳层(n=1)，L壳层(n=2)，M壳层(n=3)。
1).主量子数n决定原子中电子能量以及与核的平均距离，即电子所处的量子壳层。
2).轨道角量子数l i给出电子在同一量子壳层内所处的能级（电子亚层）。
3).磁量子数m i给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。
4).自旋角量子数s i反映电子不同的自旋方向。
1.1.4 元素周期表具有相同核电荷数的同一类原子为一种元素。
元素周期表是元素周期律的具体表现形式，它反映了元素之间相互联系的规律，元素在周期表中的位置反映了那个元素的原子结构和一定的性质。
I A元素周期表OH II A金属非金属惰性气体过渡元素III A IV A V A VI A VII A HeLi Be B C N O F Ne Na Mg III B IV B V B VI B VII B VIII I B II B Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs MtCe Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb LuTh Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr图1.2 元素周期表1.2 原子间的键合1.2.1 金属键金属中的自由电子和金属正离子相互作用所构成键合称为金属键。
金属键的基本特点是电子的共有化。
金属键既无饱和性又无方向性，因而每个原子有可能同更多的原子相结合，并趋于形成低能量的密堆结构。
当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时，不至于使金属键破坏，这就使金属具有良好延展性，并且，由于自由电子的存在，金属一般都具有良好的导电和导热性能。
1.2.2 离子键大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合。
离子键键合的基本特点是以离子而不是以原子为结合单元。
一般离子晶体中正负离子静电引力较强，结合牢固。
因此。
其熔点和硬度均较高。
另外，在离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此，它们都是良好的电绝缘体。
但当处在高温熔融状态时，正负离子在外电场作用下可以自由运动，即呈现离子导电性。
1.2.3 共价键两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。
共价键键合的基本特点是核外电子云达到最大的重叠，形成“共用电子对”，有确定的方位，且配位数较小。
共价键在亚金属（碳、硅、锡、锗等）、聚合物和无机非金属材料中均占有重要地位。
共价键晶体中各个键之间都有确定的方位，配位数比较小。
共价键的结合极为牢固，故共价晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点。
共价形成的材料一般是绝缘体，其导电性能差。
1.2.4 范德华力属物理键，系一种次价键，没有方向性和饱和性。
比化学键的键能少1～2个数量级。
不同的高分子聚合物有不同的性能，分子间的范德华力不同是一个重要因素。
1.2.5 氢键是一种特殊的分子间作用力。
它是由氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子（O，F，N等）相结合而产生的具有比一般次价键大的键力，具有饱和性和方向性。
氢键在高分子材料中特别重要。
1.3 高分子链高分子结构包括高分子链结构和聚集态结构两方面。
链结构又分近程结构和远程结构。
近程结构属于化学结构，又称一级结构。
远程结构又称二级结构，是指单个高分子的大小和形态、链的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象。
如图：单个高分子的几种构象图。
1.3.1 高分子链的近程结构图1.6 单个高分子的几种构象图1、链结构单元的化学组成单体通过聚合反应连接而成的链状分子，称为高分子链，高分子中的重复结构单元的数目称为聚合度。
2、分子结构一般高分子都是线性的，分子链长可以蜷曲成团，也可以伸展成直线。
3、共聚物的结构由两种或两种以上单体单元所组成的高分子称为共聚物。
不同的共聚物结构，对材料性能的影响也各不相同。
4、高分子链的构型链的构型是指分子中由化学键所固定的几何排列，这种排列是稳定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。
构型不同的异构体有旋光异构和几何异构两种。
1.3.2 高分子链的远程结构1、高分子的大小高分子的相对分子质量不是均一的，它实际上是由结构相同、组成相同但相对分子质量大小不同的同系高分子的混合物聚集而成。
低聚物转向高分子时，强度有规律地增大。
但增长到一定的相对分子质量后，这种依赖性又变得不明显了，强度逐渐趋于一极限值。
2、高分子的内旋转构象单键是由δ电子组成，线型高分子链中含有成千上万个δ键。
由于分子上非键合原子之间的相互作用，内旋转一般是受阻的，即旋转时需要消耗一定的能量。
高分子链的内旋转也像低分子一样，因受链上的原子或基团的影响不是完全自由的。
它既表现出一定的柔性，又表现出一定的刚性。
3、影响高分子链柔性的主要因素高分子链能够改变其构象的性质称为柔性。
a.主链结构的影响：主链结构对高分子链的刚柔性的影响起决定性的作用。
b.取代基的影响：取代基团的极性、取代基沿分子链排布的距离、取代基在主链上的对称性和取代基的体积等对高分子链的柔性均有影响。
c.交联的影响当高分子之间以化学键交联起来时，交联点附近的单键内旋转便受到很大的阻碍。
本章重点复习内容提要：物质是由原子组成的，而原子是由位于原子中心的带正电的原子核和核外高速旋转带负电的电子所构成的。
在材料科学中，一般人们最关心的是原子结构中的电子结构。
电子在核外空间作高速旋转运动，就好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围，故形象地称它为电子云。
电子既具有粒子性又具有波动性，即具有二象性。
电子运动没有固定的轨道，但可根据电子的能量高低，用统计方法判断其在核外空间某一区域内出现的几率的大小。
根据量子力学理论，电子的状态是用波函数来描述的，原子中的一个电子的空间位置和能量可用四个量子数表示：(1) 主量子数n：决定原子中电子能量以及与核的平均距离，即表示电子所处的量子壳层；(2) 轨道角动量量子数li：给出电子在同一量子壳层内所处的能级（电子亚层）；(3) 磁量子数mi：给出每个轨道角动量数的能级数或轨道数；(4) 自旋角动量量子数si：反映电子不同的自旋方向；至于在多电子的原子中，核外电子的排布规律则遵循以下三个原则：(1) 能量最低原理：电子的排布总是先占据能量最低的内层，再由里向外进入能量较高的壳层，以尽可能使体系的能量最低；(2) Pauli不相容原理：在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子，主量子数为n的壳层，最多容纳2n2个电子；(3) Hund规则：在同一亚层中的各个能级中，电子的排布尽可能分占不同的能级，而且自旋的方向相同。