材料科學(xué)基礎(chǔ)作業(yè)

1、注意：習(xí)題按以下內(nèi)容結(jié)構(gòu)給出，加深理解本課程的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。緒論第一篇材料的原子結(jié)構(gòu)第一章材料的原子結(jié)構(gòu)第二篇 材料的晶體結(jié)構(gòu)與缺陷第二章材料的結(jié)構(gòu)第三章晶體結(jié)構(gòu)缺陷第七章 晶態(tài)固體材料中的界面第三篇材料的組織結(jié)構(gòu)第五章相平衡與相圖第四章晶態(tài)固體中的擴(kuò)散第六章材料的凝固-材料的制備工藝基礎(chǔ)理論材料的結(jié)構(gòu)相圖與相變【綜合習(xí)題】緒論一、填空題1、材料科學(xué)主要研究的核心問(wèn)題是 結(jié)構(gòu) 和 性能 的關(guān)系。材料的結(jié)構(gòu)是理解和控制性能的中心環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)的最微細(xì)水平是原子水平，第二個(gè)水平是 原子的排列方式，第三個(gè)水平是 顯微組織 。2.根據(jù)材料的性能特點(diǎn)和用途，材料分為 結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類。 根據(jù)原子之間的

2、鍵合特點(diǎn)，材料分為 金屬、陶瓷、高分子 和復(fù)合材料四大類。第一篇材料的原子結(jié)構(gòu)第一章材料的原子結(jié)構(gòu)一、填空題1.金屬材料中原子結(jié)合以金屬 鍵為主，陶瓷材料（無(wú)機(jī)非金屬材料）以共價(jià)鍵 和 離子鍵 結(jié)合鍵為主，聚合物材料以 共價(jià)鍵 和氫鍵和范德華 鍵為主。第二篇 材料的晶體結(jié)構(gòu)與缺陷第二章材料的結(jié)構(gòu)一、填空題1、 晶體是基元以周期性重復(fù)的方式在三維空間作有規(guī)則排列的固體。2、 晶體與非晶體的最根本區(qū)別是晶體長(zhǎng)程有序，非晶體長(zhǎng)程無(wú)序短程有序。3、 晶胞是 晶體結(jié)構(gòu)中的最小單位。4、根據(jù)晶體的對(duì)稱性，晶系有大晶族，7大晶系，14種布拉菲Bravais點(diǎn)陣，_32_種點(diǎn)群，230種空間群。5、 金屬常見(jiàn)

3、的晶格類型有面心立方 、體心立方、密排六方。6 fee晶體的最密排方向?yàn)椤?11】，最密排面為（110），最密排面的堆垛順序?yàn)锳BCABCABC。7、fee晶體的致密度為0.84，配位數(shù)為12，原子在（111）面上的原子配位數(shù)為6。8、bee晶體的最密排方向?yàn)椤?10】，最密排面為 （111），致密度為0.76， 配位數(shù)為_(kāi)8_。9、 晶體的宏觀對(duì)稱要素有對(duì)稱點(diǎn)、對(duì)稱軸、對(duì)稱面 。10、CsCl型結(jié)構(gòu)屬于簡(jiǎn)單立方格子，NaCl型結(jié)構(gòu)屬于面心立方格子，CaF2型結(jié)構(gòu)屬于面心立方格子。11、MgO晶體具有NaCl型結(jié)構(gòu)，其對(duì)稱型是3L4 4L3 6L2 9PC， 晶族是高級(jí)晶族，晶系是立方晶系，晶

4、體的鍵型是離子鍵。12、 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中的基本結(jié)構(gòu)單元是氧硅四面體。13、 幾種硅酸鹽晶體的絡(luò)陰離子分別為Si2O76-、Si2O64-、Si4O104-、AlSi3O81-, 它們的晶體結(jié)構(gòu)類型分別為，和_。14、 表征晶體中晶向和晶面的方法有解析法 和 圖示 法。二、分析計(jì)算1、 （2-3）（1）晶面A在x、y、z軸上的截距分別是2a、3b和6c,求該晶面的 米勒指數(shù)；（2）晶面B在x、y、z軸上的截距分別是a/3、b/2和c,求該晶面 的米勒指數(shù)。2、 （2-4）在立方晶系的晶胞中畫出下列米勒指數(shù)的晶面和晶向，每一組畫在同一個(gè)晶胞中，并說(shuō)明每一組晶面和晶向的關(guān)系。001與210,111

5、與112,110與111,322與236,257與111,123與121,100與011,110與111,111與1103、 寫出立方晶系中晶面族100、110、111包含的等價(jià)晶面。寫出112晶向族包含的等價(jià)晶向。4、 （2-9）求 （1）晶面（121）和（100）的晶帶軸指數(shù)；晶面（100）和（010） 的晶帶軸指數(shù)；（2）晶向001和111確定的晶面指數(shù)；包含010和100晶 向的晶面指數(shù)。5、 （2-11） （1）abMc、a =B=Y=90的晶體屬于什么晶族和晶系？（2）abM capM丫=90。的晶體屬于什么晶族和晶系？（ 3）能否據(jù)此確定這2種晶體的Bravis點(diǎn)陣？&

6、Ni為面心立方結(jié)構(gòu)，原子半徑r=0.1243nm,求Ni的晶格常數(shù)和密度。7、Mo為體心立方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a=0.3147nm,求Mo的原子半徑r。8、 （2-15）CsCI中銫與氯的離子半徑分別為0.167nm 0.181 nm。試問(wèn)（1）在CsCI內(nèi)離子在100或111方向是否相接觸？ （2）每單位晶胞內(nèi)有幾個(gè)離 子？ （3）各離子的配位數(shù)是多少？ （4）密度p和堆積系數(shù)（致密度）K？9、（2-16）MgO具有NaCI型結(jié)構(gòu)。Mg2+的離子半徑為0.072nm,O2的離子半 徑為0.140nm。試求MgO的密度p和堆積系數(shù)（致密度）K。10、 （2-24）下列硅酸鹽化合物屬于什么結(jié)構(gòu)類型？

7、MgFe2SiO4,Zn4SiO7OH2,BaTi S3O9,BQAI2S4O28,Ca3S3O8,KCa4SQ0 2F8H2O,Ca AI2Si2O8,K AISi2O6第三章晶體結(jié)構(gòu)缺陷一、填空題1、 按幾何組態(tài)，晶體中的缺陷分為_(kāi)、_、_和體缺陷。2、 點(diǎn)缺陷主要包括_、_、_;線缺陷有_;面缺陷包括_等。3、 描述位錯(cuò)性質(zhì)及特征的是_。4、 位錯(cuò)的類型有_、_、_。5、 位錯(cuò)線與柏氏矢量垂直的位錯(cuò)為_(kāi),位錯(cuò)線與柏氏矢量平行的位錯(cuò)稱為_(kāi)。6、 位錯(cuò)的基本運(yùn)動(dòng)方式有_和_。7、_位錯(cuò)可以滑移和攀移，_位錯(cuò)可以滑移而不攀移，能進(jìn)行交滑移的位錯(cuò)必然是_。8、 位錯(cuò)滑移一般沿著晶體的_面）和_方

8、向）進(jìn)行。9、 柏氏矢量實(shí)際上反應(yīng)了位錯(cuò)線周圍區(qū)域_的大小和方向10、 兩平行同號(hào)螺位錯(cuò)間的作用力為_(kāi)（引力或斥力？）。11、 全位錯(cuò)是_;不全位錯(cuò)是_。12、 面心立方晶體的不全位錯(cuò)類型主要有_和_，柏氏矢量分別為_(kāi)，_。只能發(fā)生攀移運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)是_。Shockley不全位錯(cuò)Franker不全位錯(cuò)13、 位錯(cuò)間轉(zhuǎn)化（位錯(cuò)反應(yīng)）要滿足的條件有_和_。14、 兩個(gè)不全位錯(cuò)夾一片層錯(cuò)的位錯(cuò)稱為_(kāi)位錯(cuò)。、分析題1、（3-6）畫一個(gè)方形位錯(cuò)環(huán)，（1）在此平面上畫出柏氏矢量，使其平行于位錯(cuò) 環(huán)的其中一邊，任意選擇并畫出位錯(cuò)線方向，據(jù)此指出位錯(cuò)環(huán)各段的性質(zhì)。（2）能否使該位錯(cuò)環(huán)處處為刃位錯(cuò)？ （3）能否使該

9、位錯(cuò)環(huán)處處為螺位錯(cuò)？2、在滑移面上有一位錯(cuò)環(huán)，柏氏矢量為b，位錯(cuò)環(huán)的方向和柏氏矢量的方向如 圖所示。（1）指出位錯(cuò)環(huán)各段的性質(zhì)。（2）能否使該位錯(cuò)環(huán)處處為刃位錯(cuò)？ （3）能否使該位錯(cuò)環(huán)處處為螺位錯(cuò)？ （4）該位錯(cuò)環(huán)滑移出晶體后，晶體有怎樣的滑動(dòng)（大小和方向）？3、 （3-11）試分析在fee中，下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行？并指出其中三個(gè)位錯(cuò)的性質(zhì) 類型？反應(yīng)后生成的新位錯(cuò)能否在滑移面上運(yùn)動(dòng)？111a 101 a 121 a 1112634、（3-8）比較刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò)的異同點(diǎn)第七章 晶態(tài)固體材料中的界面1、表面能來(lái)源于_； 一般地，害U斷的鍵數(shù)_，表面能越高_(dá)表面割斷的鍵數(shù)_，表面能最低。因此，晶體

10、的外表面一般為_(kāi)。2、 根據(jù)晶粒取向差的大小，晶界分為_(kāi)和_。3、 小角晶界分為_(kāi)和_。傾轉(zhuǎn)晶界由_位錯(cuò)構(gòu)成，扭轉(zhuǎn)晶界由_位錯(cuò)構(gòu)成。4、 晶界遷移的驅(qū)動(dòng)力是_。晶界移動(dòng)的結(jié)果是小晶粒_，大晶粒_。5、_根據(jù)兩相界面上的原子排列， 相界分為_(kāi)，_和_。6在晶粒內(nèi)部形成第二相時(shí)，若第二相和基體之間的界面能大，貝U其形狀一般為_(kāi)，若要減少?gòu)椥詰?yīng)變能，一般會(huì)長(zhǎng)成_形狀。7、單相多晶體平衡時(shí)一般規(guī)律是兩個(gè)晶粒相遇于_，三個(gè)晶粒相遇于_，四個(gè)晶粒相遇于_。第三篇材料的組織結(jié)構(gòu)第五章相平衡與相圖一、填空題1.組元是_，組元一般是_或_。2.相是_。相平衡是指各相的_平衡。3.組織是_。平衡凝固是指_冷卻條件

11、下的凝固。4.在二元系合金相圖中，杠桿法則只能用于_相區(qū)。5.根據(jù)滲碳體的形狀，鋼中珠光體分為_(kāi)和_兩種。6.根據(jù)含碳量，鋼分類為_(kāi)、_和_鋼。隨著碳含量的增加，鋼的硬度和塑性的變化規(guī)律 是 。7.在三元系濃度三角形中，凡成分位于_的合金，它們含有另兩個(gè)頂角所代表的兩組元含量相等。平行于一邊的任一直線上的合金，其 成分共性為_(kāi)。8.根據(jù)三元相圖的垂直截面圖，可以分析_過(guò)程。9.根據(jù)三元相圖的水平（等溫）截面圖，可以進(jìn)行_分析。10.二元合金相圖三相平衡轉(zhuǎn)變的類型主要有_和_。三元合金相圖四相平衡轉(zhuǎn)變的類型主要有_，_，和_。二、改錯(cuò)題1.指出下列相圖中的錯(cuò)誤，說(shuō)明原因并加以改正，畫出正確的相圖

12、AB2.（5-6）指出相圖中的錯(cuò)誤，說(shuō)明理由并改正T三、分析計(jì)算1.下圖為A-B固溶體合金的相圖，試根據(jù)相圖確定:(a)成分為s(B)=40%的合金首先凝固出來(lái)的固溶體成分；(b)若首先凝固出來(lái)的固溶體成分含60%B，合金的成分為多少？(c)成分為70%B的合金最后凝固的液體成分；(d )合金成分為50%B，凝固到某溫度時(shí)液相含有40%B，固體含有80%B, 此時(shí)液體和固體各占多少分?jǐn)?shù)？2.(5-3)畫出Pb-Sn相圖，標(biāo)出各相區(qū)存在的組織，指出組織中含陽(yáng)最多和最少的合金成分，指出共晶體最多和最少的合金成分。3.(5-4)根據(jù)Pb-Sn相圖，說(shuō)明s (Sn)=30%勺Pb-Sn合金在下列溫度時(shí)

13、，其組 織中存在哪些相，并求相的相對(duì)含量。(1)高于300C；(2)剛冷至183C，共晶轉(zhuǎn)變尚未開(kāi)始；(3)在183C共晶轉(zhuǎn)變完畢；(4)冷到室溫。4.(5-7)畫出簡(jiǎn)易的鐵碳相圖，(1)指出PSK、ECF各點(diǎn)成分、各線的反應(yīng) 特征及反應(yīng)式；(2)標(biāo)出各相區(qū)的相組成物；(3)標(biāo)出各相區(qū)的組織組成物。5.(5-8) 指出s (C)=0.2% s (C)=0.6% s (C)=1.0%的鐵碳合金從液態(tài)平衡冷 卻到室溫的相組成物和組織組成物，并分別計(jì)算相和組織的相對(duì)含量。6.如下相圖： （1）該相圖的組元是什么？（2）標(biāo)出所有相區(qū)的組成相。（3）指出該相圖中有何特征反應(yīng)，寫出反應(yīng)式。（4）指出含80

14、%的AI2O3時(shí)的室溫平衡組織，并計(jì)算組織組成物的相對(duì)含量。7.下圖為使用高純?cè)显诿芊鈼l件下的Al2O3SiO2相圖，A3S2（3 AI2O32 SiO2） 為莫來(lái)石固溶體，共晶成分E1點(diǎn)為10wt%Al2O3,含60%摩爾分?jǐn)?shù)AI2O3的A3S2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%。要求：（1）填寫空白相區(qū)的相組成。（2）寫出2個(gè)水平反應(yīng)線的反應(yīng)，并指出反應(yīng)類型（3） 一種由SiO2-30%Al2O3（wt%）構(gòu)成的耐高溫材料，分析其平衡凝固后 的室溫組織是什么，并計(jì)算組織組成物的含量。該材料能否用來(lái)盛裝熔融態(tài)的鋼（1600C）?在此情況下有多少百分率的耐熱材料會(huì)熔化?8.(5-14)下圖為A-B-C液態(tài)平

15、衡冷卻結(jié)晶的室溫相和組織組成物，并分別計(jì)算相和組織的相對(duì)含量AB4IJ玉9.下圖為某三元相圖投影圖上3條液相單變量線及其溫度走向，判斷四相平衡 反應(yīng)類型，寫出反應(yīng)式。10.下圖是MgO-AI2O3-SQ2三元系相圖的平面投影圖及局部放大圖，寫出四相 平衡點(diǎn)處代表的反應(yīng)特征及反應(yīng)式。莫來(lái)石尖晶石原頑 火輝石方石蘢菁青石3假藍(lán)寶石第四章晶態(tài)固體中的擴(kuò)散一、填空題1、 菲克第一定律描述的是_狀態(tài)下的擴(kuò)散規(guī)律；菲克第一定律描述的是_狀態(tài)下的擴(kuò)散規(guī)律。2、 穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散是指_；非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散是指_。3、Fick擴(kuò)散第二方程的高斯解適合求解_擴(kuò)散問(wèn)題；Fick擴(kuò)散第二方程的誤差函數(shù)解適合求解_擴(kuò)散問(wèn)題。4、 擴(kuò)散

16、的微觀機(jī)理有_、_、_、_等。5、 空位擴(kuò)散的阻力比間隙擴(kuò)散_，激活能_o6在表面擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散、體擴(kuò)散、位錯(cuò)擴(kuò)散方式中，擴(kuò)散系數(shù)D最大的是7、 在間隙固溶體中，H、0、C等原子以_方式擴(kuò)散。8、Cu-AI合金和Cu組成的擴(kuò)散偶發(fā)生柯肯達(dá)爾效應(yīng)， 標(biāo)記向Cu-AI合金一側(cè)漂 移，則_的擴(kuò)散通量大。9、 上坡擴(kuò)散是指_o10、 擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是_o化學(xué)位梯度。11、 伴隨有反應(yīng)的擴(kuò)散稱為_(kāi)o二、計(jì)算題(不考)(4-1)含0.85%C的普碳鋼加熱到900C在空氣中保溫1小時(shí)后外層碳濃度降 到零。(a)推導(dǎo)脫碳擴(kuò)散方程的解， 假定t0時(shí)，x=0處，p =0o (b)假如要求 零件外層的碳濃度為0.8%

17、，表面應(yīng)車去多少深度？ (900 E時(shí)，DcY=1.1 X0-7cm2/s)(4-3)20鋼在930C滲碳， 表面碳濃度達(dá)到奧氏體中碳的飽和濃度Cs=1.4%，此時(shí)Dc =3.6為0-2mm2/h，若滲層深度定為從表面到碳含量0.4%的位置，求滲 層深度與時(shí)間的關(guān)系。(4-7)870E滲碳與927E滲碳相比較，優(yōu)點(diǎn)是熱處理產(chǎn)品晶粒細(xì)小，淬火后變 形小。若已知D0=2.0X10-5m2/s，Q=140 KJ/mol，求：(1)在上兩溫度下，碳在 丫鐵中的擴(kuò)散系數(shù)。(2)若忽略不同溫度下碳在丫鐵中的溶解度差別，870 E滲碳需用多少時(shí)間才能獲得927C滲碳10小時(shí)的滲層厚度？(4-9)純鐵滲硼，9

18、00r 4h生成的F62B層厚度為0.068mm, 960E4h為0.14mm,假定Fe2B的生長(zhǎng)受擴(kuò)散速度的控制，求硼原子在FezB中的擴(kuò)散激活能Qo第六章材料的凝固一、填空題1、 凝固過(guò)程包括_和_2個(gè)過(guò)程。2、 材料的凝固的驅(qū)動(dòng)力是_，阻力是_。3、 凝固形核的方式有_和_，其中_的臨界形核功較小。（均勻形核 非均勻形核非均勻形核）4、 均勻形核時(shí)液、固兩相自由能差只能補(bǔ)償表面能的_，其他靠系統(tǒng)中的_補(bǔ)償。5、 液/固界面的微觀結(jié)構(gòu)分為_(kāi)和_。6在正溫度梯度下，晶體生長(zhǎng)成_界面；負(fù)溫度梯度下成長(zhǎng)時(shí)，一般金屬界面都呈_狀。7、 在正的溫度梯度下，純金屬以_狀形式長(zhǎng)大，固溶體合金由于存在_以_狀形式長(zhǎng)大。8、 固溶體結(jié)晶的形核條件是_、_、_、_和9、 固溶體結(jié)晶與純金屬結(jié)晶的差異表現(xiàn)為_(kāi)、_及_現(xiàn)象。10、 平衡結(jié)晶是指_冷卻，組元間互擴(kuò)散_，每個(gè)階段都達(dá)到_均勻成份。11、_晶內(nèi)偏析（枝晶偏析）是_。消除晶