《材料科学基础》考试大纲
《材料科学基础》考试大纲
一、基本要求
要求考生掌握原子结构与键合的基础知识；三大类材料的晶体结构；晶体缺陷分析；相图和相平衡分析；材料的光、电性质及其应用等方面的知识。对材料的结构、性能及相互之间的关系有一定的分析能力。通过本课程考试，为我院选拔在材料、光学工程等领域具有综合材料科学基础的深造人才。
二、考试范围
第一部分原子结构与键合
1.原子结构（电离能、电子亲和能、电负性等）
2.元素周期表（原子的半径、电离能、电子亲和势力等在周期表中的变化规律）
原子间的键合（各种结合键的概念、特点、代表材料，通过结合键及原子间作用力分析材料的物理化学性质）
第二部分材料中的晶体结构
1.晶体学基础（晶胞、晶格参数、简单立方、体心立方、面心立方、六方密堆结构的堆积
方式等）
2.金属晶体的结构
3.离子晶体的结构
4.共价晶体的结构
5.高分子材料的结构
第三部分晶体缺陷
1.点缺陷
2.线缺陷
第四部分相图与相平衡
1.相图基础（相区、相率、相转变分析）
2.二元相图分析（二元均晶相图和二元共晶相图）
第五部分固体中的扩散
1.扩散定律
2.扩散微观理论与机制
3.扩散的热力学分析
4.影响扩散的因素
第六部分材料的光学性质及其应用
1.光学性质的基本概念（吸收、反射、折射、透射、散射等）
2.材料的发光机理
3.材料在光学领域的应用
第七部分材料的电学性质及其应用
1.电学性质的基本概念（电导率、电阻率、电子导电、离子导电等）
2.固体的能带理论
3.半导体及其应用
4.材料在电学领域的应用
材料科学基础习题与答案
第二章思考题与例题 1. 离子键、共价键、分子键和金属键的特点，并解释金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高的原因 2. 从结构、性能等方面描述晶体与非晶体的区别。 3. 何谓理想晶体何谓单晶、多晶、晶粒及亚晶为什么单晶体成各向异性而多晶体一般情况下不显示各向异性何谓空间点阵、晶体结构及晶胞晶胞有哪些重要的特征参数 4. 比较三种典型晶体结构的特征。（Al、α-Fe、Mg三种材料属何种晶体结构描述它们的晶体结构特征并比较它们塑性的好坏并解释。）何谓配位数何谓致密度金属中常见的三种晶体结构从原子排列紧密程度等方面比较有何异同 5. 固溶体和中间相的类型、特点和性能。何谓间隙固溶体它与间隙相、间隙化合物之间有何区别（以金属为基的）固溶体与中间相的主要差异（如结构、键性、性能）是什么 6. 已知Cu的原子直径为A，求Cu的晶格常数，并计算1mm3Cu的原子数。 7. 已知Al相对原子质量Ar（Al）=，原子半径γ=，求Al晶体的密度。 8 bcc铁的单位晶胞体积，在912℃时是；fcc铁在相同温度时其单位晶胞体积是。当铁由bcc转变为fcc时，其密度改变的百分比为多少 9. 何谓金属化合物常见金属化合物有几类影响它们形成和结构的主要因素是什么其性能如何
10. 在面心立方晶胞中画出[012]和[123]晶向。在面心立方晶胞中画出（012）和（123）晶面。 11. 设晶面（152）和（034）属六方晶系的正交坐标表述，试给出其四轴坐标的表示。反之，求（3121）及（2112）的正交坐标的表示。（练习），上题中均改为相应晶向指数，求相互转换后结果。 12.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。 13. 写出立方晶系的{110}、{100}、{111}、{112}晶面族包括的等价晶面，请分别画出。 14. 在立方晶系中的一个晶胞内画出（111）和（112）晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 15 在六方晶系晶胞中画出[1120]，[1101]晶向和（1012）晶面，并确定（1012）晶面与六方晶胞交线的晶向指数。 16.在立方晶系的一个晶胞内同时画出位于（101），（011）和（112）晶面上的[111]晶向。 17. 在1000℃，有W C为%的碳溶于fcc铁的固溶体，求100个单位晶胞中有多少个碳原子（已知：Ar(Fe)=，Ar(C)=） 18. r-Fe在略高于912℃时点阵常数a=，α-Fe在略低于912℃时a=，求：（1）上述温度时γ-Fe和α-Fe的原子半径R；（2）γ-Fe→α-Fe转变时的体积变化率；（3）设γ-Fe→α-Fe转变时原子半径不发生变化，求此转变时的体积变
最新材料科学基础总结
材料科学基础复习总结填空 1.过冷奥氏体发生的马氏体转变属于（非扩散型相变）。 2.碳钢淬火要得到马氏体组织，其冷却速度要（大于）临界冷却速度(vk)。 3.珠光体型的组织是由铁素体和渗碳体组成的（机械混合物）。 4.工件淬火后需立即回火处理，随着回火温度的提高，材料的硬度（越低）。 5.共析成分的液态铁碳合金缓慢冷却得到的平衡组织是P（铁碳相图） 6.表征材料表面局部区域内抵抗变形能力的指标为（硬度）。 7.下列原子结合键既具有方向性又具有饱和性的是（共价键）。 8.下面哪个不属于大多数金属具有的晶体结构（面心立方、体心立方、密排六方）。 9.面心立方结构晶胞中原子数个数是（ 4 ）。 10.如图1所示的位错环中，属于刃型位错的是（）。 11.A为右螺旋位错，B为左螺旋位 错，C为正刃位错，D为负刃位错， E为混合位错。 判断方法是根据柏氏矢量与位错线 所形成的角度，图中位错环所标的 方向为位错线的规定方向，柏氏矢 量垂直于位错的是刃型位错，然后 将柏氏矢量按顺时针方向旋转90°，与位错方向相同的为正，相反的为负，叫做顺正逆负。柏氏矢量与位错方向平行的是螺型位错，方向相同的为右螺，方向相反为左螺，这叫做顺右逆左。除ABCD四点之外位错环上其他任意一点均是混合位错。 12.固体材料中物质传输的方式为（扩散）。液态是对流。 13.纯铁在室温下的晶体结构为（面心立方）。 14.由一种成分的液相同时凝固生成两种不同成分固相的过程称为（共晶）。 15.共析包晶 16.碳原子溶于α-Fe中形成的固溶体为（铁素体）。 17.钢铁材料的热加工通常需要加热到（奥氏体）相区。 18.成分三角形中标出了O材料的成分点( )。三元相图 19.白铜是以（镍）为主要合金元素的铜合金。 20.45钢和40Cr钢比较，45钢的（淬透性低（合金），淬硬性高（含碳量））。 21.金属塑性变形方式的是（滑移）。孪生 22.高分子大分子链的柔顺性决定了高分子材料独特的性能。 23.在置换型固溶体中，两组元原子扩散速率的差异引起的标记面漂移现象称为柯肯达耳效应。 24.为减少铸造缺陷，铸造合金需要熔点低、流动性好，因此一般选择共晶点附近的合金。 25.根据相律，对于三元合金，最大的平衡相数为4个。 26.调质处理是淬火+高温回火的复合热处理工艺。 27.材料塑性常用断后伸长率和断后收缩率两个指标表示。
材料科学基础作业
Fundamentals of Materials Science 1. Determine the Miller indices for the planes shown in the following unit cell: A:(2 1 -1) B:(0 2 -1) 2. Show that the atomic packing factor for HCP is 0.74. Solution: This problem calls for a demonstration that the APF for HCP is 0.74. Again, the APF is just the total sphere-unit cell volume ratio. For HCP, there are the equivalent of six spheres per unit cell, and thus Now, the unit cell volume is just the product of the base area times the cell height, c. This base area is just three times the area of the parallelepiped ACDE shown below.
The area of ACDE is just the length of CD times the height BC. But CD is just a or 2R, and 3. For both FCC and BCC crystal structures, the Burgers vector b may be expressed as
材料科学基础知识点总结
金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。 基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。 相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。 变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。 过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看，
《材料科学基础》课后答案(1-7章)
第一章 8．计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例 (1)NaF (2)CaO (3)ZnS 解：1、查表得：X Na =0.93,X F =3.98 根据鲍林公式可得NaF 中离子键比例为：21(0.93 3.98)4[1]100%90.2%e ---?= 共价键比例为：1-90.2%=9.8% 2、同理，CaO 中离子键比例为：21(1.00 3.44)4[1]100%77.4%e ---?= 共价键比例为：1-77.4%=22.6% 3、ZnS 中离子键比例为：21/4(2.581.65)[1]100%19.44%ZnS e --=-?=中离子键含量 共价键比例为：1-19.44%=80.56% 10说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义．说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。 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。 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。 第二章 1．回答下列问题： (1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向： (001）与[210]，(111）与[112]，(110)与 [111],(132)与[123],(322)与[236］ (2)在立方晶系的一个晶胞中画出（111)和 （112)晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 (3)在立方晶系的一个晶胞中画出同时位于（101). (011)和（112)晶面上的[111]晶向。 解：1、 2．有一正交点阵的 a=b, c=a/2。某晶面在三个晶轴上的截距分别为 6个、2个和4个原子间距，求该晶面的密勒指数。 3．立方晶系的 ｛111}, 1110}, {123）晶面族各包括多少晶面？写出它们的密勒指数。 4．写出六方晶系的{1012}晶面族中所有晶面的密勒指数，在六方晶胞中画出[1120]、[1101]晶向和(1012)晶面，并确定(1012)晶面与六方晶胞交线的晶向指数。 5．根据刚性球模型回答下列问题： (1)以点阵常数为单位，计算体心立方、面心立方和密排六方晶体中的原子半径及四面体和八面体的间隙半径。 (2）计算体心立方、面心立方和密排六方晶胞中的原子数、致密度和配位数。 6．用密勒指数表示出体心立方、面心立方和密排六方结构中的原子密排面和原子密排方向，并分别计算这些晶面和晶向上的原子密度。 解：1、体心立方 密排面：{110}2114 1.414a -+? =
材料科学基础总结
材料基础 一、名词解释 1、塑形变形： 2、滑移：晶体一部分相对另一部分沿着特定的晶面和晶向发生的平移滑动。滑移后再晶体表面留下滑移台阶，且晶体滑移是不均匀的。 3、滑移带：单晶体进行塑性变形后，在光学显微镜下，发现抛光表面有许多线条，称为滑移带。 4、滑移线：组成滑移带的相互平行的小台阶。 5、滑移系：一个滑移面和其上的一个滑移方向组成一个滑移系，表示晶体滑移是可能采取的一个空间方向。滑移系越多，晶体的塑形越好。 6、单滑移：当只有一组滑移系处于最有利的取向时，分切应力最大，便进行单系滑移。 7、多滑移：至少有两组滑移系的分切应力同时达到临界值，同时或交替进行滑移的过程。 8、交滑移：至少两个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移，这种滑移叫交滑移。（会出现曲折或波纹状滑移带\最易发生交滑移的是体心立方晶体\纯螺旋位错） 9、孪生变形：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面和一定的晶向相对于另一部分作均匀的切变所产生的变形。（相邻晶面的相对位移量相等） 10、孪晶：孪生后，均匀切变区的取向发生改变，与未切变区构成镜面对称，形成孪晶。 11、晶体的孪晶面和孪生方向：体心，{112}【111】，面心立方{111}【112-】，密排六方{101-2} 【1-011】。 12、软取向，硬取向：分切应力最大时次取向是软取向；当外力与滑移面平行或垂直时，晶体无法滑移，这种取向称为硬取向。 13、几何软化、硬化：在拉伸时，随着晶体的取向的变化，滑移面的法向与外力轴的夹角越来越远离45度时滑移变得困难的这种现象是几个硬化；当夹角越来愈接近45度，使滑移越来越容易进行的现象叫做几何软化。 14、细晶强化：晶体中，用细化晶粒来提高材料强度的方法为细晶强化。也能改善晶体的塑形和韧性。 15、固熔强化：当合金由单相固熔体构成时，随熔质原子含量的增加，其塑性变形抗力大大提高，表现为强度，硬度的不断增加，塑性、韧性的不断下降，的这种现象称为固熔强化。（单相） 16、（多相）沉淀强化、时效强化：相变热处理 17、（多相）弥散强化：粉末冶金 18、纤维组织：随变形量的增加，晶粒沿变形方向被拉长扁平晶粒，变形量很大时，各晶粒一不能分辨而成为一片如纤维状的条纹称为纤维组织。 19、带状组织:当金属中组织不均匀，如有枝晶偏析或夹杂物时，塑性变形会使这些区域伸长，在热加工后或随后的热处理中会出现带状组织。 20、变形织构：多晶体材料中，岁变形度的增加，多晶体中原先取向的各个晶粒发生转动，从而使取向趋于一致，形成择优取向。丝织构【***】平行于线轴，板织构{***}【***】平行于扎制方向。 21、制耳：用有织构的扎制板材深冲成型零件时，将会因为板材各方向变形能不同，使深冲出来工件边缘不齐，壁厚不均的现象。 22、应变硬化、加工硬化：金属塑性变形过程中，随着变形量的增加，金属强度，硬度上升，塑性、韧性下降的现象。作用：变形均匀，均衡负载，增加安全性，提高强度 23、冷拉：试样在拉断前卸载，或因试样因被拉断二自动卸载，则拉伸中产生的大变形除少量可恢复外，大部分变形将保留下来的过程。
材料科学基础习题
查看文本 习题 一、名词解释 金属键; 结构起伏; 固溶体; 枝晶偏析; 奥氏体; 加工硬化; 离异共晶; 成分过冷; 热加工; 反应扩散 二、画图 1在简单立方晶胞中绘出（）、（210）晶面及[、[210]晶向。 2结合Fe-Fe3C相图，分别画出纯铁经930℃和800℃渗碳后，试棒的成分－距离曲线示意图。 3如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。试画出轧制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图。 4画出简单立方晶体中（100）面上柏氏矢量为［010］的刃型位错与（001）面上柏氏矢量为［010］的刃型位错交割前后的示意图。 5画图说明成分过冷的形成。 三、Fe-Fe3C相图分析 1用组织组成物填写相图。 2指出在ECF和PSK水平线上发生何种反应并写出反应式。 3计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。 四、简答题 1已知某铁碳合金，其组成相为铁素体和渗碳体，铁素体占82%，试求该合金的含碳量和组织组成物的相对量。 2什么是单滑移、多滑移、交滑移？三者的滑移线各有什么特征，如何解释？。 3设原子为刚球，在原子直径不变的情况下，试计算g-Fe转变为a-Fe时的体积膨胀率;如果测得910℃时g-Fe和a-Fe的点阵常数分别为0.3633nm和0.2892nm,试计算g-Fe转变为a-Fe的真实膨胀率。 4间隙固溶体与间隙化合物有何异同？ 5可否说扩散定律实际上只有一个？为什么？ 五、论述题 τC 结合右图所示的τC（晶体强度）—ρ位错密度 关系曲线，分析强化金属材料的方法及其机制。 晶须 冷塑变 六、拓展题 1 画出一个刃型位错环及其与柏士矢量的关系。 2用金相方法如何鉴别滑移和孪生变形？ 3 固态相变为何易于在晶体缺陷处形核？ 4 画出面心立方晶体中(225)晶面上的原子排列图。 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a-铁，还是b-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？
材料科学基础总结
材料科学基础总结 铸造C081 张云龙 一、名词解释 1、空间点阵：由周围环境相同的阵点在空间排列的三维列阵称为空间点阵。 2、晶体结构：由实际原子、离子、分子或各种原子集团，按一定规律的具体排列方式称为 晶体结构，或称为晶体点阵。 3、晶格常数：（为了便于分析晶体中的粒子排列，可以从晶体的点阵中取一个具有代表性 的基本单元作为点阵的基本单元，称为晶胞。）晶格常数就是指晶胞的边长。 4、晶向指数：（在晶格中，穿过两个以上结点的任一直线，都代表晶体中一个原子阵列在 空间的位向，称为晶向。）为了确定晶向在晶体中的相对取向，需要一种符号，这种符号称为晶向指数。 5、晶面指数：（在晶格中，由结点组成的任一平面都代表晶体的原子平面，称为晶面）为 了确定晶面在晶体中的相对取向，需要一种符号，这种符号称为晶面指数。 6、晶向族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称为晶向族。 7、配位数：每个原子周围最近邻且等距离的原子的数目称为配位数。 8、致密度：计算单位晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比，比值称为致密度。 9、各向异性：晶体的某些物理和力学性能在不同方向上具有不同的数值，此为晶体的各向 异性。 10、晶体缺陷：通常把晶体中原子偏离其平衡位置而出现不完整性的区域称为晶体缺陷。 11、点缺陷：在三维方向上尺寸都有很小的缺陷。 12、线缺陷：在两个方向上尺寸很小、令一个尺寸上尺寸较大的缺陷。（指各种类型的位错， 是晶体中某处一列或若干列原子发生了有规律的错排现象） 13、面缺陷：在一个方向上尺寸很小，令两个方向上尺寸较大的缺陷。 14、刃型位错：位错线与滑移方向垂直的位错。 15、螺型位错：位错线与滑移方向平行的位错。 16、混合型位错：位错线与滑移方向既不垂直也不平行而成任意角度的位错。 17、位错的滑移：在切应力的作用下，位错沿滑移面的运动称为位错的滑移。 18、位错的攀移：刃型位错在正应力的作用下，位错垂直于滑移面的运动。 19、单位位错：柏氏矢量的模等于该晶向上原子的间距的位错则为单位位错。 20、部分位错：柏氏矢量的模小于该晶向上原子的间距的位错则为部分位错。 21、扩展位错：两个肖克莱部分位错中间夹一层错，这样的位错组态称为扩展位错。 22、肖克莱部分位错：层错区与完整晶体区的交线。 23、弗克莱部分位错：层错区与右半部分完整晶体之间的边界。 24、上坡扩散：扩散由低浓度向高浓度进行而导致成分偏析或形成第二相的扩散。 25、下坡扩散：扩散由高浓度向低浓度进行而导致成分均匀的扩散。 26、原子扩散：扩散中只形成固溶体而无其它新相形成的扩散。 27、反应扩散：扩散中有新相形成的扩散。 28、自扩散：在均匀的固溶体或纯金属中原子的扩散，此种扩散不伴有浓度的变化。 29、互扩散：在不均匀的固溶体中异类原子的相对扩散，此种扩散伴有浓度的变化。 30、体扩散：通过均匀介质的扩散。 31、扩散能量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位面积的扩散物质流量。
材料科学基础笔记
第一章材料中的原子排列 第一节原子的结合方式 1 原子结构 2 原子结合键 （1）离子键与离子晶体 原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性； 离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。如氧化物陶瓷。 （2）共价键与原子晶体 原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性； 原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。如高分子材料。 （3）金属键与金属晶体 原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性； 金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。如金属。 金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。 （3）分子键与分子晶体 原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。 分子晶体：熔点低，硬度低。如高分子材料。 氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O （4）混合键。如复合材料。 3 结合键分类 （1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。 （2）二次键（物理键）：分子键和氢键。 4 原子的排列方式 （1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。长程有序，各向异性。 （2）非晶体：――――――――――不规则排列。长程无序，各向同性。 第二节原子的规则排列 一晶体学基础 1 空间点阵与晶体结构 （1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。图1-5 特征：a 原子的理想排列；b 有14种。 其中： 空间点阵中的点－阵点。它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。 描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。 空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。 （2）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。 特征：a 可能存在局部缺陷；b 可有无限多种。 2 晶胞图1－6 （1）――－：构成空间点阵的最基本单元。 （2）选取原则： a 能够充分反映空间点阵的对称性； b 相等的棱和角的数目最多； c 具有尽可能多的直角； d 体积最小。 （3）形状和大小 有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。 （4）晶胞中点的位置表示（坐标法）。 3 布拉菲点阵图1－7 14种点阵分属7个晶系。 4 晶向指数与晶面指数 晶向：空间点阵中各阵点列的方向。 晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。 国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。
(完整版)材料科学基础练习题
练习题 第三章晶体结构，习题与解答 3-1 名词解释 （a）萤石型和反萤石型 （b）类质同晶和同质多晶 （c）二八面体型与三八面体型 （d）同晶取代与阳离子交换 （e）尖晶石与反尖晶石 答：（a）萤石型：CaF2型结构中，Ca2+按面心立方紧密排列，F-占据晶胞中全部四面体空隙。 反萤石型：阳离子和阴离子的位置与CaF2型结构完全相反，即碱金属离子占据F-的位置，O2-占据Ca2+的位置。 （b）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。 同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 （c）二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。 （d）同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。 阳离子交换：在粘土矿物中，当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、半径大的阳离子（如K+、Na+等）将进入晶体结构来平衡多余的负电荷，它们与晶体的结合不很牢固，在一定条件下可以被其它阳离子交换。 （e）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶体结构中，若A2+分布在四 面体空隙、而B3+分布于八面体空隙，称为正尖晶石； 反尖晶石：若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分布于四面体空 隙另一半分布于八面体空隙，通式为B(AB)O4，称为反尖晶石。 3-2 （a）在氧离子面心立方密堆积的晶胞中，画出适合氧离子位置 的间隙类型及位置，八面体间隙位置数与氧离子数之比为若干？四 面体间隙位置数与氧离子数之比又为若干？ （b）在氧离子面心立方密堆积结构中，对于获得稳定结构各需何 种价离子，其中： （1）所有八面体间隙位置均填满； （2）所有四面体间隙位置均填满； （3）填满一半八面体间隙位置； （4）填满一半四面体间隙位置。 并对每一种堆积方式举一晶体实例说明之。 解：（a）参见2-5题解答。1:1和2:1 （b）对于氧离子紧密堆积的晶体，获得稳定的结构所需电价离子 及实例如下： （1）填满所有的八面体空隙，2价阳离子，MgO； （2）填满所有的四面体空隙，1价阳离子，Li2O； （3）填满一半的八面体空隙，4价阳离子，TiO2； （4）填满一半的四面体空隙，2价阳离子，ZnO。 3-3 MgO晶体结构，Mg2+半径为0.072nm，O2-半径为0.140nm，计算MgO晶体中离子堆积系数（球状离子所占据晶胞的体积分数）；计算MgO的密度。并说明为什么其体积分数小于74.05%？
2019年材料科学基础期末总结复习资料
材料科学基础期末总结复习资料 1、名词解释 （1）匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。 （2）共晶转变：合金系中某一定化学成分的合金在一定温度下，同时由液相中结晶出两种不同成分和不同晶体结构的固相的过程称 为共晶转变。 （3）包晶转变：成分为H点的δ固相，与它周围成分为B点的液相L，在一定的温度时，δ固相与L液相相互作用转变成成分是J 点的另一新相γ固溶体，这一转变叫包晶转变或包晶反应。即HJB---包晶转变线，LB+δH→rJ （4）枝晶偏析：合金以树枝状凝固时，枝晶干中心部位与枝晶间的溶质浓度明显不同的成分不均匀现象。 （5）晶界偏析：晶粒内杂质原子周围形成一个很强的弹性应变场,相应的化学势较高,而晶界处结构疏松,应变场弱,化学势低,所以晶粒内杂质会在晶界聚集,这种使得溶质在表面或界面上聚集的现象称为晶界偏析 （6）亚共晶合金：溶质含量低于共晶成分，凝固时初生相为基体相的共晶系合金。 （7）伪共晶：非平衡凝固时，共晶合金可能获得亚（或过）共晶组织，非共晶合金也可能获得全部共晶组织，这种由非共晶合金所获得的全部共晶组织称为伪共晶组织。
（8）离异共晶：在共晶转变时，共晶中与初晶相同的那个相即附着在初晶相之上，而剩下的另一相则单独存在于初晶晶粒的晶界处，从而失去共晶组织的特征，这种被分离开来的共晶组织称为离异共晶。 （9）纤维组织：当变形量很大时，晶粒变得模糊不清，晶粒已难以分辨而呈现出一片如纤维状的条纹，这称为纤维组织。 （10）胞状亚结构：经一定量的塑性变形后，晶体中的位错线 通过运动与交互作用，开始呈现纷乱的不均匀分布，并形成位错缠结，进一步增加变形度时，大量位错发生聚集，并由缠结的位错组成胞状亚结构。 （11）加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬 度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降。 （12）结构起伏：液态结构的最重要特征是原子排列为长程无序、短程有序，并且短程有序原子集团不是固定不变的，它是一种此消彼长、瞬息万变、尺寸不稳定的结构，这种现象称为结构起伏。 （13）能量起伏：能量起伏是指体系中每个微小体积所实际具 有的能量，会偏离体系平均能量水平而瞬时涨落的现象。 （14）垂直长大：对于粗糙界面，由于界面上约有一半的原子 位置空着，故液相的原子可以进入这些位置与晶体结合起来，晶体便连续地向液相中生长，故这种长大方式为垂直生长。 （15）滑移临界分切应力：晶体的滑移是在切应力作用下进行的，但其中许多滑移系并非同时参与滑移，而只有当外力在某一滑移
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 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
材料科学基础知识点汇总
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金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容： 面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶格类型 fcc(A1) bcc(A2) hcp(A3) 间隙类型 正四面体 正八面体 四面体 扁八面体 四面体 正八面体 间隙个数 8 4 12 6 12 6 原子半径r A a 4 2 a 4 3 2 a 间隙半径r B ( ) 4 23a - ()4 22a - ( )4 35a - ()4 32a - ( )4 26a - ( ) 2 12a - 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。 基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。 相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。 变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。 过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看，没有过冷度结晶就没有趋动力。根据 T R k ?∝1可知当过冷度T ?为零时临界晶核半径R k 为无穷大，临界形核功（2 1T G ?∝?）也为无穷大。临界晶 核半径R k 与临界形核功为无穷大时，无法形核，所以液态金属不能结晶。晶体的长大也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。 细化晶粒的方法：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌。 铸锭三个晶区的形成机理：表面细晶区：当高温液体倒入铸模后，结晶先从模壁开始，靠近模壁一层的液体产生极大的过冷，加
材料科学基础作业解答分析
第一章 1.简述一次键与二次键各包括哪些结合键？这些结合键各自特点如何？ 答：一次键——结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。 二次键——结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。 ①离子键：由于正、负离子间的库仑（静电）引力而形成。特点：1）正负离子相间排列，正负电荷数相等；2）键能最高，结合力很大； ②共价键：是由于相邻原子共用其外部价电子，形成稳定的电子满壳层结构而形成。特点：结合力很大，硬度高、强度大、熔点高，延展性和导电性都很差，具有很好的绝缘性能。 ③金属键：贡献出价电子的原子成为正离子，与公有化的自由电子间产生静电作用而结合的方式。特点：它没有饱和性和方向性；具有良好的塑性；良好的导电性、导热性、正的电阻温度系数。 ④范德瓦耳斯键：一个分子的正电荷部位和另一个分子的负电荷部位间的微弱静电吸引力将两个分子结合在一起的方式。也称为分子键。特点：键合较弱，易断裂，可在很大程度上改变材料的性能；低熔点、高塑性。 2.比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料在结合键上的差别。 答：①金属材料：简单金属（指元素周期表上主族元素）的结合键完全为金属键，过渡族金属的结合键为金属键和共价键的混合，但以金属键为主。 ②陶瓷材料：陶瓷材料是一种或多种金属同一种非金属（通常为氧）相结合的化合物，其主要结合方式为离子键，也有一定成分的共价键。 ③高分子材料：高分子材料中，大分子内的原子之间结合方式为共价键，而大分子与大分子之间的结合方式为分子键和氢键。④复合材料：复合材料是由二种或者二种以上的材料组合而成的物质，因而其结合键非常复杂，不能一概而论。 3. 晶体与非晶体的区别？稳态与亚稳态结构的区别？ 晶体与非晶体区别： 答：性质上，(1)晶体有整齐规则的几何外形；(2)晶体有固定的熔点,在熔化过程中,温度始终保持不变；(3)晶体有各向异性的特点。
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#名词解释（5*4） 1、萤石结构:Ca2+作立方紧密堆积 ,F-充填于全部的四面体空隙,八面体空隙全部空着，因此在八个F-之间存在有较大的空洞，为阴离子F-的扩散提供条件。 2、反萤石结构：晶体结构与萤石完全相同，只是阴、阳离子的位置完全互换。 3、正尖晶石 答：在尖晶石AB2O4型结构中，如果A离子占据四面体空隙，B离子占据八面体 空隙，则称为正尖晶石。(A)[B2]O4。 4、反尖晶石型结构 答：如果半数的B离子占据四面体空隙，A离子和另外半数的B离子占据八面体空隙，则称为反尖晶石。 (B)[AB]O4。 5、二八面体：在层状结构硅酸盐晶体中，二八面体以共棱方式相连，但八面体中的离子被其他两个阳离子所共用，因而称为二八面体。 6、三八面体：仍共棱方式相连，但八面体中的离子被其他三个阳离子所共用，因此成为三八面体。 7、位移性转变：这种改变不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子位置发生少许位移。是高低温转变，所需能量低，属于可逆转变，转变速度快。 8、重建性转变：是破坏原有原子间的化学键，改变原子最邻近的配位数，是晶体结构完全改变。使晶体结构完全改变原样的一种多晶转变形式。需要破坏化学键，所需能量高，有些是不可逆转变，转变速率慢。 9、同质多晶现象：相同的化学组成，在不同的热力学条件下却能形成不同的晶体的结构，表现出不同的物理、化学性质。 10、类质同晶现象：化学组成相似或相近，在相同的热力学条件下，形成的晶体具有相同的结构。 11、弗仑克尔缺陷：正常格点离子和间隙位置反应生成间隙离子和空位的过程。特征：当晶体中剩余空隙比较大时，如萤石CaF2型结构等，容易产生弗仑克尔缺陷。 12、肖特基缺陷：正常格点位置的离子跃迁到晶体表面的位置上，在原来的各点留下空位。 特征：当晶体中剩余空隙比较小，如NaCl型结构，容易形成肖特基缺陷。 13、置换式固溶体：亦称替代固溶体，其溶质原子位于点阵结点上，替代（置换）了部分溶剂原子。 14、间隙式固溶体，亦称填隙式固溶体，其溶质原子位于点阵的间隙中
材料科学基础作业参考答案
《材料科学基础》作业参考答案 第二章 1．回答下列问题： （1）在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向： （001）与[210]，(111)与[112]，（110）与[111]，(132)与[123]，（322）和[236]。 （2）在立方晶系的一个晶胞中画出（111）和（112）晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。解答： （1） （2）首先求（111）和（112）的交线。 由式（2－7），即得u=k1l2-k2l1=1x2-1x1=1 v=l1h2-l2h1=1x1-2x1=-1 w=h1k2-h2k1=1x1-1x1=0 所以，（111）和（112）两晶面交线的晶向指数为[110]或者[110]。如下图所示。
3 立方晶系的{111}、{110}、{123}晶面族各包括多少晶面？写出它们的密勒指数。 解答： ++++++++= )213()231()321()132()312()321()231()123(}123{ + ++++++)312()132()213()123()132()312()231() 132()123()213()321()231()213()123()312()321(++++ ++++ 注意：书中有重复的。如（111）与（111）应为同一晶面，只是位于坐标原点的位置不同。 6．（略） 7．（题略） （1）(2)用公式 求。 (3) 用公式 求。 （1）d(100)=0.286nm d(110)=0.202nm d(123)=0.076nm 显然，d(100)最大。 222hkl d h k l =++
(2) d(100)=0.365nm d(111)=0.211nm d(112)=0.149nm 显然，d(100)最大。 (3) d(1120)=0.1605 nm d(1010)=0.278nm d(1012)=0.190nm 显然，d(1010)最大。 由（1）、（2）、（3）得低指数的面间距较大，而高指数的晶面间距则较小 8．回答下列问题： （1）通过计算判断（110）、（132）、（311）晶面是否属于同一晶带？ （2）求（211）和（110）晶面的晶带轴，并列出五个属于该晶带的晶面的密勒指数。解答提示：（1）首先求任两面的交线，即求晶面（h1 k1 l1）和（h2 k2 l2）的求晶带轴[uvw] u = k1 l2 - k2 l1、v = l1 h2-l2h1、w＝h1 k2- h2 k1 再判断该晶带轴是否与另一面垂直，即是否满足uh＋vk＋wl＝0。 （2）采用以上公式求得后，任写5个，注意h,k,l必须最小整数化。 10．（题略） 利用公式（2－12）（2－13）求。 正负离子之间的距离：R0＝R+ + R-=23.1nm 单价离子半径：R Na+=Cn/(Z1-σ)= Cn/(11-4.52)＝Cn/6.48 单价离子半径：R F-=Cn/(Z2-σ)= Cn/(9-4.52) ＝Cn/4.48 所以，Cn=61.186 从而，R Na+=9.44nm R F-=13.66nm 答：略。 18．（题略）注意写详细一些。 第四章 2．（题略） 解答提示：利用公式（4－1）解答。 取A＝1，则 ) ( kT u e e N n- =,
赵品《材料科学基础教程》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解 第1章 材料的结构【圣才出品】
第1章材料的结构 1.1复习笔记 一、材料的结合方式 1．化学键 （1）定义 组成物质整体的质点（原子、分子或离子）间的相互作用力称为化学键。 （2）分类 ①共价键 a．定义 同类原子或电负性相差不大的原子互相接近时，原子之间不产生电子的转移，而是借共用电子对所产生的力结合，形成的键被称为共价键。 b．特点 既有方向性又有饱和性。 ②离子键 a．定义 当两种电负性相差大的原子相互靠近时，其中电负性小的原子失去电子，成为正离子，电负性大的原子获得电子，成为负离子，两种离子靠静电引力结合在一起形成的键被称为离子键。 b．特点 离子键无方向性和饱和性。
③金属键 a．定义 由金属正离子和自由电子之间互相作用而结合形成的键称为金属键。 b．特点 金属键无方向性和饱和性 c．电子气理论 金属原子的结构特点是外层电子少，容易失去。当金属原子相互靠近时，其外层的价电子脱离原子成为自由电子，为整个金属所共有，它们在整个金属内部运动，形成电子气。 ④范德瓦尔键 分子的一部分往往带正电荷，而另一部分往往带负电荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位间，以微弱静电力相吸引，使之结合在一起形成的键，称为范德瓦尔键，又称分子键。 2．工程材料的键性 在实际的工程材料中，原子（或离子、分子）间相互作用的性质，只有少数是以上四种键型的极端情况，大多数是这四种键型的过渡。如果以四种键为顶点，作个四面体，就可把工程材料的结合键范围示意在四面体上，如图1-1-1所示。
图1-1-1工程材料键性 二、晶体学基础 1．晶体与非晶体 （1）原子排列的三个等级（不考虑原子的结构缺陷） 无序排列，短程有序和长程有序。 （2）晶体 ①定义 物质的质点（分子、原子或离子）在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质称为晶体。 ②特点 a．晶体具有一定的熔点。 b．晶体具有各向异性：晶体的某些物理性能和力学性能在不同方向上具有不同的数值。 （3）非晶体 ①定义 在整体上是无序的，但原子间也靠化学键结合在一起，故在有限的小范围内观察还有一定规律，即近程有序，这样的物质称为非晶体。 ②特点 a．非晶体不具有一定的熔点，它实质上是一种过冷的液体结构，往往被称为玻璃体。 b．非晶体具有各向同性。 2．空间点阵 将晶体看成是无错排的理想晶体，忽略其物质性，抽象为规则排列于空间的无数几何点。