材料科学基础习题集(新)（2020年8月）.doc

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1、一 寸 光 阴 不 可 轻第一部分：习题集材料科学基础复习思考题第一章：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、

2、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（ ）

3、，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（ ），（ ），（ ）。

4、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。三、作图表示出立方晶系（123）、（0）、（421）等晶面和02、11、346等晶向。四、 立方晶系的111晶面构成一个八面体，试作图画出该八面体，并注明各晶面的晶面指数。五、某晶体的原子位于正方晶格的结点上，其晶格常数a=b ， 。今有一晶面在X、Y、Z坐 标轴上的截距分别为5个原子间距、2个原子间距和3个原子 间距，求该晶面的晶面指数。六、体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（100）、（110

5、）、（111）晶面的面间距大小，并指出 面间距最大的晶面。七、已知面心立方晶格的晶格常数为a，试求出（100）、（110）、（111）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。八、试从面心立方晶格中绘出体心正方晶胞，并求出它的晶格常数。九、证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633。十、试证明面心立方晶格的八面体间隙半径r=0.414R,四面体间隙半径r=0.225R;体心立方晶格的八面体间隙半径;晶向的r=0.154R,晶向的r=0.633R;四面体间隙半径r=0.291R, (R为原子半径)。 十一、 a）设有一钢球模型，球的直径不变，当由面心立方晶格转变为体心立方晶格时，试计算其体积

6、膨胀。 b）经x射线测定，在912时，-Fe的晶格常数为0.3633nm, -Fe的晶格常数为0.2892nm,当由 -Fe转变为-Fe时,试求其体积膨胀,并与a)相比较,说明其差别的原因.。十二、已知铁和铜在室温下的晶格常数分别为0.286nm和0.3607nm,分别求1cm3中铁和铜的原子数。十三、Ni的晶体结构为面心立方结构，其原子半径为r=0.1243nm，试求1cm3中Ni的原子数。十四、.Mo的晶体结构为体心立方结构，其晶格常数a=0.31468nm，试求Mo的原子半径r。十五、Cu具有面心立方结构，其原子半径为r=0.1278nm，试求Cu的密度（Cu的相对原子量为63.5）十六

7、、试计算体心立方晶格100、110、111等晶面的原子密度和100、110、111等晶向的原子密度，并指出其最密排晶面和最密排晶向。（提示：晶面的原子密度为单位面积上的原子数，晶向的原子密度为单位长度上的原子数）。十七、试计算面心立方晶格100、110、111等晶面的原子密度和100、110、111等晶向的原子密度，并指出其最密排晶面和最密排晶向。十八、求金刚石结构中通过（0，0，0）和（3/4，3/4，1/3）两碳原子的晶向指数，及与该晶向垂直的晶面指数。十九、求（121）与（100）决定的晶带轴与（001）和（111）所决定的晶带轴所构成的晶面的晶面指数。二十、计算立方系321与120及（

8、111）与之间的夹角。二十一、.a)算出fcc和bcc晶体中四面体间隙及八面体间隙的大小，用原子半径R表示，并注明间隙中心坐标；b)写出溶解在-Fe中C原子所处位置，若此类位置全部被C原子占据，那么问在此情况下，-Fe能溶解多少重量百分比的C？而实际上碳在铁中的最大溶解度是多少？两者在数值上有差异的原因是什么？二十二、为什么g-Fe的溶碳能力远大于a-Fe的溶碳能力？二十三、Na+和Cl-的离子半径分别为0.097nm，0.181nm，NaCl具有面心立方点阵，试求其配位数、晶格常数及致密度。二十四、渗碳体(Fe3C)是一种间隙化合物，它具有正交点阵结构，其点阵常数a=0.4514nm，b=0

9、.508nm，c=0.6734nm，其密度=7.66g/cm3，试求每单位晶胞中Fe原子与C原子的数目？二十五、试计算金刚石结构的致密度。第二章：晶体缺陷一. 解释以下基本概念肖脱基空位、弗仑克尔空位、位错、刃型位错、螺型位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克-瑞德源、派-纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、共格界面、非共格界面、内吸附.二、填空题1、按照几何尺寸分类，晶体中存在三种缺陷，分别是（ ），（ ），（ ）。2、晶体中点缺陷主要表现形式有（ ），（ ）和（ ）。3、位错有两种基本类型，分别是（ ），（ ）。4、刃型位

10、错的柏氏矢量与位错线（ ），螺型位错的柏氏矢量与位错线（ ）。5、柏氏矢量代表晶体滑移的（ ）和（ ），也表示位错线周围（ ）总量的大小。6、位错的运动有两种，分别是（ ）和（ ），刃型位错的柏氏矢量与其垂直的位错线所构成的平面称为（ ），对于一条刃型位错而言，该面是唯一的，故不可能产生（ ）运动。7、体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格的单位位错的柏氏矢量分别可表示成（ ）、（ ）和（ ）。8、面心立方晶体中有两种重要的不全位错，柏氏矢量分别为（ ），（ ）。9、晶体的面缺陷主要包括（ ），（ ），（ ），（ ）。10、具有不同结构的两相之间的界面称为（ ），该界面有三种，分别是（ ），

11、（ ）和（ ）。三. 在Fe中形成1mol空位的能量为104.675kJ，试计算从20升温至850时空位数目增加多少倍？四、指出下图各段位错的性质,并说明刃型位错部分的多半原子面.五、如右图,某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b的位错环,并受到一均匀切应力.(1)分析该位错环各段位错的结构类型.(2)求各段位错线所受的力的大小及方向. (3)在的作用下,该位错环将如何运动?(4)在的作用下,若使此位错环在晶体中稳定不动,其半径应为多少?六、面心立方晶体中，在（111）面上的单位位错b=a/210，在（111）面上分解为两个肖克莱不完全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出：

12、七、已知单位位错a/201能与肖克莱不完全位错a/612相结合形成弗兰克不全位错，试说明：（1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。（2）判断此位错反应能否进行？（3）这个位错为什么称固定位错？八、判定下列位错反应能否进行？若能进行，试在晶胞上作出矢量图。九、试分析在（111）面上运动的柏氏矢量为b=a/210的螺型位错受阻时，能否通过交滑移转移到（11），（11），（11）面中的某个面上继续运动？为什么？十、已知柏氏矢量的大小为b=0.25nm，如果对称倾侧晶界的取向差=1和10，求晶界上位错之间的距离。从计算结果可得到什么结论？十一、根据晶粒的位向差及其特点，晶界有那些类型？有何特点属性？第

13、三章：纯金属的凝固一、 解释以下基本概念结晶、过冷、过冷度、结构起伏、能量起伏、均匀形核、非均匀形核、临界晶核半径、临界晶核形核功、形核率、变质处理、光滑界面、粗糙界面、树枝晶、柱状晶、等轴晶、单晶、非晶、微晶、准晶、多晶体。二、填空题1、金属结晶一般发生在理论结晶温度以下，这种现象称为（ ），理论结晶温度与实际结晶温度的差值叫做（ ），冷却速度越大，则（ ）越大。2、金属结晶过程是一个不断（ ）和（ ）的过程，直至液体耗尽为止。若由一个晶核长成的晶体叫做（ ），多个晶核长成的晶体叫做（ ）。3、要获得结晶过程所必须的驱动力，一定要有（ ），过冷度（ ），液固两相自由能差值（ ），驱动力（ ），临界晶核半径（ ），临界晶核形核功（ ），形核率（ ），结晶后（ ）越细小。4、在过冷液体中，会出现许多尺寸不同的原子小集团称为（ ），只有当原子小集团的半径大于（ ）时，才可作为晶核而长大。5、在形核时，系统总自由能变化是（ ）降低和（ ）增加的代数和，前者是形核的（ ），后者是形核的（ ）。6、均匀形核时，临界晶核形核功与过冷度的关系可表达成（ ），它表明当形成临界尺寸晶核时，体积自由能补偿表面能的（ ），尚有（ ）表面能没有得到补偿，需依靠（ ）。7、非均匀形核时，其形