材料科学基础合院赵红星原创Word文件下载.docx

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1．含碳量对铁碳合金平衡组织的影响，2．含碳量对机械性能的影响，渗碳体含量越多，分布越均匀，材料的硬度和强度越高，塑性和韧性越低；

但当渗碳体分布在晶界或作为基体存在时，则材料的塑性和韧性大为下降，且强度也随之降低。

3．含碳量对工艺性能的影响

10、写出下列缺陷反应式：

（1）CaCl2固溶在NaCl晶体中（产生正离子空位，生成置换型SS

CaCl2+2NaCl→→Ca·

Na+2Clcl+V’Na

（2）MgO固溶在Na2O晶体中（产生正离子空位，生成置换型SS）

MgO+Na2O→→Mg·

Na+Oo+V’Na

（3）Al2O3固溶在MgO晶体中（产生正离子空位，生成置换型SS）

Al2O3+3MgO→→2Al·

Mg+3Oo+V”Mg

（4）YF3固溶在CaF2晶体中（产生正离子空位，生成置换型SS）

2YF3+3CaF2→→2Y·

Ca+6FF+V”Ca

（5）MgO固溶在ZrO2晶体中（产生负离子空位，生成置换型SS）

MgO+ZrO2→→Mg”zr+Oo+V·

·

o

11、材料科学基础：

《材料科学基础》系统地介绍了材料科学的基础理论，探讨材料的共性和普遍规律。

主要内容包括材料的结构，材料的凝固与相图，扩散，材料中铺缺陷，塑性变形、回复与再结晶等。

《材料科学基础》可作为高等院校材料类和机械类专业的学生及研究生的教科书和参考书，也可以为相关专业的学生及从事材料工作的科技工作者和工程技术人员提供参考。

12、材料科学：

材料科学基础是研究材料的成分、组织结构与性能之间关系

（2）研究材料的组织结构、性质、生产流程和使用效能，以及它们之间相互关系的科学。

材料科学是多学科交叉与结合的结晶，是一门与化学密不可分的应用科学

13、合成的定义式什么，合成研究包括那些？

指促使原子、分子结合而构成材料的化学与物理过程。

合成的研究既包括有关寻找新合成方法的科学问题，也包括以适当的数量和形态合成材料的技术问题；

既包括新材料的合成，也应包括已有材料的新合成方法（如溶胶-凝胶法）及其新形态（如纤维、薄膜）的合成。

14、制备：

研究如何控制原子与分子使之构成有用的材料。

这一点是与合成相同的，但制备还包括在更为宏观的尺度上或以更大的规模控制材料的结构，使之具备所需的性能和适用效能，即包括材料的加工、处理、装配和制造。

简而言之，合成与制备就是将原子、分子聚合起来并最终转变为有用产品的一系列连续过程。

15、结构的定义式什么，包括那些方面？

则指组成原子、分子在不同层次上彼此结合的形式、状态和空间分布，包括原子与电子结构、分子结构、晶体结构、相结构、晶粒结构、表面与晶界结构、缺陷结构等；

在尺度上则包括纳米以下、纳米、微米、毫米及更宏观的结构层次。

16、离子键的特点：

①结合力强，熔点高，硬而脆；

②严格按化学价结合，原子比例已定，可用化学式表示③电子固有，不存在自由电子，传导性差；

④无方向性；

17、共价键的特点:

①具有饱和性，符合8-n定律；

②有方向性③结合力强，熔点高，硬；

④电子固有，没有自由电子

18、原子半径的影响因素：

①致密度越高，则Ra越小；

②键合力越高，则Ra越小；

③不同方向上Ra也可能不同；

19、晶向指数建立步骤：

①建立坐标系。

以某一阵点为坐标原点，三个棱边为坐标轴，并以点阵常数（a、b、c）作为各个坐标轴的单位长度；

②作OP//AB；

③确定P点的三个坐标值（找垂直投影）；

④将坐标值化为互质的最小整数，并放入到[]中，则[uvw]即为所求；

20、晶面指数的确定步骤：

（1）对晶胞作晶轴X、Y、Z，以晶胞的边长作为晶轴上的单位长度。

（2）求出晶面在三个晶轴上的截距（如该晶面与某轴平行，则截距为∞）。

例如1、1、∞，1、1、1，1、1、1/2等。

（3）取这些截距数的倒数。

例如110，111，112等。

（4）将上述倒数化为最小的简单整数，并加上圆括号，即表示该晶面的指数，一般记为（hkl）。

21、晶带定律：

设晶带轴为[uvw]，晶带中任一晶面为（hkl），则两者符合晶带定律：

hu+kv+lw=0。

其原因是同一晶带中的所有晶面均与晶带轴平行。

22、缺陷指：

实际晶体与理想晶体相比有一定程度的偏离或不完美性，把两种结构发生偏离的区域叫缺陷。

23、热缺陷：

当晶体的温度高于绝对0K时，由于晶格内原子热运动，使一部分能量较大的原子离开平衡位置造成的缺陷。

24、非化学计量化合物：

非化学计量化合物又称非计量或非整比化合物。

有些化合物的组分原子间不为小整数比，且组成可在一定的范围内变动，不符合定组成定律。

25、互扩散：

溶质原子扩散同时引起溶剂原子的反向扩散.

扩散：

物质中原子（分子）的迁移.

自扩散：

纯金属中原子本身的扩散.

异扩散：

溶质原子在溶剂金属中的扩散

26、扩散通量：

扩散通量，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的量（kg/m²

•s）

27、固相反应的特点：

1、非均相反应2、参与反应的固相需相互接触3、固相反应的起始温度远低于反应物的熔点或系统低共熔点，此温度与反应物内部出项扩散的温度一致

29、固相反应的一般过程包括哪些：

1、反应物颗粒间混合接触2、在颗粒表面发生反应3、形成细薄含大量结构缺陷的新相4、晶粒生长5、反应通过反应物的扩散而继续

30、影响固相反应的因素：

反应物化学组成与结构；

反应物颗粒尺寸及分布的影响；

反应温度压力、气氛；

矿物剂及其它因素

31、自由度（f）定义:

温度、压力、组分浓度等可能影响系统平衡状态的变量中，可以在一定范围内改变而不会引起旧相消失新相产生的独立变量的数目

33、何谓金属键：

金属中，正离子与自由电子相结合（正离子浸在自由电子云中）失去价电子的金属正离子于形成电子云的自由电子之间产生静电引力，使金属原子结合在一起，形成了金属晶体。

33、金属的性能与金属键的关系如何？

因为金属键的原因，金属才有一些特性，由于存在自由电子，金属就有高导电性和导热性，自由电子吸收光波，发生跃迁，从而表面具有金属光泽，不透明，金属键没有方向性和饱和性，从而使金属表现出延展性

34、定比例规则：

从等边三角形的某一顶点向对边作一直线，则在线上的任一点表示对边两组分含量之比不变，而顶点组分的含量则随着远离顶点而降低。

35、等含量规则：

在等边三角形中，平行于一条边的直线上的所有各点均含有相等的对应顶点的组成。

36、杠杆规则：

在三元系统中，一种混合物分解为两种物质（或两种物质合成为一种混合物）时，它们的组成点在一条直线上，它们的重量比与其它组成点之间的距离成反比。

37、连线规则：

将界线（或延长线）与相应的连线相交，其交点是该界线上的温度最高，温度走向是背离交点

38、切线规则：

将界线上的某一点所作的切线与相应的组成的连线相交，如交点在连线上，则表示界线上该处具有共熔性质；

如交点在连线的延长线上，则表示界线上该处具有转熔性质，远离交点的晶相被回吸。

39、重心规则：

无变量点处于其相应副三角形的重心位，则为共熔点；

无变量点处于其相应副三角形的交叉位，则为单转熔点；

无变量点处于其相应副三角形的共轭位，则为双转熔点。

40、三角形规则；

原始熔体组成点所在三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物；

与这三个物质相应的初晶区所包围的三元无变量点是其结晶终点。

41、均匀形核：

均匀（或均质）形核是指在均匀单一的液相中形成固相结晶核心的过程。

42、什么是物理吸附、化学吸附，两者的区别.

物理吸附也称范德华吸附，它是由吸附质和吸附剂分子间作用力所引起，化学吸附：

吸附质分子与固体表面原子（或分子）发生电子的转移、交换或共有，形成吸附化学键的吸附，化学吸附是指在吸附过程中伴随着化学反应，物理吸附在吸附过程中则没有化学反应。

一般来说，化学吸附是不可逆的，物理吸附可逆

44、马氏体相变的基本特征：

1.无扩散性2.切变性，即由母相变为新相的晶格改组过程是以切变方式进行的3.具有一定的晶体学位相关系的惯习面，即共格切变4.转变在一定的温度范围内进行5.快速转变，一般不需要孕育期6.转变不完全，会留有相当数量的残余奥氏体

45、范得华力来源三方面：

取向力、诱导力和色散力

46、鲍林的具体内容有哪些：

配位多面体规则，其内容是：

“在离子晶体中，在正离子周围形成一个负离子多面体，正负离子之间的距离取决于离子半径之和，正离子的配位数取决于离子半径比”。

2在一个稳定的晶体结构中每一个负离子的电价等于从邻近的正离子配给该负离子各静电键强度的总和3多面体共顶、共棱、共面规则，其内容是：

“在一个配位结构中，共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。

4不同配位多面体连接规则，其内容是：

“若晶体结构中含有一种以上的正离子，则高电价、低配位的多面体之间有尽可能彼此互不连接的趋势”。

5节约规则，其内容是：

“在同一晶体中，组成不同的结构基元的数目趋向于最少”。

47、肖脱基空位;

弗兰克尔空位：

肖特基缺陷：

晶体的结构基元，从正常的结点位置上位移到晶体的表面而正常位置上出现了空位，这种缺陷即是。

位置数增殖，体积增大。

弗兰克尔缺陷：

晶体结构中的结构基元，从正常的结点位置上位移到晶体的间隙位置上，而正常位置上出现了空位

48、由于能量起伏和原子热振动，点缺陷将不断产生、运动和消亡，点缺陷是热力学稳定的缺陷。

49、晶体缺陷按几何组态可分哪几类？

点，面，线缺陷

50、获得过饱和点缺陷的方法哪些。

淬火，冷加工，辐射。

51、试阐述粉体材料与人类社会的关系及其在各领域中的应用

从材料古代文明、现代文明、社会发展、日常生活等方面进行论述

材料、信息、能源归为现代文明的三大支柱，信息技术、生物技术和新型材料作为新的技术革命的重要标志。

先进材料是社会现代化的先导.材料是人类文明的物质基础，从远古的石器时代到青铜器时代，然后再进入铁器时代，每一种新材料的出现和使用，都伴随着生产力和科学技术的发展，标志着人类文明的进步。

材料又是社会现代化的物质基础与先导，特别是先进材料的研究、开发与应用反应着一个国家科学技术与工业水平。

在人类的生活和生产中，材料是必需的物质基础。

人们的衣食住行，无一不与材料密切相关。

材料的发展水平直接影响人们的生活。

52、稳态扩散：

所谓稳态扩散，是指在扩散系统中，任一体积元在任一时刻，流入的物质量与流出的物质量相等，即任一点的浓度不随时间变化。

53、材料科学与工程中的许多现象——烧结、氧化、蠕变、沉淀、化学热处理以及许多相变过程都与扩散密切相关

54、共价键的本质是什么，共价键理论包括那些理论？

当原子在相互靠近时，原子轨道发生作用，形成新的分子轨道，引起原子间电子分布情况发生变化，使两原子间的电子聚集的程度变大，电子云密度增加，电子云同时受到两个原子核吸引，体系的能量降低，形成稳定的化学键，称为共价键。

价键理论，分子轨道理论和杂化轨道理论。

55、相图

56、组元

通常指构成材料的最简单、最基本、可以独立存在的物质。

57、配位数Z:

定义；

Z反映了晶体中原子排列第紧密程度。

Z越大，晶体排列得越紧密。

59、结晶相变是各种相变中最常见的相变，通过对结晶相变的研究可揭示相变进行时所必须的条件、相变规律和相变后的组织与相变条件之间的变化规律，对材料的制取、加工成形机性能的控制均有指导做作用。

61、形核给体系能量带来两相变化，其一是晶核者部分体积由液态转变成晶体所释放出的能量，使体系能量降低；

其二是晶核与液相之间形成了相界面是体系能量增加。

62、纯金属晶体的生长形态取决于界面前沿液相内的温度分布。

63、界面：

相与相之间的交界面。

即两相间的接触表面。

64、理想表面

66、晶界偏析：

一般来说，晶界结构比晶内松散，具有一定的表面效应，溶质原子处在晶内的能量比处在晶界的能量要高，所以溶质原子有自发向晶界偏聚的的趋势，这就会发生晶界偏析。

67、影响晶界迁移率的主要原因：

溶质原子，低的杂质含量就可使迁移率降低几个数量级；

第二相颗粒，运动着的晶界遇到第二相颗粒时，颗粒将对晶界作用一个约束力，使晶界的迁移速度降低；

温度，睡者温度的升高，晶界迁移率明显提高；

晶界两侧晶粒的位向，小角度晶界的迁移率比大角度晶界低。

68、柏氏矢量的确定方法：

1规定位错线的正方向，通常指定位错线自纸面伸出的方向为正向2从实际晶体中任意一个原子出发，围绕位错线作一个闭合回路。

3然后在完整晶体中作相应的参考回路，即在相同的方向上走同样的步数，结构参考回路的终点与其起始部重合，自终点向始点引一个矢量。

69、柏氏矢量的意义：

根据柏氏矢量与位错线的关系可以确定位错类型；

柏氏矢量b表示位错线周围弹性变形量的总和，表示总畸变量的大小和方向，表示柏氏矢量大小的∣b∣越大，说明点阵畸变越严重；

柏氏矢量具有守恒性，即一定的位错，不论柏氏回路的大小、形状如何变化，只要它不与别的的位错相交，则所确定的柏氏矢量是一定的。

70、在切应力作用下，螺旋位错的移动方向与其柏氏矢量、切应力及晶体的滑移方向相垂直。

71、在固相反应中矿化剂起什么作用？

影响晶核的生长速率；

影响结晶速率及晶格结构；

降低共熔点，改善液相性质。

72、扩散的机制包括哪些？

间隙微观机制，空位扩散机制，填隙扩散机制

73、空位扩散的速率取决于

临近空位的原子是否具有越过势垒的自由焓，同时也取决空位浓度。

74、实验测定结果表明，空位机制比间隙机制需要更大的扩散激活能。

75、材料的性能决定于相的种类、数量、尺寸、形状和分布。

76、系统中相的平衡条件是每一个组元在所有各相中的化学势相等。

77、同素异晶转变：

物质在不同温度和压力下，晶体结构发生变化

78、同素异晶转变前的固相和同素异晶转变后的固相称为同素异晶体。

二、计算题：

1、已知Mg2+半径为0.072nm，O2-半径为0.140nm，计算MgO晶体结构的堆积系数与密度。

MgO为NaCl型，O2-做密堆积，Mg2+填充空隙。

=0.140nm，

=0.072nm，

=4，晶胞中质点体积：

，

，晶胞体积=

，堆积系数=晶胞中MgO体积/晶胞体积=68.5%，密度=晶胞中MgO质量/晶胞体积=3.49g/cm3。

2、临界半径比的定义是：

紧密堆积的阴离子恰好互相接触，并与中心的阳离子也恰好接触的条件下，阳离子半径与阴离子半径之比。

即每种配位体的阳、阴离子半径比的下限。

计算下列配位的临界半径比：

（a）立方体配位；

（b）八面体配位；

（c）四面体配位；

（d）三角形配位。

解：

（1）立方体配位

在立方体的对角线上正、负离子相互接触，在立方体的棱上两个负离子相互接触。

因此：

（2）八面体配位

在八面体中，中心对称的一对阴离子中心连线上正、负离子相互接触，棱上两个负离子相互接触。

（3）四面体配位

在四面体中中心正离子与四个负离子直接接触，四个负离子之间相互接触（中心角

）。

底面上对角中心线长为：

（4）三角体配位

在三角体中，在同一个平面上中心正离子与三个负离子直接接触，三个负离子之间相互接触。

3、证明等径圆球面心立方最密堆积的空隙率为25.9％。

设球半径为a，则球的体积为4/3πa3，求的z=4，则球的总体积（晶胞）4×

4/3πa3，立方体晶胞体积：

，空间利用率=球所占体积/空间体积=74.1%，空隙率=1-74.1%=25.9%。

4、一个面心立方紧密堆积的金属晶体，其原子量为M，密度是8.94g/cm3。

试计算其晶格常数和原子间距。

根据密度定义，晶格常数

原子间距=

5、试根据原子半径R计算面心立方晶胞、体心立方晶胞的体积。

面心立方晶胞：

六方晶胞（1/3）：

体心立方晶胞：

6、

（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。

（1）∵h：

k：

l=1/2：

1/3：

1/6=3：

2：

1，

∴该晶面的米勒指数为（321）；

（2）（321）{希望大家认真复习，后面的题目打印不出来，不是不考，一定要看，低调使用这份资料}

7、求晶面（010）与（100）的夹角及它们所决定的晶带轴

求晶面（121）与（100）的夹角及它们所决定的晶带轴

8、求晶向[100]与[010]的夹角及他们所决定的晶面的晶面指数

9、等轴晶系中α-Fe的点阵常数为2.86×

10-10m，写出α-Fe的晶格常数，求出（100）、（110）、（123）晶面的晶面间距。

三、作图分析题

1、下图是一个形成不稳定化合物的三元系统相图，在图中标出初晶区及配料点1、2的结晶路径，写出配料点1、2点的结晶表达式。

2、、写出下图各组分点结晶路径

3、指出出下图E1、E2、P三点的性质及其所对应的副三角形，写出组分点1、2结晶路径解：

熔体1的析晶路程：

熔体2的析晶路程：