材料科學(xué)基礎(chǔ)-復(fù)習(xí)答案-學(xué)生用-2

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)-復(fù)習(xí)答案-學(xué)生用-2材料科學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)重點知識點及典型例題一、簡答題：1、測定擴散系數(shù)的方法。示蹤原子擴散方法、化學(xué)擴散方法、弛豫方法、核方法。2、產(chǎn)生柯肯達爾效應(yīng)的原因由于兩種原子以不同速度相對擴散而造成標記面的漂移。3、影響擴散系數(shù)的因素：溫度、晶體結(jié)構(gòu)及固溶體類型、各向異性、第三組元、晶體缺陷、4、穩(wěn)定化合物：是指具有一定的熔點，而且在熔點以下都能保持自身固有的結(jié)構(gòu)而不發(fā)生分解的化合物°5、二元相圖的幾何規(guī)律：1.兩個單相區(qū)只能交與一點，而不能交成線段、2.兩個單相區(qū)之間，必定是一個由這兩個單相構(gòu)成的 兩相區(qū)、3三相共存區(qū)，必定是一條水平線，該水平線必須與由這3個相

2、組合而成的3個兩相區(qū)相令B、4如果兩個恒溫轉(zhuǎn)變中有兩個是相同的相，那么在這兩條水平線之間一定是由這兩個相組成的 兩相區(qū)、5.兩相區(qū)和單相區(qū)的分界線與三相等溫水平線相交，則分界線的延長線進入另一個兩相區(qū)， 而不會進入單相區(qū)。6、相區(qū)接觸法則：在二元系相圖中，相鄰相區(qū)中相的數(shù)目只能相差一個，這一規(guī)律稱作相區(qū)接觸法則。7、晶胞的選取原則1 .幾何形狀與晶體具有同樣的對稱性、2.平面六面體內(nèi)相等的棱與角的數(shù)目最多、3.當平行六面體棱間有直角時，直角數(shù)目最多、4.在滿足上述條件下，晶包體積應(yīng)最小。8、形成置換固溶體的條件和影響溶解度因素：1 .條件：溶質(zhì)取代了溶劑中原子或離子所形成的固溶體、2影響：原子

3、或離子的尺寸的影響、晶體結(jié)構(gòu)類型的影響、電負性的影響、電子濃度的影響。9、碳對鐵碳合金的組織與性能的影響：1 .碳對鐵碳合金平衡組織的影響：當含碳量增加時，使鐵碳合金組成相的相對含量發(fā)生變化，從而導(dǎo)致 不同性質(zhì)的結(jié)晶。2.碳對合金機械性能的影響：當含碳量達到0.77%時，鐵碳合金不僅具有較高的強度和硬度，也具有一定的塑性和韌性，當 >0.77%時，鐵碳合金的塑性韌性降低。3.碳對合金工藝性能的影響：10、寫出下列缺陷反應(yīng)式：CaCl2固溶在NaCl晶體中（產(chǎn)生正離子空位，生成置換型SS）CaCl2+2NaCl Ca - Na+2Clcl+V 'NaMgO固溶在Na2O晶體中（產(chǎn)生

4、正離子空位，生成置換型SS）MgO+Na 2。Mg - Na+Oo+V Na（3） AI2O3固溶在MgO晶體中（產(chǎn)生正離子空位，生成置換型SS）Al 2O3+3MgO 2Al Mg +3Oo+V ” MgYF 3固溶在CaF2晶體中（產(chǎn)生正離子空位，生成置換型 SS）2YF 3+3CaF 2 2Y - ca+6FF+V”ca（5） MgO固溶在ZrO2晶體中（產(chǎn)生負離子空位，生成置換型SS）MgO+ZrO 2f Mg "zr+Oo+V -o11、材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)系統(tǒng)地介紹了材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論，探討材料的共性和普遍規(guī)律。主要內(nèi)容包括 材料的結(jié)構(gòu)，材料的凝固與相圖，擴散，材料中

5、鋪缺陷，塑性變形、回復(fù)與再結(jié)晶等。材料科學(xué)基礎(chǔ) 可作為高等院校材料類和機械類專業(yè)的學(xué)生及研究生的教科書和參考書，也可以為相關(guān)專業(yè)的學(xué)生及 從事材料工作的科技工作者和工程技術(shù)人員提供參考。12、材料科學(xué)材料科學(xué)是自然科學(xué)的一個分支，它從事于材料本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、分析和了解方面的研究，目的在于提供材料結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一描繪和模型，以及解釋這種結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。13、合成的定義式什么，合成研究包括那些？指促使原子、分子結(jié)合而構(gòu)成材料的化學(xué)與物理過程。合成的研究既包括有關(guān)尋找新合成方法的科學(xué) 問題，也包括以適當?shù)臄?shù)量和形態(tài)合成材料的技術(shù)問題；既包括新材料的合成，也應(yīng)包括已有材料的 新合成方法（如溶膠-凝膠法）及

6、其新形態(tài)（如纖維、薄膜）的合成。14、制備：研究如何控制原子與分子使之構(gòu)成有用的材料。這一點是與合成相同的，但制備還包括在更為宏觀的尺度上或以更大的規(guī)?？刂撇牧系慕Y(jié)構(gòu)，使之具備所需的性能和適用效能，即包括材料的加工、處理、裝配和制造。簡而言之，合成與制備就是將原子、分子聚合起來并最終轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏卯a(chǎn)品的一系列連續(xù)過程。15、結(jié)構(gòu)的定義式什么，包括那些方面？1.定義：結(jié)構(gòu)是理解和控制性能的中心環(huán)節(jié)。2.包括原子結(jié)構(gòu)、原子的排列、相結(jié)構(gòu)、顯微組織、晶體中的結(jié)構(gòu)缺陷。16、離子鍵的特點：離子鍵可用化學(xué)式表示、高熔點，結(jié)合力強，硬而脆、電子周圍無自由電子、無方向性、傳導(dǎo)性差17、共價鍵的特點：具有飽和性符

7、合8-n定律、具有方向性、結(jié)合力強，熔點高，硬、電子周圍無自由電子、傳導(dǎo)性差18、原子半徑的影響因素：19、晶向指數(shù)建立步驟1.選定坐標系、2通過原點作一條直線，使其平行于待標定的晶向、3在直線上任取一點 P,求出P點在3個坐標系的坐標、4取截距的最小整數(shù)比，去掉比例符號，用方括號括之。20、晶面指數(shù)的確定步驟：1.選定以晶軸為坐標軸的坐標系，要求坐標原點不在待標晶面上，各軸單位分別是單位平行六面 體邊長a、b、c2.求出待標晶面在 X、Y、Z軸上的截距pa、qb、rc,截距系數(shù)為p、q、r3取截距 系數(shù)的倒數(shù)最小整數(shù)比、4.去掉比例符號，以小括號括之。21、晶帶定律晶帶指數(shù)為uvw 時，晶帶

8、中任何晶面指數(shù)（hkl）都能符合關(guān)系式：hu+kv+lw=0,這種規(guī)律稱 為晶帶定律。22、缺陷：晶體的某些區(qū)域總是存在原子或分子的不規(guī)則排列，這便是晶體結(jié)構(gòu)缺陷23、熱缺陷：熱缺陷是由于晶體中的原子（或離子）的熱運動而造成的缺陷。24、非化學(xué)計量化合物：其各元素的原子（或離子）組成可以一定的比例范圍內(nèi)波動。它們的組成不符合化合價規(guī)則，不服從 組成定律，不能用小的整數(shù)來表示，只能用小數(shù)描述。25、互擴散 伴有濃度變化的擴散，與異類原子的濃度梯度有關(guān)，異類原子相對擴散，相互滲透。擴散物質(zhì)分子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域轉(zhuǎn)移，直到均勻分布的現(xiàn)象。自擴散 沒有濃度變化的擴散，與濃度梯度無關(guān)。異擴散 溶質(zhì)

9、原子在溶劑金屬中的擴散26、擴散通量指擴散物質(zhì)在單位時間內(nèi)通過單位截面積的質(zhì)量。27、固相反應(yīng)的特點：1、相界面共格界面、半共格界面、肥共格界面 2.界面能、3應(yīng)變能、4取向關(guān)系、5.慣性面、6晶體缺陷 29、固相反應(yīng)的一般過程包括哪些：1、反應(yīng)物顆粒間混合接觸 2、在顆粒表面發(fā)生反應(yīng) 3、形成細薄含大量結(jié)構(gòu)缺陷的新相4、晶粒生長5、反應(yīng)通過反應(yīng)物的擴散而繼續(xù)30、影響固相反應(yīng)的因素：反應(yīng)物化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)；反應(yīng)物顆粒尺寸及分布的影響；反應(yīng)溫度壓力、氣氛；礦物劑及其它因素31、自由度定義：指：在平衡系統(tǒng)中獨立可變的因素。33、何謂金屬鍵？金屬的性能與金屬鍵的關(guān)系如何？定義：金屬正離子與自由電子之

10、間的相互作用就構(gòu)成了金屬原子間的結(jié)合力一金屬鍵。關(guān)系：由于金屬鍵存在自由電子，金屬就具有高導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，自由電子能吸收光波能量，產(chǎn)生突躍，從而表現(xiàn)出有金屬光澤、不透明，另外，金屬正離子以球型密堆積方式組成，晶體原子間可滑動，表現(xiàn)出有延展性，并說明金屬鍵沒有方向性和飽和性。34、定比例規(guī)則：從等邊三角形的某一頂點向?qū)呑饕恢本€，則在線上的任一點表示對邊兩組分含量之比不變，而頂點組分的含量則隨著遠離頂點而降低。35、等含量規(guī)則：在等邊三角形中，平行于一條邊的直線上的所有各點均含有相等的對應(yīng)頂點的組成。36、杠桿規(guī)則：在三元系統(tǒng)中，一種混合物分解為兩種物質(zhì)（或兩種物質(zhì)合成為一種混合物 ）時，它們的

11、組成點在一條直線上，它們的重量比與其它組成點之間的距離成反比。37、連線規(guī)則：將界線（或延長線）與相應(yīng)的連線相交，其交點是該界線上的溫度最高，溫度走向是背離交點38、切線規(guī)則：將界線上的某一點所作的切線與相應(yīng)的組成的連線相交，如交點在連線上，則表示界線上 該處具有共熔性質(zhì)；如交點在連線的延長線上，則表示界線上該處具有轉(zhuǎn)熔性質(zhì)，遠離交點的晶相被回吸。39、重心規(guī)則：無變量點處于其相應(yīng)副三角形的重心位，則為共熔點；無變量點處于其相應(yīng)副三角形的交 叉位，則為單轉(zhuǎn)熔點；無變量點處于其相應(yīng)副三角形的共羯位，則為雙轉(zhuǎn)熔點。40、三角形規(guī)則 原始熔體組成點所在三角形的三個頂點表示的物質(zhì)即為其結(jié)晶產(chǎn)物；與這

12、三個物質(zhì)相應(yīng)的初晶區(qū)所包圍的三元無變量點是其結(jié)晶終點。41、均勻形核：均勻（或均質(zhì)）形核是指在均勻單一的液相中形成固相結(jié)晶核心的過程。42、什么是物理吸附、化學(xué)吸附，兩者的區(qū)別 .物理吸附也稱范德華吸附，它是由吸附質(zhì)和吸附劑分子間作用力所引起，化學(xué)吸附吸附質(zhì)分子與固體表面原子（或分子）發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移、交換或共有，形成吸附化學(xué)鍵的吸附，化學(xué)吸附是指在吸附過程中 伴隨著化學(xué)反應(yīng)，物理吸附在吸附過程中則沒有化學(xué)反應(yīng)。一般來說，化學(xué)吸附是不可逆的，物理吸附可 逆44、馬氏體相變的基本特征？1.無擴散性2.切變性，即由母相變?yōu)樾孪嗟木Ц窀慕M過程是以切變方式進行的3.具有一定的晶體學(xué)位相關(guān)系的慣習(xí)面，即共

13、格切變 4.轉(zhuǎn)變在一定的溫度范圍內(nèi)進行 5.快速轉(zhuǎn)變，一般不需要孕育期6.轉(zhuǎn)變不完全，會留有相當數(shù)量的殘余奧氏體45、范得華力來源三方面：1 .靜電力、2.誘導(dǎo)力、3.色散力。46、鮑林的具體內(nèi)容有哪些？一個原子軌道最多只能容納兩個電子，且這兩個電子自旋方向必須相反47、肖脫基空位；弗蘭克爾空位。肖脫基空位：離位原子遷移到外表面或內(nèi)界面處稱為肖脫基空位 弗蘭克爾：離位原子遷移到晶體點陣的間隙中稱為弗蘭克爾空位48、由于能量起伏和原子熱振動，點缺陷將不斷產(chǎn)生、運動和消亡，點缺陷是熱力學(xué)穩(wěn)定的缺陷。49、晶體缺陷按幾何組態(tài)可分哪幾類？2 .點缺陷、2.線缺陷、3.面缺陷。50、獲得過飽和點缺陷的方

14、法哪些。1 .淬火法、2.輻射法、3.塑性變形。51、試闡述粉體材料與人類社會的關(guān)系及其在各領(lǐng)域中的應(yīng)用從材料古代文明、現(xiàn)代文明、社會發(fā)展、日常生活等方面進行論述材料、信息、能源歸為現(xiàn)代文明的三大支柱，信息技術(shù)、生物技術(shù)和新型材料作為新的技術(shù)革命的重要標志。先進材料是社會現(xiàn)代化的先導(dǎo).材料是人類文明的物質(zhì)基礎(chǔ)，從遠古的石器時代到青銅器時代，然后再進入鐵器時代，每一種新材料的出現(xiàn)和使用，都伴隨著生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的 發(fā)展，標志著人類文明的進步。材料又是社會現(xiàn)代化的物質(zhì)基礎(chǔ)與先導(dǎo)，特別是先進材料的研究、開發(fā)與應(yīng)用反應(yīng)著一個國家科學(xué)技術(shù)與工業(yè)水平。在人類的生活和生產(chǎn)中，材料是必需的物質(zhì)基 礎(chǔ)。人們的衣

15、食住行，無一不與材料密切相關(guān)。材料的發(fā)展水平直接影響人們的生活。52、穩(wěn)態(tài)擴散：指在擴散系統(tǒng)中，一體積元在任一時刻，流入的物質(zhì)量與流出的物質(zhì)量相等，即任一點的濃度不隨時間變化。53、材料科學(xué)與工程中的許多現(xiàn)象 一一燒結(jié)、氧化、蠕變、沉淀、化學(xué)熱處理以及許多相變過程都與擴散 密切相關(guān)54、共價鍵的本質(zhì)是什么，共價鍵理論包括那些理論？本質(zhì)：黨原子相互靠近時，原子軌道發(fā)生作用，組成新的分子軌道，引起原子間電子分布情況發(fā) 生變化，使兩原子聚集程度變大，電子云密度增加，體系能量降低，形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，稱為共 價鍵。包括：價鍵理論、分子軌道理論和雜化軌道理論。55、相圖狹義:相圖（Phase diagra

16、m ）,也稱相態(tài)圖、相平衡狀態(tài)圖，是用來表示相平衡系統(tǒng)的組成與一些參數(shù)（如溫度、壓力）之間關(guān)系的一種圖。它在物理化學(xué)、礦物學(xué)和材料科學(xué)中具有很重要的 地位。廣義：相圖是在給定條件下體系中各相之間建立平衡后熱力學(xué)變量強度變量的軌跡的稽核表達，相圖表達的是平衡態(tài)，嚴格說是相平衡圖。采用的熱力學(xué)變量不同構(gòu)成不同的相圖。材料學(xué)工作者最關(guān)心的是凝聚態(tài)。簡單的相圖如水的圖（見上圖），從中可以很容易地讀出水的三相點、臨界點等信息。圖中的分隔線 稱為兩相平衡線”，所劃出的范圍表示單相區(qū)（雙變量系統(tǒng)），兩個變量可以同時在一定范圍內(nèi)改變而無新相出現(xiàn)。常見的二組分系統(tǒng)相圖有壓力-組成圖、溫度-組成圖、蒸汽壓-液相組

17、成圖、溶解度圖（溫度組成）、低共熔混合物相圖等。56、組元通常指構(gòu)成材料的最簡單、最基本、可以獨立存在的物質(zhì)。57、配位數(shù)Z :定義；Z反映了晶體中原子排列第緊密程度。Z越大，晶體排列得越緊密。58、二元相圖的分析方法；1 .先看相圖中是否存在穩(wěn)定的化合物，如果有穩(wěn)定化合物，則可將穩(wěn)定化合物作為一個獨立的組元把相圖分為幾個部分來分析研究。2.根據(jù)相區(qū)的接觸法則，弄清各個相區(qū)。3.找出三相共存水平線及其接觸的3個單相區(qū)，由3個單相區(qū)與水平線的相互位置確定三相平衡轉(zhuǎn)變的性質(zhì)和反應(yīng)式。4.分析典型合擊隨溫度改變而發(fā)生的轉(zhuǎn)變和變化規(guī)律。59、結(jié)晶相變是各種相變中最常見的相變，通過對結(jié)晶相變的研究可揭示

18、相變進行時所必須的條件、相變規(guī)律和相變后的組織與相變條件之間的變化規(guī)律，對材料的制取、加工成形機性能的控制均有指導(dǎo)做作用60、過冷：純金屬在結(jié)晶冷卻過程中結(jié)晶溫度T總是低于平衡結(jié)晶溫度 Tm,這種現(xiàn)象叫過冷。61、形核給體系能量帶來兩相變化，其一是晶核者部分體積由液態(tài)轉(zhuǎn)變成晶體所釋放出的能量，使體系能量降低；其二是晶核與液相之間形成了相界面是體系能量增加。62、純金屬晶體的生長形態(tài)取決于界面前沿液相內(nèi)的溫度分布。63、界面。相與相之間的交界面。即兩相間的接觸表面。64、理想表面：66、晶界偏析： 一般來說，晶界結(jié)構(gòu)比晶內(nèi)松散，具有一定的表面效應(yīng)，溶質(zhì)原子處在晶內(nèi)的能量比處在晶界的能量要高，所以

19、溶質(zhì)原子有自發(fā)向晶界偏聚的的趨勢，這就會發(fā)生晶界偏析。67、影響晶界遷移率的主要原因：溶質(zhì)原子，低的雜質(zhì)含量就可使遷移率降低幾個數(shù)量級；第二相顆粒， 運動著的晶界遇到第二相顆粒時，顆粒將對晶界作用一個約束力，使晶界的遷移速度降低；溫度，睡 者溫度的升高，晶界遷移率明顯提高；晶界兩側(cè)晶粒的位向，小角度晶界的遷移率比大角度晶界低。68、柏氏矢量的確定方法：(1) 規(guī)定位錯線的正方向，通常指定位錯線自紙面伸出的方向為正向(2) 從實際晶體中任意一個原子出發(fā)，圍繞位錯線作一個閉合回路。(3) 然后在完整晶體中作相應(yīng)的參考回路，即在相同的方向上走同樣的步數(shù)，結(jié)構(gòu)參考回路的終點與其起始部重合，自終點向始點

20、引一個矢量。69、柏氏矢量的意義：根據(jù)柏氏矢量與位錯線的關(guān)系可以確定位錯類型；柏氏矢量b表示位錯線周圍彈性變形量的總和，表示總畸變量的大小和方向，表示柏氏矢量大小的I bl越大，說明點陣畸變越嚴重； 柏氏矢量具有守恒性，即一定的位錯，不論柏氏回路的大小、形狀如何變化，只要它不與別的的位錯相交， 則所確定的柏氏矢量是一定的。70、在切應(yīng)力作用下，螺旋位錯的移動方向與其柏氏矢量、切應(yīng)力及晶體的滑移方向相垂直。71、在固相反應(yīng)中礦化劑起什么作用？影響晶核的生長速率；影響結(jié)晶速率及晶格結(jié)構(gòu)；降低共熔點，改善液相性質(zhì)。72、擴散的機制包括哪些？1 .間隙機制、2.填隙機制、3.空位機制。73、空位擴散的

21、速率取決于臨近空位的原子是否具有越過勢壘的自由焰，同時也取決空位濃度。74、實驗測定結(jié)果表明，空位機制比間隙機制需要更大的擴散激活能。75、材料的性能決定于相的種類、數(shù)量、尺寸、形狀和分布。76、系統(tǒng)中相的平衡條件是每一個組元在所有各相中的化學(xué)勢相等。77、同素異晶轉(zhuǎn)變：物質(zhì)在不同溫度和壓力下，晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化78、同素異晶轉(zhuǎn)變前的固相和同素異晶轉(zhuǎn)變后的固相稱為同素異晶體。79、有一個液相同時結(jié)晶出兩個不同固相的過程稱為共晶轉(zhuǎn)變或共晶反應(yīng)80、按界面原子的排列特點，可將相界面分為：共格、半共格、非共格 3種界面。81、材料的變形就其基本特征而言可分為3類：彈性形變、塑性變形和粘性變形。82、普

22、彈性變形的微觀機理：在外力作用下，晶體中原子沿受力方向偏離平衡位置，但并不能擺脫周圍原 子的束縛；而高分子材料的鍵長和鍵角的變化都很微小，這樣，當外力去除后原子間的相互作用力又 將原子拉回原位而使變形消失。83、普彈性變形的特點：應(yīng)力和應(yīng)變間符合線形關(guān)系，即滿足虎克定律；加工或去除應(yīng)力時，應(yīng)變都能瞬間 達到平衡。84、扭折帶：晶體在滑移和轉(zhuǎn)動時，若在某些部位受阻，位錯在哪里堆積，使滑移和轉(zhuǎn)動只發(fā)生在一個狹窄的帶狀區(qū)域，這個區(qū)域叫扭折帶。85、多晶體塑性變形的特點：各晶粒不能同時變形；各晶粒的變形不均勻；各變形晶?；ハ鄥f(xié)調(diào)。二、計算題：1、已知Mg2+半徑為0.072nm, O2-半徑為0.14

23、0nm,計算MgO晶體結(jié)構(gòu)的堆積系數(shù)與密度。解：在MgO!體中，正負離子直接相鄰，a0=2(r+r-)=0.424(nm)體積分數(shù)=4X (4 兀/3) X (0.143+0.0723)/0.4243=68.52% 密度=4X (24.3+16)/6.023 x 1023X (0.424 X 10-7) 3=3.5112(g/cm3)Mg潸積分數(shù)小于74.05%,原因在于r+/r-=0.072/0.14=0.4235>0.414,正負離子緊密接觸，而負離子之間不直接接觸，即正離子將 負離子形成的八面體空隙撐開了，負離子不再是 緊密堆積，所以其體積分數(shù)小于等徑球體緊密堆 積的體積分數(shù)74.

24、05%。2、臨界半徑比的定義是：緊密堆積的陰離子恰好互相接觸，并與中心的陽離子也恰好接觸的條件下, 陽離子半徑與陰離子半徑之比。即每種配位體的陽、陰離子半徑比的下限。計算下列配位的臨 界半徑比：（a）立方體配位；（b）八面體配位；（c）四面體配位；（d）三角形配位。解：（1）立方體配位 在立方體的對角線上正、負離子相互接觸，在立方體的棱上兩個負離子相互接觸。因此:川匚-（3 - 1） - 0.732（2）八面體配位在八面體中，中心對稱的一對陰離子中心連線上正、負離子相互接觸，棱上兩個負離子相互接觸。因此:+（紅尸=（比+ 2尸,了r+J r_ = （-72 -1） = 0 /114180 -2afcgintV,7)T =109 47' )。因此（3）四面體配位在四面體中中心正離子與四個負離子直接接觸，四個負離子之間相互接觸（中心角底面上對角中心線長為:/