材料学科基础试题答案

1、材料科学基础试题及答案一、出题形式一：填空类1. 在立方系中，晶面族123中有24组平面，晶面族100中有 3组平面。2. 获得高能量的原子离开原来的平衡位置，进入其它空位或迁移至晶界或表面，形成 肖脱基 空位。如果离位原子进入晶体间隙，形成费仑克尔空位。3点缺陷的类型分为空位 和间隙原子；当相遇时两者都消失，这一过程称为复合或湮灭 。4. 刃型位错的柏氏矢量 b与位错线t互相 垂直，刃型位错移动的方向与 b方向 一致 。螺型位错 的移动方向与柏氏矢量b 垂直，螺型位错的柏氏矢量 b方向与位错线t的方向 平行 。5由于界面能的存在，当晶体中存在能降低界面能的异类原子时，这些原子将向境界偏聚，这

2、种现象 叫 内吸附 。6 均匀形核必须具备的条件是：1.必须过冷；2.必须具备与一定多冷度相适应的能量起伏 和结构起伏 。7.面心立方结构的滑移面是111,共有4 组，每组滑移面上包含3个滑移方向，共有12 个滑移系。&由于 晶界阻滞 效应及 取向差 效应,使多晶体的变形抗力比单晶体大，其中， 取向差 效应是多晶体加工硬化更主要的原因。9滑移面应是面间距最大的密排面，滑移方向是原子最密排 方向。10金属塑性变形时，外力所作的功除了转化为热量之外，还有一小部分被保留在金属内部，表现为残余应力。在此过程中，金属内部同时进行着加工冷变形所产生的储存能的释放；再结,纯金属结晶的驱动力是温度梯度 0，这

3、说明形成临界晶核是需要能量的。形成临界晶核所需的能量 AG*称为临界形核功 。9.弹性滞后： 在材料中产生给定的应力所需的应变能与那个应力对应的弹性能之间的差值。 若在弹性范围内加载或去载， 应变不是瞬时达到其平衡值， 而是通过一种弛豫过程完成的， 即随时间的 延长，逐步趋于平衡值的弹性应变叫滞弹性应变。1、简要论述稀土金属微观结构和性能特点。答：稀土原子的价电子层结构比较复杂。钪和钇遵循原子构造原理，其价电子层结构分别为3d14s2和4d15s2。5771号的镧系原子出现反常，它们的价电子层结构不是从4f16s2到4f146s2，其中57La、58Ce、64Gd和71Lu原子的价电子层结构中

4、出现5d1。稀土原子的价电子层结构具有下列3个明显的特点：（1）最外层是ns2电子，与周期表中s区元素的价电子层结构相似，是活泼金属。（2）次外层是（n 1）d0 1（n 1）s2（n - 1）p6 结构。（3）次次外层是 4f0 14（Sc 和 Y 除外）。特点：1）稀土元素是典型的金属元素。它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素，而比其他金 属元素活泼。2）稀土元素能形成化学稳定的氧化物、卤化物、硫化物。3）稀土易和氧、硫、铅等元素化合生成熔点高的化合物，因此在钢水中加入稀土，可以起到净化钢的效果。4）稀土元素具有未充满的4f电子层结构，并由此而产生多种多样的电子能级。因此，稀土可以作

5、为优良的荧光，激光和电 光源材料以及彩色玻璃、陶瓷的釉料。5）稀土离子与羟基、偶氮基或磺酸基等形成结合物，使稀土广泛用于印染行业。6）稀土具有类似微量元素的性质，可以促进农作物的种子萌发，促进根系生长，促进 植物的光合作用。2、根据下面的派一纳力公式：、 2G_2兀 a 16 = exp I （1-v） （1-v）b 一解释晶体滑移为什么多是沿着晶体中原子密度最大的面和原子密排方向进行。式中b为柏氏矢量的模，G:切变模量，v：泊松比，a为面间距。答：由公式可知，a最大，b最少时派-纳力最少，故滑移面应是晶面间距最大的最密排面，滑移方向 应是原子最密排方向，此方向b一定最少。3、用弗兰克-瑞德源

6、机制解释位错的增值过程。答：若某滑移面上有一段刃型位错 AB,它的两端被位错网节点钉住不能运动。现沿位错b方向加切应力，使位错沿滑移面向前滑移运动， 形成一闭合的位错环河位错环内的一小段弯曲位错线。只要外加应力继续作用，位错环便继续向外扩张。 同时环内的弯曲位错在线张力作用下又被拉直，恢复到原始状态，并重复以前的运动，络绎不绝地产生新的位错环，从而造成位错的增殖，并使晶体产生可观的滑移量。4、（1）晶体的特性；答：1）自限性；2）均一性；3）各向异性；4）对称性；5）最小内能性；6）稳定性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

7、的特点。 晶体、非晶体和准晶体的结构差别。答：晶体：长程有序，短程有序；非晶体：长程无序，短程有序；准晶体材料：长程有序不完善，短程有序；不能平移5、（ 1）材料的分类:答：1）金属材料；2）高分子材料；3）无机非金属材料3）陶瓷材料；4 ）复合材料；5）功能材料（2）用6 - 曲线解释陶瓷材料和金属材料韧性的差别。答：陶瓷是典型的脆性材料。上图是典型金属与陶瓷材料的应力-应变曲线的对比。金属能够发生较大的塑性形变，而陶瓷只有很小的弹性形变， 看不到屈服点。所以金属有较好的韧性， 而陶瓷的韧性较低。6、再结晶的形核机制。答：1）小变形量的弓出形核机制； 2 ）亚晶合并机制；3）亚晶蚕食机制 晶

8、界弓出形核机制：对于冷变形程度较小的金属，由于变形不均匀，相邻晶粒的位错密度相差很大，此时，晶界中的一小段会向密度高的一侧突然弓出，成为再结晶核心。亚晶合并形核机制：若变形量较大、具有高层错能的金属再结 晶时则以亚晶合并机制形核。 它是由相 邻亚晶的转动，使小亚晶逐步合并成大亚晶成为再结晶核心。亚晶蚕食形核机制：若变形量很大、具有低层错能的金属则以亚晶蚕食机制形核。它是在位错密度很大的小区域，形成位错密度很低的亚晶， 这个亚晶便会向周围位错密度生长，最终由小角度晶界演变成大角度晶界。请阐述材料内部合理的再结晶对材料力学性能和晶体结构的影响。答：冷变形后的金属加热到一定温度之后，在变形基体中，重

9、新生成无畸变的新晶粒的过 程叫再结晶。材料内部合理的再结晶对材料力学性能的影响为：消除残余应力；提高材料 断裂韧性和强度；提高材料的物理性能和化学性能。对晶体结构的影响为：细化晶粒。再结晶后晶粒的尺寸伺变形程度和原始晶粒大4韦很大关系.原始晶粒越小，越能促进晶核的生咸使再结晶晶 粒变细.变形程彥越丸则经再结晶后新晶粒尺寸越小，分布也戡匀.计算题10c-10已知铜晶体的切变模量 G=4 10 Nrr2，位错的柏氏矢量等于原子间距，b=2.0 X 10 m,取 a =0.75，计算(1)单位长度位错线的应变能。103(2)单位体积的严重变形铜晶体内部存储的位错应变能。(设位错密度为10 m/cm)

10、解: (1)单位长度位错线的应变能为：W/L=a*GI2=0.75*4X 1010Nrr2* (2.0 X 10歸 2=1.2* 10-9 J3(2)设体积为V= 1cm ,则单位体积的严重变形铜晶体内部存储的位错应变能为：-9103E= 1.2*10 *10 m/cm=12 J标注题，如：在单位晶胞中标出立方晶系的晶面和晶向:晶面 (1 1 0),( 1 1 0), (0 1 1), (4 2 1)晶向111。V、第四大类知识要点：结合本地产业来应用理论分析问题出题形式：小论文方式的阐述题，如1、结合佛山支柱；情况对一具体材料产业的现状谈谈你的见解答：陶瓷产业是佛山传统支柱产业之一。/佛山陶

11、山正大力弘扬陶瓷历史文化 ，大力发展陶瓷产业总部经济。业发展呈现新的格意识增强，品牌知名度高，品牌向高端化、国际化发展；三是产业配套体系完善(0 1 1)是民营陶企迅猛发展；五是环保意识增强厶新产品科技含量提高, 门类齐全；八是产品销售国内、目前情况来看生产、销售、流通配套能力移加快；七是佛山陶瓷产业在产品、品丘全两在保持稳步、快速发展的同时,十销理业运营等多面市场发展的是陶瓷产品向高档化、国际化发展；二是企业品牌也存在不严重同质；Q1汁可题。主要有驾爻资活跃，产业转具备国最为强大的齐驱/1 )行业同质化严重，存外贸出口强劲增长。2)企业管理粗放,家族式的管理已难适应 发展的3)环保问题，如何协调和择地转移成为产业可持续发展的重要课题;但规模小，存在大则不强;5)人才问题高素质的研发、营销、管4)企业数量多贸等人才严重不足，成为产答：稀土兀瓷生产个方面方面是用于生产特种陶瓷，如氧化铈陶瓷称为业发展的一大制约1 1。0)丁yTj c2、固体电解质离子筛，可以透过氧离子；用于水蒸气发生氧、测定废气和人体中的氧等。第二方面是用于制作陶瓷颜料。由于稀土元素具有独特的原子结构，即不充满的4f电子层存在，当受到不同波长的光照射时，4f电子层表现出对光的选择性吸收和反射，或者吸收一种波长的光后 ，又放出另一种波长,色调纯正的陶瓷颜料。稀土元素镧、铈、的光。因此可利用稀土作为色剂或助色剂来制造