1、材料科學基礎試題及答案一、出題形式一：填空類1在立方系中，晶面族123中有 24 組平面，晶面族100中有 3 組平面。2獲得高能量的原子離開原來的平衡位置，進入其它空位或遷移至晶界或表面，形成 肖脫基 空位。如果離位原子進入晶體間隙，形成 費侖克爾 空位。3點缺陷的類型分為 空位 和間隙原子；當相遇時兩者都消失，這一過程稱為 復合或湮滅 。4刃型位錯的柏氏矢量b與位錯線t互相 垂直 ，刃型位錯移動的方向與b方向 一致 。螺型位錯的移動方向與柏氏矢量b 垂直 ，螺型位錯的柏氏矢量b方向與位錯線t的方向 平行 。5由于界面能的存在，當晶體中存在能降低界面能的異類原子時，這些原子將向境界偏聚，這種

2、現象叫 內吸附 。6均勻形核必須具備的條件是：1.必須過冷；2. 必須具備與一定多冷度相適應的 能量起伏 和 結構起伏 。7面心立方結構的滑移面是111，共有 4 組，每組滑移面上包含 3 個滑移方向，共有 12 個滑移系。8由于 晶界阻滯 效應及 取向差 效應，使多晶體的變形抗力比單晶體大，其中， 取向差 效應是多晶體加工硬化更主要的原因。9滑移面應是面間距最 大的密排 面，滑移方向是原子最 密排 方向。10金屬塑性變形時，外力所作的功除了轉化為熱量之外，還有一小部分被保留在金屬內部，表現為 殘余應力 。 11金屬的熱變形是指金屬材料在再結晶溫度以上的加工變形，在此過程中，金屬內部同時進行著

3、加工硬化和 回復再結晶 軟化兩個過程。12. 擴散的驅動力是 化學位梯度 ；再結晶的驅動力為 冷變形所產生的儲存能的釋放 ；再結晶后晶粒的長大的驅動力是： 晶粒長大前后的界面能差 ，純金屬結晶的驅動力是 溫度梯度 。13. 晶體中原子在表面、晶界、位錯處的擴散速度比原子在晶內的擴散速度快，這種現象叫 短路擴散 。14. 回復的初始階段回復機制以 空位遷移 為主，后期以 位錯攀移 為主。15材料的結合方式有共價鍵 、 離子鍵 、 金屬鍵 和范德華力四種化學鍵結合方式。21細化鑄件晶粒的方法有：1、 提高過冷度 2、 變質處理 3、 振動、攪拌 。22金屬液態結構特點是 近程有序 ，此結構原子團稱

4、為 晶胚 。23材料中質點的擴散機制主要有 間隙擴散機制 和 置換擴散機制 兩種。24. 在過冷度不很大時，形核率主要受形核功因子的控制，當過冷度非常大時，形核率主要受 擴散因子 的控制。1 柏氏矢量與回路起點選擇無關，但與柏氏回路的具體路徑，大小有關。 （ × ）2對稱傾側晶界中同號位錯垂直排列，刃型位錯產生的壓應力場與拉應力場可互相抵消，不產生長程應力場，其能量很低。 （ ）3非均勻形核所需要的形核功大于均勻形核所需要的形核功。 （ × ）4在粗糙界面和負溫度梯度下易生長形成樹枝狀晶體。 （ ）5雖然體心立方金屬滑移系多于面心立方，但面心立方金屬的可塑性好。 （ 

5、15; ）6作用于位錯的力只是一種組態力，它不代表位錯附近原子實際所受到的力。（ ）7回復不能使金屬性能恢復到冷變形前的水平。 （ ）8超塑性不靠滑移進行，而是由晶界的滑動和晶粒的轉動所致。 （ ）9擴散是物質內部由于熱運動導致原子或分子定向遷移的過程。 （ ）10如果固體中不存在擴散流，則說明原子沒有擴散 。 （ × ）11幾何結晶學通過幾何學的方法把晶體材料中的質點抽象出來并設想為結點，通過空間格子構造的概念來描述晶體的結構。 （ ）12孿晶關系指相鄰兩晶粒或一個晶粒內部相鄰兩部分沿一個公共晶面（孿晶界）構成鏡面對稱的位向關系。 （ ） 一、出題形式一：名詞解釋，如：1滑移系：一

6、個滑移面(面距最大的密排面)與其面上的一個滑移方向（原子的最密排方向）組合。2顯微結構：在顯微鏡下看到的尺寸級別在0.1100個微米的晶體的結構。3柯氏（Cottrell）氣團 ：為降低交互作用能，在溫度和時間許可的條件下，溶質原子傾向于聚集到位錯周圍，形成比較穩定的分布。通常把溶質原子在位錯周圍的聚集叫柯氏氣團。 4交滑移 ：交滑移是指兩個或多個滑移面沿同一個擴散方向滑移。5柯肯達爾效應 ：將一塊純銅和純鎳對焊起來，焊接面上嵌幾根鎢絲，加熱到接近熔點的高溫長時間保溫，再冷卻。經擴散后，惰性鎢絲向純鎳一側移動了一段距離。原因是鎳原子向銅一側擴散的多，銅原子向鎳一側擴散的少，使銅一側伸長，鎳一側

7、縮短。這種現象就是柯肯達效應。 6、幾何軟化：經滑移和轉動后，一些原來角度遠離45°的晶面將轉到接近45°，使滑移變得容易進行。7應力（材料科學或者材料力學學科所定義的）：應力定義為“單位面積上所承受的附加內力”。8臨界晶核形核功：形成臨界晶核時自由能的變化G* > 0，這說明形成臨界晶核是需要能量的。形成臨界晶核所需的能量G*稱為臨界形核功 。 9彈性滯后：在材料中產生給定的應力所需的應變能與那個應力對應的彈性能之間的差值。若在彈性范圍內加載或去載，應變不是瞬時達到其平衡值，而是通過一種弛豫過程完成的，即隨時間的延長，逐步趨于平衡值的彈性應變叫滯彈性應變。1、簡要論

8、述稀土金屬微觀結構和性能特點。答：稀土原子的價電子層結構比較復雜。鈧和釔遵循原子構造原理，其價電子層結構分別為3d14s2和4d15s2。5771號的鑭系原子出現反常，它們的價電子層結構不是從4f16s2到4f146s2，其中57La、58Ce、64Gd和71Lu原子的價電子層結構中出現5d1。稀土原子的價電子層結構具有下列3個明顯的特點：（1)最外層是ns2電子，與周期表中s區元素的價電子層結構相似，是活潑金屬。 (2)次外層是(n1)d01(n1)s2(n1)p6結構。 (3)次次外層是4f014(Sc和Y除外）。特點：1）稀土元素是典型的金屬元素。它們的金屬活潑性僅次于堿金屬和堿土金屬元

9、素，而比其他金屬元素活潑。2） 稀土元素能形成化學穩定的氧化物、鹵化物、硫化物。3）稀土易和氧、硫、鉛等元素化合生成熔點高的化合物，因此在鋼水中加入稀土，可以起到凈化鋼的效果。4）稀土元素具有未充滿的4f電子層結構，并由此而產生多種多樣的電子能級。因此，稀土可以作為優良的熒光，激光和電光源材料以及彩色玻璃、陶瓷的釉料。5）稀土離子與羥基、偶氮基或磺酸基等形成結合物，使稀土廣泛用于印染行業。6)稀土具有類似微量元素的性質，可以促進農作物的種子萌發，促進根系生長，促進植物的光合作用。2、根據下面的派納力公式：解釋晶體滑移為什么多是沿著晶體中原子密度最大的面和原子密排方向進行。式中b為柏氏矢量的模，

10、G：切變模量，v：泊松比，a為面間距。答：由公式可知，a最大，b最少時派納力最少，故滑移面應是晶面間距最大的最密排面，滑移方向應是原子最密排方向，此方向b一定最少。3、用弗蘭克瑞德源機制解釋位錯的增值過程。答：若某滑移面上有一段刃型位錯AB，它的兩端被位錯網節點釘住不能運動。現沿位錯b方向加切應力，使位錯沿滑移面向前滑移運動，形成一閉合的位錯環河位錯環內的一小段彎曲位錯線。只要外加應力繼續作用，位錯環便繼續向外擴張。同時環內的彎曲位錯在線張力作用下又被拉直，恢復到原始狀態，并重復以前的運動，絡繹不絕地產生新的位錯環，從而造成位錯的增殖，并使晶體產生可觀的滑移量。4、(1)晶體的特性；答：1）自

11、限性；2）均一性；3)各向異性；4)對稱性；5)最小內能性；6)穩定性 1)晶體有整齊規則的幾何外形； 2)晶體有固定的熔點，在熔化過程中，溫度始終保持不變； 3)晶體有各向異性的特點。(2)晶體、非晶體和準晶體的結構差別。答：晶體：長程有序，短程有序； 非晶體：長程無序，短程有序；準晶體材料：長程有序不完善，短程有序；不能平移5、（1）材料的分類：答：1）金屬材料；2）高分子材料 ；3）無機非金屬材料3）陶瓷材料 ；4）復合材料 ；5）功能材料（2）用-曲線解釋陶瓷材料和金屬材料韌性的差別。答：陶瓷是典型的脆性材料。上圖是典型金屬與陶瓷材料的應力-應變曲線的對比。金屬能夠發生較大的塑性形變，

12、而陶瓷只有很小的彈性形變，看不到屈服點。所以金屬有較好的韌性，而陶瓷的韌性較低。6、再結晶的形核機制。答：1）小變形量的弓出形核機制；2）亞晶合并機制；3）亞晶蠶食機制晶界弓出形核機制：對于冷變形程度較小的金屬，由于變形不均勻， 相鄰晶粒的位錯密度相差很大，此時，晶界中的一小段會向密度高的一側突然弓出，成為再結晶核心。亞晶合并形核機制 ：若變形量較大、具有高層錯能的金屬再結 晶時則以亞晶合并機制形核。它是由相鄰亞晶的轉動，使小亞晶逐步合并成大亞晶成為再結晶核心。亞晶蠶食形核機制：若變形量很大、具有低層錯能的金屬則以 亞晶蠶食機制形核。它是在位錯密度很大的小區域，形成位錯密度很低的亞晶，這個亞晶

13、便會向周圍位錯密度生長，最終由小角度晶界演變成大角度晶界。請闡述材料內部合理的再結晶對材料力學性能和晶體結構的影響。答：冷變形后的金屬加熱到一定溫度之后，在變形基體中，重新生成無畸變的新晶粒的過程叫再結晶。材料內部合理的再結晶對材料力學性能的影響為：消除殘余應力；提高材料斷裂韌性和強度；提高材料的物理性能和化學性能。對晶體結構的影響為：細化晶粒。計算題。已知銅晶體的切變模量G=4×1010Nm-2，位錯的柏氏矢量等于原子間距，b=2.0×10-10m，取=0.75，計算（1）單位長度位錯線的應變能。（2）單位體積的嚴重變形銅晶體內部存儲的位錯應變能。（設位錯密度為1010m

14、/cm3）解：（1）單位長度位錯線的應變能為：W/L=a*Gb2=0.75*4×1010Nm-2*（2.0×10-10m）2=1.2*10-9 J（2）設體積為V= 1cm3，則單位體積的嚴重變形銅晶體內部存儲的位錯應變能為： E=1.2*10-9 *1010m/cm3=12 J標注題，如：在單位晶胞中標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。(1 1 0)（4 2 1）（0 1 1）（1 1 0）1 1 1、第四大類知識要點：結合本地產業來應用理論分析問題出題形式：小論文方式的闡述題，如1、結合佛山支柱

15、材料工業情況對一具體材料產業的現狀談談你的見解。答：陶瓷產業是佛山傳統支柱產業之一。佛山正大力弘揚陶瓷歷史文化,大力發展陶瓷產業總部經濟。 就目前情況來看，佛山陶瓷產業發展呈現新的格局：一是陶瓷產品向高檔化、國際化發展；二是企業品牌意識增強，品牌知名度高，品牌向高端化、國際化發展；三是產業配套體系完善，具備國內最為強大的生產、銷售、流通配套能力；四是民營陶企迅猛發展；五是環保意識增強；六是產業投資活躍，產業轉移加快；七是新產品科技含量提高，門類齊全；八是產品銷售國內、國際并駕齊驅，外貿出口強勁增長。 佛山陶瓷產業在保持穩步、快速發展的同時，也存在不少問題。主要有：1）行業同質化嚴重，存在產品、

16、品牌、營銷理念、企業運營等多面的嚴重同質化；2）企業管理粗放，家族式的管理已難適應市場發展的需要；3）環保問題，如何協調和擇地轉移成為產業可持續發展的重要課題；4）企業數量多但規模小，存在大則不強；5）人才問題， 高素質的研發、營銷、管理、外貿等人才嚴重不足，成為產業發展的一大制約。 2、闡述稀土金屬材料在一具體產業中的應用。答：稀土元素在陶瓷生產中的應用主要有兩個方面:第一方面是用于生產特種陶瓷 ,如氧化鈰陶瓷稱為固體電解質離子篩 ,可以透過氧離子 ,用于水蒸氣發生氧、 測定廢氣和人體中的氧等。第二方面是用于制作陶瓷顏料。由于稀土元素具有獨特的原子結構 ,即不充滿的 4f 電子層存在 ,當受到不同波長的光照射