复旦大学材料科学导论答案

复旦大学材料科学系

2010 ～2011 学年第 一 学期期末考试试卷

□√A卷 □B卷

课程名称：_ 材料科学导论____ 课程代码: MATE130034.01

开课院系：__ 材料科学系 ______ _ 考试形式：开卷/√闭卷/课程论文/ 姓 名： 学 号： 专 业：

（ 题目 得分

1. （1）简述材料科学和材料科学与工程的主要区别。（5分）

（2）指出下列钢种牌号的含义：10，20g，Q235F，T8A，304L (5分)

2. 材料的四级组织结构及其作用是什么？（8分），简例说明组织对材料性能的影响。（2分）

3. （1）高分子链结构包括哪两种类型，试概要说明。（4分）

（2）解释以下高分子材料的缩写名称： PE、PU、PVC、ABS、PET、PEEK， 并各举一例说明其在生活中的应用。（6分）

4．某元素的原子序数为47，除4f能阶之外，其余内部能阶都已填满。试写出该元素原子序数的电子排列结构、化学价、在周期表中的位置及其元素属性（10分）。

5. （1）

课程名称:材料科学导论 班号：10021022 学号：1002102208 姓名：鲁鑫松

任课教师：张洁

《材料科学概论》读书报告 日期：2012年 5月3日

课程名称:材料科学导论 班号：10021022 学号：1002102208 姓名：鲁鑫松

书名:《土木工程材料》（第二版）

种类：普通高等教育“十一五”国家级规划教材

作者：湖南大学 天津大学

同济大学 东南大学 合编

责任编辑：朱首明 刘平平

主要内容：⒈建筑钢材 ⒉无机胶凝材料 ⒊水泥混凝土 ⒋砂浆 ⒌砌筑材料 ⒍沥青及沥青混合料

任课教师：张洁

2012年 5月3日

日期：课程名称:材料科学导论 班号：10021022 学号：1002102208 姓名：鲁鑫松

一、 建筑钢材

1、 钢材的化学组成

钢的基本成分是铁与碳，此外还有某些合金元素和杂质元素。按化学成分钢材可分为碳素钢和合金钢两大类。

碳素钢根据含碳量可分为：低碳钢（含碳量小于0.25%），中碳钢（含碳量0.25%~0.6%

实用文档之"材料科学导论课后习题答案"

第一章材料科学概论

1.氧化铝既牢固又坚硬且耐磨，但为什么不能用来制造榔头？

答：氧化铝脆性较高，且抗震性不佳。

2.将下列材料按金属、陶瓷、聚合物和复合材料进行分类：

黄铜、环氧树脂、混泥土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅锡焊料、橡胶、纸杯

答：金属：黄铜、镁合金、铅锡焊料；陶瓷：碳化硅；聚合物：环氧树脂、沥青、橡胶、纸杯；复合材料：混泥土、玻璃钢

3.下列用品选材时，哪些性能特别重要？

答：汽车曲柄：强度，耐冲击韧度，耐磨性，抗疲劳强度；

电灯泡灯丝：熔点高，耐高温，电阻大；

剪刀：硬度和高耐磨性，足够的强度和冲击韧性；

汽车挡风玻璃：透光性，硬度；

电视机荧光屏：光学特性，足够的发光亮度。

第二章材料结构的基础知识

1.下列电子排列方式中，哪一个是惰性元素、卤族元素、碱族、碱土族元素

及过渡金属？

(1) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2

(2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

(3) 1s2 2s2 2p5

(4) 1s2 2s2 2p6 3s2

(5) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2

(6) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

答：惰性元素：(2)；卤族元素：(3)；碱

第1 章 原子结构与键合

决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原子结构，原子间的相互作用、相互结合，原子或分子在空间的排列分布和运动规律，原子集合体的形貌特征等。

物质是由原子组成的，而原子是由位于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成的。 原子结构中的电子结构——决定了原子键合的本身。 1.1 原子结构 1.1.1 物质的组成

一切物质是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。这些微粒可能是分子、原子或离子。

分子是能单独存在、且保持物质化学特性的一种微粒。分子的体积很小，如H2O分子的直径约为0.2 nm。而分子的质量则有大有小：H2分子是分子世界中最小的，它的相对分子质量只有2，而天然高分子化合物——蛋白质可高达几百万。

分子是由一些更小的微粒——原子所组成的。在化学变化中，分子可以再分成原子，而原子却不能再分，原子是化学变化中的最小微粒。量子力学中，原子并不是物质的最小微粒。它具有复杂结构。原子结构直接影响原子间的结合方式。 1.1.2 原子的结构

原子由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成。原子的体积很小，原子直径约为10量级，原子核直径为10

–15

–10

m 数

–24

m 数量级。原子的质量主要在原子核内。每个

第1 章 原子结构与键合

决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原子结构，原子间的相互作用、相互结合，原子或分子在空间的排列分布和运动规律，原子集合体的形貌特征等。

物质是由原子组成的，而原子是由位于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成的。 原子结构中的电子结构——决定了原子键合的本身。 1.1 原子结构 1.1.1 物质的组成

一切物质是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。这些微粒可能是分子、原子或离子。

分子是能单独存在、且保持物质化学特性的一种微粒。分子的体积很小，如H2O分子的直径约为0.2 nm。而分子的质量则有大有小：H2分子是分子世界中最小的，它的相对分子质量只有2，而天然高分子化合物——蛋白质可高达几百万。

分子是由一些更小的微粒——原子所组成的。在化学变化中，分子可以再分成原子，而原子却不能再分，原子是化学变化中的最小微粒。量子力学中，原子并不是物质的最小微粒。它具有复杂结构。原子结构直接影响原子间的结合方式。 1.1.2 原子的结构

原子由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成。原子的体积很小，原子直径约为10量级，原子核直径为10

–15

–10

m 数

–24

m 数量级。原子的质量主要在原子核内。每个

第一章 材料与人类

1.为什么说材料的发展是人类文明的里程碑？

材料是一切文明和科学的基础，材料无处不在，无处不有，它使人类及其赖以生存的社会、环境存在着紧密而有机的联系。纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每一种重要材料的发现和利用，都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产和人类生活带来巨大的变化。

2.什么是材料的单向循环？什么是材料的双向循环？两者的差别是什么？ 物质单向运动模式：“资源开采-生产加工-消费使用-废物丢弃” 资源开采 冶金等初加工 原材料 工业原料 地球 进一步加工 组合加工制造 人类使用后失效 工程材料 废料 产品

双向循环模式：以仿效自然生态过程物质循环的模式，建立起废物能在不同生产过程中循环，多产品共生的工业模式，即所谓的双向循环模式（或理论意义上的闭合循环模式）。 地球 综合利用变为无害废物 综合利用变为无害废物 工业用原料 原材料 经过人类处理重新利用后的无害废物 工程材料 产品 废料 差别：单向循环必然带来地球有限资源的紧缺和破坏，同时带来能源浪费，造成人类生存环境的污染。

无害循环：流程性材料生产中，如果一个过程的输出变为另一个

第二章 材料科学与工程的四个基本要素

作业一

第一部分 填空题（10个空共10分，每空一分）

1． 材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、结构与成份和合成与加工。

2． 材料性质的表述包括力学性质、物理性质和化学性质。 3． 强度可以用弹性极限、屈服强度和比例界限等来表征。 4． 三类主要的材料力学失效形式分别是：断裂、磨损和腐蚀。 5． 材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。

6． 晶体结构有三种形式，它们分别是：晶体、非晶体和准晶体。 7． 化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。

8． 材料的强韧化手段主要有固溶强化、加工强化、弥散强化、第二相强化和相变增韧。 第二部分 判断题（10题共20分，每题2分）

1． 材料性质是功能特性和效用的描述符，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的反应。（√ ） 2． 疲劳强度材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。（√ ） 3． 硬度是指材料在表面上的大体积内抵抗变形或破裂的能力。（错）

4． 性能是包括材料在内的整个系统特征的体现；性质则是材料本身特征的体现。（√） 5． 晶体是指原子排列短程有序，有周期。（错）

6． 材料的热处理是指通过一定的加热、

? 绪论

1.课程设置的意义和目的

(1)材料的定义与分类 （2）材料的地位和作用 （3）材料科学与工程的形成和发展 （4）本课程设置和北工大材料科学与工程学科改革 2.课程的内容和讲法

材料是人类用于制造机器、构 件和产品的物质，是人类赖以 生存和发展的物质基础。

(1)材料的分析(2)金属材料(3)无机非金属材料(4)高分子材料(5)复合材料 材料的地位和作用

材料是人类社会发展的基础和先导，是人类社会进步的里程碑和划时代的标志。材料和能源、信息被称为人类社会的“三大支柱”。 一种重要新材料的发现和使用，都把人类支配自然的能力提高到一 个新水平，材料科学技术的每一次重大突破都会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次世界性的技术变革，从而把人类物质文明和精神文明推向前进。 材料科学与工程的形成和发展

材料科学与工程的形成与发展，反映了学科发展从细分到整合（综合）的基本规律。 材料科学

（1）钢铁冶金（2）有色金属冶金（3）冶金物理化学（4）金属材料与热处理（5）金属压力加工（6）无机非金属材料（7）硅酸盐工程（8）高分子材料与工程（9）粉末冶金（10）复合材料（11）服饰与防护（12）材料科学与工程（13）铸造（1

第1章 晶体结构

1．在立方晶系中，一晶面在x轴的截距为1，在y轴的截距为1/2，且平行于z 轴，一晶向上某点坐标为x=1/2，y=0，z=1，求出其晶面指数和晶向指数， 并绘图示之。

2．画出立方晶系中下列晶面和晶向：（010），（011），（111），（231），(321)，[010]， [011]，[111]，[231]，[321]。

3．纯铝晶体为面心立方点阵，已知铝的相对原子质量Ar（Al）=27，原子半径r=0.143nm，求铝晶体的密度。

4．何谓晶体？晶体与非晶体有何区别？

5．试举例说明：晶体结构与空间点阵？单位空间格子与空间点阵的关系？ 6．什么叫离子极化？极化对晶体结构有什么影响？ 7．何谓配位数（离子晶体/单质）？ 8．何谓对称操作，对称要素？

9．计算面心立方结构（111）与（100）晶面的面间距及原子密度（原子个数/单位面积）。

10．已知室温下α-Fe（体心）的点阵常数为0.286nm，分别求（100）、（110）、

（123）的晶面间距。

11. 已知室温下γ-Fe（面心）的点阵常数为0.365nm，分别求（100）、（110）、（112）的晶面间距。

12. 已知Cs+半径为0.170nm，

第1章 晶体结构

1．在立方晶系中，一晶面在x轴的截距为1，在y轴的截距为1/2，且平行于z 轴，一晶向上某点坐标为x=1/2，y=0，z=1，求出其晶面指数和晶向指数， 并绘图示之。

2．画出立方晶系中下列晶面和晶向：（010），（011），（111），（231），(321)，[010]， [011]，[111]，[231]，[321]。

3．纯铝晶体为面心立方点阵，已知铝的相对原子质量Ar（Al）=27，原子半径r=0.143nm，求铝晶体的密度。

4．何谓晶体？晶体与非晶体有何区别？

5．试举例说明：晶体结构与空间点阵？单位空间格子与空间点阵的关系？ 6．什么叫离子极化？极化对晶体结构有什么影响？ 7．何谓配位数（离子晶体/单质）？ 8．何谓对称操作，对称要素？

9．计算面心立方结构（111）与（100）晶面的面间距及原子密度（原子个数/单位面积）。

10．已知室温下α-Fe（体心）的点阵常数为0.286nm，分别求（100）、（110）、

（123）的晶面间距。

11. 已知室温下γ-Fe（面心）的点阵常数为0.365nm，分别求（100）、（110）、（112）的晶面间距。

12. 已知Cs+半径为0.170nm，