材料科学基础第三版pdf

《材料科学基础》

课程设计报告

设计题目 ： 水泥制品的设计 学生姓名 ： 何祥涛 学 号 ： 1020560126

指导老师姓名： 朱国平 所 属 院(系)： 化学生物与材料科学学院 专 业 班 级 ： 材料化学（1）班 课程设计时间 ： 2013 年 1 月 8日

课程设计的总结报告

一．课程设计的基本任务

结合钙铝硅三元相图，通过查阅资料了解水泥生产工艺，设计并确定原料配

方和烧成冷却温度制度。

二．课程设计的基本要求

1．读懂并分析钙铝硅三元相图，尤其是高钙部分。

2．硅酸盐水泥熟料由C2S、C3S、C3A、C4AF四种矿物组成，根据三角形规则，确定配料点。根据你的配料，写出相关析晶过程。 3．常用的水泥生料的主要成分是CaO、Al2O3、SiO2、Fe2O3，因为Fe2O3含量低，并入Al2O3一起考虑，设计水泥材料生料化学组成。 4．查阅相关资料，画出水泥生产工艺流程图。

5．硅酸盐水泥生产所采用的原料是：石灰石、粘土以及校正原料，在报告中提出配料计算大致过程。

6．根据你设计的配料确定烧成和冷却温度制度，并探讨你的烧成和冷却温度制度对你的产品性能可能产生的

第一章 原子排列

1. 作图表示立方晶系中的(123),(012),(421)晶面和[102],[211],[346]晶向.

附图1-1 有关晶面及晶向

2. 分别计算面心立方结构与体心立方结构的{100},{110}和{111}晶面族的面间距, 并指出面间距最大的晶面(设两种结构的点阵常数均为a).

解 由面心立方和体心立方结构中晶面间的几何关系, 可求得不同晶面族中的面间距如附表1-1所示.

附表1-1 立方晶系中的晶面间距 晶面 FCC 面间距 BCC {100} a2{110} 2a4{111} 3a3 a22a23a3显然, FCC中{111}晶面的面间距最大, 而BCC中{110}晶面的面间距最大.注意: 对于晶面间距的计算, 不能简单地使用公式, 应考虑组成复合点阵时, 晶面层数会增加.

3. 分别计算fcc和bcc中的{100},{110}和{111}晶面族的原子面密度和<100>,<110>和<111>晶向族的原子线密度, 并指出两种结构的差别. (设两种结构的点阵常数均为a)

解 原子的面密度是指单位晶面内的原子数; 原子的线密度是指晶面上单位长度所包含的原子数. 据此可求得原子的面密度和线密度如附表1-2所示.

1

附表1-2 立方

第三章答案

3-2略。

3-2试述位错的基本类型及其特点。

解：位错主要有两种：刃型位错和螺型位错。刃型位错特点：滑移方向与位错线垂直，符号⊥，有多余半片原子面。螺型位错特点：滑移方向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平面，呈螺施状，称螺型位错。

3-3非化学计量化合物有何特点？为什么非化学计量化合物都是n型或p型半导体材料？ 解：非化学计量化合物的特点：非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关；可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常数看出；非化学计量化合物都是半导体。由于负离子缺位和间隙正离子使金属离子过剩产生金属离子过剩（n型）半导体，正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩产生负离子过剩（p型）半导体。

3-4影响置换型固溶体和间隙型固溶体形成的因素有哪些？

解：影响形成置换型固溶体影响因素：（1）离子尺寸：15%规律：1.（R1-R2）/R1>15%不连续。2.<15%连续。3.>40%不能形成固熔体。（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。（3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。（4）场强因素。（5）电负性：差值小，形成固熔体。差值大形成化合物。

影响形成间隙型固溶体影响因素：（1）杂质质点大

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，

单项选择题：（每一道题1分） 第1章 原子结构与键合 1. 2. 3.

高分子材料中的C-H化学键属于 c 。

（B）离子键

（C）共价键

属于物理键的是 b 。

（B）范德华力 （B）离子键

（C）氢键 （C）金属键

化学键中通过共用电子对形成的是 a 。 （A）氢键 （A）共价键 （A）共价键 4. 5. 6. 7. 8. 9.

第2章 固体结构

面心立方晶体的致密度为 C 。

（B）68% （B）68% （B）68%

（C）74% （C）74% （C）74%

体心立方晶体的致密度为 B 。 密排六方晶体的致密度为 C 。 以下不具有多晶型性的金属是 a 。

（B）锰

（C）铁

（C）{111} （C）hcp （C）细晶强化

面心立方晶体的孪晶面是 c 。

（B）{110} （B）bcc

fcc、bcc、hcp三种单晶材料中，形变时各向异性行为最显著的是 c 。 （A）100% （A）100% （

材料科学是研究各种材料成分、结构、组织和性能以及它们之间关系的科学。 材料的分类：用途分（机构材料和功能材料）属性（金属、非金属、有机高分子）

材料科学基础是进行材料科学研究的基础理论，它将各种材料（包括金属、陶瓷、高分子材料）的微观结构和宏观结构规律建立在共同的理论基础上，用于指导材料的研究、生产、应用和发展。

金属键：金属中自由电子与金属正离子之间构成键合称为金属键

特点：电子共有化，既无饱和性又无方向性，形成低能量密堆结构 性质：良好导电、导热性能，延展性好

离子键：正负离子依靠它们之间的静电力结合在一起形成的键 特点：无方向性、饱和性

性质：熔点硬度较高、良好的电绝缘体

共价键：两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子队形成的化学键 特点：饱和性、配位数较小、方向性 性质：熔点高、质硬脆、导电能力差

晶体：原子（离子或分子）在三维空间有规则的周期性重复排列的物质（各向异性、固定熔点）

空间点阵：将晶体中原子或原子团抽象为纯几何点，即可得到一个由无数几何点在三维空间排列成规则的阵列

晶胞：在空间点阵中取出一个具有代表性的基本单元作为点阵的组成单元。 选取原则：1.选

《材料科学基础》考试大纲 一、考试的基本要求 《材料科学基础》是材料学科的专业基础课，着重研究材料的成分、加工方法与材料的组织、性能之间的关系以及其变化规律，是发挥材料潜力、充分利用现有材料和研究开发新材料的理论基础，是考生学习后续相关材料课程和今后从事材料专业的工作基础课程。 要求考生比较系统地掌握材料科学的基本概念、基础理论及其应用。系统地理解材料与成分、组织结构与性能内在联系，具备综合运用知识分析和解决工程实际问题的能力。 二、考试内容

第1部分 材料的原子结构与键合

原子结构与原子的电子结构；

原子的结构：原子是由质子和中子组成的原子核，以及核外电子所构成。原子核内的中子呈电中性，质子带有正电荷。通过静电吸引，带负电荷的电子被牢牢地束缚在原子核的周围。因为在中性原子中，电子和质子数目相等，所以原子作为一个整体，呈电中性。 原子的电子结构：电子在原子核外空间做高速旋转远动，原子中一个电子的空间位置和能量可用四个量子数来决定，a.主量子数n;b.轨道角动量量子数l；c.磁量子数；d.自选角动量量子数s

原子结构、原子排列对材料性能的影响

材料中的结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响 金属键：金属中的自由电子与金属正离子相互

材料科学基础习题（部分）

2008年3月24日

1、面排列密度的定义为：在平面上球体所占的面积分数。 （a）画出MgO（NaCl型）晶体（111）、（110）和（100）晶面上的原子排布图； （b）计算这三个晶面的面排列密度。

2、试证明等径球体六方紧密堆积的六方晶胞的轴比c/a ≈ 1.633。 3、设原子半径为R，试计算体心立方堆积结构的（100）、（110）、（111）面的面排列密度和晶面族的面间距。

4、以NaCl晶胞为例，试说明面心立方紧密堆积中的八面体和四面体空隙的位置和数量。

5、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。

6、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。

7、试根据原子半径R计算面心立方晶胞、六方晶胞、体心立方晶胞的体积。 8、MgO具有NaCl结构。根据O2-半径为0.140nm和Mg2+半径为0.072nm，计算球状离子所占据的体积分数和计算MgO

材料科学基础习题

3130000024 忻云

第一章相平衡

1. 图1-1示意表示出生成一个不一致熔融化合物AmBn和形成固溶体SB(A)的二元系统，试完成此相图的草图。

2. 对于图1-2所示的相图，试进行：（1）标出初晶区；（2）画出温度下降方向；（3）确定相界线性质；（4）确定无变量点性质；（5）分析1，2，3点的结晶过程。

(A)(B)(C)(S)分别表示ABCS(AmBn)的初晶区 ①点为转熔点，②点为低共熔点

1点：降温先析出固体A，液相点由1点向a点移动，液相点到达a点后，液相对c饱和，开始析出c，固相点由a点向b点移动，液相点由a

点向c点移动。液相点到达转熔点c后，发生转熔过程A+液相→S+C，固相点由b向1点移动，液相在c点不动且不断减少直至消失，固相点到达1点，结晶过程结束。

2点：降温析出晶体A，液相点由2点向a点移动，液相到达a点后，发生转熔过程L+A→S，析出S，回吸A，固相组成点由A向S点变化，液相点由点a向点b移动，到达点b后，A被完全回吸，此时液相点由b点穿相区向c点移动，同时析出S，到达c点后，液相对B饱和，同时析出S和B，固相点由S点向e点移动，液相点由c点向低共熔点d点移动，到达d点后，液相同时