材料科学基础第5版答案

材料科学基础

第五章 晶体生长与晶体缺陷 概述 §5.1 液体的性质和结构 §5.2 凝固的热力学条件 §5.3 形核过程 §5.4 晶体的长大 §5.5 铸锭的组织 §5.6 单晶体的凝固

材料科学基础

第五章 晶体生长与晶体缺陷 §5.7 玻璃态与金属玻璃 §5.8 点缺陷 §5.9 线缺陷 §5.10 面缺陷

材料科学基础

概述

绝大多数的金属制品，在其加工制造的最初阶段，都在 熔炼后铸造，使其凝固为铸锭或铸件。铸锭和铸件的组织和性 能与其凝固过程行密切的关系：本章首先介绍凝固过程的有关 知识，其中将着重讨论晶核的形成以及晶体长大过程的基本理 论和规律，并运用这些基本概念分析金属铸淀组织的形成过程 实际 晶体并不像第一章所讨论的那样绝对有规则的理想晶 体，而是存在不同形式但又有某些规则性的缺陷，这些缺对 于晶体的性能和在其中进行的许多物理化学过程有重要的影 响。 木章接着简要介绍晶体中存在的点缺陷、绪缺陷和面缺陷 及其 主要特征。

材料科学基础

晶体形成的一般过程 形核 晶体的生长 凝固体的结构

材料科学基础



材料科学基础

第五章 晶体生长与晶体缺陷 概述 §5.1 液体的性质和结构 §5.2 凝固的热力学条件 §5.3 形核过程 §5.4 晶体的长大 §5.5 铸锭的组织 §5.6 单晶体的凝固

材料科学基础

第五章 晶体生长与晶体缺陷 §5.7 玻璃态与金属玻璃 §5.8 点缺陷 §5.9 线缺陷 §5.10 面缺陷

材料科学基础

概述

绝大多数的金属制品，在其加工制造的最初阶段，都在 熔炼后铸造，使其凝固为铸锭或铸件。铸锭和铸件的组织和性 能与其凝固过程行密切的关系：本章首先介绍凝固过程的有关 知识，其中将着重讨论晶核的形成以及晶体长大过程的基本理 论和规律，并运用这些基本概念分析金属铸淀组织的形成过程 实际 晶体并不像第一章所讨论的那样绝对有规则的理想晶 体，而是存在不同形式但又有某些规则性的缺陷，这些缺对 于晶体的性能和在其中进行的许多物理化学过程有重要的影 响。 木章接着简要介绍晶体中存在的点缺陷、绪缺陷和面缺陷 及其 主要特征。

材料科学基础

晶体形成的一般过程 形核 晶体的生长 凝固体的结构

材料科学基础



材料科学基础A习题

第五章 材料的变形与再结晶

1、某金属轴类零件在使用过程中发生了过量的弹性变形，为减小该零件的弹性变形，拟采取以下措施：

（1）增加该零件的轴径。 （2）通过热处理提高其屈服强度。 （3）用弹性模量更大的金属制作该零件。 问哪一种措施可解决该问题，为什么？

答：增加该零件的轴径，或用弹性模量更大的金属制作该零件。产生过量的弹性变形是因为该金属轴的刚度太低，增加该零件的轴径可减小其承受的应力，故可减小其弹性变形；用弹性模量更大的金属制作该零件可增加其抵抗弹性变形的能力，也可减小其弹性变形。

2、有铜、铝、铁三种金属，现无法通过实验或查阅资料直接获知他们的弹性模量，但关于这几种金属的其他各种数据可以查阅到。请通过查阅这几种金属的其他数据确定铜、铝、铁三种金属弹性模量大小的顺序（从大到小排列），并说明其理由。

答：金属的弹性模量主要取决于其原子间作用力，而熔点高低反映了原子间作用力的大小，因而可通过查阅这些金属的熔点高低来间接确定其弹性模量的大小。据熔点高低顺序，此几种金属的弹性模量从大到小依次为铁、铜、铝。

3、下图为两种合金A、B各自的交变加载-卸载应力应变曲线（分别为实线和虚线），试问那一种合金作为减振材料更为合适，

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，

第五章 固体表面与界面

5-1 名词解释

驰豫表面 重构表面 定向作用 诱导作用 色散作用 范德华力 润湿角 临界表面张力 粘附功 阳离子交换容量 聚沉值 触变性 滤水性 可塑性

5-2 何谓表面张力和表面能？在固态和液态这两者有何差别？

8

3

5-3 在石英玻璃熔体下 20cm处形成半径5×10 m的气泡，熔体密度为 2200kg/m，表面张力为0.29N/m，大气压力为1.01×105Pa，求形成此气泡所需最低内压力是多少？

5-4 （1）什么是弯曲表面的附加压力？其正负根据什么划分？（2）设表面张力为0.9J/m2，计算曲率半径为0.5μm、5μm的曲面附加压力？

－

5-5什么是吸附和粘附？当用焊锡来焊接铜丝时，用挫刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象？

5-6在高温将某金属熔于Al2O3片上。（1）若Al2O3的表面能估计为1J/m2，此熔融金属的表面能也与之相似，界面能估计约为0.3J/m2，问接触角是多少？（2）若液相表面能只有Al2O3表面能的一半，而界面能是Al2O3表面张力的2倍，试估计接触角的大小？

5-7在 20℃及常压下，将半径

第五章 固体表面与界面

5-1 名词解释

驰豫表面 重构表面 定向作用 诱导作用 色散作用 范德华力 润湿角 临界表面张力 粘附功 阳离子交换容量 聚沉值 触变性 滤水性 可塑性

5-2 何谓表面张力和表面能？在固态和液态这两者有何差别？

8

3

5-3 在石英玻璃熔体下 20cm处形成半径5×10 m的气泡，熔体密度为 2200kg/m，表面张力为0.29N/m，大气压力为1.01×105Pa，求形成此气泡所需最低内压力是多少？

5-4 （1）什么是弯曲表面的附加压力？其正负根据什么划分？（2）设表面张力为0.9J/m2，计算曲率半径为0.5μm、5μm的曲面附加压力？

－

5-5什么是吸附和粘附？当用焊锡来焊接铜丝时，用挫刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象？

5-6在高温将某金属熔于Al2O3片上。（1）若Al2O3的表面能估计为1J/m2，此熔融金属的表面能也与之相似，界面能估计约为0.3J/m2，问接触角是多少？（2）若液相表面能只有Al2O3表面能的一半，而界面能是Al2O3表面张力的2倍，试估计接触角的大小？

5-7在 20℃及常压下，将半径

《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

《材料科学基础》 试卷Ⅴ

一、选择题（每题2分，共20分） 1．能进行攀移的位错可能是 A

A．弗兰克位错 B. 肖克莱位错 C. 螺型全位错

2. 对Fe-Cr-C三元合金进行渗碳的反应扩散，则该合金中不能出现 C A. 单相区 B. 两相区 C. 三相区 3. 如下说法哪个是正确的， C A. 形成点缺陷所引起的熵的变化使晶体能量增加 B. 晶体总是倾向于降低点缺陷的浓度

C. 当点缺陷浓度达到平衡值时，晶体自由能最低 4. 位错线上的割阶一般通过 A 形成。 A．位错的交割 B.交滑移 C. 孪生

5. 金属镁的单晶体处于软取向时塑变量可达100%-200%，但其多晶体的塑性很差，其主要原因是： C

A. 镁多晶体的晶粒通常较粗大 B. 镁多晶体通常存在裂纹

C. 镁滑移系通常较少 D. 因为镁是BCC结构，所以脆性大 6. 层错和不完全位错之间的关系是： D A. 层错和不完全位错交替出现 B. 层错和不完全位错能量相同 C. 层错能越高，不完全位错伯氏矢量的模越小

D. 不完全位错总是出现在层错和完整晶

第四章

4. 画图并叙述形变过程中位错增殖的机制。 答：课本P341-342 F-R增殖机制

5. 位错具有较高的能量，因此它是不稳定的，除了位错之间能发生交互作用外，还常发生位错反应。请判断下列位错反应能否进行：

?aaa（1）[101]?[121]?[111]

263aaa（2）[112]?[111]?[111]

362答：从几何条件和能量条件两方面来分析。

（1）

?aaa几何条件：反应后[101]?[121]?[111]，与反应前一致，满足几何条件

263

a2a2a22222222能量条件：反应前 ?b?( 1?0?(?1))?((?1)?2?1)?2632a22a22a222反应后 ?b?( 1?1?(?1))??3332此反应既满足能量条件有满足几何条件，故可以进行。

aaa（2）几何条件：反应后[112]?[111]?[111]，与反应前一致，满足几何条件

362 a22a223a22222能量条件：反应前 ?b?( 1?1?2)?(1?1?(?1))?3642a22223a2反应后 ?b?(1?1?1)??反应前

242此反应不满足能量条件，只满足几何条件，故不能进行。

第五章

1. 下图所示为经简化了的铁碳合金相图：

（1）