西安交通大学材料科学基础考研复习题(包括答案).doc
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1、(完整word)西安交通大学材料科学基础考研复习题(包括答案)目 录目 录1工程材料中原子排列2参考答案4固体中的相结构9参考答案12凝固16参考答案19相图25参考答案37固体中的扩散39参考答案42塑性变形44参考答案47回复与再结晶50参考答案53固体相变57参考答案59复合效应与界面63参考答案65工程材料中原子排列1. 作图表示立方晶体的晶面及晶向。2. 在六方晶体中,绘出以下常见晶向等.3. 写出立方晶体中晶面族100,110,111,112等所包括的等价晶面。4. 镁的原子堆积密度和所有hcp金属一样,为0。74.试求镁单位晶胞的体积。已知Mg的密度,相对原子质量为24。31,原
2、子半径r=0.161nm.5. 当CN=6时离子半径为0.097nm,试问:1) 当CN=4时,其半径为多少?2) 当CN=8时,其半径为多少?6。 试问:在铜(fcc,a=0。361nm)的方向及铁(bcc,a=0.286nm)的方向,原子的线密度为多少?7。 镍为面心立方结构,其原子半径为。试确定在镍的(100),(110)及(111)平面上1中各有多少个原子。8。 石英的密度为2.65.试问:1) 1中有多少个硅原子(与氧原子)?2) 当硅与氧的半径分别为0。038nm与0.114nm时,其堆积密度为多少(假设原子是球形的)?9。 在800时个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移动,
3、而在900时个原子中则只有一个原子,试求其激活能(J/原子).10. 若将一块铁加热至850,然后快速冷却到20.试计算处理前后空位数应增加多少倍(设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J)。11. 设图118所示的立方晶体的滑移面ABCD平行于晶体的上、下底面。若该滑移面上有一正方形位错环,如果位错环的各段分别与滑移面各边平行,其柏氏矢量bAB。1) 有人认为“此位错环运动移出晶体后,滑移面上产生的滑移台阶应为4个b,试问这种看法是否正确?为什么?2) 指出位错环上各段位错线的类型,并画出位错运动出晶体后,滑移方向及滑移量。12. 设图119所示立方晶体中的滑移面ABCD平行于晶体的
4、上、下底面。晶体中有一条位错线段在滑移面上并平行AB,段与滑移面垂直.位错的柏氏矢量b与平行而与垂直.试问:1) 欲使段位错在ABCD滑移面上运动而不动,应对晶体施加怎样的应力?2) 在上述应力作用下位错线如何运动?晶体外形如何变化?13。 设面心立方晶体中的为滑移面,位错滑移后的滑移矢量为。1) 在晶胞中画出柏氏矢量b的方向并计算出其大小.2) 在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向,并写出此二位错线的晶向指数.14。 判断下列位错反应能否进行。1) 2) 3) 4) 15. 若面心立方晶体中有b=的单位位错及b=的不全位错,此二位错相遇产生位错反应.1) 问此反应能否进行?
5、为什么?2) 写出合成位错的柏氏矢量,并说明合成位错的类型.16. 若已知某晶体中位错密度。1) 由实验测得F-R位错源的平均长度为,求位错网络中FR位错源的数目。2) 计算具有这种F-R位错源的镍晶体发生滑移时所需要的切应力.已知Ni的Pa,。17. 已知柏氏矢量b=0.25nm,如果对称倾侧晶界的取向差=1及10,求晶界上位错之间的距离。从计算结果可得到什么结论?18. 由n个刃型位错组成亚晶界,其晶界取向差为0。057。设在形成亚晶界之前位错间无交互作用,试问形成亚晶界后,畸变能是原来的多少倍(设形成亚晶界后,)?19。 用位错理论证明小角度晶界的晶界能与位向差的关系为。式中和A为常数。
6、20. 简单回答下列各题。1) 空间点阵与晶体点阵有何区别?2) 金属的3种常见晶体结构中,不能作为一种空间点阵的是哪种结构?3) 原子半径与晶体结构有关.当晶体结构的配位数降低时原子半径如何变化?4) 在晶体中插入柱状半原子面时能否形成位错环?5) 计算位错运动受力的表达式为,其中是指什么?6) 位错受力后运动方向处处垂直于位错线,在运动过程中是可变的,晶体作相对滑动的方向应是什么方向?7) 位错线上的割阶一般如何形成?8) 界面能最低的界面是什么界面?9) “小角度晶界都是由刃型位错排成墙而构成的这种说法对吗?参考答案1 有关晶面及晶向附图2。1所示。2 见附图2.2所示。3 100(10
7、0)十(010)+(001),共3个等价面.110(110)十()+(101)+()+(011)+(),共6个等价面。111(111)+()+()+(),共4个等价面。共12个等价面.4 单位晶胞的体积为VCu0。14 nm3(或1。41028m3)5 (1)0。088 nm;(2)0。100 nm。6 Cu原子的线密度为2.77106个原子/mm.Fe原子的线密度为3。50106个原子/mm.7 1.6ll013个原子/mm2;1。14X1013个原子/mm2;1.861013个原子/mm2。8 (1) 5.291028个矽原子/m3; (2) 0.33。9 9. 0。410-18/个原子.
8、10 1.061014倍。11 (1) 这种看法不正确。在位错环运动移出晶体后,滑移面上、下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的。位错环的柏氏矢量为b,故其相对滑移了一个b的距离.(2) AB为右螺型位错,CD为左螺型位错;BC为正刃型位错,DA为负刃型位错。位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量如附图2。3所示.12 (1)应沿滑移面上、下两部分晶体施加一切应力0,的方向应与de位错线平行.(2)在上述切应力作用下,位错线de将向左(或右)移动,即沿着与位错线de垂直的方向(且在滑移面上)移动.在位错线沿滑移面旋转360后,在晶体表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个b的台阶。13 (1),其
9、大小为,其方向见附图2。4所示。(2) 位错线方向及指数如附图2。4所示.14 (1) 能。几何条件:b前b后;能量条件:b前2b后2(2) 不能。能量条件:b前2b后2,两边能量相等。(3) 不能。几何条件:b前a/b557,b后a/b111,不能满足.(4) 不能。能量条件:b前2a2 b后2,即反应后能量升高。15 (1) 能够进行。因为既满足几何条件:b前b后,又满足能量条件:b前2b后2(2) b合;该位错为弗兰克不全位错。16 (1)假设晶体中位错线互相缠结、互相钉扎,则可能存在的位错源数目个Cm3。(2) Ni1.95107 Pa。17 当1,D14 nm;10,D1.4 nm时
10、,即位错之间仅有56个原子间距,此时位错密度太大,说明当角较大时,该模型已不适用.18 畸变能是原来的0。75倍 (说明形成亚晶界后,位错能量降低)。19 设小角度晶界的结构由刃型位错排列而成,位错间距为D.晶界的能量由位错的能量E构成,设l为位错线的长度,由附图2.5可知,由位错的能量计算可知,取RD (超过D的地方,应力场相互抵消),r0b和b/D代入上式可得:式中20 (1)晶体点阵也称晶体结构,是指原子的具体排列;而空间点阵则是忽略了原子的体积,而把它们抽象为纯几何点。(2) 密排六方结构。(3) 原子半径发生收缩.这是因为原子要尽量保持自己所占的体积不变或少变 原子所占体积VA原子的
11、体积(4/3r3+间隙体积,当晶体结构的配位数减小时,即发生间隙体积的增加,若要维持上述方程的平衡,则原子半径必然发生收缩。(4) 不能.因为位错环是通过环内晶体发生滑移、环外晶体不滑移才能形成。(5) 外力在滑移面的滑移方向上的分切应力.(6) 始终是柏氏矢量方向。(7) 位错的交割.(8) 共格界面.(9) 否,扭转晶界就由交叉的同号螺型位错构成。固体中的相结构1. 说明间隙固熔体与间隙化合物有什么异同。2. 有序合金的原子排列有何特点?这种排列和结合键有什么关系?为什么许多有序合金在高温下变成无序?3。 已知Cd,Zn,Sn,Sb等元素在Ag中的固熔度(摩尔分数)极限分别为,,它们的原子
12、直径分别为0。3042nm,0。314nm,0.316nm,0。3228nm,Ag为0。2883nm。试分析其固熔度(摩尔分数)极限差别的原因,并计算它们在固熔度(摩尔分数)极限时的电子浓度。4. 试分析H、N、C、B在Fe和Fe中形成固熔体的类型、存在位置和固溶度(摩尔分数)。各元素的原子半径如下:H为0。046nm,N为0。071nm,C为0。077nm,B为0。091nm,Fe为0。124nm, Fe为0。126 nm.5。 金属间化合物AlNi具有CsCl型结构,其点阵常数 a=0.2881nm,试计算其密度(Ni的相对原子质量为58.71,Al的相对原子质量为26。98)。6。 Zn
13、S的密度为4.1,试由此计算两离子的中心距离.7。 碳和氮在Fe中的最大固熔度(摩尔分数)分别为,。已知C、N原子均位于八面体间隙,试分别计算八面体间隙被C、N原子占据的百分数.8。 为什么只有置换固熔体的两个组元之间才能无限互溶,而间隙固熔体则不能?9。 计算在NaCl内,钠离子的中心与下列各离子中心的距离(设和的半径分别为0。097nm和0.181nm).1) 最近邻的正离子;2) 最近邻的离子;3) 次邻近的离子;4) 第三邻近的离子;5) 最邻近的相同位置。10. 某固熔体中含有氧化镁为,。1) 试问之质量分数为多少?2) 假设MgO的密度为3。6,LiF的密度为2.6,那么该固溶体的
14、密度为多少?11。 非晶形材料的理论强度经计算为G/6G/4,其中G为剪切模量.若=0.25,由其弹性性质试估计玻璃(非晶形材料)的理论强度(已知E=70000Mpa)。12. 一陶瓷绝缘体在烧结后含有1(以容积为准)的孔,其孔长为13。7mm的立方体。若在制造过程中,粉末可以被压成含有24的孔,则模子的尺寸应该是多少?13. 一有机化合物,其成分为,,。试写出可能的化合物名称.14。 画出丁醇的4种可能的异构体。15。 一普通聚合物具有作为单体,其平均分子质量为60000u(取其各元素相对原子质量为。1) 求其单体的质量;2) 其聚合度为多少?16。 聚氯乙烯被溶在有机溶剂中,设其C C键长
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