2013材料科学基础复习题汇总.doc

晶体缺陷习题1. 若fcc的Cu中每500个原子会失去一个，其晶格常数为0.3615nm，试求Cu的密度。 2. 由于H原子可填入a-Fe的间隙位置，若每200个铁原子伴随着一个H原子，试求a-Fe密度与致密度（已知a-Fe的晶格常数0.286nm，原子半径0.1241nm；H原子半径0.036nm）。3. MgO的密度为3.58 ,其晶格常数为0.42nm，试求每个MgO单位晶胞内所含的Schottky缺陷之数目(Mg, O 的原子量分别为24.305，15.999)。4. Fcc晶体中如下操作形成什么位错，Burgers矢量是什么？(1)抽出(111)面的一个圆片；(2)插入(110)半原子面，此面终止在(111)面上。5. 当刃型位错周围的晶体中含有(a)超平衡的空位、(b)超平衡的间隙原子、(c)低于平衡浓度的空位、(d)低于平衡浓度的间隙原子等四种情形时，该位错将怎样攀移？6. 指出下图中位错环ABCDA的各段位错线是什么性质的位错？它们在外应力xy 作用下将如何运动？在外应力yy 作用下将如何运动?7. 下图是一个简单立方晶体，滑移系统是100。今在(011)面上有一空位片ABCDA，又从晶体上部插入半原子片EFGH，它和(010)面平行，请分析：(1) 各段位错的柏氏矢量和位错的性质；(2) 哪些是定位错？哪些是可滑位错？滑移面 是什么？(写出具体的晶面指数。) (3) 如果沿01方向拉伸，各位错将如何运动？ (4) 画出在位错运动过程中各位错线形状的变化，指出割阶、弯折和位错偶的位置。(5)画出晶体最后的形状和滑移线的位置。8. 晶体滑移面，有一圆形位错环如图所示。问：(1) 晶体滑移面的上部晶体外加切应力方向和Burgers矢量同向或反向时，位错环向外滑移？(2) 位错环平衡半径和外加切应力的关系式。9. 同一滑移面上有二段Burgers矢量相同异号刃型位错（AB，CD位错线方向相反），位错线处在同一直线上，每段位错线长度x, 相距x。若他们做F-R位错源开动。问：(1) F-R位错源开动过程（考虑交互作用）；(2) 位错源开动临界切应力。10. 面心立方晶体中位错。如下图Thompson四面体，根据DA,DB,DC 矢量的指数，计算、回答下列问题。(1)6个全位错的Burgers矢量；(2)4个Frank分位错的Burgers矢量；(3)12个Shockley分位错的Burgers矢量；(4)6个压杆分位错的Burgers矢量。 11. Lomer-Cottrell位错锁的形成。如下图，fcc晶体中， 面上各有一个全位错分解成扩展位错。分解前位错线平行于滑移面交线。 (1) 、面上分解前全位错的Burgers矢量、位错的性质；(2) 、面上领先位错相遇生成的新位错Burgers矢量、位错的性质、滑移面、可动性。晶体结构习题1. 对于面心立方点阵： (1) 写出 111 晶面族包含的所有晶面的晶面指数； (2) 在一个晶胞中画出 111 晶面族所有晶面（每个晶面为三角形）； (3) 在以上图中，标出所有晶面交线（三角形三条边）的晶向指数。 2. 对于面心点阵，计算回答下列问题 (1) 111 与 011 的晶向夹角 ; (2) (101) 与（ 111 ）晶面的夹角 ; (3) (100) 、 (110) 、 (111) 面是否属于同一晶带轴。 3. 对于立方晶系，证明 (hkl) 晶面与 hkl 晶向垂直。 4. 分别计算面心立方、体心立方点阵 001 、 011 、 111 面的面间距。 5. Cu 的密度为 8.96 g/cm3, 计算 CU 的点阵常数与原子半径。 6. 某理想 hcp 结构金属， 密度 1.74 g/cm3, 原子量 24 ， 求 a 、 c 、 c/a 、原子半径和致密度。 7. 金刚石的晶格常数 0.357 nm, 求原子半径、密度、原子排列致密度；石墨密度 2.25 g/cm3, 计算金刚石转变成石墨相对体积变化。 8. MgO 为 NaCl 型晶体结构，负、正离子半径依次为 0.178 um, 0.132 um 。计算： (1) 晶胞原子数； (2) 属于那种Bravais 点阵； (3) 正负原子在哪个晶向相切； (4) 正、负离子位置； (5) 点阵常数； (6) 配位数； (7) 密度； (8) 致密度。 9. Mn 为立方结构，a=0.632 nm 密度7.28 g/cm3 ， r=0.122nm 求 ： (1) 每个晶胞中原子数； (2)Bravais 点阵类型； (3) 致密度。 10.A2 结构的Fe 转变成A1 结构的Fe ，晶胞体积收缩1.06%, 计算： (1)A1,A2 结构铁的原子半径比； (2) 原子半径相对变化率。 11. 碳原子占据A1 结构Fe 的面体间隙。计算： (1) 如果全部面体间隙都被碳原子占据，碳的溶解度（原子百分数）； (2) 如果碳的溶解度（原子百分数）为8.9%, 面体间隙占据率是多少。 12. 黄铜(CuZn) 具有B2 结构，当合金成分为计量成分时, Cu,Zn 原子比为50:50 。若90 Cu 原子位置占据晶胞体心位置，而且Cu,Zn 原子比为54:46 ，求百分之几的晶胞顶点位置被剩余Cu 原子位置占据。 13 Cu ，Zn ， Sn 的价电子数分别是1 ，2 ，4 。 求Cu- 10 at% Zn -Sn 固溶体中, 最多能固溶多少Sn 。 14 FCC 铁中C 的固溶度为 2 at%, 求八面体间隙占据率；BCC 铁的原子排列致密度比FCC 小 ，为什么C 的极限固溶度小？ 15. 从晶体结构角度， 比较间隙固溶体，间隙相，间隙化合物的区别。 材料科学基础（I）基础习题晶体结构1. 填空1. fcc结构的密排方向是_，密排面是_，密排面的堆垛顺序是_致密度为_配位数是_晶胞中原子数为_，把原子视为刚性球时，原子的半径是_；bcc结构的密排方向是_，密排面是_致密度为_配位数是_ 晶胞中原子数为_，原子的半径是_；hcp结构的密排方向是_，密排面是_，密排面的堆垛顺序是_，致密度为_配位数是_，晶胞中原子数为_，原子的半径是_。2. bcc点阵晶面指数h+k+l=奇数时，其晶面间距公式是_。3. Al的点阵常数为0.4049nm，其结构原子体积是_。4. 在体心立方晶胞中，体心原子的坐标是_。5. 在fcc晶胞中，八面体间隙中心的坐标是_。6. 空间点阵只可能有_种，铝晶体属于_点阵。Al的晶体结构是_，a-Fe的晶体结构是_。Cu的晶体结构是_，7 点阵常数是指_。8 图1是fcc结构的(-1,1,0 )面，其中AB和AC的晶向指数是_，CD的晶向指数分别是_，AC所在晶面指数是 -。9 晶胞中每个原子平均占有的体积称为_。10 FCC包含有晶向的晶面是_。ABC D 1图1ABC D图211. 图2为简单立方点阵晶胞，其中ABC面的指数是_，AD的晶向指数是_。12. 在空间点阵中选取晶胞的原则是：（1）_(2)_(3)_(4)_。13 以点阵常数a为单位，fcc晶体的原子半径是_，bcc晶体的原子半径是_，fcc晶体（110）面的晶面间距是_，110方向的原子间距为_，fcc晶体的结构原子体积为_。14 金刚石的晶体_，每个晶胞中的原子数为_。15 （h1k1l1）和（h2k2l2）两晶面的晶带轴指数uvw为_。16 面心立方结构每个晶胞中八面体间隙数为_，四面体间隙数为_。17 立方晶系晶面间距计算公式是_。18 Zn室温的点阵常数a=2.6649A，c=4.9468A，其轴比为_，配位数为_。19 工业多晶体金属不呈现性能的各向异性，其原因是_。20 纯铁冷却时在912e 发生同素异晶转变是从_结构转变为_结构，其原子半径发生_变化。21. 原子排列最密的晶面，其面间距_（最大或最小）。22. 公式d=a/h2+k2+l2只适用于计算_结构相平行晶面间的距离。2. 判断1. a-Fe致密度比g-Fe小，所以a-Fe溶解碳比g-Fe多。（ ）2. 立方晶系中具有相同指数的晶面与晶向必定相互垂直。（ ）3. 原子半径大小与其在晶体中配位数无关。（ ）4. 密排六方结构不能称作一种空间点阵。（ ）5. 铁素体的点阵常数比a-Fe的点阵常数小。（ ）6. 金属键无方向性及饱和性。（ ）7. 在立方晶系中，-111（1-1-1）。（ ）8. 在fcc和bcc结构中，一切相邻的平行晶面间的距离可用公式：d=a/h2+k2+l2 ( )9. 结构原子体积是指结构晶胞中每个原子的体积。（ ）10. 立方晶系的(100)，（010）和（001）面属于同一个晶带。（ ）11. 由g-Fe转变为a-Fe时，原子半径增大（ ），发生体积膨胀（ ）。12. Fcc和bcc结构中的八面体间隙均为正八面体。（ ）13. 空间点阵中每个阵点周围具有等同的环境。（ ）14 一个面心立方结构相当于体心正方结构。（ ）15. 从实用观点来看体心立方金属中的空隙比面心立方金属中的更为重要。（ ）3. 简述金属键，晶体，同素异晶转变（并举例），晶胞，点阵常数，晶面指数，晶面族，晶向指数，晶向族（举例），晶带和晶带轴，配位数，致密度，晶面间距， 面心立方结构，体心立方结构，密排六方结构， 合金相结构1.填空1. 形成无限固溶体的必要条件是：（1）_，（2）_-，（3）_。2. 形成有序固溶体的必要条件是：（1）_，（2）_，（3）_。3. 影响正常价化合物形成的主要因素是_。4. C原子半径为0.77A，Cr的原子半径为1.28A，则Cr23C6是_化合物。图1 5. 随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度_，塑性_，导电性_。6. 如图是铜金有序固溶体的晶胞，其分子式为_。7 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是： （1）_；（2）_; （3）_；（4）_和环境因素。8形成置换固溶体时，两组元原子半径的相对差小于_，是有利于大量固溶的因素之一。9 Cu是一价，Sn是四价，则Cu3Sn化合物的电子浓度为_。10 铁碳合金中奥氏体的晶体结构是_，铁素体的晶体结构是_。11置换式固溶体的不均匀性主要表现为存在_和_。12. 电子化合物的形成条件为_，晶型_，例如_。13间隙相的形成元素为_，晶型为_例如_。14 高速钢中VC相结构为_，黄铜中CuZn相结构为_。15 填隙固溶体溶质溶于溶剂金属点阵的_，只能形成_固溶体。16 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为_和_。17 元素的负电性是指_，在周期表中，同一周期元素的负电性由左向右逐渐_，而同一族元素的负电性由上到下逐渐_。二元合金中两组元的电负性差越大，越易形成_，越不易形成_。18. 无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是：强度和硬度_，塑性_，导电性_。19 电子浓度是指_之比，CuZn型超结构的电子浓度等于_，属于_空间点阵。20 随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度_，塑性_，导电性_。2. 选择与判断1 形成间隙固溶体时，溶剂的点阵常数_。A 增大 B 减小 C 不变2.在固溶体自由能与成分的关系式中，两组元相互作用参数的表达式为_。A NZ(eAB+(eAA+eBB)/2) B NZ(eAB-(eAA+eBB)/2) C EAB=(eAA+eAB)/2图2 3. 图2是铜金有序固溶体的结构晶胞，此有序固溶体的分子式为_。A Cu2Au5 B CuAu2 C CuAu4. 钨（W）的原子半径为1.41A，碳的原子半径为0.77A，则WC为_A 间隙固溶体， B 间隙相， C 间隙化合物5.a-Co为hcp结构，b-Co为FCC结构，则Fe-Co无限固溶体为_结构。 A FCC ， B BCC， C hcp6. 在有序固溶体中，异类原子结合力小于同类原子结合力。（ ）7. 所有金属间化合物都能提高合金的强度。（ ）8. Nb的原子半径为1.47A，C原子半径为0.77A，则NbC为间隙化合物（ ）9. 纯金属发生同素异性转变将产生成分和有序度方面的改变。（ ）10. 与固溶体相比，金属化合物具有高硬度低塑性。（ ）11. 在拓扑相中，半径较大的原子构成密排主层（ ），次层一般是半径较小的原子（ ）。3.名词解释置换固溶体，有序固溶体，无序固溶体，间隙固溶体和间隙化合物，间隙相与间隙化合物，正常价化合物，电子浓度，电子化合物4.问答1：分析氢，氮，碳，硼在a-Fe 和g-Fe 中形成固溶体的类型，H2, N, C, B进入点阵中的位置。元素的原子半径如下：氢：0.46A 氮：0.71A 碳：0.77A 硼：0.91A2：指出固溶体与金属化合物在晶体结构和机械性能方面的区别。晶体缺陷1 填空1 空位是热力学_的缺陷，而位错是热力学_的缺陷。2 fcc晶体中单位位错（全位错）的柏氏矢量是_；bcc晶体中单位位错（全位错）的柏氏矢量是_;hcp晶体中单位位错（全位错）的柏氏矢量是_;fcc中Frank位错的柏氏矢量是_。3 一根柏氏矢量b=a/2的扩展位错滑出晶体后，在晶体表面产生的台阶的高度为_。4 在某温度下，晶体中的空位数与点阵数的比值称为_。2x为位错线单位矢量，b为柏氏矢量，则bx =0时为_位错，bx =b时为_位错，bx =-b时为_位错。5 三根右螺型位错线的正向都指向位错结点，则它们的柏氏矢量之和等于_。6 设位错运动时引起晶体体积的变化为vV，则vV=0时为_运动，vVX0时为_运动。7 在位错应变能公式E=Gb2Ln(r/r0)/4pk中，对于刃型位错K等于_，对螺型位错K等于_。8 在简单立方晶体中，A、B两位错的滑移面和自由表面的交线如图1所示，则A为_型位错，B为_型位错。9 fcc晶体中单位位错的柏氏矢量是_，肖克莱位错的柏氏矢量是_，弗兰克位错的柏氏矢量是_。10 单位体积中位错线总长度称为_。11螺型位错的应力场只有两个相等的_应力分量，其表达式为_。12简单立方晶体、fcc晶体、bcc晶体和hcp晶体中单位位错的柏氏矢量依次是_、_、_。13 通常把一个全位错分解为两个_位错，中间夹一片层错的位错组态称为_。14 位错概念和位错模型首先是由_等人提出来的。15 位错线和柏氏矢量如图所示，其中AB是_位错，BC是_位错，DE是_位错。16 对含刃位错的晶体施加垂直于多余半原子面的压应力有利于_攀移，施加拉应力有助于_攀移。17 fcc晶体中单位位错的柏氏矢量是_，Shockley位错的柏氏矢量是_，Frank位错的柏氏矢量是_。18. 图1为ABC位错线，AB是_位错，BC是_位错，在切应力作用下，AB_运动，BC向_运动。L1bL1图119 作用在位错线上的力Fd=_，这个力Fd与位错_方向。20 使弗兰克-瑞德源“动作”所需的临界切应力_。21 位错可定义为_。22 位错塞积时障碍物对领先位错的作用力大小为_。23 在外加应力作用下，当位错在晶体中滑动时，刃型位错的运动方向与b_与t_，与位错线_。24 具有 结构的层错能 的金属容易进行交滑移，其滑移痕迹为_。2 选择1 由于化学交互作用的结果，溶质原子在层错区的偏聚，称为_。A 斯诺克气团 B 铃木气团 C 柯垂耳气团2 层错的边缘一定是_。A 肖克莱位错 B弗兰克位错 C 不全位错3 在fcc晶体中，位错反应_能进行。A a/6112+a/6110Da/3111 B a/210-1Da/62-1-1+a/611-24 肖克莱位错具有螺型、刃型和混合型三种，它们能够_。A 攀移 B 交滑移 C 沿滑移面滑移5 晶体中点缺陷的存在，使电阻_。A增大 B减小 C不变6 把一根右螺型位错线的正方向反向，则此位错_。A变为左螺型位错 B仍为右螺型位错7 三个位错及其柏氏矢量如图所示，则b2与b1之和_。A大于b1 B:小于b1 C等于b18 位错的应变能与其柏氏矢量_成正比。A b B b2 C b39 两刃型位错及其柏氏矢量如图所示，AB位错向下滑移与CD位错交割后，则_ A AB产生割阶 B AB产生扭折 C CD产生割阶 D CD产生扭折10 fcc晶体的（111）面按ABCBABCABC顺序堆垛时，其中含有_。 A 一片抽出型层错 B 一片插入型层错 C一片抽出型和插入型层错11 Shockley位错_。A 只能滑移 B只能攀移 C既能滑移又能攀移12 fcc晶体中，有根位错线的方向为-110，b=a/2110，则此位错_。A 不能滑移 B 能滑移 C 能交滑移13 晶体中一位错环，柏氏矢量为b，在切应力作用下( )A扩大 B缩小 C不变14 滑移线在( )可观察到：A光学显微镜 B电子显微镜 C肉眼15 位于fcc晶格的（001）面上，l=-110，b=a/2110的位错（ ）A能滑移 B不能滑移 C能交滑移16 空位（ ）过程中重要作用。A 形变孪晶的形成 B 自扩散 C 交滑移17 两根具有反向柏氏矢量的刃型位错，分别处于两个平行滑移面上（两滑移面相隔一个原子间距）相向运动后，在相遇处（ ）A 相互抵消 B形成一排空位 C 形成一排间隙原子18 在一块晶体中有一根刃型位错P和一根相同长度的螺型位错Q，比较两者能量有( )A EpEe B Ep0 B 2G/C2=0 C 2G/C20图1IIIT2T17 上坡扩散J与dc/dx方向（ ）：A一致， B相反， C垂直8 扩散系数D只决定于晶体结构。（ ）9 氮在奥氏体中溶解度大，表明氮在奥氏体中扩散速度比在铁素体中快。（ ）10 扩散永远是由高浓度向低浓度方向进行。（ ）11 反应扩散只受反应速度控制。（）12 可以说扩散定律实际上只有一个。（ ）13 扩散通量J的大小，是指单位时间内通过任何截面的流量。（ ）14 扩散第一定律仅适用于稳态扩散。（ ）15 扩散激活能越大，扩散速度越快。（ ）16 只要合金中存在浓度梯度就一定会发生扩散。（ ）17 纯铁在渗碳过程的扩散中，铁原子的扩散是不可忽略的。（ ）18 间隙溶质原子的扩散系数，低于置换溶质原子的扩散系数。（ ）3 名词扩散通道，反应扩散，克肯达尔效应，间隙扩散，扩散激活能化学势梯度，扩散通量，上坡扩散和下坡扩散，扩散系数纯金属的凝固1. 填空1. 在液态金属中进行均质形核时，需要_起伏和_能量起伏。2. 金属凝固的必要条件是_。 3. 液态金属凝固时，均质形核的条件是：（1）_；（2）_，（3）_。4. 细化铸锭晶粒的基本方法是：（1）_，（2）_，（3）_。5 形成临界晶核时体积自由能的减小只能补偿新增表面能的_。 6 液态金属均质形核时，体系自由能的变化包括两部分，其中_自由能是形核的阻力，_自由能是形核的动力；临界晶核半径rK与过冷度vT呈_关系，临界形核功vGK等于_。7 动态过冷度是_。8 在工厂生产条件下，过冷度增大，则临界晶核半径_，金属结晶冷却速度越快，N/G比值_，晶粒越_。9 制备单晶的基本原理是_，主要方法有_法和_法。10. 获得非晶合金的基本方法是_。11 铸锭典型的三层组织是_, _, _。12 根据凝固理论，为了细化铸锭晶粒，对于小尺寸的铸锭一般可采用_方法，对于大尺寸的铸锭则采用_方法。13 纯金属凝固时，其临界晶核半径的大小、晶粒大小主要决定于_。14 液态金属凝固时，异质形核需要的过冷度比均质形核小，这是因为_。（异质形核时固相质点可作为晶核长大，其临界形核功较小。）2 名词解释过冷度，临界晶核，临界晶核半径，自发形核，能量起伏，形核功，形核率，变质处理，柱状晶带，等轴晶，异质形核，非晶态金属3 判断1 纯金属中含有少量杂质在热力学上是稳定的。（ ）2 临界半径rK大小仅与过冷度有关。（ ）3 液态金属凝固时，临界晶核半径与过冷度成反比。（ ）4 在液态金属中形成临界晶核时，体系自由能的变化为零。（ ）5 任何温度下液态金属中出现最大结构起伏是晶胚。（ ）6 任何过冷度下液态金属中出现的最大结构起伏却是晶核。（ ）7 湿润角q =180e 时，异质形核最容易进行。（ ）8 枝臂间距是指相邻两树枝晶一次轴之间的距离。（ ）9 为了细化晶粒，工艺上采用增大过冷度的方法，这只对小件或薄件有效，而对较大厚壁铸件并不适用。（ ）10 从非均匀形核计算公式：A非均匀=A均匀（2-3cosq+cos3q）/4看出当q=00时固相杂质相当于现成的大晶核。（ ）11 理论凝固温度与固/液界面处温度之差，称为动态过冷度。（ ）12 动态过冷度是指结晶过程中实际液相温度熔点之差。（ ）13 液态金属结晶时，其临界晶粒半径rK是不变的恒定值。（ ）14液态金属结晶时，其理论结晶温度与固/液界面处温度之差称为临界过冷度。（ ）1 回答液态金属凝固时均匀形核的有关问题：(1)形核的必要条件；(2)晶核半径gk与、关系的表达式。2 简述湿润角q、杂质粒子的晶体结构和表面形态对异质形核的影响。参考答案： 纯金属凝固时润湿角0，形核功为0，固相粒子促进形核效果最好；润湿角180，异质形核功等于均匀形核功，固相粒子对形核无促进作用；润湿角0180，形核功比均匀形核的形核功小，越小，固相粒子促进形核效果越好。杂质颗粒的晶体结构与晶核相同或相近时，促进形核效果好，当两者结构不相同时，一般对促进形核效果差或不促进形核。杂质粒子的表面成