考研真题 《材料科学基础》配套题库(真题 课后题 章节题 模拟题)_第1页
考研真题 《材料科学基础》配套题库(真题 课后题 章节题 模拟题)_第2页
考研真题 《材料科学基础》配套题库(真题 课后题 章节题 模拟题)_第3页
考研真题 《材料科学基础》配套题库(真题 课后题 章节题 模拟题)_第4页
考研真题 《材料科学基础》配套题库(真题 课后题 章节题 模拟题)_第5页
已阅读5页,还剩541页未读 继续免费阅读

付费下载

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

高校(包括科研机构)指定为考研考博专业课参考书目。用书(均提供免费下载,免费升级):1.徐恒钧《材料科学基础》笔记和课后习题(含考研真题)详解2.徐恒钧《材料科学基础》配套题库【名校考研真题+课后习题+章节题库+模拟试题】让学员具有扎实的专业基础;又对一些重难点部分(包括教材中未涉及到的知识点)进行详编写,一共12章。每一章都精心挑选经典常见考题,并予以详细解答。熟练掌握本书考题|理工类()提供全国各高校材料科学类专业考研考博辅导班【一对一辅导(面授/网授)、网授精讲班等】、3D电子书、3D题库(免费下载,免费升级)、全套资料(历年真题及答案、笔记讲义等)、材料科学类国内外经典教材名师讲堂、考研教辅图书等。本题库特别适1.互动学习:摇一摇,找学友,交友学习两不误频、语音等形式),交友学习两不误;学习圈内有学霸解答本书学习中的问题,并配有专职2.720度立体旋转:好用好玩的全新学习体验3.质量保证:每本电子书都经过图书编辑队伍多次反复修改,年年升级4.手机扫码即可阅读,精彩内容,轻松分享扫码即可在手机阅读,随处随学。可以不用客户端不用账号,简单方便!5.免费升级:更新并完善内容,终身免费升级6.功能强大:记录笔记、答案遮挡等十大功能(1)知识点串联列举相同知识点内容列表呈现,便于读者记忆和复习,举一反三,触(2)划线添加笔记——使用颜色笔工具,划一条线,写笔记,提交纠错。【独家推出】(3)答案遮挡——先看题后看答案,学习效果好。【独家推出】(4)全文检索——输入关键词,本书相关内容一览无余。【独家推出】7.多端并用:电脑手机平板等多平台同步使用本书一次购买,多端并用,可以在PC端(在线和下载)、手机(安卓和苹果)、平板(安卓和苹果)等多平台同步使用。同一本书,使用不同终端登录,可实现云同步,即更换不同为您处理!()是一家为全国各类考试和专业课学习提供辅导方案【保过班、网授班、3D电子书、3D题库】的综合性学习型视频学习网站,拥有近100种考试(含418个考试科目)、194种经典教材(含英语、经济、管理、证券、金融等共16大类),合计近万小时的面授班、网授如您在购买、使用中有任何疑问,请及时联系我们,我们将竭诚为您服务!详情访问:http://(理工类)第一部分名校考研真题第1章原子结构与结合键第2章材料的结构第3章晶体结构缺陷第4章晶态固体中的扩散第5章相平衡与相图第6章材料的凝固第7章晶态固体材料中的界面第9章材料的变形与再结晶第10章材料的强韧化第二部分课后习题第1章原子结构与结合键第2章材料的结构第3章晶体结构缺陷第4章晶态固体中的扩散第5章相平衡与相图第6章材料的凝固第7章晶态固体材料中的界面第8章固态相变第9章材料的变形与再结晶第10章材料的强韧化第三部分章节题库第1章原子结构与结合键第2章材料的结构第3章晶体结构缺陷第4章晶态固体中的扩散第5章相平衡与相图第6章材料的凝固第7章晶态固体材料中的界面第8章固态相变第9章材料的变形与再结晶第10章材料的强韧化第四部分模拟试题第一部分名校考研真题第1章原子结构与结合键化学键中既无方向性又无饱和性的为()。[上海交通大学2005研]A.共价键B.金属键C.离子键1.色散力[中南大学2006研]2.静电键强度[中南大学2006研]答:静电键强度是指正离子的电价除以其配位数所得的商,即。静电键强度是离子键强度,也是晶体结构稳定性的标志。在具有大的正电位的地方,放置带有大负电荷的负离子,将使晶体结构趋于稳定。3.金属键与共价键[南京航空航天大学2013研]答:(1)金属键是指由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成的一种化学键。金属键主要存在于金属中,由于电子的自由运动,金属键没有方向性,属于非极性键。(2)共价键是指两个或多个原子共同使用它们的外层的电子,在理想情况下达到电子饱和的状态,由此组成比较稳定的化学结构。1.简述一次键和二次键的本质特点,并从结合键的角度讨论金属的力学特性。[湖南大学2012研]答:(1)一次键是指化学键,它通过电子的转移或共享两原子的电子云达到稳定结构。一次键是强键,包括离子键,金属键,共价键。(2)二次键是指物理键,是原子与分子间由诱导或永久电偶极子的相互作用而产生。二次键是弱键,包括范德华力,氢键等。(3)金属的力学性能是指金属材料抵抗各种外加载荷的能力,其中包括弹性、刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧度及疲劳强度等。金属键由于没有方向性和饱和性,对原子也没用选择性,在外力作用下发生相对移动时,金属正离子仍处于电子云的包围中,金属键不会受到破坏,因此金属能够经受形变而不断裂,具有较好的塑性变形能力。金属键键能较大,所以金属具有较高的强度和硬度。2.原子间的结合键共有几种?各自的特点如何?[厦门大学2011研]答:(1)原子之间的结合方式有离子键、共价键、金属键、氢键、范德华键。(2)它们的特点如下:①离子键:无饱和性和方向性,高配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、固态不导电、熔融态离子导电。②共价键:有饱和性和方向性,低配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、在熔态也不导电。③金属键:无饱和性和方向性,配位数高、结构密堆、塑性较好、有光泽、良好的导热、导④氢键:有饱和性和方向性,高分子化合物形成氢键数目巨大,对其熔点及力学等性能影响大,对小分子熔点、沸点、溶解性、粘度也有一定影响。⑤范德华键:无饱和性和方向性,结构密堆、高熔点、绝缘。3.固体材料中有几种原子结合键,哪些为一次键,哪些为二次键?[南京航空航天大学2013答:(1)固体材料中的结合键有:共价键、金属键、离子键、分子键(范德瓦尔斯键)和氢键。(2)属于一次键的有:金属键、离子键和共价键;(3)属于二次键的有:分子键(范德瓦尔斯键)和氢键。4.说明材料中的结合键与材料性能的关系。[中南大学2007研]答:材料中的结合键与材料性能的关系如下:材料中的结合键对材料的性能有重要的影响,特别是对物理性能和力学性能。(1)结合键越强,熔点越高,热膨胀系数就越小,密度也越大。金属具有光泽、高的导电性和导热性、较好的机械强度和塑性,且具有正的电阻温度系数,这就与金属的金属键有关。陶瓷、聚合物一般在固态下不导电,这与其非金属键结合有关。工程材料的腐蚀实质是结合键的形成和破坏。(2)晶体材料的硬度与晶体的结合键有关。一般共价键、离子键、金属键结合的晶体比分子键结合的晶体的硬度高。结合键之间的结合键能越大,则弹性模量越大。工程材料的强度与结合键能也有一定的联系。一般结合键能高,强度也高一些。材料的塑性也与结合键类型有关,金属键结合的材料具有良好的塑性,而离子键、共价键结合的材料塑性变形困难,所以陶瓷材料的塑性很差。5.试从结合键的角度讨论一般情况下金属材料比陶瓷材料表现出更高塑性或延展性的原因。[西安理工大学2009研]答:从结合键的角度来说,一般情况下金属材料比陶瓷材料表现出更高塑性或延展性的原因金属材料的化学键以金属键为主,陶瓷材料往往以离子键为主。相对于离子键中电子是一一对应的,金属键中自由电子围绕原子核自由运动,因此价键没有饱和性和方向性,当材料受力而发生相对位移时,电子移动对化学价键并没有破坏,因此金属材料较陶瓷材料具有较好的延展性。6.论述材料中原子间键合的几种方式及其对性能的影响。[南京航空航天大学2011研]答:原子键合的方式及其对性能的影响如表1-3-1所示。第2章材料的结构1.立方晶体中含有[111]的晶面为()。[上海交通大学2007研]2.立方晶体中(111),(112),(110)晶面间距最大的是()。[上海交通大学2007【答案】C查看答案【解析】由面间距公式可知,(110)晶面的面间距最大。3.在四方晶体中[100]晶向是()。[上海交通大学2007研]B.4次对称轴C.3次对称轴4.面心立方(111)密排面的面配位数为()。[上海交通大学2007研]【答案】C查看答案【解析】由面心立方(111)面的原子排列规律可知,一个原子与周围6个原子紧密排列。因此(111)面配位数为6。5.立方结构的(112)与(113)晶面同属于()晶带轴。[上海交通大学2005研]古作古作【解析】由晶带轴定律可知,处于同一晶带的晶面(uvw)与此晶带[hkl]满足uh+vk+wl=0,晶带一=满足要求。6.晶体的对称轴中不存在()。[上海交通大学2005研]次对称轴次对称轴次对称轴【答案】C查看答案【解析】对称轴有2,3,4,6次对称轴,不存在5次对称轴。7.空间点阵是对晶体结构中的()抽象而得到的。[南京工业大学2007研]A.原子B.离子C.几何点D.等同点【答案】D查看答案8.根据整数定律,晶体结构中的坐标轴应该选取()的方向。[南京工业大学2007研]A.相互垂直B.密排面C.晶体中行列【答案】C查看答案9.在七大晶系中属于高级晶族的晶系有()。[南京工业大学2009研]个【答案】A查看答案【解析】在七大晶系中属于高级晶族的晶系10.高岭石属于()的硅酸盐。[南京工业大学2009研]A.链状结构B.层状结构C.架状结构D.岛状结构【答案】B查看答案【解析】高岭石属于层状结构的硅酸盐,其结构特征是二层型二八面体结11.在各种层状硅酸盐结构中,晶胞参数相近的是()。[南京工业大学2008研]【答案】A查看答案b=0.90nm。在层状硅酸盐晶体结构中,其晶胞参数中ao,bo的值大致与此值相12.在下列几类晶体中,形成间隙型固溶体的次序是()。[南京工业大学2009研]B.MgO>TiO₂>CaF₂>沸石C.CaF₂>TiO₂>MgO>D.TiO₂>MgO>CaF₂>沸石【答案】A查看答案【解析】溶质原子的半径小和溶剂晶体结构空隙大的容易形成间隙型固溶体。MgO只有四逆的离子交换,故选择A项。二、填空题1.硅酸盐晶体按化学式中硅氧比的不同,或按结构中基本结构单元的不同,可以对其结构进行分类,结构方式有等五种方式,属于类型。[武汉理工大学2009研]【答案】岛状、组群状、链状、层状、架状;层状查看答案【解析】[SiO4]四面体是硅酸盐结构的基本单元,起着骨架作用,[SiO4]四面体之间的结合方式不同,其结构也不同。按照[SiO4]四面体排列方式可以分为:岛状、组群状、链状、层状和架状状五种。①岛状中[SiO4]四面体孤立存在无桥氧,②组群状a.双四面体中有一个桥氧,b.三节环中有三个桥氧,c.四节环中有四个桥氧,d.六节环中有六个桥氧,③链状b.双链中两个[SiO4]四面体在一维方向通过桥氧相连,=I;④层状中[SiO4]四面体在二维方向通过桥氧相连,=二;⑤架状中[SiO4]四面体在三维方向通过桥氧相连,。2.等径球面心立方结构的单位晶胞中分子数是,配位数是。[武汉理工大学2008研]【答案】4;12查看答案【解析】(1)(2)配位数是指晶体结构中任一原子周围最近且等距的原子数;体心立方的配位数为8,面心立方和密排六方的配位数为12。3.如果晶体中不同的原子面用A、B、C、D等字母来表示,面心立方晶体中原子的堆垛方式为,密排六方晶体原子的堆垛方式为。[北京工业大学2008研]【答案】ABCABCABC….;ABABAB…查看答案【解析】密排六方晶体原子和面心立方晶体中原子的堆垛方式和晶体结构如图2-3-1和图2-3-2所示。由图可以看出面心立方晶体中原子的堆垛方式为ABCABCABC…,密排六方晶体原子的堆垛方式为ABABAB...。2007研](a)ABAB堆积(b)六方晶胞图2-3-1六方最紧密堆积(a)ABCABC堆积(b)晶胞及密堆面的堆积方向图2-3-2面心立方最紧密堆积4.可以按旋转轴和旋转反伸轴的轴次和数目将晶体分成立方晶系、三方晶系、四方晶系、和共七个晶系。[北京工业大学2009研]【答案】六方晶系;正交晶系:单斜晶系;三斜晶系查看答案点阵划归为7类,即7个晶系,分别为立方晶系、三方晶系、四方晶系、六方晶系、正交晶据上下底面的面心、各面的面心或晶胞的体心等位置,7个晶系共包括14种点阵,称为布5.晶胞是,其和与对应的根3次轴。【答案】能充分反映晶体结构特征的最小单位6.硅酸盐熔体中各种聚合程度的聚合物浓度受和的影响。玻璃体由熔融【答案】组成;温度:可逆和渐变的查看答案【解析】玻璃的通性为(1)各项同性;(2)介稳性;(3)熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性;(4)熔融态向玻璃态转化时物理、化学性质随温度变化的连续性。7.玻璃具有各向同性的原因是。[南京工业大学2007研]【答案】玻璃结构的远程无序,宏观上表现出统计均质查看答案8.固溶体是在固态条件下,一种物质以原子尺寸在另一种基体中所形成的单相均【答案】溶解;晶体查看答案9.斜长石Na(AISi₃O8)与钙长石Ca(Al₂Si₂O₈)可以形成型固溶体,其中斜长石中的和钙长石中的可以相互替代。[南京工业大学2007研]【答案】连续置换型固溶体;Na+和Si⁴+;Ca²+和Al³+查看答案1.在密堆结构中会形成两种空隙,一是由8个球形成的八面体空隙,另一种是由4个球形成的四面体空隙。[北京工业大学2009研]【解析】在密堆结构中八面体空隙是由6个球组成,四面体由4个球组成。2.尖晶石型晶体(AB₂O₄)具有正型和反型结构,其本质是正型中A离子的八面体择位能大于B离子,而反型中是B离子的八面体择位能大于A离子。[北京工业大学2009研]【解析】正尖晶石结构是A离子占据四面体空隙,B离子占据八面体空隙;反尖晶石结构是B离子占据四面体空隙,A离子和另外半数的B离子占据八面体空隙。3.在正交晶系中(011)面是平行于a轴的晶面。I南京工业大学2007研]4.存在4根3次轴的晶体必定属于立方晶系。[南京工业大学2007研]相垂直,即其晶胞参数有a=b=c,α=β=γ=90°的特征。这样的立方晶系晶体必存在45.玻璃化温度是非晶高聚物作为塑料使用时的最高使用温度。[南京航空航天大学2012研]【答案】√查看答案【解析】在高聚物发生玻璃化转变时,许多物理性能发生了急剧的变化特别是力学性能。在只有几度范围的转变温度区间前后,模量将改变三到四个数量级,使材料从坚硬的固体,突然变成柔软的弹性体,完全改变了材料的使用性能。作为塑料使用的高聚物,当温度升高到发生玻璃化转变时,失去了塑料的性能,变成了橡胶,所以玻璃化温度是非晶高聚物作为塑料使用时的最高使用温度。6.在非晶态固体材料中,原子在三维空间不具备周期性的重复排列,处于完全无序状态。[北京工业大学2008研]【答案】×查看答案【解析】非晶态固体物质虽然不像晶体物质那样原子在三维空间具有周期性排列的性质,但是非晶态物质有远程无序进程有序的特点。7.在熔化过程中,非晶态材料不同于晶态材料的最主要特点是其没有一个固定的熔点。[北京工业大学2008研]【解析】由非晶态物质的通性可以知道,由熔融态向非晶态转化的过程是可逆的与渐变的,在一定的温度范围内完成,无固定熔点8.硅酸盐晶体结构中,按硅氧四面体排列方式的变化,桥氧数可由1~4变化。[南京工业大学2007研]【答案】×查看答案【解析】硅酸盐晶体结构按硅氧四面体的连接方式,分为:岛状、组群状、链状、层状和架状五种方式。其中岛状结构桥氧数为0;组群状结构桥氧数为1、3、4或6。9.硅酸盐熔体的粘度随碱金属氧化物含量的增加而迅速增大。[南京工业大学2008研]【答案】×查看答案【解析】硅酸盐熔体的粘度随碱金属氧化物含量的增加而下降。硅酸盐熔体的粘度首先取决于硅氧四面体网络的聚合程度,即随O/Si比的上升而下降。10.溶质和溶剂晶体结构相同,是形成连续固溶体的充分必要条件。[北京工业大学2008研]【答案】×查看答案【解析】溶质和溶剂晶体结构相同,能形成连续固溶体,这是形成连续固溶体的必要条件,而不是充分必要条件。11.形成连续固溶体的最主要条件是溶质和溶剂的晶体结构要一致,例如,银和铝都具有面心立方结构。[北京工业大学2009研]【答案】×查看答案【解析】形成连续固溶体的最主要条件包括原子或离子尺寸条件和晶体结构类型条件。只有两种结构相同并且半径差△r<15%时才能形成连续固溶体。1.各向异性[湖南大学2012研]答:各向异性是指沿晶格的不同方向,晶体中原子排列的周期性和疏密程度不尽相同,由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同的性质。晶体的各向异性具体表现在晶体不同方向上的弹性模量、硬度、断裂抗力、屈服强度、热膨胀系数、导热性、电阻率、电位移矢量、电极化强度、磁化率和折射率等都是不同的。2.晶面族[南京航空航天大学2011研]列完全相同但在空间位向不同(即不平行)的晶面,这些晶面总称为晶面族。晶面族用大括3.空间点阵[北京科技大学2011研]子、离子或分子)在三维空间中形成有规律的某种对称排列。如果4.配位数[西南交通大学2009研]成的,则从比值就可以确定正离子的配位数及其配位多面体的结构。5.非晶体[南京航空航天大学2012研]答:非晶体是指组成物质的分子(或原子、离子)不呈空间有规则周期性排列的固体。它没6.间隙固溶体[湖南大学2012研]1.叙述离子晶体的结构规则。[北京科技大学2010研](1)负离子配位多面体规则(2)电价规则在一个稳定的离子晶体中,每个负离子的电价Z等于或者近似等于与之邻接的个电强度S的总和,即(3)负离子多面体共用顶、棱和面的规则说,这个效应尤为显著。”(4)不同种类正离子配位多面体间连接规则(5)节约规则2.讨论晶体结构和空间点阵之间的关系。[北京科技大学2010研](1)空间点阵是指组成晶体的粒子(原子、离子或分子)在三维空间中形成有规律的某种(2)理想晶体的结构单元是单个原子,但大多数晶体的结构单元不是单个原子,而是由多系是:点阵+基元=晶体结构。3.NaCl的晶体结构是否属于布拉菲点阵?为什么?如果不是,则其点阵为哪种类型?[湖南大学2012研]4.面心立方和密排六方结构中原子的堆垛方式和致密度是否有差异?请加以说明。[湖南大学2012研](1)面心立方和密排六方晶体结构均为等径原子最密排结构,二者致密度均为74%,配位数均为12,因此它们的致密度不存在差异;(2)面心立方晶体的最密排面{111}按ABCABC……顺序堆垛,而密排六方晶体的最密排面{0001}按ABABAB……顺序堆垛,因此它们的堆垛方式存在差异。5.为什么说绿宝石结构(其结构式为Be₃Al₂[Si₆O18])可以成为离子导电的载体。[南京航空航天大学2011研]答:绿宝石结构(其结构式为Be₃Al₂[Si₆O18])可以成为离子导电的载体的原因:绿宝石结构属于六方晶系,其基本结构单元是6个硅氧四面体形成+配位数为4,构成[BeO4]四面体。不同层之间环与环相叠,上下两层错开30°。H₂O分子,使绿宝石结构成为离子导电的载体。6.立方晶体间隙包含哪些类型,体心立方和面心立方各有几个此类型间隙?[南京航空航天大学2011研](2)面心立方有4个八面体间隙,8个四面体间隙;(3)体心立方有6个八面体间隙,12个四面体间隙。7.写出七种晶系的名称及点阵数之间的关系。[北京科技大学2012研](1)三斜晶系:a≠b≠c;α≠β≠y≠90°;(3)斜方晶系:a≠b≠c;α=β=γ=90°;(4)正方晶系:a=b≠c;α=β=γ=90°;(5)立方晶系:a=b=c;α=β=γ=90°;(6)六方晶系:a=b≠c;α=β=90°;γ=120°;(7)菱方晶系:a=b=c;α=β=y≠90°。8.按照硅氧四面体在空间的组合情况,硅酸盐结构可以分成哪几种方式。[南京航空航天大学2012研]答:按照硅氧四面体在空间的组合情况,硅酸盐结构可以分为岛状、组群状、链状、层状和架状,具体如表2-3-1所示。结构状桥氧数形状络阴离子桥氧数形状络阴离子012四面体体四节环3平面层[Si₄O₁0]6-4:10镁橄榄石、镁铝斧石滑石石英9.空间点阵和晶体结构有何区别?常见金属晶体结构中有哪一种不属于空间点阵?为什么?[西安理工大学2007研]答:(1)空间点阵和晶体结构的区别为:晶体结构是指自然界中由原子、分子、离子与空间点阵结合而成,实际存在的固体结构。而空间点阵是指阵点在空间呈规律分布,并且每个阵点都具有完全相同的物质环境和几何环境。这样,自然界中的晶体可以抽象为七大晶系14种布拉菲点阵。晶体结构相同的物质,其空间点阵可能不同;同样的空间点阵不同的物质,其晶体结构也可能相同。(2)常见金属晶体结构中的密排六方不是空间点阵,原因是不满足几何环境相同的条件。10.写出BCC晶体中的配位数、致密度、原子半径r与点阵常数a的关系式并在一个BCC晶胞中画出其室温时的一组滑移系,标出密排面与密排方向。[西安理工大学2008研]答:BCC晶体的配位数为8,致密度为0.68,其中原子半径r与点阵常数a的关系为体心立方的一组滑移系如图2-3-3所示。图2-3-311.简述玻璃组成与粘度之间的关系。[华南理工大学2010研]答:玻璃组成与粘度之间的关系如下:(1)一价碱金属氧化的关系①碱金属氧化物(Li₂O、Na₂O、K₂O、Rb₂O、Cs₂O)能降低玻璃粘度;②在简单玻璃系统(R₂O-SiO₂)中,碱金属离子R+对粘度的影响与本身含量有关。(2)二价金属氧化物的关系①二价金属氧化物和碱金属离子一样,能使硅氧负离子团解聚,使玻璃粘度降低;②二价金属氧化物的电价较高而半径又不大,因此其离子势Z/r较R+的大,能夺取硅氧负离子团中的O²-来包围自己,导致硅氧负离子团聚合,使玻璃粘度增加。(3)高价金属氧化物的关系SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、ThO₂等氧化物阳离子电荷多,离子半径又小,作用力矩大,形成聚合阴离子团,使粘滞活化能变大,导致玻璃粘度增高。(4)阳离子配位数的关系在硅酸盐玻璃中,以B₂O₃代SiO₂时,不同含量的B₂O₃会引起B³+配位数的改变,从而引起玻璃粘度的变化。(5)混合碱效应的关系①混合碱效应是指玻璃中同时引入一种以上的R₂O或RO时,粘度比等量的一种R₂O或RO高的效应。②混合碱效应通过离子的半径、配位数以及结晶化学条件不同而影响玻璃粘度。(6)其他化合物的关系稀土元素氧化物如氧化镧,氧化铈等,以及氯化物、硫酸盐在玻璃中一般起降低粘度的作用。12.试从结构上比较硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别。[南京工业大学2007研]答:在结构上硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别:(1)硅酸盐晶体中硅氧骨架按一定的对称规律有序排列;在硅酸盐玻璃中硅氧骨架排列是无序的。(2)在硅酸盐晶体中骨架外的金属离子占据了点阵的一定位置;而在硅酸盐玻璃中网络变性离子统计地分布在骨架的空隙内,使氧的负电荷得以平衡。(3)在硅酸盐晶体中只有当外来阳离子半径与晶体中阳离子半径相近时,才能发生同晶置换;在硅酸盐玻璃中则不论半径如何,骨架外阳离子均能发生置换,只要求遵守电中性。(4)在晶体中原始组成(氧化物)相互间有简单的固定数量比例;而在玻璃中氧化物几乎以任意比例混合。13.影响置换固溶体溶解度的因素有哪些?它们是如何影响的?[南京航空航天大学2012(1)原子或离子尺寸(2)晶体结构类型(3)离子类型、键性和电负性(4)电价因素14.绿宝石Be₃Al₂[Si₆O₁8]上半个晶胞在(0001)面上的投影如图2-3-4所示,整个晶胞的结构按照标高50处的镜面经反映即可得到。根据图2-3-4回答下列问题:(1)绿宝石的氧硅比为多少?硅氧四面体组成的是什么结构?(2)Be和A1分别与周边什么标高的几个氧配位?构成的配位多面体是什么?它们之间又(3)用Pauling的连接规则说明标高65的氧电价是否平衡?(4)根据结构说明绿宝石热膨胀系数不高、当半径小的Na+存在时,在直流电场下具有显著离子电导的原因。[武汉理工大学2010研]答:(1)绿宝石的氧硅比为,硅氧四面体组成组群状结构。(2)①Be²+与2个标高为65,2个标高为25的O²⁻配位;Al³+与3个标高为65,3个标高为85的O²配位。③[BeO4]四面体和[AlO₆]八面体之间用共用标高为65,85的2个O²-离子,即共棱连接。(3)标高为65的O²同时与一个一·一个一,一个一三相连,其静电强度为(4)①绿宝石结构中的六节环内没有其他离子存在,使晶体结构中存在大的环形空腔,当②晶体结构中存在大的环形空腔,当有电价低且半径小的一=离子存在时,在直流电场中15.分别写出图2-3-5所示5种晶体结构所属的布拉维点阵类型。a)NaCl的晶体结构b)CsCl的晶体结构c)CaTiO₃的晶体结构d)纤锌矿(ZnS)的晶体结构e)金刚石的晶体结构答:图2-3-5所示5种晶体结构所属的布拉维点阵类型分别为:a16.分析熔体Na₂O·2SiO₂、Na₂O·SiO₂和2Na₂O·SiO₂的粘度以及表面张力的大小,并比较其形成玻璃的能力。[武汉理工大学2008研](2)表面张力大小顺序为2Na₂O·SiO₂>Na₂O·SiO₂>Na₂O·2SiO₂,理由如下:(3)形成玻璃的能力大小顺序为,理由如下:这时的晶格参数为a=0.55nm,通过计算说明这种固溶体的类型Ca40.0,Fl9.0)[南京工业大学2009研]萤石型晶体结构的单位晶胞内有4个CaF₂,p空=3.349/cm³;pm=3.65g/cm³:pm与实测p(3.64g/cm³)相近,所以在该条件下形成的是填隙型2.证明:对于立方晶系,有|[清华大学2007研]根据晶面指数的确定规则,晶面ABC在a、b、c坐标轴上的截距分别是利用立方晶系中a=b=c,α=β=y=90°的特点,因此有由于L与ABC面上相交的两条直线垂直,所以L垂直于ABC面,从而在立方晶系中有EE3.纯Cu晶体在常温下的点阵常数为a=0.361(1)指出其晶体结构类型和配位数;(2)简略计算Cu原子半径、原子致密度和两类间隙半径;(3)画出Cu原子在(111)晶面的分布情况,并计算其晶面间距和原子在晶面上的致密度。[北京科技大学2012研](2)立方面心中,由4r=-F可得间隙半径为(3)(111}面原子排列情况如图2-3-7所示。面间距为致密度为为132.91,Cl为35.45.请计算球状离子所占据的空间分数(堆积系数)及CsCl晶体的密度,假设Cs+和Cl离子沿立方对角线接触。[中南大学2006研1解:和在立方体对角线上接触,有。熔点均是非本征扩散,产生的应大于热缺陷空位。因此,杂志离子厂的浓度大于两倍的热缺陷空位浓度为7.请计算简单立方晶体中,(111)和一==的夹角。[西北工业大学2007研]解:两晶向的夹角所满足的关系为解得8.己知晶体中两不平行晶面(h₁k山)和(h₂k₂l2),证明晶面(h₃k₃I₃)与(h₁k山)和(h₂k₂l₂)属于同一晶带,其中h₃=h₁+h₂,k₃=k₁+k₂,I₃=1₁+l₂。[西安交通大学2008研]证明:由于两不平行晶面属于同一晶体,设(h₁ki山)和(h₂k₂l₂)所属晶带的晶带轴为[uvw],根据晶带轴定律可得式①与式②相加可得即可知,晶面(h₃k₃I₃)也属于以[uvw]为晶带轴的晶带:故晶面(h₃k₃I₃)与(hikjl)和(h₂k₂l₂)属于同一晶带。9.γ-Fe在912℃时转变为α-Fe。这种转变称为什么转变?转变后的体积膨胀还是收缩?假定铁原子半径不变,则体积变化率是多少?[西安交通大学2008研]答:(1)这种转变称为同素异构转变。体积膨胀。胞边长为a,α-Fe的晶胞边长为b,铁原子半径为r,则有转变后的体积膨胀率约为8.87%。10.氮化镓GaN是制备白光二极管的材料,其晶体结构为纤锌矿(六方硫化锌)型。N的[北京工业大学2007研](1)画出这种结构的晶胞。(2)结构中,负离子构成哪种堆积?用四轴表示法写出密排晶面。(3)分析Ga和N之间的键性,说明结构中各离子配位数是否合理。(4)计算结构是否符合静电价规则。(5)Ga填充的是哪种空隙?填充了多少这种空隙?答:(1)晶胞的结构如图2-3-8所示。(2)结构中,负离子构成ABAB六方堆积,密排晶面为(0001)。(3)Ga和N之间的键性由电负性差值决定,电负性差值为所以GaN为共价键。故配位数合理。所以符合静电价规则。(5)Ga填充的是四面体空隙,填充了负离子空隙的一半。11.用四指数表示的密排六方结构的原子最密排面和最密排方向是什么?试证明理想密排六方晶胞的晶格常数比(轴比)。[北京工业大学2008研]答:(1)用四指数表示的密排六方结构的原子最密排面为(0001},用四指数表示的密排六方结构的原子最密排方向为<=20>。(2)证明:密排六方晶胞的1/3如图2-3-9所示。图2-3-9考虑由JKLM构成的四面体由于在J、K和M处的原子相互接触,因此在JKL等边三角形中解出一=的长度即将三代入,得1.画出下述物质的一个晶胞:金刚石、NaCl、闪锌矿、纤锌矿、石墨。[清华大学2007研](a)金刚石(b)NaCl(c)闪锌矿(d)纤锌矿(e)石墨2.画出立方晶系的[100]、[101]晶向和(111)、(111)晶面。[湖南大学2012研]3.在立方晶系的晶胞图中画出以下晶面和晶向:[南京航空航天大学2011研]的晶面位置如图2-3-12(a)所示;图2-3-12(a)图2-3-12(b)4.分别画出图2-3-13中离子晶体的布拉菲点阵(下图中的点阵参数均为a=b=c,α=β=?=90°)。[北京科技大学2012研]NaCl图5.试画出立方晶体中的(123)晶面。[西北工业大学2007研]答:立方晶体中的(123)晶面如图2-3-15所示。6.在立方晶系中画出(110)、(111)、(112)晶面和[111]、[110]、[210]晶向。[四川大学2006研]答:(110)、(111)、(112)晶面位置如图2-3-16(a)所示;[111]、[110]、[210]晶向位置如图2-3-16(b)所示。图2-3-167.画出立方晶系的[100]、[101]晶向和晶面及六方晶系的晶向、(0001)晶面。[西南交通大学2009研]答:立方晶系的[100]、[101]晶向和晶面及六方晶系的晶向、(0001)晶面如图2-3-17所示。第3章晶体结构缺陷1.位错受力方向处处垂直于位错线,位错运动过程中,晶体发生相对滑动的方向始终是柏氏矢量方向。[南京航空航天大学2012研]2.在简单立方晶体的(100)面上有一个b₁=a[001]的螺位错,若它被(001)面上的b₂=a[010]刃型位错所交割,则b₁和b₂位错上分别形成割阶和扭折。[南京航空航天大学2012b₁的螺位错与b₂的刃位错交割后,在b₁的位错线上形成柏氏矢量为b₂的交割线,因此交割线在bi位错的滑移面上,因此为扭折,而在b₂的位错线上形成柏氏矢量为b₁的交割线,因此交割线不在b₁位错的滑移面上,因此为割阶。3.扩展位错分解是遵守罗希规则还是希罗规则主要取决于观察者的位置。[南京航空航天大学2012研]【解析】扩展位错分解时究竟应遵循罗希规则还是希罗规则取决于观察者的立场(站在汤姆森四面体的哪一侧)和相邻两层面上原子的相对位置(或分布)这两个因素。4.位错的柏氏矢量与选择的柏氏回路的形状、大小和位置无关。[南京航空航天大学2012个额外的矢量b连接回路,才能使回路闭合,这个矢量b就是实际晶体中位错的柏氏矢量。5.陶瓷晶体的理论屈服强度很高,但其实际抗拉强度或断裂强度却很低,而压缩强度又比其抗拉强度约高一个数量级。[南京航空航天大学2012研]6.在写缺陷反应方程时必须保持正确的位置关系。[南京工业大学2007研](1)缺陷所带电荷的确定;(2)保持位置关系比例不变。1.在一定温度下具有一定平衡浓度的缺陷是()。[上海交通大学2007研]A.位错【答案】B查看答案【解析】在一定温度下,位错可以通过其他的途径(如加工变形)得到,因此位错不存在平2.在面心立方晶体中(111)密排面抽取一层将形成()。[上海交通大学2007研]B.弗兰克尔不全位错C.混合位错【答案】B查看答案3.不易产生交滑移的晶体结构为()。[上海交通大学2006研]A.密排六方B.体心立方C.面心立方【答案】A查看答案【解析】密排六方以李生的方式发生塑性变形,不易产生交滑移。4.柏氏矢量为()的位错属于不可滑移位错。[上海交通大学2006研]【答案】A查看答案【解析】由位错的定义和滑移可知,选项A中的位错不可滑移。5.下面关于Schottky和Frenkel缺陷的表述中,错误的为()。[上海交通大学2005B.Frenkel缺陷的形成能通常较Schottky缺陷大C.同温度下,通常Schottky缺陷的浓度大于Frenkel缺陷【答案】A查看答案6.下列Burgers矢量可能表示简单立方晶体中的全位错的是()。[上海交通大学2006【解析】全位错为柏氏矢量等于点阵矢量整数倍的位错,只有A满足条件。7.下面关于位错应力场的表述中,正确的是()。[上海交通大学2006研]A.螺型位错的应力场中正应力分量全为零B.刃型位错的应力场中正应力分量全为零C.刃型位错的应力场中切应力分量全为零【答案】A查看答案【解析】螺型位错应力场中正应力分量为0,切应力分量不为0;而刃型位错中,正应力分8.能进行滑移的位错为()。[上海交通大学2006研]A.肖克莱不全位错B.弗兰克不全位错C.面角位错【答案】A查看答案【解析】肖克莱不全位错是柏氏矢量所决定的平面是{111},是面心立方金属的最密排面,9.在非化学计量化合物Cd₁+x0中存在的非化学计量结构缺陷类型是()。[南京工业大学2008研]A.阴离子空位B.阳离子空位C.阴离子填隙D.阳离子填隙【解析】非化学计量化合物Cd₁+x0中Cd离子为正二价,在此比例中Cd离子过剩,10.在非化学计量化合物ZrO₂-x中存在的晶格缺陷是()。[南京工业大学2007研]A.阴离子空位B.阳离子空位C.阴离子填隙D.阳离子填隙【答案】A查看答案【解析】非化学计量化合物ZrO₂x中Zr为正四价,那么可见氧离子不足,于是产生氧离子1.形成弗伦克尔缺陷时,其特征是和成对出现。[武汉理工大学2009研]【答案】间隙质点;空位查看答案2.螺位错的柏氏矢量与位错线呈关系。[武汉理工大学2008研I【答案】平行查看答案3.原子排列不完整叫,分为、。[天津大学大学2005【答案】晶体缺陷;点缺陷;线缺陷:面缺陷查看答案学2007研]【答案】垂直;平行:垂直:平行:垂直;垂直查看答案直于位错线方向上,并且与滑移面平行。螺型位错则不5.点缺陷的平衡浓度随_的升高而增大。[北京工业大学2008研]【解析】点缺陷是材料中普遍存在的一种缺陷,包括热缺陷、组1.弗兰克尔缺陷[北京理工2012研]2.临界分切应力[北京科技大学2011研]3.Cottroll气团[中南大学2008研]质原子(大小不同吸附的位置由有差别),形成所谓的“柯氏气团”4.本征缺陷[中南大学2006研]5.螺型位错[中南大学2006研]6.位错柏氏矢量[天津大学2005研]描述位错性质的重要物理量,表示位错区原子的畸变特7.不全位错[四川大学2006研]8.扩展位错[西南交通大学2009研]9.肖脱基空位[北京工业大学2008研]答:肖脱基空位是指离位原子迁移到外表面或内界面(如晶界等)处形成的空位。肖脱基缺10.线缺陷[北京工业大学2009研]1.简述柯垂尔气团形成原理及其对位错可动性的影响。[南京航空航天大学2011研]答:(1)柯垂尔气团的形成原理金属内部存在的大量位错线,在刃型位错线附近经常会吸附大量的吸附的位置有差别),即形成柯垂尔气团。(2)柯垂尔气团对位错可动性的影响2.简述临界分切应力的概念。[北京科技大学2012研]切应力「达到一定值=后,这些系统才能开动。开动晶体滑移系统所需的最小分切应力3.请说明什么是全位错和不全位错,并请写出FCC、BCC和HCP晶体中的最短单位位错的柏氏矢量。[西北工业大学2007研]答:(1)全位错是指柏氏矢量等于点阵矢量的整数倍的位错。(2)不全位错是指除了单位位错外,晶体中还可能形成一些柏氏矢量小于滑移方向的原子4.简述柏氏矢量的物理意义和性质。[南京航空航天大学2012研]答:(1)柏氏矢量的物理意义(2)柏氏矢量的性质5.根据位错运动和晶体滑移的相互关系,分析纯螺型位错和纯刃型位错的柏氏矢量与位错线方向、位错线运动方向、晶体滑移方向的关系。[西南交通大学2009研](2)纯刃型位错的柏氏矢量与位错线方向、位错线运动方向、晶体滑移方向的关系为:柏6.何谓全位错?请说明在面心立方晶体中肖克莱不全位错和弗兰克不全位错的成因和运动特点。[北京工业大学2007研]答:(1)全位错是指柏氏矢量等于点阵矢量的位错。(2)在面心立方晶体中肖克莱不全位错和弗兰克不全位错的成因和运动特点为:面心立方7.分析位错对金属材料性能的影响。[中南大学2008研](1)金属的塑性变形是通过位错的运动实现的,因此金属材料的强化手段可以通过改变材(2)合金中位错与溶质原子发生作用形成柯垂尔气团造成屈服现象和应变时效,位错是第(3)刃型位错可以看成是一个管道,可以加速扩散速度。8.在晶体中有一平面环状位错线,这个位错环上各点位错类型是否相同?为什么?若将其正向定义为原来的反向,此位错的柏氏矢量是否改变?位错的类型性质是否变化?[西安理工大学2008研]答:(1)在晶体中有一平面环状位错线,这个位错环上各点位错类型有可能相同(纯刃型相同),也有可能不同(混合型相反)。因为位错类型是否相同决定于位错线和柏氏矢量的(2)若将其正向定义为原来的反向,此位错的柏氏矢量是会改变的,但位错的类型性质不9.提高ZrO₂晶体的氧空位的浓度可以提高其电导率。请阐述掺杂哪类价态的氧化物可以提高其氧空位浓度?[湖南大学2012研](即空穴增多),而氧空位(n型导电特性)可以补偿p型半导体,从而造成氧空位比正常情况下偏多,从而提高氧空位浓度,例如掺杂Al₂O₃等物质可以提高氧空位浓度。10.有如图3-3-1a所示的位错线ABC及柏氏矢量b,其中AB是极轴位错(不动),MNPQ为位错BC段的滑移面。请分析在切应力t的作用下:(1)在图3-3-1a、b、c、d四种情况下,位错1的受力及运动情(2)达到动态平衡时,位错线ABC会变成什么形状?(3)位错线在扫动时对晶体的塑性变形会产生什么影响?[清华大学2008研]答:(1)如图3-3-2所示,图中v代表位错线BC运动方向,也是受力方向。(2)达到动态平衡时,位错线ABC的形状如图3-3-3所示。(3)位错线在扫动时对晶体的塑性变形产生的影响如图3-3-4所示。1.有一面心立方单晶体,在(111)面滑移的柏氏矢量为的右螺型位错,与在面上滑移的柏氏矢量为的另一右螺型位错相遇于此两滑移面交线,并形成一个新的全位错。[清华大学2007研](1)说明新生成的全位错属哪类位错,该位错是否滑移,为什么?(2)若沿[010]晶向施加大小为17.2MPa的拉应力,试计算该新生全位错单位长度的受力大小,并说明方向(设点阵常数为a=0.2nm)。答:(1)由于位错线为两滑移面交线,故位错线为②已知该新生位错的位错线及柏氏矢量,可由它们叉乘得到新生位错滑移面的法向量,即(2)由题意有其方向为垂直于位错线方向[==指向未滑移区。2.在铜单晶体中的滑移面上各存在一个柏氏矢量为(1)当两领先位错在各自的滑移面上运动相遇时,发生了新的位错反应,试写出其位错反(2)已知铜单晶a=0.36nm,切变模量G=4×10⁴Mpa,参错能γ=0.04J/m²,试求上述柏氏(3)分析一般的扩展位错其运动特征。[南京航空航天大学2011研]答:(1)当两领先位错在各自的滑移面上运动相遇时,位错反应式为(2)因为位错的领先为错位,则根据位错反应公式知①始滑移系(3)扩展位错是指一个全位错分解为两个不全位错,中间夹着一个堆垛层错的整个位错组①扩展位错位于(111)面上,由两条平行的肖克莱不全位错中间夹着一片层错构成;3.请判定在FCC晶体中下列位错反应能否进行。[西北工业大学2007研]安交通大学2008研](1)写出晶体的始滑移系及其可能的交滑移系:(2)计算晶体开始滑移的临界分切应力te;(3)分别写出屈服时晶体中所开动的刃位错和螺位错的位错线方向及柏氏矢量,以及它们(4)若该压缩试样的一个自由表面为:三写出该面上滑移线的方向。答:(1)晶体的始滑移系及其可能的交滑移系为:体心立方晶体中共有12个可能的滑移系{110}<-111>。根据作用在滑移系上的分切应力:1,施密特因子=最大的滑移系为始滑移系。也可以使用立方晶系的标准投影图进行判断,因此始滑移系为(101)[-111]。始滑移系可能的交滑移系是所有10个滑移系中与始滑移系有相同滑移方向但不同滑移面的那些滑移系,由此可以得出交滑移系为(110)[-111],(0-11)[-111]。(2)晶体开始滑移的临界分切应力te为(3)屈服时晶体中所开动的刃位错和螺位错的位错线方向、柏氏矢量以及滑移运动方向如位错线方向[-1-21],柏氏矢量为a/2[-111],滑移运动方向为[-111]。②螺位错位错线方向[-111],柏氏矢量为a/2[-111],滑移运动方向为[-1-21]。(4)晶体的滑移面与晶体外表面的交线是可能的滑移线,其中,与晶体的滑移方向不平行故该面上滑移线的方向为[121]。5.有一面心立方单晶体,在(111)面滑移的柏氏矢量为的右螺型位错,与在(1)问此两位错能否进行反应,为什么?(2)说明新生成的全位错属哪类位错?该位错能否滑移?为什么?(3)若沿[010]晶向施加大小为17.2Mpa的拉应力,试计算该新生全位错单位长度的受力大小,并说明方向(设晶格常数为a=0.2nm)。(4)随着滑移的进行,拉伸试样中上述滑移面会发生什么现象?它对随后进一步的变形有何影响?[南京航空航天大学2013研]答:(1)两位错能进行此反应,理由如下:(2)①面(111)与(11-1)的交线为[10-1],因此新位错为混合位错;②滑移面(1-11)为密排面,因此该位错可以滑移。设O与柏氏矢量的夹角为,则有(4)随着滑移的进行,滑移面会使物体变形、老化,使得物体其他的力学性能降低,使进业大学2008研]答:在Fe的晶胞中表示这一反应如图3-3-5所示。7.已知铝的空位形成能为0.76eV/空位,25℃时铝的点阵常数为0.405nm。(1)计算25℃时铝的空位浓度(空位/cm³)。(2)铝在什么温度下空位浓度是25℃时的1000倍?[中南大学2009研]答:(1)设铝的点阵常数为a=0.405nm,由题可知单位晶体体积内单胞数为二,由于铝为FCC结构,每个单胞内的原子个数为4,可知单位体积内结点个数为N为。空位浓度为①在25℃时,T=(273+25)K=298K,代入式①得到此温度下的(2)由空位浓度计算公式①,不同温度下空位浓度与温度有关,T₁=298K,T₂待求,而依8.金属中空位平衡浓度随温度的变化规律遵循RT)。某金属在被加热到1130K的时候,其空位的平衡浓度是其在1000K时的5倍。假设在1000~1130K之间金属的密度不变,气体常数为=:,试计算其空位形成能Q。[北京工业大学2008研]答:在1130K和1000K的空位平衡浓度分别为Nvi,和N₂,那么这样可以求解Q,有9.由600℃降温到300℃时,锗晶体中的空位平衡浓度降低了六个数量级。试计算锗晶体中的空位形成能(玻耳兹曼常数因此有七、作图分析题1.在面心立方结构的金属中(111)面上运动着柏氏矢量为的位错,位错线方向也是请在单胞中画出(111)晶面和晶向,并说明该位错属于什么类型?如果该位错的运动受到阻碍后,请判断是否有可能转移到各晶面上继续运动?[北京科技大学2010研]答:(1)(111)晶面和一=晶向如图3-3-6所示。(2)该位错的运动受到阻碍后,能在(11-1)面上滑移,但是不能在(-111)、(1-11)2.画图说明弗兰克-瑞德源的位错增殖机制。[南京航空航天大学2012研](1)由于螺型位错双交滑移过程中形成的刃型割阶不能滑移,即A、B两端被固定,所以只能使位错线发生弯曲,单位长度位错线所受的滑移力F总是与位错线本身垂直,所以弯曲后的位错每一小段继续受到F的作用,沿它的法线方向向外扩展,其两端分别绕节点A,B发生旋转。(2)当两端弯出来的线段相互靠近时,由于该两线段平行于b,但位错线方向相反,分别3.已知某铜单晶试样的两个外表面分别是(001)和(111)。当该晶体在室温下滑移时,画出上述两个外表面上的滑移线的示意图。[南京航空航天大学2013研]答:(001)和(111)两个外表面上的滑移线的示意图如图3-3-8所示。4.分析图3-3-9位错环==的性质,在切应力t的作用下,位错及晶体将分别如何运动?(画出位错环运动过程中位错环及晶体形状的变化)[清华大学2009研]第4章晶态固体中的扩散Cu-Ni组成的互扩散偶发生扩散时,标志面会向Cu一端移动。[南京航空航天大学2012研]大学2007研]B.俣野面C.标记面【答案】C查看答案【解析】克肯达尔在长方形的α黄铜(Cu+30%Zn)棒上敷上很细的钼丝作为标记,再在散组元为铜和锌,二者构成置换型固溶体。上述试样在785℃保温,使锌和铜发生互扩散,实验发现,1天之后两层钼丝均向内移动了0.015mm,56天之后移动0.124mm。实验结果2.由纯A和A-B固溶体形成的互扩散偶(柯肯达尔效应),以下表述正确的是()。[上海交通大学2005研]A.俣野面两侧的扩散原子其化学势相等,即B.该扩散为上坡扩散C.空位迁移方向与标记面漂移方向一致【解析】由于多元系统中各组元扩散速率不同而引起的扩散偶原始界面向扩散速率快的一侧移动的现象称为克肯达尔效应。由柯肯达尔效应可知,空位扩散方向与标记面的漂移方向一致,此扩散非上坡扩散。3.离子化合物中,阳离子比阴离子扩散能力强的原因在于()。[上海交通大学2005研]A.阴离子的半径较大B.阳离子更容易形成电荷缺陷C.阳离子的原子价与阴离子不同【答案】A查看答案【解析】阳离子的半径小,而阴离子的半径大,因此阳离子比阴离子更容易扩散。4.菲克第一定律描述了稳态扩散的特征,即浓度不随()变化。[华中科技大学2007【答案】B查看答案【解析】由菲克第一扩散定律可知,在稳态扩散过程中,各处的扩散组元的浓度c只随距离x变化,而不随时间t变化。5.在置换型固溶体中,原子扩散的方式一般为()。[华中科技大学2007研]A.原子互换机制B.间隙机制C.空位机制【答案】C查看答案【解析】置换固溶体的扩散机制主要为空位机制,而间隙机制主要为间隙固溶体的扩散机制。6.原子扩散的驱动力是()。[华中科技大学2007研]A.组元的浓度梯度B.组元的化学势梯度势C.温度梯度【答案】B查看答案【解析】由扩散的定义可知,原子扩散的驱动力为化学势梯度,其中上坡扩散很好地揭示了这一原理,否定了组元的浓度梯度原子扩散的驱动力。7.在UO₂晶体中,O²-的扩散是按()机制进行的。[南京工业大学2007研]C.掺杂点缺陷【答案】B查看答案【解析】间隙扩散机制是指处于间隙位置的质点从一间隙位入另一邻近间隙位,必然引起质点周围晶格的变形。三、填空题 ,负扩散是指。[武汉理工大学2009研]【答案】质点的无规则运动;化学位梯度;低浓度向高浓度的扩散查看答案【解析】扩散是指当物质内有梯度(化学位、浓度、应力梯度)等存在时,由于热运动而导致的质点定向移动。扩散实质上是质点的无规则热运动。扩散的推动力是化学位梯度;一切影响扩散的外场(电场、磁场、应力场等)都可归类于化学位梯度之中,且仅当化学位梯度为零时,系统扩散才能达到平衡。2.Fick扩散第一定律的一维表达式为,是一个表达式。[武汉理工大学2008【答案】宏观查看答案【解析】在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量(称为扩散通量,用J表示)与该截面处的浓度梯度成正比,也就是说,浓度梯度越大,扩散通量越大;式中,D称为扩散系数(m²/s),C为扩散物质(组元)的体积浓度(原子数/m或kg/m),dC/dx为浓度梯度,“一”号表示扩散方向为浓度梯度的反方向,即扩散组元由高浓度区向低浓度区扩散。扩散通量J的单位是kg/m²·s。由表达式可知,它是一个宏观表达式。3.晶态固体中扩散的微观机制有和。[北京工业大学2007研]【答案】间隙机制;填隙机制;空位机制;互换机制查看答案【解析】根据扩散的不同特点,可以把扩散的微观机制分为间隙机制、填隙机制、空位机制、互换机制。(1)间隙机制间隙扩散机制适用于间隙型固溶体中间隙原子的扩散。其中,发生间隙扩散的主要(甚至惟一)是间隙原子,阵点上的原子则可以认为是不动的。(2)填隙机制在填隙机制中,有两个原子同时易位运动,其中一个是间隙原子,另一个是处于阵点上的原子。间隙原子将阵点上的原子挤到间隙位置上去,自己进入阵点位置。(3)空位机制在置换固溶体中,一个处于阵点上的原子通过与空位交换位置而迁移。这个过程相当于空位向相反方向移动,故亦称为空位扩散。(4)互换机制原子的扩散是通过相邻两原子直接对调位置而进行的。1.上坡扩散[北京科技大学2011研]答:上坡扩散是指在以化学位差为驱动力的条件下,原子由低浓度位置向高浓度位置进行的扩散。菲克第一定律表明,在组元有浓度梯度的情况下会产生由浓度高的向浓度低的方向扩散,这是根据大量的宏观现象总结出的经验规律。但是,这个规律并不是普遍法则。也就是说,扩散有时会由低浓度位置到高浓度位置,产生成分的偏聚而不是成分的均匀化,这种扩散现象通常称为上坡扩散。2.稳态扩散[北京工业大学2008研]散的特征是空间任意一点的浓度不随时间变化,扩散通量不随位置变化,即五、问答题1.已知碳在面心立方铁中的扩散活化能为Q=140×10³J/mol,镍在面心立方铁中的扩散活化能为QNi=283×10³J/mol,据此判断碳和镍在面心立方铁中的扩散系数大小,说明原因。[武汉理工大学2008研](1)碳在面心立方铁中形成间隙固溶体,按间隙扩散机制进行扩散,扩散活化能小,扩散(2)镍在面心立方铁中形成置换固溶体,按空位扩散机制进行扩散,扩散活化能大,扩散2.对于间隙型扩散和置换型扩散,哪种类型的扩散更难进行,为什么?[北京理工大学20083.什么是稳态扩散和非稳态扩散?菲克第一定律适用于描述哪一种扩散?[北京理工大学2008研]答:(1)稳态扩散是指在扩散过程中,任一点的浓度不随时间变化的扩散。(2)非稳态扩散是指在扩散过程中,某一点的浓度是随时间而变化的扩散。(3)菲克第一定律适用于描述稳态扩散。4.什么是化学扩散和自扩散?[北京理工大学2008研I答:(1)化学扩散是指由于浓度梯度所引起的扩散。(2)自扩散是指在纯组元晶体中,不依赖于浓度梯度,原子由于空位和间隙原子而不断地5.常通过向钢的表层渗入某些原子来改善钢的表面性能,试问若分别向钢的表层渗入碳原[北京理工大学2007研](1)离子键的结合能一般大于金属键的结合能,扩散离子所需要克服的能垒比金属原子大(2)为了保持局部的电中性,必须产生成对的缺陷,这就增加了额外的能量;(3)扩散离子只能进入具有相同电荷的位置,迁移的距离较长。7.现有两块化学成分相同的固溶体合金,一块未经塑性变形,一块经过了冷塑性变形。试问溶质原子在哪一块合金中的扩散更为容易?为什么?[北京理工大学2007研]原子处于较高的能量状态,易于跳跃,故各种缺陷处的扩散激活能均比晶内扩散激活能小,8.何为上坡扩散?形成上坡扩散的热力学条件是什么?[西南交通大学2007研]答:(1)上坡扩散是指物质从低浓度区向高浓度区扩散,扩散的结果提高了浓度梯度。例(2)上坡扩散的热力学条件:上坡扩散的真正驱动力是化学位梯度,而非浓度梯度,虽然扩散导致浓度梯度上升,但化学位梯度却是下降的。据此,形成上坡9.简述影响扩散的主要因素。[中南大学2009研](1)温度(2)晶体结构(3)固溶体类型(4)固溶体浓度(5)晶体缺陷(6)化学成分10.解释常用的扩散机制。有两种激活能分别为E₁=83.7kJ/mol和E₂=251kJ/mol的扩散,两种激活能分别为E₁=83.7kJ/mol和E₂=251kJ/mol的扩散在温度从25℃升高到600℃时,由可知,当温度从298K提高到873K时,扩散速率D分别提高4.6×10911.置换扩散与间隙扩散的扩散系数有何不同?在扩散偶中,如果是间隙扩散,是否会发生柯肯达尔效应?为什么?[西北工业大学2008研]答:(1)置换扩散与间隙扩散的扩散系数的差异为:间隙扩散系数与空位浓度无关,而置换扩散系数与空位浓度有关(可用公式表示)。一般地,间隙扩散系数大于置换扩散系数。(2)在扩散偶中,如果是间隙扩散,不会发生柯肯达尔效应。因为间隙扩散中考虑间隙原12.假设将纯铁工件在800℃进行渗碳,且工件表面碳的质量分数为6.69%。(1)示意画出工件表面至心部的碳质量分数分布曲线,在所画曲线图中填写出相应的相组(2)说明碳质量分数按照上述曲线分布的原因。[清华大学2009研]答:(1)工件表面至心部的碳质量分数分布曲线如图4-3-1所示。(2)碳质量分数按照上述曲线分布的原因:二元合金扩散时会发生反应扩散,且扩散层中13.给出下列各公式,说明公式中各物理量的含义及单位:(1)Hall-Petch公式(2)一维形式的菲克第二定律[西南交通大学2008研]为屈服强度(2)一维形式的菲克第二定律的公式为式中,C为浓度];14.何为本征扩散与非本征扩散?并讨论两者的扩散系数、扩散活化能和特点。[南京工业大学2007研]答:(1)本征扩散是指空位来源于晶体的本征热缺陷而引起的迁移现象。本征扩散的活化(2)非本征扩散是由不等价杂质离子的掺杂造成空位,由此而引起的迁移现象。非本征扩1.请导出摩尔分数为xA、xB的二元系中的综合扩散系数D与分扩散系数DA、DB之间的关系。[清华大学2007研]上同晶面一起运动的坐标系。DA和DB分别表示组元A和B的分扩散系数,D为综由于JBI>JA,高熔点一侧有流体静压力,则各晶面连同动坐标系会沿x方向平移,相对于固定坐标系,增加了方向相同的两个附加通量CAv和Cgv,所以对固定坐标系,根据菲克第一定律,总通量为消去v,得即2.由A组元棒和B组元棒焊接成的扩散偶(如图4-3-3所示),并在焊缝处用Mo丝做标记,在773K扩散足够的时间,试问:(1)标记在焊接面何侧?(2)扩散中的空位最终聚集在何侧?(已知A组元在B组元构成的晶体中的扩散常数(D₀)和激活能(Q)分别为2.1×10⁵m²/s,1.7×10⁵J/mol,而B组元在A组元构成的晶体中的扩散常数(D₀)和激活能(Q)分别为0.8×10⁵m²/s,1.4×10SJ/mol[上海交通大学2007研]从B到A的扩散系数为由于,所以标记面右移。(2)由于宏观上扩散由B到A,因此空位向右端移动,扩散中的空位最终聚集在右侧。3.假设内部原子从A处迁移到B处,在500℃,时的跳跃频率(T)为5×108次/s,800℃,时的跳跃频率为8×10⁸次/s,计算扩散激活能Q。[上海交通大学2007研]由⁵m²/s,激活能Q=140KJ/mol,R=8.314J/K·mol。请计算:(1)870℃下和927℃下碳在γ-Fe中的扩散系数。(2)在870℃得到与972℃渗碳10h相同结果所需时间?(3)若规定0.3%作为渗碳层度,在927℃渗碳10h,其渗碳曾厚度为870℃渗碳10h的多少倍?[华中科技大学2006研]解:(1)扩散系数满足的公式为代入时,有代入在T₂=927C=1200K时,碳在γ-Fe中的扩散系数为(2)当结果相同时,曰相同,此时D与t成反比,即据此求得所需时间为20h。(3)设达到0.3%C时,870℃厚度为X₁,927℃厚度为X₂,由可知在相同时间下X与一=正比,求得X₂/X₁=1.414。5.为改善某合金的防腐性能,通常需经渗锌处理。工厂里发现一批重要零件有质量问题,经研究需去除渗入的锌后再进行相关加工和处理。一开始制定的工艺为该合金构件在827℃真空脱锌1小时,其距表面0.08mm处的性能符合规定要求。为进一步降低该构件的热处理变形,拟将该合金构件在727℃处理,问处理多少时间在距表面0.16mm处将达到上述相同规定要求?此外,试比较锌和碳在该合金中的扩散能力(设锌在该合金的扩散激活能为80KJ/mol)。[南京航空航天大学2013研]解:(1)处理时间计算可得因此,需要处理的时间为4小时。(2)扩散能力比较6.欲将一批齿轮进行渗碳,每炉装500件。在900℃渗10h可以达到规定的深度。假定在900℃渗碳每炉每小时生产成本为1000元,而在1000℃渗碳为1500元。问在哪一温度渗碳成本较低?(已知Q=32900cal/mol,R=1.987cal/mol-K,lcal=4.1868J)[清华大学2008答:900℃=1173K,1000℃=1273K;由900℃渗碳,一炉齿轮需要1000元/h×10h=10000元。1000℃渗碳,一炉齿轮需要1500元/h×3.299h=4948.因此,在1000℃渗碳成本较低。7.已知碳在γ-Fe中的扩散常数Do=2.0×10⁻⁵m²/s,扩散激活能Q=140×10³J/mol,要想得到与在927℃时渗碳10h的相同厚度,在870℃渗碳需要多长时间?(忽略不同温度下碳在y-Fe中溶解度的不同)[北京工业大学2008研]答:碳在一三中扩散的误差函数解表示为碳在927℃与870℃两种条件下分别扩散的误差函数间关系为即碳在第5章相平衡与相图1.在二元系合金相图中,计算两相相对量的杠杆法则只能用于()。[华中科技大学2007研]A.单相区中B.两相区中C.三相平衡水平线上【答案】B查看答案【解析】杠杆定律不能用于单相区,能用于两相区中,但不仅仅是三相平衡水平线上。2.在一元系浓度三角形中,凡成分位于()上的合金,它们含有另两个顶角所代表的两组元含量相等。[华中科技大学2007研]A.通过三角形顶角的中垂线B.通过三角形顶角的任一直线【答案】A查看答案因此选A。而选项B中,任一直线,表明两元的含量始终成比例。3.在三元系相图中,三相区的等温截面都是一个连接的三角形,其顶点触及()。[华中科技大学2007研]A.单相区B.两相区C.三相区【答案】B查看答案【解析】由相律可知:三相区与两相区相邻,因此三相区三角形的顶角触及两相区。4.根据三元相图的垂直截面图,可以()。[华中科技大学2007研]A.分析相成分的变化规律B.分析合金的凝固过程C.用杠杆法则计算各相的相对量【答案】B查看答案5.下列四相平衡反应中,属于包共晶反应的是()。[华中科技大学2006研]【答案】B查看答案【解析】由包共晶的定义可知,一液相和一固相反应生成两固相,因此选B:而选项A为1.相平衡主要研究多相系统的与之间的变化规律,研究凝聚系统相平衡【答案】平衡状态:影响平衡因素;动态法;静态法查看答案动态法,又分为热分析法、热膨胀曲线法和电导(电阻)法。热分析法是指测定系统中的物发生相变,则必然伴随吸热或放热效应,测定此时温度,即为冷)曲线法和差热分析法。2.在合金平衡相图中,确定一定温度和合金组分下合金内存在的各相的比例时,可以通过等温连接线,利用定律进行计算。[北京工业大学2008研]【答案】杠杆查看答案3.相平衡时,系

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论