《材料科学基础》作业题

发布 2022-07-13 19:49:28 阅读 6612

第一章原子结构与键合。

1、说明量子力学中有关原子结构的玻尔模型和几率波模型。

2、给出下列离子的电子组态:fe2+, fe3+, cu+, ba2+, br-, s2-。

3、对于k+—cl-离子对,吸引能ea和排斥能er分别表示为:

计算平衡距离r0和结合能e0。(提示:净能对原子间距r的微分为0时,r= r0。r的单位为nm)

4、净能有时可表示为。

其中,r为离子间距,c,d和为常数。试推出结合能e0对于平衡距离r0的表达式。

5、计算下列化合物中,离子键的百分含量:

tio,znte,cscl,insb,mgcl。

6、下列物质含有何种键:黄铜(brass)、橡胶(rubber)、金刚石(diamond)、sio2、单晶si、nacl。

7、 hf (hydrogen fluoride)的分子量小于 hcl (hydrogen chloride),为什么hf具有比hcl更高的沸点。

8、画出下列物质单体单元的结构图:

(1)聚乙烯(polyethylene pv);

(2)聚四氟乙烯(polytetrafluorethylene ptfe);

(3)聚苯乙烯(polystyrene ps);

(4)聚甲基丙烯酸甲酯 [俗]有机玻璃。

(polymethyl methacrylate pmma)。

9、(1)计算聚乙烯结构单元的分子量;

(2)聚乙烯的数均分子重量为1,000,000 g/mol,计算其数均聚合度。

10、两种聚四氟乙烯样品的密度及其晶化率如下:

i) 2.144 g/cm3, 51.3%; ii) 2.215 g/cm3, 74.2%.

计算晶态聚四氟乙烯和非晶态聚四氟乙烯的密度。

11、简述高分子链结构的形态特征以及与性能的定性关系。

第二章固体结构。

1、锆(zr,zirconium)具有hcp结构,密度为6.51 g/cm3,a)计算晶胞体积;

b)如果c/a为1.593,计算c和a。

2、铑(rh,rhodium)的原子半径为0.1345 nm,密度为12.41 g/cm3。判定其晶体结构属于fcc,还是bcc?

3、在立方晶胞中画出下列晶向:

4、在立方晶胞中画出下列晶面:

5、确定下图中晶向和晶面的指数。

6、计算比较fcc中[100]、[110]、[111]晶向的线密度。

7、计算比较bcc中(100)、(110)晶面的面密度。

8、确定fcc铂(platinum,pt)的(113)晶面的一级衍射角(即n=1),x射线波长为0.1542 nm。

9、说明原子结构和晶体结构的差别。

10、解释为什么多晶材料的性质通常是各项同性。

11、解释以下基本概念。

合金、相、固溶体、极限电子浓度、电子化合物、超结构。

12、试比较间隙固溶体、间隙相和间隙化合物的结构和性能特点。

7、feal为电子化合物,计算其电子浓度,画出晶胞及(112)面的原子排列图。

13、下列合金相为何种类型。

feco、 cr7c3 、mg2pb、 wc 、feal、cu3al、fe4n、fe3c。

第三章缺陷。

第三章缺陷。

1、解释以下基本概念。

肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移及攀移、弗兰克-瑞德源、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、重整位置点阵、失配度、对称倾侧晶界、非共格晶界。

2、计算fe在 850o 时,每立方米体积中的空位数。 已知fe在850o 时的空位形成能、密度及原子重量分别为1.08 ev/atom、7.

65 g/cm.85 g/mol。

3、如图,在晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b的位错环,并受到一均匀切应力。

1)分析该位错环各段位错的结构类型;

2)分析各段位错线的受力情况;

3)在的作用下,该位错环将如何运动?

4、面心立方晶体中,在(111)面上的单位位错。

在(111)面上分解为两个肖克莱不全位错,请写出该位错反应,并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出:

g切变模量, 层错能)

5、判断下列位错反应能否进行?若能进行,试在晶胞上作出矢量图。

6、试分析在(111)面上运动的柏氏矢量为的螺型位错受阻时,能否通过交滑移转移到面中的某个面上继续运动?为什么?

7、根据晶粒的位相差及结构特点,晶界有哪些类型?有何特点属性?

8、直接观察铝试样,在晶粒内部位错密度为 5 x 1013/m2,如果亚晶间的角度为5o,试估算界面上的位错间距(铝的晶格常数为 a = 2.8 x 10-10 m)。

第五章二元相图。

1. 合金系统的自由度f的含义是:(单选)

a、可以使合金状态改变的因素数;

b 、保持合金平衡状态不变的前提下,可以独立改变的因素数;

c 、够使系统发生变化的最大因素数。

2. 自由度f= 0的含义是:(单选)

a、任何因素的变化都会造成系统平衡状态的变化;

b、没有任何因素可以引起系统状态变化;

c、这样的系统状态不存在。

3. 纯金属凝固时,(多选)

a、冷却曲线(温度-时间)是水平的;

b、系统自由度f = 0;

c、纯金属凝固是在恒温下进行的。

4. 在平衡条件下,100c的纯水处于(单选)

a、液态; b、气态; c、气、液二相共存状态。

5、下列说法哪些是正确的?(多选)

a、温度高于液相线的合金为液态;

b、温度低于液相线的合金为固态;

c、温度低于固相线的合金为固态;

d、温度高于固相线的合金为液态。

6、非平衡凝固的匀晶合金一般会出现什么现象?。(单选)

a 、组织、成分均匀化;

b 、成分不均匀,出现树枝状偏析;

c 、与平衡凝固的合金组织、成分一样,没有区别。

7、在共晶合金系中,只有共晶成分的合金才能发生共晶转变。(单选)

a 是 b 否。

8、发生共晶转变的液相,其成分一定是共晶成分。(单选)

a 是 b 否。

9、根据pb-sn相图,应用杠杆定律计算40%sn合金的共晶组织中的a相占全部合金的相对量。(单选)

a、22.16%;b、45.5%;c、40%

提示:40%sn合金由初生的a相(先共晶a)和共晶体组成,共晶体又由a相和b相组成(见示意图)。

10、匀晶、共晶和包晶转变有何共同特点?(单选)

a、这三个转变都是在恒温下进行的;

b、这三个转变的反应相中都有液相,而生成相都是固相;

c、这三个转变都不是恒温转变。

11、共晶和共析转变有何共同特点?(多选)

a、都是由一个相同时转变成二个相;

b、都是恒温转变;

c、生成相都是固相。

12、共析与包析转变有何不同?(单选)

a、都是固态转变; b、都是恒温转变; c、共析转变是由一个固相转变成二个固相,包析转变则相反。

13、熔晶与偏晶转变都是恒温转变吗?(单选)

a 是 b 否。

14、在分析相图时可以将稳定化合物看作一个组元,从而将复杂相图分成若干个简单相图。你认为分析复杂相图时这是必须的吗?(单选)

a 是 b 否。

1、说明下列基本概念。

工业纯铁、碳钢、铸铁、包晶转变、共晶转变、共析转变、-fe、铁素体、-fe、奥氏体、一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、珠光体、莱氏体。

2、下列说法正确的是:(多选)

a、铁素体是碳溶解于α-fe中形成的固溶体,具有体心立方晶体结构;

b、 渗碳体是碳溶解于γ-fe中形成的固溶体,具有体心立方晶体结构;

c 、奥氏体是碳溶解于γ-fe中形成的固溶体,具有面心立方晶体结构。

3、亚共析钢的含碳量范围是:(单选)

a、0.0218% ~0.77%c;b、0.77% ~2.11%c;c、2.11% ~4.3%c。

4、共析钢的室温组织是:(单选)

a、珠光体p +二次渗碳体fe3cii;b、珠光体p(100%);c 莱氏体ld’ (100%)。

5、计算1148℃共晶转变刚结束时莱氏体中渗碳体fe3c的相对量。(单选)

a、52%;b、60%;c、48%。

6、计算室温时莱氏体中渗碳体fe3c的相对量(室温铁素体的含碳量看作0)。 单选)

a、48.23%c;b、52.77%c;c、64.47%。

7、随着含碳量的增高,亚共析钢的。 (单选)

a 强度、硬度升高,塑性下降;

b 塑性升高,强度、硬度下降;

c 强度、硬度和塑性都升高。

8、对于过共析钢,含碳量越高。(单选)

a 钢的强度、硬度越高,塑性越低;

b 钢的强度、硬度越低,塑性越高;

c 钢的硬度越高,强度和塑性越低。

第六章扩散与凝固。

一、 概念。

结构起伏、能量起伏、过冷度、晶胚、临界晶核、临界形核功、均匀形核、非均匀形核、光滑界面、粗糙界面;质量浓度、自扩散、互扩散、下坡扩散、上坡扩散、稳态扩散、非稳态扩散、扩散系数、扩散通量、柯肯达尔效应。

二、选择题。

第六章凝固与扩散。

1、金属液体在熔点温度保温,则(c)

a 需要很长时间才能结晶; b 到熔点温度就会结晶; c 永不结晶。

2、下述哪些现象结晶时出现?(多选)

a 在低于熔点的温度下结晶才能进行;

b 结晶时有热量放出;

c 液态金属冷却到熔点时就开始结晶。

3、形成临界晶核时需要的形核功由什么提供?(单选)

a由外界加热提供;

b由能量起伏提供;

c由体积自由能提供。

4、临界晶核有可能继续长大,也有可能消失(熔化)。

a 是 b 否。

5、在相同过冷度的条件下,(下述说法哪些正确?)(多选)

a 非均匀形核比均匀形核的形核率高;

b 均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径;

c 非均匀形核比均匀形核的形核功小;

d 非均匀形核比均匀形核的临界晶核体积小。

6 非均匀形核时,θ角越小,形核越容易。这是因为(下述说法哪些正确?)(多选)

a 临界晶核的体积和表面积越小;

b 形核需要的过冷度越小;

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