湖南大學2009年材料科學基礎(chǔ)真題及答案簡析

1、2009年材料科學基礎(chǔ)真題一、名詞解釋（任選8題，每題5分，合計40分） 1.位錯：點陣原子排列局部不規(guī)則的一維區(qū)域，是晶體內(nèi)的一種線缺陷。2.點陣常數(shù)：晶胞的大小取決于其三條棱的長度a，b和c，而晶胞的形狀則取決于這些棱之間的夾角 ，我們把a，b，c，這六個參量稱為點陣常數(shù)。3.晶界：在兩個晶粒接觸區(qū)間原子錯排的區(qū)域，同一固相但位相不同。4.柏氏矢量：用來描述位錯引起晶格畸變的物理量。該矢量的模是層錯的強度，表示晶格總畸變的大小，其方向表示晶格點畸變的方向。一般情況下，該矢量越大，晶體畸變的程度越大。5.固溶體：以合金中某一組元作為溶劑，其它組元為溶質(zhì)，所形成的與溶劑有相同晶體結(jié)構(gòu)、晶格常數(shù)

2、稍有變化的固相。6.玻璃轉(zhuǎn)變溫度：當物質(zhì)由固體加熱或由熔體冷卻時，在相當于晶態(tài)物質(zhì)熔點絕對溫度2/31/2溫度附近出現(xiàn)熱膨脹、比熱容等性能的突變。該溫度稱為玻璃轉(zhuǎn)變溫度。 7.共晶反應：一種液相在恒溫下同時結(jié)晶出兩種固相的反應叫做共晶反應。8.臨界分切應力：晶體中的某個滑移系是否發(fā)生滑移，決定于力在滑移面內(nèi)沿滑移方向的分切應力，當分切應力達到某一臨界值時，滑移才能開始，此應力即為臨界分切應力，它是滑移系開動的最小分切應力。材料的臨界分切應力取決于材料的本身性質(zhì)，但和溫度以及材料的純度等也有關(guān)系。9.聚合物的構(gòu)型：單體通過聚合反應相互連接構(gòu)成鏈狀聚合物。連接單體的化學反應往往不是唯一的，因此鏈節(jié)

3、在分子鏈上可以有不同的鍵接方式。不同的鍵接方式都是通過化學鍵固定，不破壞化學鍵就不能改變鏈節(jié)的鍵接方式。換句話說，化學鍵確定了鏈節(jié)中原子的空間排布方式。由化學鍵固定的原子空間排布方式稱作構(gòu)型。10.應變硬化：金屬材料在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時強度和硬度升高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象。二、簡答題（任選5題，每題10分，合計50分）(2) 一次鍵的種類及其本質(zhì)是什么？價電子的轉(zhuǎn)移或共用，原子或電子云達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。(3) 給出FCC(面心立方）、BCC(體心立方）、HCP(密排六方)、晶胞中的原子數(shù)，間隙的種類和數(shù)量FCC：4 8 4 BCC：2 12 6 HCP：6 12 6(4) 在MgO中晶體中

4、摻入Li2O后，晶體中的空位濃度怎么變化？氧空位濃度變大。(5) 簡述菲克第一定律和菲克第二定律的含義，寫出表達式，指明其字母的物理意義。答：菲克第一定律。J：擴散流量，即單位時間通過單位面積的物質(zhì)量，g/s；D：擴散系數(shù)，/s；：濃度梯度，g/m4。菲克第二定律濃度隨時間的變化率，g/m3s； 流量的梯度，g/m3s。(6) 寫出體心立方（BCC）、面心立方（FCC）、密排六方(HCP)晶體中的主要滑移數(shù)。FCC 111 12個BCC 110 48個HCP 0001 3個(7) 已知金剛石晶胞中最近鄰的原子間距為0.154mm,試求出金剛石的點陣常數(shù)、配位數(shù)和致密度。答：所以點陣常數(shù)a=0.

5、3566nm配位數(shù)C.N.=8-N=4致密度(8) 簡述熱塑性聚會物和熱固性聚會物的結(jié)構(gòu)及性能特點。答：熱塑性：具有線性和支化高分子鏈結(jié)構(gòu)，加熱后會變軟，可反復加工成形。熱固性：具有體型（立體網(wǎng)狀）高分子鏈結(jié)構(gòu)，不溶于任何溶劑，也不能熔融，一旦定型后不能再改變形狀，無法再生。(9) 二元相圖中肯能發(fā)生的固固相平衡的反應有哪些？寫出相應的平衡反應式。共晶、單析、包晶三 、論述題（任選4題，每題15分，合計60分）1 .什么是鍵能曲線？利用鍵能曲線可以得到材料的哪些特性參量。采用哪些方法可以改變鍵能曲線的形狀？場外作用、制造缺陷、加熱冷卻可以改變鍵能曲線。2. 離子晶體中的擴散機制有哪些？影響因素

6、有哪些？間隙、空位、交換機制3.材料的主要強化機制有哪幾種？其強化機制是什么？答：固溶強化、彌散強化、第二相強化、細晶強化、加工硬化、馬氏體強化（鋼鐵）、有序強化。其機理均是通過阻礙位錯的運動來提高材料的強度。不同的強化方法的機理有其特殊性。1、 固溶強化：固溶在點陣間隙或結(jié)點上的合金元素原子由于其尺寸不同于基體原子，故產(chǎn)生一點的應力場，阻礙位錯運動；柯氏氣團和鈴木氣團，前者是間隙原子優(yōu)先分布于BCC金屬刃型位錯的拉應力區(qū)，對位錯產(chǎn)生釘扎作用，后者是合金元素優(yōu)先分布于FCC金屬擴展位錯的層錯區(qū)，降低層錯能，擴大層錯區(qū)，使擴展位錯滑移更加困難。2、 沉淀強化和彌散強化：合金通過相變過程得到的合金

7、元素與基體元素的化合物和機械混摻于基體材料中的硬質(zhì)顆粒都會引起合金強化。沉淀強化和彌散強化的效果遠大于固溶強化。位錯在運動過程中遇到第二相時，需要切過（沉淀強化的小顆粒和彌散強化的顆粒）或者繞過（沉淀強化的大尺寸顆粒）第二相，因而第二相（沉淀相和彌散相）阻礙了位錯運動。3、 晶界強化：按照Hall-Petch公式，屈服點s同晶粒直徑d之間的關(guān)系是s=o+kd-1/2，其實質(zhì)是位錯越過晶界需要附加附加的應力。因此低溫用鋼往往采用細晶粒組織。有序強化：有序合金的位錯是超位錯，要使金屬發(fā)生塑性變形就需要使超位錯的兩個分位錯同時運動，因而需要更大的外應力。異類元素原子間的結(jié)合力大于同類元素原子間的結(jié)合力，所以異類原子的有序排列賦予有序合金較高的強度。4. 決定聚合物結(jié)晶度的因素有哪些？鏈分支的程度、立構(gòu)的規(guī)整度、側(cè)基的尺寸、重復單元的復雜度，平行鏈段的二次鍵合程度5.試從結(jié)合鍵的角度分析工程材料的分類及特點。答：金屬材料：主要以金屬鍵