川大材料科学基础期中考试试题

1．下列对称要素组合不正确的是（ A ）

A ．L 2⊥L 2→2L 2 B．P ⊥L 4→PL 4C

23

C ．P+L3→L 33P D．L 2⊥L 3i →L i 3L P

2．下列对称关系哪种不正确( D )

3363344A ．L 3=L+C B．=L+C C．L 6L i S i =L S =L +P D．L i =L +C

3．点缺陷是热力学的 缺陷，而位错是热力学的 缺陷。（B ）

A ．稳定，稳定 B．稳定，不稳定 C ．不稳定，稳定 D．不稳定，不稳定

4．a ≠b ≠c 、α＝β＝γ=90°的晶体属于什么晶族和晶系（ C ）

A ．中级晶族，正交晶系 B．中级晶族，四方晶系 C ．低级晶族，正交晶系 D．低级晶族，四方晶系 5．由晶面（121）与（100）所决定的晶带轴指数为（ B ）

A ．(012) B．[012] C．(221) D．[221]

二．填空题（本题共14小题，除第3、5小题为2分外，每空1分，共40分） 1．材料科学基础的研究内容是： 结构与性的关系 。

2．材料根据组成通常可分为：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料。根据材料特性和用途常又可分为： 结构材料和功能材料。 3．立方晶体所包含的对称元素有哪些：3L 44L36L 29PC 。

4．根据晶体中高次轴的存在及数目将晶体划分为 高级晶族、中级晶族和低级晶族3个晶族，据旋转轴和旋转反伸轴的轴次和数目把晶体分成

立方晶系、三方晶系、四方晶系、六方晶系、正交晶系、单任斜晶系、三斜晶系 7个晶系。

5．请写出在立方晶系中{111}晶面族所包含的等价晶面：。

6．固溶体据外来组元位置不同可分为 置换固溶体 和 间隙固溶体 两种固溶体，据外来组元固溶度可分为 连续型和有限型两种固溶体。 7．非晶态固体的结构具有 近程有序和 远程无序 特点。

8．在玻璃Na 2O ·Al 2O 3·2SiO 2中，网络形成体： SiO 2 ，网络中间体： Al 2O 3，网络变性体： Na 2O 。网络变性体增加，桥氧 下降，玻璃粘度下降。

9．高分子材料相对分子质量愈大，机械强度 愈大，粘度 增加 ，加工成型愈困难；链段长度越大，柔顺性就 愈差；高聚物结晶晶胞的特点是： 一条分子链可以穿过几个晶胞 。

10．高聚物的结晶度越高，密度增大，熔点 升高，硬度 增大，拉伸强度 提高，伸长率随之降低。

11．晶体中缺陷有 点缺陷、 线缺陷 和 面缺陷 这三种类型。 12．常通过 淬火、 辐照 和 塑性变形 这三种方法产生过饱和点缺陷。 13．两个平行刃型位错相互作用时，若只允许滑移，柏氏矢量同号的将 垂直于滑移面排列，异号的将束缚于 450 线上。柯垂耳气团会阻碍位错运动，需要外力作更多的功，这就是 固溶强化 效应。位错塞积会产生应力 集中，这是晶体受外力作用产生裂缝的重要机制。

14．位错交割后，每个位错线上都会产生一小段曲折位错，柏氏矢量与携带它们的位错 相同 ，大小取决于与之相交的另一位错的 柏氏矢量 。当小段位错不在所属位错滑移面上时则形成 割阶，反之形成 扭拆。 三．简答题（本题共7小题，每小题6分，共42分）

1．请在立方晶系的晶胞中画出（102）、（110）晶面和[110]、[102]晶向。

2．一个具有BCC 晶体结构的圆柱体受到轴拉伸作用，作用力方向为[41]，其临界切应力τc =0. 4MPa ，圆柱体的横截面积为25mm 2。求（1）最先滑移的滑移系；（2）要使滑移系开始滑移所必需的最小拉力P 。BCC 的极射投影图如下：

答：（1）据极射投影确定方向三角形如下：

[11]-[10]-[100]

根据镜像规则在BCC 晶体结构中最先滑移的滑移系为：

(101)[1]

λ，φ

（2） P ⇐σ⇐τc

当滑移系开始滑移时：

τc =σcos λcos φo

∴cos λ=

[41][1]5

=

21⋅7

cos φo =

[41][101]4+15

==

21⋅24242

P =σA =

τc ⋅A 4⨯25

=63⨯42

cos λcos φo 25

=4⨯7⨯3⨯6=206N

3．叙述高岭石的结构特点（结构类型、层内结构特点、层内带电荷情况、层间结合力）。

答：高岭石属单网层结构，上层是铝氧羟基八面体[AlO2(OH)4]5-，下层是硅氧四面体[SiO4]4-，活性氧向上，每个活性氧连1个[SiO4]和2个[AlO2(OH)4]或连1个H +和2个[AlO2(OH)4]，层间通过氢键结合。 4．若面心立方晶体中有b =

a a

[101]的全位错和b =[121]的不全位错，此 26

两位错相遇发生位错反应，试问： （1） 此反应能否进行？为什么？

（2） 写出合成位错的柏氏矢量，并说明合成位错的性质。 答：（1）位错反应应满足几何条件和能量条件

a a a

−→[111] 假设：[101]+[121]−

263

a 2a 22a 2

+=反应前能量：∑b = 263

2

a 2

反应后能量：∑b =

3

2

∑b

2前

2 >∑b 后

∴此两位错相遇时会发生位错反应。

a

（2）合成位错的柏氏矢量为[111]，属弗兰克不全位错，垂直于滑移面只能攀

3

移，不能滑移。

5．在下图所示的立方体形晶体中，ABCD 滑移面上有一个位错环，其柏氏矢量b 平行于BA 。（1）指出位错环各部分的位错类型。（2）指出使位错环向外运动所需施加的切应力的方向。（3）位错环运动出晶体后晶体外形如何变化？ 答：（1）A —正刃型位错，B —负刃型位错，C —左螺旋位错，D —右螺旋位错。

（2） 沿BA 方向与一致。

（3）滑移面下部相对上部产生与相同的滑移，侧表面形成相应台阶，台阶大小等于大小。

6．假定图中的这两个位错正在扩大，试问两个位错环在交互作用时，是因塞积而钉扎住还是形成一个在的位

错环（请用图示说明）？

7．将Fe-C （ω=0.4%）与Fe-C （ω=0.4%）-Si （ω=3.8%）焊接在一起，在1050℃下进行长时间扩散退火，试说明在整个扩散过程中C 和Si 的扩散情况。

答：如左图A 、B 分别是焊接处两边无Si 、有Si 两点。

（1）开始时，A 点没有Si ，C 活度低；B 点有硅，C 的活度高，B 点的C 向A 点扩散，A 点C 浓度升高，B 点C 浓度下降。（2分）

（2）随时间推移，B 点的硅也向A 点扩散，同时引起A 点C 活度升高，B 点C 活度降低，过一

段时间，A 点C 浓度达最大值，B 点C 浓度达最小值。（2分）

（3）随时间进一步推移，A 点C 活度大于B 点，使C 由A 点向B 点扩散，最后扩散达到平衡，A 、B 两点的Si 和C 的浓度相等，不再随时间而变化。（2分）

四．计算题：（8分）

20钢在927℃进行气体渗碳，假定表面碳质量分数增加到1.10%并保持不变。试求距表面0.5mm 处的碳质量分数达0.40%所需的时间。已知D 927℃=1.28×10-11m 2/s。

解：C 0=0.2%，C s =1.10%，C(x)=0.40% 据误差函数解：

C (x ) =C s -(C s -C 0) erf (

x ) 2Dt

x C s -C (x ) 7erf () ==

C -C 92Dt s 0

x

=0. 8652Dt

查表得： -3

0. 5⨯10t =() 2=6526(s )

2⨯0. D 答：……