(完整版)上大材料科學(xué)基礎(chǔ)簡(jiǎn)答題

1、A1（fcc） 密排面：（ 100）密排方向：【 110】h+k+l 全基或全偶衍射A2（bcc） 密排面：（110）密排方向：【 111】h+k+l 為偶數(shù)衍射A3（hcp） 密牌面：（001）密排方向：【 100】2dsin=性質(zhì)、結(jié)構(gòu)成分（研究對(duì)象） 、合成 /制備 =效用1.如何理解點(diǎn)缺陷是一種熱力學(xué)平衡缺陷？隨著點(diǎn)缺陷數(shù)量增加， 熵增加導(dǎo)致自由能下降， 但是同時(shí)內(nèi)能增加導(dǎo)致自由能增加，所以有一個(gè)平衡濃度，此時(shí)有最低的自由能值。2.何謂位錯(cuò)的應(yīng)變能。何謂位錯(cuò)的線張力，其估算值為多少。位錯(cuò)在晶體中引起畸變， 使晶體產(chǎn)生畸變能，稱之為位錯(cuò)的應(yīng)變能或位錯(cuò)的能量。線張力的定義為：位錯(cuò)線增加一個(gè)

2、單位長(zhǎng)度時(shí)，引起晶體能量的增加。通常用 Gb2/2 作為位錯(cuò)線張力的估算值。請(qǐng)問(wèn)影響合金相結(jié)構(gòu)的因素主要有哪幾個(gè)。原子尺寸、晶體結(jié)構(gòu)、電負(fù)性、電子濃度。3.請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明：（ 1）刃型位錯(cuò)周?chē)脑犹幱谠鯓拥膽?yīng)力狀態(tài)（為切應(yīng)力還是正應(yīng)力，為拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力） ;(2) 若有間隙原子存在，則間隙原子更容易存在于位錯(cuò)周?chē)哪男┪恢茫梢砸詧D示的方式說(shuō)明） 。(1)刃型位錯(cuò)不僅有正應(yīng)力同時(shí)還有切應(yīng)力。所有的應(yīng)力與沿位錯(cuò)線的方向無(wú)關(guān)，應(yīng)力場(chǎng)與半原子面左右對(duì)稱， 包含半原子面的晶體受壓應(yīng)力， 不包含半原子面的晶體受拉應(yīng)力。(2)對(duì)正刃型位錯(cuò)，滑移面上方的晶胞體積小于正常晶胞，吸引比基體原子小的置換式溶質(zhì)原子

3、或空位； 滑移面下方的晶胞體積大于正常晶胞，吸引間隙原子和比基體原子大的置換式溶質(zhì)原子。4.鐵素體鋼在拉伸過(guò)程中很易出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，請(qǐng)問(wèn)： （ 1）產(chǎn)生屈服的原因？（ 2）如何可以消除屈服平臺(tái)？由于碳氮間隙原子釘扎位錯(cuò)， 在塑性變形開(kāi)始階段需使位錯(cuò)脫離釘扎， 從而產(chǎn)生屈服延伸現(xiàn)象； 當(dāng)有足夠多的可動(dòng)位錯(cuò)存在時(shí)， 或者使間隙原子極少， 或者經(jīng)過(guò)預(yù)變形后在一段時(shí)間內(nèi)再拉伸。5.如何提高（或降低）材料的彈性？舉例說(shuō)明，并解釋。選擇彈性模量小的材料、 或者減小材料的截面積、 或者提高材料的屈服強(qiáng)度都可以提高彈性。6.何謂加工硬化、固溶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化，說(shuō)明它們與位錯(cuò)的關(guān)系加工硬化：晶體經(jīng)過(guò)變形

4、后，強(qiáng)度、硬度上升，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱為加工硬化。隨著變形的進(jìn)行，晶體內(nèi)位錯(cuò)數(shù)目增加，位錯(cuò)產(chǎn)生交互作用，使位錯(cuò)可動(dòng)性下降，強(qiáng)度上升。固溶強(qiáng)化：由于溶質(zhì)原子的存在，導(dǎo)致晶體強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性下降的現(xiàn)象叫固溶強(qiáng)化。 由于溶質(zhì)原子的存在阻礙或定扎了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)， 導(dǎo)致強(qiáng)度的升高。第二相強(qiáng)化：由于第二相的存在，導(dǎo)致晶體強(qiáng)度、硬度上升，塑性、韌性下降的現(xiàn)象叫第二相強(qiáng)化。由于第二相的存在，導(dǎo)致位錯(cuò)移動(dòng)困難，從而使強(qiáng)度上升。細(xì)晶強(qiáng)化：由于晶粒細(xì)化導(dǎo)致晶體強(qiáng)度、硬度上升，塑性、韌性不下降的現(xiàn)象叫細(xì)晶強(qiáng)化。由于晶粒細(xì)化，使晶界數(shù)目增加，導(dǎo)致位錯(cuò)開(kāi)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)容易受阻，使強(qiáng)度上升；又由于晶粒細(xì)化，使變形更均

5、勻，使應(yīng)力集中更小，所以，細(xì)晶強(qiáng)化在提高強(qiáng)度的同時(shí)，并不降低塑性和韌性。7.說(shuō)明金屬在塑性變形后，其組織和性能將發(fā)生怎樣的變化金屬塑性變形后，組織變化包括晶粒和亞結(jié)構(gòu)的變化，其中，晶粒被拉長(zhǎng)，形成纖維組織，晶粒位向趨于一直，形成織構(gòu)；亞結(jié)構(gòu)細(xì)化，缺陷數(shù)目大大增加。另外，畸變能也大大增加。性能變化包括力學(xué)性能和物理化學(xué)性能，其中，力學(xué)性能變化為強(qiáng)度、硬度上升，塑性、韌性下降，物理化學(xué)性能變化為電阻率上升8.請(qǐng)問(wèn)，經(jīng)過(guò)冷塑性變形后的金屬，在加熱過(guò)程中，隨溫度的升高，將發(fā)生什么過(guò)程，各個(gè)過(guò)程是如何區(qū)分的。經(jīng)過(guò)冷變形的金屬，在加熱過(guò)程中，隨著溫度的升高，將發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大過(guò)程。各個(gè)過(guò)程以晶粒

6、來(lái)區(qū)分，在回復(fù)階段，晶粒不變，保持纖維狀，在再結(jié)晶過(guò)程， 有新的等軸晶粒產(chǎn)生， 當(dāng)組織中的畸變晶粒都消失時(shí)，則再結(jié)晶就完成了，以后就是晶粒的長(zhǎng)大過(guò)程。9.何謂臨界變形量和再結(jié)晶晶粒異常長(zhǎng)大。 請(qǐng)描述變形量和退火溫度對(duì)再結(jié)晶晶粒大小的影響。在經(jīng)過(guò)較小的變形量變形后， 其再結(jié)晶晶粒將非常的大， 所對(duì)應(yīng)的變形量稱為臨界變形量。在經(jīng)過(guò)大變形量變形后， 其再結(jié)晶晶粒變得異常的大， 稱為再結(jié)晶晶粒異常長(zhǎng)大。冷變形量很小時(shí)，沒(méi)有影響； 2%變形時(shí)再結(jié)晶晶粒很大，為臨界變形量；以后隨變形量增加，晶粒細(xì)化；當(dāng)變形量很大時(shí)，并且退火溫度很高時(shí)，再結(jié)晶晶粒又會(huì)很大。10.回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力分別是什么

7、?；貜?fù)、再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力為畸變能下降，晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力為晶界能下降。11.某工廠用一冷拉鋼絲繩將一大型鋼件吊入熱處理爐內(nèi)，由于一時(shí)的疏忽，未將鋼絲繩取出，而是隨同工件一起加熱至 860，保溫時(shí)間到了，打開(kāi)爐門(mén)，要吊出工件時(shí)，鋼絲繩發(fā)生了斷裂，試分析原因。因?yàn)殇摻z繩發(fā)生了再結(jié)晶， 導(dǎo)致其強(qiáng)度下降， 無(wú)法再承受這一載荷， 導(dǎo)致鋼絲繩斷裂。12.何謂結(jié)合鍵；簡(jiǎn)述離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵、分子鍵和氫鍵與電子分布的關(guān)系；指出形成離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵、分子鍵和氫鍵時(shí)鍵合作用力的來(lái)源。所謂結(jié)合鍵是指由原子結(jié)合成分子或固體的方式和結(jié)合力的大小。離子鍵：得、失電子形成正負(fù)離子，外層電子結(jié)構(gòu)成為穩(wěn)定的八電子層結(jié)構(gòu)。

8、正負(fù)離子通過(guò)靜電引力（庫(kù)侖引力）而結(jié)合。共價(jià)鍵：相鄰原子通過(guò)共用一對(duì)或幾對(duì)價(jià)電子使各原子的外層電子結(jié)構(gòu)都成為穩(wěn)定的八電子層（或 1s2）結(jié)構(gòu)金屬鍵：各原子都貢獻(xiàn)出其價(jià)電子而次外層則為“八電子層”，形成金屬正離子。通過(guò)自由電子氣與正離子實(shí)之間的庫(kù)侖引力而結(jié)合。分子鍵：由共價(jià)鍵結(jié)合而成雙原子的分子， 外層電子結(jié)構(gòu)成為穩(wěn)定的八電子層結(jié)構(gòu)。分子間通過(guò)形成瞬時(shí)電偶極矩，產(chǎn)生瞬時(shí)電場(chǎng)，而結(jié)合。氫鍵：氫原子核與極性分子間的庫(kù)侖引力13.簡(jiǎn)述波爾理論和波動(dòng)力學(xué)理論分別是如何描述原子核外電子的運(yùn)動(dòng)軌道。波爾理論認(rèn)為核外電子是在確定的軌道上運(yùn)動(dòng)的，符合牛頓定律。 波動(dòng)力學(xué)認(rèn)為電子具有波粒二象性， 電子有可能出現(xiàn)在

9、核外的各個(gè)位置， 只是出現(xiàn)在不同位置的幾率不同。14.點(diǎn)缺陷有哪幾種？形成點(diǎn)缺陷的驅(qū)動(dòng)力是什么？點(diǎn)缺陷主要有空位、間隙原子和置換原子。使原子脫離平衡位置的動(dòng)力， 稱為形成點(diǎn)缺陷的驅(qū)動(dòng)力， 可以是溫度、離子轟擊、冷加工等15.點(diǎn)缺陷的存在，對(duì)晶體結(jié)構(gòu)將造成怎樣的影響？對(duì)晶體的性能將造成怎樣的影響？點(diǎn)缺陷周?chē)?，原子間的相互作用力失去平衡，出現(xiàn)彈性畸變區(qū)。導(dǎo)致電阻上升、密度的減小、比熱和機(jī)械性能的變化 h/mu ， 16.62×10 34/0.02kg ×1000=3.2×10 35m;左螺旋位錯(cuò)右 負(fù)刃型位錯(cuò)正 混合位錯(cuò)16.5 碳具有哪些晶體結(jié)構(gòu)？分別具有怎樣的性能

10、？（上網(wǎng)查）石墨、金剛石、碳60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)，它們互為同素異形體。石墨是元素碳的一種同素異形體， 石墨為層狀結(jié)構(gòu)， 一層中每個(gè)碳原子的周邊連結(jié)著另外三個(gè)碳原子 （排列方式呈蜂巢式的多個(gè)六邊形） 以共價(jià)鍵結(jié)合， 層之間以范德華力結(jié)合， 構(gòu)成分子晶體。 由于每個(gè)碳原子均會(huì)放出一個(gè)電子， 那些電子能夠自由移動(dòng)， 因此石墨屬于導(dǎo)電體。 石墨是其中一種最軟的礦物。 它的用途包括制造鉛筆芯和潤(rùn)滑劑等。金剛石是自然界中最堅(jiān)硬的物質(zhì)。金剛石的用途非常廣泛，例如：工藝品、工業(yè)中的切割工具。 碳可以在高溫、 高壓下形成金剛石。 碳原子按四面體成鍵方式互相連接，組成無(wú)限的三維骨架，是典型的原子晶體。

11、每個(gè)碳原子都以 SP3 雜化軌道與另外 4 個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵，構(gòu)成正四面體。由于鉆石中的 C-C 鍵很強(qiáng)，所以所有的價(jià)電子都參與了共價(jià)鍵的形成， 沒(méi)有自由電子，所以鉆石不僅硬度大，熔點(diǎn)極高，而且不導(dǎo)電。在工業(yè)上，鉆石主要用于制造鉆探用的探頭和磨削工具，形狀完整的還用于制造手飾等高檔裝飾品，其價(jià)格十分昂貴。C60 分子是一種由 60 個(gè)碳原子構(gòu)成的分子，它形似足球，因此又名足球烯。C60 是單純由碳原子結(jié)合形成的穩(wěn)定分子，它具有60 個(gè)頂點(diǎn)和12 個(gè)為正五邊形， 20 個(gè)為正六邊形。其相對(duì)分子質(zhì)量約為720。32 個(gè)面，其中處于頂點(diǎn)的碳原子與相鄰頂點(diǎn)的碳原子各用 sp2 雜化軌道重疊形成鍵， 每個(gè)碳原子的三個(gè)鍵分別為一個(gè)五邊形的邊和兩個(gè)六邊形的邊。 碳原子的三個(gè)鍵不是共平面的，鍵角約為 108°或 120°，因此整個(gè)分子為球狀。每個(gè)碳原子用剩下的一個(gè) p 軌道互相重疊形成一個(gè)含 60 個(gè)電子的閉殼層電子結(jié)構(gòu)，因此在近似球形的籠內(nèi)和籠外都圍繞著電子云。 分子軌道計(jì)算表明， 足球烯具有較大的離域能。 C60 具有金