1、(北京工业大学)材料科学基础真题 2005 年及答案解析(总分：155.00，做题时间：90 分钟)一、名词解释(总题数：10，分数：20.00)1.位错滑移（分数：2.00）_2.高分子链的构型（分数：2.00）_3.平衡分凝系数（分数：2.00）_4.均匀形核（分数：2.00）_5.活性氧（分数：2.00）_6.上坡扩散（分数：2.00）_7.储存能（分数：2.00）_8.再结晶（分数：2.00）_9.伪共析（分数：2.00）_10.惯习面（分数：2.00）_填空11.高岭石属于层状硅酸盐结构，一层是 1，一层是 2。（分数：2.00）填空项 1:_填空项 1:_12.晶体内部构造的对称要
2、素是除 C、P、L n和 （分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_13.三元相图中，共晶点是 1 相平衡，自由度为 2。（分数：2.00）填空项 1:_填空项 1:_14.链段是用来描述高分子的 1 性。（分数：1.00）填空项 1:_15.CaO 掺杂到 ZrO2中，其中 Ca2+离子置换了 2r4+离子，由于电中性要求，以上置换同时产生一个 1 缺陷，可用 2 缺陷反应方程表示。（分数：2.00）填空项 1:_16.固态相变形核的驱动力是 1，阻力主要是 2 和 3。（分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_17.小角度晶界由位错构成，其中对称倾转晶界
3、由 1 位错构成，扭转晶界由 2 位错构成。（分数：2.00）填空项 1:_填空项 1:_18.强化金属材料的方法有 1 强化、 2 强化、 3 强化、 4 强化。（分数：4.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_19.线性高分子可反复使用，又称为 1；交联高分子不能反复使用，称为热固性塑料。（分数：1.00）填空项 1:_三、判断正误(总题数：10，分数：10.00)20.过饱和点缺陷是热力学平衡缺陷。（分数：1.00）A.正确B.错误21.晶体结构不同就不能形成连续固溶体。（分数：1.00）A.正确B.错误22.离子键性可以由两个原子的电负性决定。（分数：1.00）
4、A.正确B.错误23.匀晶转变过程是一个恒温转变过程。（分数：1.00）A.正确B.错误24.同一滑移面上，符号相同的刃位错相互作用的结果是使位错彼此远离。（分数：1.00）A.正确B.错误25.贝氏体转变中，Fe、C 原子均不发生扩散。（分数：1.00）A.正确B.错误26.再结晶完成后，在不同条件下可能发生正常晶粒长大和异常晶粒长大。（分数：1.00）A.正确B.错误27.晶粒越细小，晶体强度、硬度越高，塑性、韧性越差。（分数：1.00）A.正确B.错误28.多晶体材料塑性变形至少需要 3 个独立滑移系开动。（分数：1.00）A.正确B.错误29.结构简单、规整度高、对称性好的高分子容易结
5、晶。（分数：1.00）A.正确B.错误四、论述题(总题数：8，分数：105.00)30.金红石结构为四方晶系(如图所示)。Ti 4+和 O2-的离子半径分别为 61pm 和 140pm(1pm=0.001nm)，电负性分别为 1.54 和 3.44。请问：（分数：15.00）_31.下图所示晶胞属于哪种格子构造？在图中标记高次对称轴，用四轴表示法写出阴影表示的晶面。（分数：15.00）_32.试分析在面心立方金属中，位错的柏氏矢量为 ， （分数：15.00）_33.镁一铅相图示于下图。（分数：15.00）_34.影响晶态固体中原子扩散的因素有哪些？并加以简单说明。（分数：10.00）_35.金
6、属发生塑性变形后，显微组织、结构发生什么变化？性能发生哪些变化？（分数：10.00）_36.什么是时效？试说明其产生时效强化的原因。（分数：10.00）_37.1试说明多晶结构材料晶粒越细小晶体强度越高的原因。2已知：当退火后纯铁的晶粒大小为 16 个/mm 2时，屈服强度 s=100N/mm2；当晶粒大小为 4096 个/mm 2时， s=250N/mm2，试求晶粒大小为 256 个/mm 2时，屈服强度 s的值。（分数：15.00）_(北京工业大学)材料科学基础真题 2005 年答案解析(总分：155.00，做题时间：90 分钟)一、名词解释(总题数：10，分数：20.00)1.位错滑移（
7、分数：2.00）_正确答案：(在一定应力作用下，位错线沿滑移面移动的位错运动。)解析：2.高分子链的构型（分数：2.00）_正确答案：(高分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。)解析：3.平衡分凝系数（分数：2.00）_正确答案：(平衡凝固时，固相内溶质浓度与液相内的溶质浓度之比。)解析：4.均匀形核（分数：2.00）_正确答案：(均匀形核：在均一相中靠自身结构起伏和能量起伏等条件形成晶核。)解析：5.活性氧（分数：2.00）_正确答案：(活性氧：硅酸盐结构中部分电价未饱和的氧。)解析：6.上坡扩散（分数：2.00）_正确答案：(上坡扩散：在化学位差为驱动力的条件下，原子由低浓度位置向高
8、浓度位置进行的扩散。)解析：7.储存能（分数：2.00）_正确答案：(储存能：冷变形所消耗能量的一小部分以弹性应变能和结构缺陷能的形式存在于变形晶体内部，称为储存能。)解析：8.再结晶（分数：2.00）_正确答案：(再结晶：经受形变的材料在加热时发生的以无畸变晶粒取代变形晶粒的过程。)解析：9.伪共析（分数：2.00）_正确答案：(伪共析：非平衡转变过程中，处在共析成分点附近的亚共析或过共析合金，转变终了组织全部成共析组织形态。)解析：10.惯习面（分数：2.00）_正确答案：(惯习面：固态相变时新相往往沿母相特定晶面形成，此晶面称为惯习面。)解析：填空11.高岭石属于层状硅酸盐结构，一层是
9、1，一层是 2。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：硅氧四面体层）填空项 1:_ （正确答案：铝氧八面体层）解析：12.晶体内部构造的对称要素是除 C、P、L n和 （分数：3.00）填空项 1:_ （正确答案：平移轴）填空项 1:_ （正确答案：滑移面）填空项 1:_ （正确答案：螺旋轴）解析：13.三元相图中，共晶点是 1 相平衡，自由度为 2。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：四）填空项 1:_ （正确答案：0）解析：14.链段是用来描述高分子的 1 性。（分数：1.00）填空项 1:_ （正确答案：柔顺）解析：15.CaO 掺杂到 ZrO2中，其中 Ca2+离子置
10、换了 2r4+离子，由于电中性要求，以上置换同时产生一个 1 缺陷，可用 2 缺陷反应方程表示。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：空位； ）解析：16.固态相变形核的驱动力是 1，阻力主要是 2 和 3。（分数：3.00）填空项 1:_ （正确答案：新相和母相的自由能之差）填空项 1:_ （正确答案：界面能）填空项 1:_ （正确答案：应变能）解析：17.小角度晶界由位错构成，其中对称倾转晶界由 1 位错构成，扭转晶界由 2 位错构成。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：刃）填空项 1:_ （正确答案：螺）解析：18.强化金属材料的方法有 1 强化、 2 强化、 3 强化
11、、 4 强化。（分数：4.00）填空项 1:_ （正确答案：固溶）填空项 1:_ （正确答案：位错）填空项 1:_ （正确答案：细晶）填空项 1:_ （正确答案：弥散(或沉淀相颗粒)）解析：19.线性高分子可反复使用，又称为 1；交联高分子不能反复使用，称为热固性塑料。（分数：1.00）填空项 1:_ （正确答案：热塑性塑料）解析：三、判断正误(总题数：10，分数：10.00)20.过饱和点缺陷是热力学平衡缺陷。（分数：1.00）A.正确B.错误 解析：21.晶体结构不同就不能形成连续固溶体。（分数：1.00）A.正确 B.错误解析：22.离子键性可以由两个原子的电负性决定。（分数：1.00）
12、A.正确B.错误 解析：23.匀晶转变过程是一个恒温转变过程。（分数：1.00）A.正确B.错误 解析：24.同一滑移面上，符号相同的刃位错相互作用的结果是使位错彼此远离。（分数：1.00）A.正确 B.错误解析：25.贝氏体转变中，Fe、C 原子均不发生扩散。（分数：1.00）A.正确B.错误 解析：26.再结晶完成后，在不同条件下可能发生正常晶粒长大和异常晶粒长大。（分数：1.00）A.正确 B.错误解析：27.晶粒越细小，晶体强度、硬度越高，塑性、韧性越差。（分数：1.00）A.正确B.错误 解析：28.多晶体材料塑性变形至少需要 3 个独立滑移系开动。（分数：1.00）A.正确B.错误
13、 解析：29.结构简单、规整度高、对称性好的高分子容易结晶。（分数：1.00）A.正确 B.错误解析：四、论述题(总题数：8，分数：105.00)30.金红石结构为四方晶系(如图所示)。Ti 4+和 O2-的离子半径分别为 61pm 和 140pm(1pm=0.001nm)，电负性分别为 1.54 和 3.44。请问：（分数：15.00）_正确答案：(1离子晶体。X=X O- Ti=3.44-1.54=1.91.7，Ti-O 属离子键。2R Ti/RO=61pm/140pm=0.44，0.4140.440.732，Ti 离子的配位数为 6，合理。O 离子配位数为 3。3 。结构稳定。4钛填充的
14、是氧八面体空隙，只填充了 1/2 八面体空隙。5配位多面体如图所示。)解析：31.下图所示晶胞属于哪种格子构造？在图中标记高次对称轴，用四轴表示法写出阴影表示的晶面。（分数：15.00）_正确答案：(1)属六方原始格子。(2)六次旋转轴 L6 如图所示。(3)图 a 中的阴影面为 ；图 b 中的阴影面为 )解析：32.试分析在面心立方金属中，位错的柏氏矢量为 ， （分数：15.00）_正确答案：(几何条件： ，满足几何条件；能量条件：反应后反应前 反应后 ；满足能量条件，反应 可以进行。 ：单位位错； ：肖克莱不全位错； ：弗兰克不全位错。面心立方金属滑移面为111， 垂直该晶面，故不能滑移。
15、)解析：33.镁一铅相图示于下图。（分数：15.00）_正确答案：(1结晶 LMg(650)。共晶反应 L+Mg 2Pb(450)。结晶 LMg 2Pb(520)。共晶反应 LMg 2Pb+(250)。结晶 LPb(310)。2见下图。34 )解析：34.影响晶态固体中原子扩散的因素有哪些？并加以简单说明。（分数：10.00）_正确答案：(1温度。温度越高，扩散系数越大，扩散速率越快。2晶体结构及固溶体类型。致密度较小的晶体结构中扩散激活能较小，扩散易于进行；对称性较低的晶体结构，扩散系数的各向异性显著；间隙固溶体中的扩散激活能远小于置换固溶体，扩散容易进行。3第三组元。根据加入的第三组元的性
16、质不同，有的促进扩散，有的阻碍扩散。4晶体缺陷。沿晶界的扩散系数远大于体扩散系数；沿位错管道扩散时扩散激活能较小，因而位错加速扩散。)解析：35.金属发生塑性变形后，显微组织、结构发生什么变化？性能发生哪些变化？（分数：10.00）_正确答案：(金属发生塑性变形后，显微组织形态上，原等轴晶粒沿变形方向被拉长，在大形变量时晶界甚至呈纤维状，如存在硬脆的第二相颗粒或夹杂，常沿变形方向呈带状分布。显微结构上，缺陷(空位和位错)密度明显增大。由于变形过程中位错的增殖及运动过程中位错的交割和交互作用，形成位错缠结，异号位错相消后构成胞状结构。随形变量增加，位错胞数量增多，尺寸减小，晶体内部的储存能增大。
17、性能上，冷变形金属将发生加工硬化，表现为强度显著提高、塑性明显下降。)解析：36.什么是时效？试说明其产生时效强化的原因。（分数：10.00）_正确答案：(时效是指过饱和固溶体在室温或较高温度保留一段时间，有第二相从基体中析出的过程。时效析出过程受溶质扩散控制，在沉淀过程中可能形成一系列介稳相(过渡相)。时效强化的原因：一是当析出盘状介稳相且与母相有一定取向关系时，会在基体内产生较大弹性应变，可使合金明显强化；二是，在合金承受变形时，由于弥散颗粒与位错的交互作用，使合金得到强化。如果沉淀相颗粒可以变形，位错切过时，增加颗粒的表面积需要做功，增大了位错运动的阻力而使合金得到强化。如果沉淀相颗粒强
18、度高且与基体非共格，位错线难以切过颗粒，在外加应力的作用下将绕过颗粒，留下位错环。合金要继续变形，需要克服颗粒对位错线绕过时施加的应力，因此需要进一步增大外加应力，即合金获得了时效强化。)解析：37.1试说明多晶结构材料晶粒越细小晶体强度越高的原因。2已知：当退火后纯铁的晶粒大小为 16 个/mm 2时，屈服强度 s=100N/mm2；当晶粒大小为 4096 个/mm 2时， s=250N/mm2，试求晶粒大小为 256 个/mm 2时，屈服强度 s的值。（分数：15.00）_正确答案：(多晶体材料塑性变形时，粗大晶粒的晶界处塞积的位错数目多，形成较大的应力场能够使相邻晶粒内的位错源启动，使变形继续；相反，细小晶粒的晶界处塞积的位错数目少，要使变形继续，必须施加更大的外加作用力以激活相邻晶粒内位错源，因此，细晶材料要发生塑性变形需要更大外部作用力，即晶粒越细小晶体强度越高。2根据 Hall-Petch 公式： s= 0+Kyd-1/2，由平均晶粒尺寸 d 计算材料的屈服强度 s。由等面积圆半径表示晶粒尺寸，即：d1=(4A1/) 1/2 d2=(4A2/) 1/2A1和 A2为晶粒面积。于是由已知，A 1=1/16mm2，A 2=1/4096mm2， s1=100N/mm2， s2=250N/mm2，代入上式中，求出 )解析：
