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石德珂《材料科学基础》（第2版）配套题库【名校考研真题＋章节题库＋模拟试题】试读：
第一部分 名校考研真题
导 论
１．试举例分析材料加工过程对材料使用性能的影响。[中南大学2007研]
答：材料加工过程对材料使用性能有重要而复杂的影响，材料也必须通过合理的工艺流程才能制备出具有实用价值的材料来。通过合理和经济的合成和加工方法，可以不断创制出许多新材料或改变和精确控制许多传统材料的成分和结构，可以进一步发掘和提高材料的性能。
材料的制备/合成和加工不仅赋予材料一定的尺寸和形状，而且是控制材料成分和结构的必要手段。如钢材可以通过退火、淬火、回火等热处理来改变它们内部的结构而达到预期的性能，冷轧硅钢片经过复杂的加工工序能使晶粒按一定取向排列而大大减少铁损。
2．任意选择一种材料，说明其可能的用途和加工过程。[中南大学2007研]
答：如Al-Mg合金。作为一种可加工、不可热处理强化的结构材料，由于具有良好的焊接性能、优良的耐蚀性能和塑性，在飞机、轻质船用结构材料、运输工业的承力零件和化工用焊接容器等方面得到了广泛的应用。
根据材料使用目的，设计合金成分，考虑烧损等情况进行配料，如A15Mg合金板材，实验室条件下可在电阻坩埚炉中750℃左右进行合金熔炼，精炼除气、除渣后720℃金属型铸造，430～470℃均匀化退火10～20h后，在380～450℃热轧，再冷轧至要求厚度，在电阻炉中进行稳定化处理，剪切成需要的尺寸或机加工成标准试样，进行各种组织、性能测试。
3．说说你对材料的成分、组织、工艺与性能之间关系的理解。[中南大学2007研]
答：材料的成分、组织、工艺与性能之间的关系非常紧密，互相影响。材料的性能与它们的化学成分和组织结构密切相关，材料的力学性能往往对结构十分敏感，结构的任何微小变化，都会使性能发生明显变化。
如钢中存在的碳原子对钢的性能起着关键作用，许多金属材料中一些极微量的合金元素也足以严重影响其性能。然而由同一元素碳构成的不同材料如石墨和金刚石，也有着不同的性能，有些高分子的化学成分完全相同而性能却大不一样，其原因是它们有着不同的内部结构。
材料的内部结构可分为不同层次，包括原子结构、原子的排列方式，以及显微组织和结构缺陷。如果同样的晶体材料，它的晶粒或是“相”的形态和分布改变，就可以大大地改善它的性能。无论是金属、陶瓷、半导体、高分子还是复合材料，它们的发展都与成分和结构密切相关。只有理解和控制材料的结构，才能得到人们所要求的材料性能。
而材料的制备/合成和加工不仅赋予材料一定的尺寸和形状，而且是控制材料成分和结构的必要手段。如钢材可以通过退火、淬火、回火等热处理来改变它们内部的结构而达到预期的性能，冷轧硅钢片经过复杂的加工工序能使晶粒按一定取向排列而大大减少铁损。有时候可以说没有一种合成加工上的新的突破，就没有某一种新材料。如有了快速冷却的加工方法，才有了非晶态的金属合金。
4．谈谈你所了解的新材料、新工艺。[中南大学2007研]
答：材料的种类繁多，把那些已经成熟且在工业中已批量生产并大量应用的材料称之为传统材料或基础材料。而把那些正在发展，且具有优异性能和应用前景的一类材料称之为先进材料或新材料。
传统材料通过采用新技术、提高性能可以成为新材料，新材料经过长期生产和应用之后也就成为传统材料。目前新材料往往与新的加工技术联系在一起，如通过一种快速冷却或机械合金化等加工方法，可以制备非晶态的金属合金，而在这之前人们不知道金属还可以做成非晶态；其他如喷射沉积技术、半固态加工技术、净形薄带连续铸造技术等都是新的加工技术。
其中铝合金制备新技术有：热顶铸造、气隙铸造及电磁铸造技术，铝合金电磁铸轧技术，大型铝合金型材挤压技术，特宽铝合金中厚板轧制技术，半固态金属成形技术，铝合金显微组织结构预测及性能控制技术。
5．欧盟于2006年7月1日开始正式执行的RoHS指令（现已成为法令）要求禁止哪些有害物质?其最高允许含量分别是多少?替代有铅钎料的主要钎料系统有哪些?[清华大学2008研]
答：禁用铅（Pb，0.1％）、汞（Hg，0.1％）、镉（Cd，0.01％）、六价铬多溴联苯（PPB，Polybrominated，0.1％）、多溴二苯醚（PBDE，Polybrominated Diphenyl Ether，0.1％）。替代有铅钎料的主要有：Sn-Ag-Cu、Sn-Zn、Sn-Bi、Sn-In系统。
第1章 材料结构的基础知识
一、选择题
1．化学键中既无方向性又无饱和性的为（ ）。[上海交通大学2005研]
A．共价键
B．金属键
C．离子键【答案】B
2．大多数实际材料键合的特点是（ ）。[浙江大学2006研]
A．几种键合形式同时存在
B．以离子键的形式存在
C．以金属键的形式存在【答案】A
3．原子间的吸引与排斥作用随原子间的间距不同而不同，原子间距不同时，起主要作用的作用力是不一样的，有（ ）。[浙江大学2006研]
A．吸引力在原子十分接近时起主要作用
B．吸引力在远距离时起主要作用
C．排斥力在远距离时起主要作用【答案】B【解析】吸引力是远程力，在远距离是起主要作用；排斥力是近程力，在近距离是起主要作用。
4．极性共价键的形成条件若以成键两原子间电负性差来表示时，其电负性差值为（ ）。[浙江大学2006研]
A．
B．
C．【答案】A【解析】金属键形成的条件是，离子键形成的条件是，共价键形成的条件是
5．容易形成玻璃的物质往往具有（ ）之类的键型。[南京工业大学2009研]
A．离子键
B．金属键
C．极性共价键
D．共价键【答案】C
二、名词解释
1．离子键 [吉林大学2009研]
答：离子键是通过两个或多个原子或化学基团失去或获得电子而成为离子后形成的。带相反电荷的离子之间存在静电作用，当两个带相反电荷的离子靠近时，表现为相互吸引，而电子和电子、原子核与原子核之间又存在着静电排斥作用，当静电吸引与静电排斥作用达到平衡时，便形成离子键。因此，离子键是阳离子和阴离子之间由于静电作用所形成的化学键。
2．共价健 [北京工业大学2009研]
答：共价健是指由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键，具有饱和性和方向性。
3．金属键 [西安工业大学2007研]
答：金属键是金属正离子与自由电子之间的相互作用所构成的金属原子间的结合力。
三、简答题
1．判断下列物质的主要结合键 [西安交通大学2003研]
CaO SiC GaAs CuA13
*离子键的相对比值可参考公式：
离子键相对比值
式中，x、x分别为A、B元素的电负性。以下为相关元素的电AB负性值：
表1-10CaCuAlSiGaAsC元素电负性3.441.001.901.611.901.812.182.55
答：CaO：离子键；SiC：共价键；GaAs：共价键；CuAl：金3属键。
2．说明材料中的结合键与材料性能的关系。[中南大学2007研]
答：材料结合键的类型及结合能的大小对材料的性能有重要的影响，特别是对物理性能和力学性能。
物理性能：（1）结合键越强，熔点越高，热膨胀系数就越小，密度也越大。（2）金属具有光泽、高的导电性和导热性、较好的机械强度和塑性，且具有正的电阻温度系数，这就与金属的金属键有关。（3）陶瓷、聚合物一般在固态下不导电，这与其非金属键结合有关。工程材料的腐蚀实质是结合键的形成和破坏。
力学性能：（1）晶体材料的硬度与晶体的结合键有关。一般共价键、离子键、金属键结合的晶体比分子键结合的晶体的硬度高。（2）结合键之间的结合键能越大，则弹性模量越大。（3）工程材料的强度与结合键能也有一定的联系。一般结合键能高，强度也高一些。 （4）材料的塑性也与结合键类型有关，金属键结合的材料具有良好的塑性，而离子键、共键结合的材料塑性变形困难，所以陶瓷材料塑性很差。
3．简述原子间四种结合键各自的特点，并从结合键的角度讨论金属的力学特性。[西安理工大学2007研]
答：各种键的特点如表1-2所示。
表1-2键形成晶体的力学性类型作用力来源强能特点离子最硬度高，强度大，
正负离子间的库仑引力键强脆性大共价相邻原子价电子各处于相反的自选状态，硬度高，强度大，强键原子核间的库仑引力脆性大金属较塑性变形能力好，
自由电子气与正离子之间的库仑引力键强强韧性高二次原子与分子间由诱导或永久电偶极子相互硬度低，塑性、韧弱键作用而产生性好 金属键由于没有方向性和饱和性，对原子也没有选择性，在受外力作用下原子发生相对移动时，金属正离子仍处于电子气的包围中，金属键不会受到破坏，因此金属能够经受变形而不断裂，具有较好的塑性变形性能。
4．图1-1为两种材料中原子结合的键能曲线，回答：（1）哪种材料的弹性模量大?（2）哪种材料的热膨胀系数大?（3）依据图1-1，示意画出两种材料的键力曲线。[西安交通大学2003研]
图1-1
答：（1）B；（2）A；（3）见图1-2：
图1-2
第2章 材料中的晶体结构
一、选择题
1．立方晶系的（112）与（113）晶面同属于（ ）晶带轴。[上海交通大学2005研]
A．
B．
C．【答案】A
2．一组数[uvw]，称为晶向指数，它是用来表示（ ）。[浙江大学2007研]
A．所有相互垂直的晶面的方向
B．所有相互垂直的晶向
C．所有相互平行、方向一致的晶向【答案】C
3．在立方晶系（001）标准投影图上，A、B、C三晶面同在东经30°的经线大圆弧上，则（ ）。[东南大学2006研]
A．三晶面同属一晶面族
B．三晶面和（001）晶面的夹角相等
C．三晶面同属一晶带
D．三晶面以坐标原点为对称中心，具有旋转对称性【答案】C
4．若面心立方晶体的晶格常数为a，则其八面体间隙（ ）。[哈尔滨工业大学2007研]
A．是不对称的
B．是对称的
C．位于面心和棱边中点
D．位于体心和棱边中点【答案】BD
5．面心立方结构的单位晶胞原子数为（ ）。[合肥工业大学2005研]
A．2
B．4
C．9
D．14【答案】B
二、填空题
1．三斜晶体平行六面体晶格常数特征是______、______，布氏格子类型为______。[天津大学2010研]【答案】；；简单三斜
2．对于单种原子构成的金属，______立方晶体的每个结晶学原胞中包含4个原子。[南京大学2003研]【答案】面心
三、名词解释
1．空间点阵 [东北大学2007、合肥工业大学2005研]
答：为了便于分析研究晶体中质点的排列规律性，可将实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体并简化，将其中每个质点抽象为规则排列于空间的几何质点，称之为阵点。这些阵点在空间呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵。
2．配位数 [西南交通大学2009研]
答：配位数是指晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数，表明晶体中原子排列的紧密程度。
四、简答题
1．空间点阵和晶体结构有何区别?常见金属晶体结构中有哪一种不属于空间点阵?为什么? [西安理工大学2007研]
答：晶体结构是指自然界中由原子、分子、离子与空间点阵结合而成，实际存在的固体结构。而空间点阵是指阵点在空间呈规律分布，并且每个阵点都具有完全相同的物质环境和几何环境。这样，自然界中的晶体可以抽象为七大晶系14种布拉菲点阵。晶体结构相同的物质，其空间点阵可能不同；同样的空间点阵不同的物质，其晶体结构也可能相同。
密排六方不是空间点阵，原因是不满足几何环境相同的条件。
2．简述聚合物晶体形态和金属晶体形态的异同。[吉林大学2009研]
答：聚合物的晶体以各种形式存在，如单晶、球晶、串晶、柱晶和伸直链晶等。（1）单晶。凡是能够结晶的聚合物，在适当的条件下都可以形成单晶。单晶只能从极稀的聚合物溶液（浓度一般低于0.01%），加热到聚合物熔点以上，然后十分缓慢地降温制备。得到的单晶只是几个微米到几百微米大小的薄片状晶体，但是具有规则外形。单晶的晶片厚度约为100Å，且与聚合物的相对分子质量无关，只取决于结晶时的温度和热处理条件。晶片中分子链是垂直于晶面方向的，而聚合物分子链一般有几千条以上，因此认为晶片中分子链是折叠排列的。（2）球晶。聚合物从浓溶液或熔体冷却时，往往形成球晶——一种多晶聚集体。依外界条件不同，可以形成树枝晶、多角晶等。球晶可以生长得很大，最大可达到厘米级，用光学显微镜很容易在正交偏振光下观察到球晶呈现的黑十字消光图形。球晶中分子链总是垂直于球晶半径方向。（3）串晶。在应力作用下的聚合物结晶，一般不一定形成球晶，而是形成纤维状晶体。这种晶体中心为由伸直链构成的微束原纤结构，周围申着许多折叠链片晶。随着应力的增大和伸直链结构增多。其力学强度提高。具有这种结构的制品，由于没有球晶那种散射作用而呈透明状。（4）柱晶。聚合物熔体在应力作用下冷却结晶时，若是沿应力方向成行地行成晶核，由于晶体生长在应力方向上受到阻碍，不能形成完善的球晶，只能沿垂直于应力方向生长成柱状晶体。（5）伸直链晶体。聚合物在极高的压力下结晶，可以得到完全由伸直链构成的晶片，称为伸直链晶体。实验发现，在0.5GPa压力下，200℃时，让聚乙烯结晶200h，则得到晶片厚度与分子链长度相3当的晶体，晶体密度为0.994g/cm。由于伸直链可能大幅度提高材料的力学强度，因此提高制品中伸直链的含量，是使聚合物力学强度接近理论值的一个途径。
3．在体心立方晶胞中画出一个最密排方向并标明晶向指数；再画出过该方向的两个不同的低指数（简单）晶面，写出对应的晶面指数。这两个面和与其平行的密排方向构成什么关系？[北京科技大学2006研]
答：所求的两个面如图2-1所示，这两个面和与其平行的密排方向构成构成晶带关系。
图2-1
4．什么是空间点阵与晶体结构？对于同一种空间点阵，晶体结构是否唯一，为什么？请指出图2-2中Cr和CsCl的晶体结构个属于那种空间点阵，并说明理由。[北京理工大学2007研]
图2-2
答：（1）空间点阵是指周围环境相同的阵点在空间规则排列的三维阵列；晶体结构是指晶体中实际质点的具体排列情况。（2）对于同一种空间点阵，晶体结构不唯一，因为晶体结构指的是实际质点的具体排列情况，它们能组成各种类型的排列，实际存在的晶体结构是无限的。（3）Cr属于体心立方点阵，CsCl属于简单立方点阵。Cr的晶胞中，Cr占据体心和八个顶角位置，每个原子的周围环境都相同，即构-成了体心立方点阵。CsCl中，Cl占据八个顶角，它们的周围环境都＋＋＋相同；对于Cs来说，Cs也具有相同情况，若将Cs看成顶点，也是简单立方点阵。
5．写出fcc、bcc和hcp晶胞中的四面体、八面体间隙数，致密度和原子配位数。[湖南大学2007研]
答：（1）间隙数。fcc晶胞有4个八面体间隙，8个四面体间隙；bcc晶胞有6个八面体间隙，12个四面体间隙；hcp晶胞有6个八面体间隙，12个四面体间隙；（2）配位数。Bcc：最近邻8个，考虑次近邻为（8＋6）个；fcc：最近邻12个；hcp：理想状态12个，非理想状态（6＋6）个。（3）致密度。fcc：0.74；bcc：0.68；hcp：0.74。
6．萤石（）属立方晶系，其结构如图2-3所示，钙正离子位于立方晶胞的角顶和面的中心，形成面心立方结构，而氟负离子填充在全部的（8个）四面体间隙中。请画出萤石晶体的结构基元和空间点阵。[南京航空航天大学2008研]
图2-3
答：由题意知，钙正离子位于立方晶胞的角顶和面的中心，而氟负离子填充在全部的（8个）四面体间隙中，则结构基元和空间点阵如图2-4所示。
图2-4
7．请在立方晶胞中画出()和(111)以及[111]和[201]的图示，并说明其意义。[北京工业大学2009研]
答：()和(111)表示晶面，[111]和[201]表示晶向，如图2-5所示。
图2-5
8．图2-6中的晶体结构属于哪种空间点阵？对于图2-6（a）、（c）求B原子数与A原子数之比。[燕山大学2005研]
图2-6
答：图2-6（a）的晶体结构为简单立方，其中，B原子数与A原子数之比为1:1；图2-6（b）的晶体结构为体心立方；图2-6（c）的晶体结构为体心立方，其中B原子数与A原子数之比为6:2＝3:1。
五、计算题
1．某著作中给出六方点阵MoSi的错误晶胞如图2-7所示，指出2其错误所在，画出一个正确的六方晶胞，并给出a、c点阵常数的数值。[清华大学2008研]
图2-7
答：图2-7中钼原子与硅原子所示位置为非等同点，不符合节点选取的规则。正确六方晶胞的（001）面如图2-8所示（虚线），其中，，。
图2-8
2．在立方晶系中画出下列晶向指数和晶面指数的晶向和晶面（标明x、y、z轴的方向），并计算面心立方晶体中（110）的面密度。（1）（111）与[]；（2）（）与[123]。[华中科技大学2006研]
答：（1）（111）与[]的晶向和晶面如图2-9（a）所示。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]