上海应用技术学院2008—2009 学年第一学期 《 材料科学基础I》期（中、末）（A、B、C、D）试卷
课程代码: B301372 学分: 2.5 考试时间: 100 分钟
课程序号: 1655 班级： 学号： 姓名:
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试卷共 3 页，请先查看试卷有无缺页，然后答题。 一、名词解释：（每题2.5分，共10分）
题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 应得分 10 25 30 35 实得分 总 分 100 1、致密度：晶胞中原子体积与晶胞体积之比值。
2、非均匀形核：新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质 或外来表面形核。
3、多晶型性：元素的晶体结构随外界条件的变化而发生转变的性质。 4、伪共晶：由非共晶成分的合金所得到的全部共晶组织称为伪共晶。
二.填空题：（每空1分,共25分）
1、原子间的键合可分为 化学键 和物理键两种类型，其中属于物理键的 有 范德瓦尔斯力 ， 氢键 。
2、人们经过长期的研究，证明了高分子具有 长链 结构。
3、Cu晶体具有 面心立方 结构，其所属的晶系是 立方晶系 ，晶体的键型 是 金属键 。
4、金属凝固的驱动力是体积自由能的降低 ，阻力是表面自由能的增加 。 5、Fe－C合金中从奥氏体中析出的渗碳体称为 二次渗碳体 ，从铁素体中
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析出的渗碳体称为 三次渗碳体 。
6、根据合金组成元素及其原子相互作用的不同，固态下所形成的合金相基本上 可分为 固溶体 和 中间相 两大类。
7、晶体的凝固是通过 形核 与 长大 两个过程进行的。
8、金属的晶体结构千差万别，但都可以归纳成为 14 种空间点阵，分属 7 大 晶系。
9、典型的二元合金相图的类型有： 匀晶相图 、 共晶相图 和 包晶相图 。10、线型非晶态高分子的三种力学状态分为：玻璃态 ，高弹态 ，和粘流态 。 11、吉布斯相律的数学表达式为： f=c-p+2 ，式中的各量分别为： f为体系的自由度数，c为体系的组元数，p为相数 。 三、问答题：（每题
6分，共30分）
1、从内部原子排列和热学性能上看，非晶态和晶态物质主要区别何在？ 答：从内部原子排列上看：晶态物质的原子在三维空间呈周期性重复排列，即存在长程有序；而非晶态物质的原子则在三维空间不呈周期性重复排列，即存在长程无序，短程有序。 --3分
从热学性能上看：晶体熔化时具有固定的熔点，且具有各向异性；而非晶体却没有明显的熔点，而是存在一个软化温度范围，且具有各向同性。 --3分 2．为了最能反映点阵的对称性，选取（布拉菲）晶胞的原则是什么？ 答：选取（布拉菲）晶胞的原则是：
（1）应反映出点阵的高度对称性 --1.5分 （2）棱和角相等的数目最多 --1.5分 （3）棱边夹角为直角时，直角数目最多 --1.5分 （4）晶胞体积最小 --1.5分 3、说明置换固溶体与间隙固溶体的异同点。
答：置换固溶体与间隙固溶体的相同点：两者均为固溶体，即以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，
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它保持着溶剂的晶体结构类型。 --2分
不同点：两者的溶质原子在溶剂点阵中所处的位置不同。置换固溶体的溶质原子占据溶剂点阵的阵点，且溶质与溶剂的原子半径差越小，溶解度越大；而间隙固溶体中的溶质原子则分布于溶剂晶格间隙，由于溶质原子一般比晶格间隙的尺寸大，所以当其溶入后，会引起溶剂点阵畸变，点阵常数变大，畸变能升高。因此，间隙固溶体都是有限固溶体，且溶解度很小。 --4分 4、画出一个立方晶胞的立体图，并注明各晶轴及轴间夹角。 解：
5、写出菲克第一定律的表达式，并说明方程中各量及符号的名称和意义。 答：菲克第一定律为： J ? ? D d ? ，它表示扩散中原子的通量与质量浓度梯度
dx成正比。式中，J为扩散通量，其单位为kg/(m2·s)；D为扩散系数，其单位为m2/s；ρ是扩散物质的质量浓度，其单位为kg/m3。负号表示物质的扩散方向与质量浓度梯度的方向相反。
四、计算及作图题：（共35分）
1、在立方晶胞中画出以下晶面和晶向：（010）、（102）、（111）、[110]、[111]。 （5分）
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[111] [110]
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2. 渗碳体（Fe3C）是一种间隙化合物，它具有正交点阵结构，其点阵常数 a=0.4514nm，b=0.508nm，c=0.6734nm，其密度ρ=7.66g/cm3，试求每单位晶 胞中Fe3C的分子数。（6分） 解：依题意得：
n?(56?3?12)? c ? ( a ? b N A ) --2分
??n?180?10?3即： 7 . 66 ? 10 kg 23 --2分 /m? - 27(0.4514?0.508?0.6734?10)(6.02?10) 解之得：n?3.956?4 --1.5分
33故每单位晶胞中Fe3C的分子数为4个。 --0.5分 3、20#钢（含碳0.2%）在930℃进行渗碳，假定表面碳浓度为1.10%，并保持不 变。求距表面0.5mm处的碳浓度达到0.40%所需的时间。（8分）
?112D?1.28?10m/s,可利用近似公式：erf(?)?0.906?。 已知：
解：依题意得： ? s ? ? x ? erf ( x ) --2分
?s??02Dt
1.1?0.40.5?10?3?erf()?11即： 1 .1 ? 0 .2 2 1 . 28 ? 10 t --1分
70.5?10?3
??erf()?11928 2 1 . ? 10 t --1分 将近似公式 erf(?)?0.906?代入上式得：
?3?35 ? 100. 5 ?10 7 ? erf ( 0 . ) ? 0 .906 --2分 ?921.28?10?11t21.28?10?11t
?t?6625.45s?1.84h --1分
故距表面0.5mm处的碳浓度达到0.40%所需的时间为1.84h。 --1分
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材料科学基础I（A卷答案）
