1/1材料科學(xué)與工程期末考試復(fù)習(xí)試題

篇一：材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)期末試題

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》試卷Ⅴ

一、填空題(20分，每空格1分)

1.相律是在完全平衡狀態(tài)下，系統(tǒng)的相數(shù)、組元數(shù)和溫度壓力之間的關(guān)系，是系統(tǒng)的平衡條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式：f=C-P2

2.二元系相圖是表示合金系中合金的間關(guān)系的圖解。

3.晶體的空間點(diǎn)陣分屬于大晶系，其中正方晶系點(diǎn)陣常數(shù)的特點(diǎn)為，請列舉除立方和正方晶系外其他任意三種晶系的名稱交（任選三種）。

4.合金鑄錠的宏觀組織包括三部分。

5．在常溫和低溫下，金屬的塑性變形主要是通過的方式進(jìn)行的。此外還有和折等方式。

6.成分過冷區(qū)從小到大，其固溶體的生長形態(tài)分別為。

1．原子擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是：組元的化學(xué)勢梯度

2．凝固的熱力學(xué)條件為：過冷度

3.某金屬凝固時(shí)的形核功為△G*，其臨界晶核界面能為△G，則△G*和△G的關(guān)系為△G*=1/3△G

5．金屬液體在凝固時(shí)產(chǎn)生臨界晶核半徑的大小主要取決于過冷度。

6．菲克第一定律表述了穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的特征，即濃度不隨變化。

7.冷變形金屬加熱過程中發(fā)生回復(fù)的驅(qū)動(dòng)力是：冷變形過程中的存儲(chǔ)能

9.合金鑄錠的缺陷可分為縮孔和偏析兩種。

二、判斷題（正確的打“√”錯(cuò)誤的打“×”，每題1分，共12分）

1.體心立方結(jié)構(gòu)是原子的次密排結(jié)構(gòu)，其致密度為。（×）

2.同一種空間點(diǎn)陣可以有無限種晶體結(jié)構(gòu)，而不同的晶體結(jié)構(gòu)可以歸屬于同一種空間點(diǎn)陣。（√）

3.結(jié)晶時(shí)凡能提高形核率、降低生長率的因素，都能使晶粒細(xì)化。（√）

4.合金液體在凝固形核時(shí)需要能量起伏、結(jié)構(gòu)起伏和成分起伏。（√）

5.小角度晶界的晶界能比大角度晶界的晶界能高。（×）

6.非均勻形核時(shí)晶核與基底之間的接觸角越大，其促進(jìn)非均勻形核的作用越大。（×）

7.固溶體合金液體在完全混合條件下凝固后產(chǎn)生的宏觀偏析較小。（×）

8.冷形變金屬在再結(jié)晶時(shí)可以亞晶合并、亞晶長大和原晶界弓出三種方式形核。（√）

9.動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是金屬材料在較高溫度進(jìn)行形變加工同時(shí)發(fā)生的再結(jié)晶、其形變硬化與再結(jié)晶軟化交替進(jìn)行。（√）

10.金屬-非金屬型共晶具有粗糙-光滑型界面，所以它們多為樹枝狀、針狀或螺旋狀形態(tài)。（√）

11.孿生變形的速度很快是因?yàn)榻饘僖詫\生方式變形時(shí)需要的臨界分切應(yīng)力小。（×）

12.相圖的相區(qū)接觸法則是相鄰相區(qū)相數(shù)差1。（√）

三、簡答題（28分）

1.試述孿生和滑移的異同，比較它們在塑性過程中的作用。（10分）

答：相同點(diǎn)：

a.宏觀上，都是切應(yīng)力作用下發(fā)生的剪切變形；（1分）

b.微觀上，都是晶體塑性變形的基本形式，是晶體一部分沿一定晶面和晶向相對另一部分的移動(dòng)過程；（1分）

c.不改變晶體結(jié)構(gòu)。（1分）

不同點(diǎn)：

a.晶體中的取向

滑移：晶體中已滑移部分與未滑移部分的位向相同。

孿生：已孿生部分和為孿生部分的位向不同，且兩者之間具有特定的位向關(guān)系。（1分）

b.位移的量

滑移：沿滑移方向上原子間距的整倍數(shù)，且在一個(gè)滑移面上的總位移較大。

孿生：原子的位移小于孿生方向的原子間距，一般為孿生方向原子間距的1/n。（1分）

c.變形方式

滑移：不均勻切變孿生：均勻切變（1分）

d.對塑性變形的貢獻(xiàn)

滑移：對塑性變形的貢獻(xiàn)很大，即總變形量大。

孿生：對晶體塑性變形有限，即總變形量小。（1分）

e.變形應(yīng)力

滑移：有確定的臨界分應(yīng)力。

孿生：所需臨界分切應(yīng)力一般高于滑移所需的臨界分切應(yīng)力。（1分）

f.變形條件

滑移：一般情況先發(fā)生滑移變形

孿生：當(dāng)滑移變形難以進(jìn)行時(shí)，或晶體對稱性很低、變形溫度較低、加載速率較高時(shí)。g.變形機(jī)制

滑移：全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。孿生：不全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。（1分）

2.請簡述擴(kuò)散的微觀機(jī)制有哪些？影響擴(kuò)散的因素又有哪些？（8分）

答：置換機(jī)制：包括空位機(jī)制和直接換位與環(huán)形換位機(jī)制，其中空位機(jī)制是主要機(jī)制，直接換位與環(huán)形換位機(jī)制需要的激活能很高，只有在高溫時(shí)才能出現(xiàn)。（2分）

間隙機(jī)制：包括間隙機(jī)制和填隙機(jī)制，其中間隙機(jī)制是主要機(jī)制。（2分）

影響擴(kuò)散的主要因素有：溫度（溫度約高，擴(kuò)散速度約快）；晶體結(jié)構(gòu)與類型（包括致密度、固溶度、各向異性等）；晶體缺陷；化學(xué)成分（包括濃度、第三組元等）。（4分）

3.簡述材料強(qiáng)化的主要方法、原理及工藝實(shí)現(xiàn)途徑。(10分)

1.答案：加工硬化：是隨變形使位錯(cuò)增殖而導(dǎo)致的硬化；(2分)

細(xì)晶強(qiáng)化：是由于晶粒減小，晶粒數(shù)量增多，尺寸減小，增大了位錯(cuò)連續(xù)滑移的阻力導(dǎo)致的強(qiáng)化；同時(shí)由于滑移分散，也使塑性增大。該強(qiáng)化機(jī)制是唯一的同時(shí)增大強(qiáng)度和塑性的機(jī)制。彌散強(qiáng)化：又稱時(shí)效強(qiáng)化。是由于細(xì)小彌散的第二相阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)化。包括切過機(jī)制和繞過機(jī)制。(2分)

復(fù)相強(qiáng)化：由于第二相的相對含量與基體處于同數(shù)量級(jí)是產(chǎn)生的強(qiáng)化機(jī)制。其強(qiáng)化程度取決于第二相的數(shù)量、尺寸、分布、形態(tài)等，且如果第二相強(qiáng)度低于基體則不一定能夠起到強(qiáng)化作用。(2分)

固溶強(qiáng)化：由于溶質(zhì)原子對位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻礙。包括彈性交互作用、電交互作用和化學(xué)交互作用。(2分)

分析位錯(cuò)的增值機(jī)制。（5分）

2.答：若某滑移面上有一段刃位錯(cuò)AB，它的兩端被位錯(cuò)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)釘住不能運(yùn)動(dòng)。（1分）現(xiàn)沿位錯(cuò)b方向加切應(yīng)力，使位錯(cuò)沿滑移面向前滑移運(yùn)動(dòng)，形成一閉合的位錯(cuò)環(huán)和位錯(cuò)環(huán)內(nèi)的一小段彎曲位錯(cuò)線。（2分）只要外加應(yīng)力繼續(xù)作用，位錯(cuò)環(huán)便繼續(xù)向外擴(kuò)張，同時(shí)環(huán)內(nèi)的彎曲位錯(cuò)在線張力作用下又被拉直，恢復(fù)到原始狀態(tài)，并重復(fù)以前的運(yùn)動(dòng)，絡(luò)繹不絕地產(chǎn)生新的位錯(cuò)環(huán)，從而造成位錯(cuò)的增殖，并使晶體產(chǎn)生可觀的滑移量。（2分）

請簡述回復(fù)的機(jī)制及其驅(qū)動(dòng)力。

答：低溫機(jī)制：空位的消失；中溫機(jī)制：對應(yīng)位錯(cuò)的滑移（重排、消失）；高溫機(jī)制：對應(yīng)多邊化（位錯(cuò)的滑移＋攀移）；驅(qū)動(dòng)力：冷變形過程中的存儲(chǔ)能（主要是點(diǎn)陣畸變能）。

1.為什么滑移面和滑移方向往往是金屬晶體中原子排列最密的晶面和晶向。

2.什么是成分過冷？它對液固界面的形貌有何影響？

3.對于金屬金屬型共晶，決定其形貌是片狀或棒狀的因素是什么？

1.答案：因?yàn)樵用芏茸畲蟮木嫫涿骈g距最大，點(diǎn)陣阻力最小，因而容易沿著這些面發(fā)生滑移；滑移方向?yàn)樵用芏茸畲蟮姆较蚴怯捎谧蠲芘欧较蛏系脑娱g距最短，即位錯(cuò)b最小。

2.答案：成分過冷：在合金的凝固過程中，由界面前沿液體中的實(shí)際溫度低于由溶質(zhì)分布所決定的凝固溫度時(shí)產(chǎn)生的過冷稱為成分過冷。它對液固界面的形貌影響為：成分過冷由小到大，液固界面的形貌由平面狀過渡到胞狀再到樹枝狀。

3答案：主要取決于兩個(gè)因素：（1）兩相的體積分?jǐn)?shù)，如果有一相的體積分?jǐn)?shù)小于27%時(shí)，則形成棒狀共晶，否則形成片狀共晶；（3分）（2）兩相之間的界面能，界面能小，則形成片狀共晶。一般情況下，當(dāng)兩相有固定的位向關(guān)系時(shí)則可能形成片狀共晶。

四、作圖與計(jì)算題（40分，每題10分）

1、氧化鎂（MgO）具有NaCl型結(jié)構(gòu)，即具有O2-離子的面心立方結(jié)構(gòu)。問：

（1）若其離子半徑rMg2=，rO2＝，則其原子堆積密度為多少？

rMg2r2（2）如果/O＝，則原子堆積密度是否改變？[10]。

2、某面心立方晶體的可動(dòng)滑移系為(11)、

（1）請指出引起滑移的單位位錯(cuò)的'柏氏矢量；

（2）若滑移由刃位錯(cuò)引起，試指出位錯(cuò)線的方向；

（3）請指出在（2）的情況下，位錯(cuò)線的運(yùn)動(dòng)方向；

（4）假設(shè)在該滑移系上作用一大小為的切應(yīng)力，試計(jì)算單位刃位錯(cuò)線受力的大小和方向（取點(diǎn)陣常數(shù)為a＝）。

3.畫出Fe-Fe3C相圖，并根據(jù)Fe-Fe3C相圖，(1)分別求ω（C)=%，ω（C)=%的二次滲碳體的析出量。(2)畫出ω（C)=%的冷卻曲線。

4.圖(a)為固態(tài)互不溶解的三元共晶相圖的濃度三角形，其中三元共晶點(diǎn)E的成分為ω(A)=20%，ω(B)=30%，ω(C)=50%。圖(b)為某一溫度(高于TE)的水平截面圖。問：

(1)A，B和C三組元的熔點(diǎn)誰最低？

(2)若有一液態(tài)成分為ω(A)=60%，ω(B)=15%，ω(C)=25%的合金(其B/C成分比三元共晶合金相同)平衡凝固到室溫，試分析室溫平衡組織并畫出平衡冷卻曲線。

(3)計(jì)算該合金中共晶組織在鑄錠中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》試卷Ⅴ答案

四、作圖與計(jì)算題（40分，每題10分）

1、氧化鎂（MgO）具有NaCl型結(jié)構(gòu)，即具有O2-離子的面心立方結(jié)構(gòu)。問：

（1）若其離子半徑rMg2=，rO2＝，則其原子堆積密度為多少？rMg2r2（2）如果/O＝，則原子堆積密度是否改變？

答：（1）點(diǎn)陣常數(shù)a2(rMg2rO2)（3分）3(rMg2rO2)堆積密度（3分）

（2）堆積密度會(huì)改變，因?yàn)镻f與兩異號(hào)離子半徑的比值有關(guān)。（4分）

2、某面心立方晶體的可動(dòng)滑移系為(11)、

（1）請指出引起滑移的單位位錯(cuò)的柏氏矢量；

（2）若滑移由刃位錯(cuò)引起，試指出位錯(cuò)線的方向；

（3）請指出在（2）的情況下，位錯(cuò)線的運(yùn)動(dòng)方向；

（4）假設(shè)在該滑移系上作用一大小為的切應(yīng)力，試計(jì)算單位刃位錯(cuò)線受力的大?。ㄈ↑c(diǎn)陣常數(shù)為a＝）。

答：（1）柏氏矢量：；(2分)

（2）位錯(cuò)線方向：[112]；(2分)

（3）位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向平行于柏氏矢量；(2分)

11（4）/m(4分)

3.畫出Fe-Fe3C相圖，并根據(jù)Fe-Fe3C相圖，(1)分別求ω（C)=%，ω（C)=%的二次

滲碳體的析出量。(2)畫出ω（C)=%的冷卻曲線。

篇二：2015年材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)

《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》

期末復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)

第二章物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

名詞解釋：取向力、誘導(dǎo)力、色散力、費(fèi)米能級(jí)、置換固溶體、間隙固溶體、肖脫基缺陷、

弗侖克爾缺陷、穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散、擴(kuò)散通量、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、結(jié)構(gòu)弛豫、自由度、泡利不相容原理、

洪特規(guī)則

原子中電子的空間位置和能量

1、電子的統(tǒng)計(jì)形態(tài)法描述四個(gè)量子數(shù)

n,第一量子數(shù)n:決定體系的能量

l,第二量子數(shù)l:決定體系角動(dòng)量和電子幾率分布的空間對稱性

ml,第三量子數(shù)ml:決定體系角動(dòng)量在磁場方向的分量

ms,第四量子數(shù)ms：決定電子自旋的方向l/2，-l/2

2、電子分布遵從的基本原理：

（1）泡利不相容原理：在一個(gè)原子中不可能有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的兩個(gè)電子，即同一原子中，最多只能有兩個(gè)電子處于同樣能量狀態(tài)的軌道上，且自旋方向必定相反。

n=1時(shí)最多容納2個(gè)電子

n=2時(shí)最多容納8個(gè)電子

2主量子數(shù)為n的殼層中最多容納2n個(gè)電子。

（2）能量最低原理：原子核外的電子是按能級(jí)高低而分層分布，在同一電子層中電子的能級(jí)依s、p、d、f的次序增大。

（3）洪特規(guī)則：簡并軌道（相同能量的軌道）上分布的電子盡可能分占不同的軌道，且自旋方向相同。

結(jié)合方式

基本結(jié)合：離子鍵、金屬鍵、共價(jià)鍵化學(xué)鍵合

派生結(jié)合：分子間作用力、氫鍵物理鍵合

基本結(jié)合：

1.離子鍵合

離子鍵：原子核釋放最外層電子變成的正離子與接收其放出電子而變成的負(fù)離子相互之間的吸引作用（庫侖引力）所形成的一種結(jié)合。典型的離子化合物有NaCl、MgCl2等。

特點(diǎn)：

①電子束縛在離子中；

②正負(fù)離子吸引，達(dá)到靜電平衡，電場引力無方向性和飽和性產(chǎn)生密堆積，取決于正負(fù)離子的電荷數(shù)和正負(fù)離子的相對大小。

③構(gòu)成三維整體-晶體結(jié)構(gòu)；

④在溶液中離解成離子。

2.共價(jià)鍵合

共價(jià)鍵：兩個(gè)原子共享最外層電子的鍵合。典型的例子有H2、O2、F2、SiC等。

特點(diǎn)：

①兩個(gè)原子共享最外層電子對；

②兩原子相應(yīng)軌道上的電子各有一個(gè)，自旋方向必須相反；

③有飽和性和方向性，電子云最大重疊，一共價(jià)鍵僅兩個(gè)電子。

3.金屬鍵合

金屬鍵：金屬原子通過游離電子用庫侖引力將原子結(jié)合到一起的鍵合。即各原子都貢獻(xiàn)出其價(jià)電子而變成外層為八電子的金屬正離子，所貢獻(xiàn)出來的價(jià)電子為所有金屬原子（正離子）所共用，金屬晶體的結(jié)合力就是價(jià)電子集體（自由電子氣）與金屬正離子間的靜電引力。特點(diǎn)：

①由正離子排列成有序晶格；

②各原子最外層電子釋放，在晶格中隨機(jī)、自由、無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，無方向性；

③原子最外層有空軌道或未配對電子，既容易得到電子，又容易失去電子；價(jià)電子不是緊密結(jié)合在離子芯上，鍵能低，具有范性形變

4.混合鍵合

在某些化合物中，存在著既有離子鍵合又有共價(jià)鍵合，即介于離子鍵和共價(jià)鍵之間的混合鍵。如氯化氫。

電負(fù)性：元素的原子在化合物中把電子引向自己的能力，（表示吸引電子的能力）

同一周期左——右電負(fù)性增高

同一族上——下電負(fù)性降低

電負(fù)性對化學(xué)鍵的影響:

同種原子間無影響

異種原子相互作用時(shí):

兩元素電負(fù)性相差較大:非金屬—非金屬成極性共價(jià)鍵

電負(fù)性相差很大:金屬—非金屬成離子鍵

派生結(jié)合

物理鍵合的作用力也是庫侖引力，但在鍵合過程中不存在電子的交換，是電子在其原子或分子中的分布受到外界條件的影響產(chǎn)生分布不均勻而引起原子或分子的極性結(jié)合。

物理鍵合的大小直接影響物質(zhì)的許多物理性質(zhì)，如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度、表面吸附等。包括分子間作用力、氫鍵等。

1、分子間作用力

分子（或電中性原子）間的結(jié)合力，又稱范氏力。

特點(diǎn)：無方向性和飽和性；鍵能最小。

按原因和特性可分為：取向力；誘導(dǎo)力；色散力；分子間作用力

A.取向力：極性分子永久偶極間靜電相互作用

B.誘導(dǎo)力：被誘導(dǎo)的偶極與永久偶極間作用

C.色散力：電中性原子與非極性分子的瞬時(shí)偶極間的作用

2、氫鍵

質(zhì)子給予體（如H）與強(qiáng)電負(fù)性原子X（如O、N、F、Cl）結(jié)合再與另一強(qiáng)電負(fù)性原子Y（質(zhì)子接受體）形成鍵的鍵合方式。

特點(diǎn)

a.有方向性，飽和性。

b.分為分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵兩種。

c.鍵能一般為幾到十幾千卡/摩。

形成氫鍵必須滿足的條件

(1)分子中必須含氫

(2)另一個(gè)元素必須是電負(fù)性很強(qiáng)的非金屬元素(F、O、N)。

各種鍵型的比較

一般說來，化學(xué)鍵（離子，共價(jià)，金屬）最強(qiáng)，氫鍵次之，分子鍵最弱。（后兩者屬于物理鍵）

2-4多原子體系電子的相互作用和穩(wěn)定性

雜化軌道和分子軌道理論

A、雜化軌道理論

雜化：在一個(gè)原子中不同原子軌道的線性組合稱為原子軌道的雜化。

雜化軌道：雜化后的原子軌道。

雜化軌道理論：原子在化合中，受其他原子的作用，原來的狀態(tài)發(fā)生改變，從而使能量相似、軌道類型不同的原子軌道重新組合成新的雜化軌道，在組合過程中，軌道的數(shù)目不變，軌道在空間的分布方向和分布情況發(fā)生改變，軌道的能量狀態(tài)也改變。

雜化的本質(zhì)：量子力學(xué)態(tài)疊加原理，一種數(shù)學(xué)方法，而不是物理過程。

雜化：能級(jí)相近的單中心原子軌道的線形組合。

雜化的目的：更有利于成鍵。

雜化的動(dòng)力：受周圍原子的影響。

雜化的規(guī)律：軌道數(shù)目守恒，空間取向改變；雜化軌道能與周圍原子形成更強(qiáng)的σ鍵，或安排孤對電子，而不會(huì)以空的雜化軌道存在。

等性雜化軌道和不等性雜化軌道：雜化軌道中，參與雜化的s、p、d等成分相等，稱為等性雜化軌道；如果不相等，稱為不等性雜化軌道。

B、分子軌道理論

（1）分子中每個(gè)電子是在由各個(gè)原子核和其余電子組成的勢場中運(yùn)動(dòng)，它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可用分子軌道描述。

（2）分子軌道可近似地用能量相似的原子軌道組合得到。原子軌道通過線性組合成分子軌道時(shí)，軌道數(shù)不變，軌道能量改變。

（3）分子中的電子根據(jù)泡利不相容原理、能量最低原理和洪特規(guī)則增填在分子軌道上。組合成分子軌道的條件

1）能量相近

2）軌道最大重疊

3）對稱性匹配

能量低于原子軌道-成鍵軌道

能量高于原子軌道-反鍵軌道

能量等于原子軌道-非鍵軌道

1、σ軌道和σ鍵-“頭碰頭”

相對于分子中鍵軸呈圓柱形對稱的分子軌道稱為σ軌道。

由兩個(gè)相同或不相同的原子軌道沿軌道對稱軸方向相互重疊而形成的共價(jià)鍵，叫做σ鍵。σ鍵是原子軌道沿軸方向重疊而形成的，具有較大的重疊程度，因此σ鍵比較穩(wěn)定。σ鍵能圍繞對稱軸旋轉(zhuǎn)，而不影響鍵的強(qiáng)度以及鍵跟鍵之間的角度（鍵角）。

2、軌道和鍵-“肩并肩”

成鍵原子的未雜化p軌道，通過平行、側(cè)面重疊而形成的共價(jià)鍵，叫做π鍵。

π鍵是由兩個(gè)p軌道從側(cè)面重疊而形成的，重疊程度比σ鍵小，所以π鍵不如σ鍵穩(wěn)定。當(dāng)形成π鍵的兩個(gè)原子以核間軸為軸作相對旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)減少p軌道的重疊程度，最后導(dǎo)致π鍵的斷裂。

3、δ軌道和δ鍵-“面對面”

具有兩個(gè)通過分子軸對稱節(jié)面的分子軌道稱為δ軌道。

凡是一個(gè)原子的d軌道與另一個(gè)原子相匹配的d軌道（例如dxy與dxy）以“面對面”的方式重疊（通過鍵軸有兩個(gè)節(jié)面），所成的鍵就稱為δ鍵。

δ軌道不能由s或p原子軌道組成。

費(fèi)米能級(jí)

費(fèi)米能級(jí)是金屬在絕對零度時(shí)電子的最高填充能級(jí)。

金屬內(nèi)的電子因泡利不相容原理故而不能每一個(gè)電子都在最低的能級(jí)，因此便一個(gè)一個(gè)依序往高能級(jí)填直到最后一個(gè)填進(jìn)的那個(gè)能級(jí)即所謂費(fèi)米能級(jí)。

T=0K（基態(tài)）時(shí)，最高的被電子充滿的能級(jí)能量為EF，EF以下能級(jí)全滿，以上能級(jí)全空。T>0K時(shí)，某些電子受到激發(fā)，移到費(fèi)米能級(jí)以上的能級(jí)，達(dá)到平衡的分布。

固體中的能帶

能級(jí)分裂：n個(gè)同種原子接近時(shí)，相同的原子能級(jí)分裂成n個(gè)能量不同的能級(jí)（分子軌道）。能帶：由許多聚集在一起的原子的許多分子軌道組成的近乎連續(xù)的能級(jí)帶。

帶寬：能帶中最高能級(jí)與最低能級(jí)的能量差。其與原子數(shù)目無關(guān)，僅取決于原子間距，間距小，帶寬大。

價(jià)帶：價(jià)電子能級(jí)展寬成的能帶。(可滿可不滿)

滿帶：添滿電子的價(jià)帶。

空帶：價(jià)電子能級(jí)以上的空能級(jí)展寬成的能帶。

導(dǎo)帶：0K時(shí)最低的可接受被激發(fā)電子的空帶。

禁帶：兩分離能帶間的能量間隔，又稱為能隙(Eg)

能帶理論是研究固體中電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種近似理論。固體由原子組成，原子又包括原子實(shí)和最外層電子，它們均處于不斷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中。為使問題簡化，首先假定固體中的原子實(shí)固定不動(dòng)，并按一定規(guī)律作周期性排列，然后進(jìn)一步認(rèn)為每個(gè)電子都是在固定的原子實(shí)周期勢場及其他電子的平均勢場中運(yùn)動(dòng)，這就把整個(gè)問題簡化成單電子問題。能帶理論就屬這種單電子

近似理論

能帶理論的應(yīng)用-導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體

導(dǎo)體具有很好的導(dǎo)電性，能帶分為兩種類型，一種是價(jià)帶沒有填滿，因此在很小的外電

場作用下最高的被填充能級(jí)（費(fèi)米能級(jí)）上的電子就能躍遷到相鄰的空能級(jí)上，從而其下層能級(jí)上的電子又能躍遷到上一層，從而形成定向電流。另一種是價(jià)帶和導(dǎo)帶重疊，沒有能隙，因而在外電場作用下電子能填入導(dǎo)帶。

半導(dǎo)體具有一定的導(dǎo)電性，其能帶分為三種類型：

（1）△Eg非常小，熱激活就足以使價(jià)帶中費(fèi)米能級(jí)上的電子躍遷到導(dǎo)帶底部，同時(shí)在價(jià)帶中留下“電子空穴”。在外電場作用下，導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的電子空穴都可以向相鄰的能級(jí)遷移，形成導(dǎo)電，此類為本征半導(dǎo)體。

（2）△Eg比較小，在基體中有少量的高價(jià)雜質(zhì)，在能隙中存在著由高價(jià)雜質(zhì)元素產(chǎn)生的新能級(jí)。熱激活中電子從雜質(zhì)能級(jí)躍遷到導(dǎo)帶底部，從而形成導(dǎo)電電流，此稱為N型半導(dǎo)體。

（3）△Eg比較小，在基體中有少量的低價(jià)雜質(zhì)，在價(jià)帶附近形成摻雜的能級(jí)，熱激活使價(jià)帶中費(fèi)米能級(jí)上的電子躍遷到雜質(zhì)能級(jí)，從而在價(jià)帶中留下電子空穴，在外電場作用下，通過價(jià)帶中的電子空穴的遷移產(chǎn)生電流，這類半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)體。

絕緣體的各外層軌道都被電子充滿，使晶體中相應(yīng)的能帶填滿，而且能帶與能帶之間的能隙較大，電子需要很大的能量才能從價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶，因此導(dǎo)電性很差。

2-5固體中的原子有序

結(jié)晶與晶體

1、結(jié)晶特性

晶體：原子(團(tuán))沿三維空間呈周期性長程有序排列的固體物質(zhì)(金屬、大多陶瓷及一

些聚合物)。

非晶體：原子(團(tuán))無周期性長程有序排列的物質(zhì)(包括氣體、液體和部分固體)。結(jié)晶：形成晶體的過程。

晶體的性質(zhì)

–具有確定的熔點(diǎn)

–能自發(fā)形成規(guī)則的多面體外形

–穩(wěn)定性（晶體的化學(xué)成分處于熱力學(xué)的能量最低狀態(tài)）

–各向異性（不同的方向具有不同的物理性質(zhì)）

–均勻性（晶體各部分的宏觀性質(zhì)相同）

晶體是一種均勻而各向異性的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性固體

1、晶體的對稱元素

2、點(diǎn)陣

點(diǎn)陣：晶體結(jié)構(gòu)的微觀特征。

某種結(jié)構(gòu)單元（基元）在三維空間作周期性規(guī)則排列。

基元：原子、分子、離子或原子團(tuán)(組成、位形、取向均同)

3、晶胞、晶系和空間點(diǎn)陣型式

晶胞：代表晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本重復(fù)單位。

晶胞一定是一個(gè)平行六面體，但三條邊的長度不一定相等，也不一定互相垂直。晶胞的基本要素：A.大小和形狀B.各原子坐標(biāo)位置

晶軸上晶胞三個(gè)邊的長度a，b，c和其夾角，，稱為晶格常數(shù)。

4、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)

A、晶向指數(shù)

晶向：原點(diǎn)出發(fā)通過某點(diǎn)的射線（或通過若干結(jié)點(diǎn)的直線方向）。

晶向指數(shù)：晶胞各軸上投影的最低整數(shù)（可以是負(fù)值）。

[uvw]表示晶向，其中uvw即晶向指數(shù)。

一個(gè)晶向代表了一系列相互平行的陣點(diǎn)構(gòu)成的直線。

晶體中同一晶向的陣點(diǎn)直線系列稱為晶列。

〈uvw〉表示晶向族，代表原子密度相同的所有晶向（與對稱性相聯(lián)系的原子排列相同但空間位向不同）。

B、晶面指數(shù)

篇三：四川大學(xué)材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí)考試題庫

1.材料是由物質(zhì)構(gòu)成的，因而物質(zhì)就是材料?！?/p>

2.材料是指用來制造某些有形物體的基本物質(zhì)?！?/p>

3.按照化學(xué)組成，可以把材料分為三種基本類型

（A）金屬材料、硅酸鹽、有機(jī)高分子材料

（B）陶瓷材料、高分子材料、鋼鐵

（C）有機(jī)高分子材料、金屬材料、無機(jī)非金屬材料

（D）有機(jī)材料、無機(jī)非金屬材料、金屬材料

C

4．在四個(gè)量子數(shù)中，ms是確定體系角動(dòng)量在磁場方向的分量（ml）。×

5．在四個(gè)量子數(shù)中，ml決定電子自旋的方向（ms）?！?/p>

6．在四個(gè)量子數(shù)中，n是第一量子數(shù)，它決定體系的能量?！?/p>

7．在四個(gè)量子數(shù)中，l是第二量子數(shù)，它決定體系角動(dòng)量和電子幾率分布的空間對稱性?！?/p>

8．原子中每個(gè)電子必須有獨(dú)自一組四個(gè)量子數(shù)。n,l,ml,ms√

9．泡利不相容原理、能量最低原則和洪特規(guī)則是電子在原子軌道中排列必須遵循的三個(gè)基本原則?！?/p>

10．Na原子中11個(gè)電子的填充方式為1s22s22p53s2。1s22s22p63s1×

11．按照方框圖，N原子中5個(gè)價(jià)電子的填充方式為2s2p×

12．Cu原子的價(jià)電子數(shù)是___3___個(gè)。×

13．S原子的價(jià)電子數(shù)是5個(gè)?！?/p>

14.晶體物質(zhì)的共同特點(diǎn)是都具有金屬鍵。×

15.金屬鍵既無方向性，也無飽和性?！?/p>

16.共價(jià)鍵中兩個(gè)成鍵電子的自旋方向必須相反?！?/p>

17.元素的電負(fù)性是指元素的原子在化合物中把電子引向自己的能力?！?/p>

18.兩元素的電負(fù)性相等或接近，易形成離子鍵，不易形成共價(jià)鍵?！?/p>

19.兩元素的電負(fù)性差較大，易形成離子鍵，不易形成共價(jià)鍵。√

20.離子鍵的基本特點(diǎn)是以離子而不是以原子為結(jié)合單元?！?/p>

21.范德華力既無方向性亦無飽和性，氫鍵有方向性但無飽和性?！?/p>

22.范德華力既無方向性亦無飽和性，氫鍵有方向性和飽和性?！?/p>

23.絕大多數(shù)金屬均以金屬鍵方式結(jié)合，它的基本特點(diǎn)是電子共有化。×

24．共價(jià)鍵既有飽和性又有方向性?！?/p>

25．兩種元素電負(fù)性差值決定了混合鍵合中離子鍵的比例?！?/p>

26．范德華力包括取向力、色散力和氫鍵三種類型?！?/p>

27．原子的基本鍵合中不一定存在著電子交換?！?/p>

28．氫鍵具有方向性，但無飽和性?！?/p>

29．三種基本鍵合的結(jié)合強(qiáng)弱順序?yàn)榻饘冁I＞離子鍵＞共價(jià)鍵?！?/p>

30．金屬鍵是由眾多原子最（及次）外層電子釋放而形成的電子氣形成的，因而具有最高的鍵能?！?/p>

31．隨著兩個(gè)原子間距離減小，相互間的吸引力下降，排斥力增加。×

32．兩個(gè)原子處于平衡間距時(shí)，鍵能最大，能量最高?！?/p>

33．同一周期中，原子共價(jià)半徑隨價(jià)電子數(shù)的增加而增加?！?,,,)

34．同一族中，原子共價(jià)半徑隨價(jià)電子到原子核的距離增加而減小?！?/p>

35．正離子的半徑隨離子價(jià)數(shù)的增加而減小?！?/p>

36.原子半徑大小與其在晶體中配位數(shù)無關(guān)?！?/p>

37.所謂原子間的平衡距離或原子的平衡位置是吸引力與排斥力的合力最小的位置。×

38.共價(jià)鍵是由兩個(gè)或多個(gè)電負(fù)性相差不大的原子間通過共用電子對而形成的化學(xué)鍵?！粒ㄖ荒苁莾蓚€(gè)原子間）

39．離子化合物的配位數(shù)取決于離子最有效的堆積?！?/p>

40．在氧化物中，O2-的配位數(shù)主要有4、6、12三種類型。×

41．金屬原子的配位數(shù)越大，近鄰的原子數(shù)越多，相互作用越強(qiáng)，原子半徑越小。×

42．金屬原子半徑隨配位數(shù)增加而增加?！?/p>

43.金屬半徑是原子間平衡間距的一半。（A）√，（B）×，（C），（D）

A

44．當(dāng)中心原子的雜化軌道為sp3dx2時(shí)，其配位原子的空間排列為（A）四方錐形（B）三方雙錐形（C）八面體形

B

45.原子軌道雜化形成雜化軌道后，其軌道數(shù)目、空間分布和能級(jí)狀態(tài)均發(fā)生改變?！?/p>

46.雜化軌道是原子不同軌道線性組合后的新原子軌道，而分子軌道則是不同原子軌道線性組合成的新軌

道?！?/p>

47．δ軌道是由兩個(gè)d軌道線性組合而成，它們是（A）dx2、dx2（B）dx2-y2、dx2-y2（C）dxy、dxy

B

48．費(fèi)米能級(jí)是對金屬中自由電子能級(jí)填充狀態(tài)的描述?！粒═＝0K時(shí)）

49．費(fèi)米能級(jí)是，在T＝0K時(shí)，金屬原子中電子被填充的最高能級(jí)，以下能級(jí)全滿，以上能級(jí)全空?！獭痢?/p>

50．按照費(fèi)米分布函數(shù)，T≠0時(shí)，，f（E）＝1/2（A）E＝EF（B）E＜EF（C）E＞EF

A

51．在固體的能帶理論中，能帶中最高能級(jí)與最低能級(jí)的能量差值即帶寬，取決于聚集的原子數(shù)目。×

52．能帶是許多原子聚集體中，由許多原子軌道組成的近似連續(xù)的能級(jí)帶。×（原子軌道裂分的分子軌道）

53.價(jià)帶未填滿（A）絕緣體，（B）導(dǎo)體，（C）半導(dǎo)體，（D）

B

54.滿帶與空帶重疊（A）絕緣體，（B）半導(dǎo)體，（C）導(dǎo)體，（D）

C

55.滿帶與空帶不重疊（A）絕緣體，（B）導(dǎo)體，（C）半導(dǎo)體，（D）

A，C

56.能帶寬度與原子數(shù)目無關(guān)，僅取決于原子間距，間距大，帶寬大。（A）√，（B）×，（C），（D）

B

57.原子數(shù)目越多，分裂成的能帶寬度越大。（A）√，（B）×，（C），（D）

B

58.能帶寬度與原子數(shù)目無關(guān)，僅取決于原子間距，間距小，帶寬大。（A）√，（B）×，（C），（D）

A

59.具有一定有序結(jié)構(gòu)的固態(tài)物質(zhì)就是晶體?！?/p>

60.同一晶面族的晶面形狀相同,面上原子密度相同，彼此相互平行。×

61.在實(shí)際應(yīng)用的工業(yè)金屬中都存在各向異性?！?/p>

62.空間點(diǎn)陣相同的晶體，它們的晶體結(jié)構(gòu)不一定相同。√

63.空間點(diǎn)陣有１４種，它們每個(gè)點(diǎn)陣都代表一個(gè)原子?！?/p>

64.如果空間點(diǎn)陣中的每一個(gè)陣點(diǎn)只代表一個(gè)原子時(shí)，則空間點(diǎn)陣與晶體點(diǎn)陣是同一概念?！?/p>

65.由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固亦稱結(jié)晶?！?/p>

66.在立方晶系中點(diǎn)陣（晶格）常數(shù)通常是指____。a)最近的原子間距,（B）晶胞棱邊的長度,（C）棱邊之間的夾角

B

67.空間點(diǎn)陣中每個(gè)陣點(diǎn)周圍具有等同的環(huán)境?！?/p>

68.空間點(diǎn)陣只可能有____種型式。（A）12，（B）14，（C）16，（D）18

B

69.空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中只可能劃分出____個(gè)晶系。（A）5，（B）6，（C）7，（D）8

C

70.晶格常數(shù)常用____表示。（A）a,b,c；（B）α,β,γ；（C）a,b,c和α,β,γ；（D）都不是

C

71.晶胞中原子占有的體積分?jǐn)?shù)稱為____。（A）配位數(shù)，（B）致密度，（C）點(diǎn)陣常數(shù)，（D）晶格常數(shù)B

72.fcc密排面的堆垛順序是___。（A）ABAB，（B）ABCD，（C）ABCA

C

73.fcc結(jié)構(gòu)的致密度為___。（A），（B），（C），（D）

C

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