潘金生《材料科学基础》（修订版）配套题库【名校考研真题＋章节题库＋模拟试题】

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第一部分　名校考研真题
　　说明：本部分从指定潘金生主编的《材料科学基础》（修订版）为考研参考书目的名校历年考研真题中挑选最具代表性的部分，并对其进行了详细的解答。所选考研真题既注重对基础知识的掌握，让学员具有扎实的专业基础；又对一些重难点部分（包括教材中未涉及到的知识点）进行详细阐释，以使学员不遗漏任何一个重要知识点。
　第1章　晶体学基础
　第2章　固体材料的结构
　第3章　晶体的范性形变
　第4章　晶体中的缺陷
　第5章　材料热力学
　第6章　相　图
　第7章　界　面
　第8章　固体中的扩散
　第9章　凝固与结晶
　第10章　回复与再结晶
　第11章　固态相变（Ⅰ）——扩散型相变
　第12章　固态相变（Ⅱ）——马氏体相变
第二部分　章节题库
　　说明：本部分严格按照潘金生主编的《材料科学基础》（修订版）教材内容进行编写，每一章都精心挑选经典常见考题，并予以详细解答。熟练掌握本书考题的解答，有助于学员理解和掌握有关概念、原理，并提高解题能力。
　第1章　晶体学基础
　第2章　固体材料的结构
　第3章　晶体的范性形变
　第4章　晶体中的缺陷
　第5章　材料热力学
　第6章　相　图
　第7章　界　面
　第8章　固体中的扩散
　第9章　凝固与结晶
　第10章　回复与再结晶
　第11章　固态相变（Ⅰ）——扩散型相变
　第12章　固态相变（Ⅱ）——马氏体相变
第三部分　模拟试题
　　说明：参照潘金生主编的《材料科学基础》（修订版）教材，根据各高校历年考研真题的命题规律及热门考点精心编写了两套考前模拟试题，并提供详尽、标准解答。通过模拟试题的练习，学员既可以用来检测学习该考试科目的效果，又可以用来评估对自己的应试能力。
　潘金生《材料科学基础》（修订版）配套模拟试题及详解（一）
　潘金生《材料科学基础》（修订版）配套模拟试题及详解（二）
                                                                                                                                                                                                    内容简介                                                                                            
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　　第二部分为章节题库。本部分严格按照潘金生《材料科学基础》（修订版）教材内容进行编写，每一章都精心挑选经典常见考题，并予以详细解答。熟练掌握本书考题的解答，有助于学员理解和掌握有关概念、原理，并提高解题能力。
　　第三部分为模拟试题。参照潘金生《材料科学基础》（修订版）教材，根据历年考研真题的命题规律及热门考点精心编写了两套考前模拟试题，并提供详尽、标准解答。通过模拟试题的练习，学员既可以用来检测学习该考试科目的效果，又可以用来评估对自己的应试能力。
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内容预览
第一部分　名校考研真题
　 说明：本部分从指定潘金生主编的《材料科学基础》（修订版）为考研参考书目的名校历年考研真题中挑选最具代表性的部分，并对其进行了详细的解答。所选考研真题既注重对基础知识的掌握，让学员具有扎实的专业基础；又对一些重难点部分（包括教材中未涉及到的知识点）进行详细阐释，以使学员不遗漏任何一个重要知识点。
第1章　晶体学基础
一、选择题
1．在尖晶石（MgAl2O4）结构中，O2－作立方密堆，Mg2＋离子填入（　　）。[南京工业大学2008研]
A．1/2的四面体空隙
B．1/2的八面体空隙
C．1/8的四面体空隙
D．1/8的八面体空隙
【答案】C查看答案
【解析】尖晶石是一类矿物的总称，具有通式XY2O4，为等轴晶系。A为二价阳离子，B为三价阳离子。结构中O2－离子作立方紧密堆积，其中A离子填充在四面体空隙中，B离子在八面体空隙中，即A2＋离子为4配位，而B3＋为6配位。
2．在正交晶系中，可能存在的空间格子类型为（　　）。[南京工业大学2008研]
A．P，I，C
B．P，I，F
C．P，C，F
D．P，F，I，C
【答案】D查看答案
【解析】在正交晶系中，可能存在的空间格子类型为正交简单（P）、正交面心（F）、正交体心（I）、正交侧心（C）。
3．高岭石属于层状硅酸盐结构，其结构特征是（　　）。[南京工业大学2008研]
A．二层型三八面体结构
B．三层型三八面体结构
C．二层型二八面体结构
D．三层型二八面体结构
【答案】C查看答案
【解析】高岭石结构属TO型，即结构单元层由硅氧四面体片与“氢氧铝石”八面体片连结形成的结构层沿c轴堆垛而成。层间没有阳离子或水分子存在，强氢键加强了结构层之间的连结。
4．在各种层状硅酸盐结构中,晶胞参数相近的是（　　）。[南京工业大学2008研]
A．a0和b0
B．a0和c0
C．c0和b0
D．c0
【答案】A查看答案
【解析】层状硅酸盐结构中，硅氧四面体通过三个共同氧在二维平面内延伸成一个硅氧化四面体层。层状硅酸盐络阴离子的基本单元是[Si4O10]4－，其中a、b轴的方向分别为a＝0.520nm，b＝0.90nm。在层状硅酸盐晶体结构中，其晶胞参数中a0，b0的值大致与此值相近。
5．熔体是（　）的混合物。[南京工业大学2008研]
A．相同聚合度的聚合物和游离碱
B．不同聚合程度的各种聚合物
C．各种低聚物
D．各种高聚物
【答案】B查看答案
【解析】熔体是不同聚合程度的各种聚合物的混合物。即低聚物、高聚物、三维碎片、游离碱、吸附物。聚合物的种类、大小和数量随熔体组成和温度而变化。
二、填空题
1．可以按旋转轴和旋转反伸轴的轴次和数目将晶体分成立方晶系、三方晶系、四方晶系、______、______、______和______共七个晶系。[北京工业大学2009研]
【答案】六方晶系；正交晶系；单斜晶系；三斜晶系查看答案
2．原子或离子的______是指在晶体结构中，该原子或离子的周围与它直接相邻结合的原子个数或所有异号离子的个数。[北京工业大学2009研]
【答案】配位数查看答案
【解析】配位数是中心原子或离子的重要特征，是与中心原子或离子直接相邻结合的原子个数或所有异号离子的个数。
3．线性高分子可反复使用，称为______塑料；交联高分子不能反复使用，称为______塑料。[北京工业大学2009研]
【答案】热塑性；热固性查看答案
4．鲍林规则适用于______晶体结构。[南京工业大学2008研]
【答案】离子查看答案
【解析】鲍林规则是鲍林根据离子晶体的晶体化学原理，通过对一些较简单的离子晶体结构进行分析，总结归纳出的五条规则。
5．晶体的本质是______。[南京工业大学2008研]
【答案】质点在三维空间成周期性重复排列查看答案
【解析】晶体结构中最基本的特征是晶体中原子或分子的排列具有三维空间的周期性，隔一定的距离重复出现。
6．选取空间点阵的单位平行六面体时，其首要原则是______。[南京工业大学2008研]
【答案】单位平行六面体的对称性应符合整个空间点阵的对称性查看答案
7．同质多晶现象是指______。[南京工业大学2008研]
【答案】化学组成相同的物质在不同的热力学条件下，形成结构不同的晶体查看答案
8．点缺陷分为________、________和________，点缺陷又被称为________。[天津大学2010研]
【答案】空位原子；间隙原子；异类原子；零维缺陷查看答案
9．空间群为Fm3m的晶体具有______结构。[南京工业大学2008研]
【答案】面心立方查看答案
10．粘土泥浆胶溶的条件是______、______和______。[南京工业大学2008研]
【答案】介质呈碱性；一价碱金属阳离子交换原来的阳离子；阴离子的聚合作用查看答案
三、判断题
1．在密堆结构中会形成两种空隙，一是由8个球形成的八面体空隙，另一种是由4个球形成的四面体空隙。（　　）[北京工业大学2009研]
【答案】×查看答案
【解析】密堆结构中会形成两种空隙，一是由6个球形成的八面体空隙，而不是由8个球形成八面体空隙；二是由4个球形成的四面体空隙。
2．尖晶石型晶体（AB2O4）具有正型和反型结构，其本质是正型中A离子的八面体择位能大于B离子，而反型中是B离子的八面体择位能大于A离子。（　　）[北京工业大学2009研]
【答案】×查看答案
【解析】尖晶石晶体中正型结构是A离子的八面体择位能小于B离子，反型结构则是A离子的八面体择位能大于B离子。
3．在熔化过程中，非晶态材料不同于晶态材料的最主要特点是其没有一个固定的熔点。（　　）[北京工业大学2009研]
【答案】√查看答案
【解析】非晶态材料，也叫无定形或玻璃态材料，具有和晶态物质可相比较的高硬度和高粘滞系数。但其组成的原子、分子的空间排列不呈现周期性和平移对称性，晶态的长程序受到破坏；只是由于原子间的相互关联作用，使其在几个原子（或分子）直径的小区域内具有短程有序。
4．在宏观晶体中进行对称操作时晶体的中心点是不动的。（　　）[南京工业大学2008研]
【答案】√查看答案
【解析】晶体的对称性是指晶体经过某些特定操作之后，能够回复到原来状态的性质。而对称操作就是指的这些操作。晶体对称性可分为宏观对称性（指操作时，晶体至少有一点保持不变）和微观对称性操作（指对称操作中的平移操作，或有平移操作的复合操作）。
5．晶面在三个坐标轴上的截距之比一定为一简单的整数比。（　　）[南京工业大学2008研]
【答案】√查看答案
【解析】因为在晶体中建立坐标系时是以晶胞中待定晶向上的某一阵点为原点，以过原点的晶轴为坐标轴，以晶胞的点阵常数a、b、c分别为x、y、z坐标轴的长度单位。
6．微观对称要素的核心是平移轴。（　　）[南京工业大学2008研]
【答案】√查看答案
【解析】微观对称性操作是指对称操作中的平移操作，或有平移操作的复合操作，核心为平移轴。
7．化学组成不同的晶体其结构也一定不同。（　　）[南京工业大学2008研]
【答案】×查看答案
【解析】晶体结构与它的化学组成、质点的相对大小和极化性质有关。但并非所有化学组成不同的晶体都有不相同的结构，而完全相同的化学组成的晶体也可以出现不同的结构。这也是晶体中有同质多晶和类质同晶之分的原因。
8．硅酸盐熔体的粘度随碱金属氧化物含量的增加而迅速增大。（　　）[南京工业大学2008研]
【答案】×查看答案
【解析】硅酸盐熔体的粘度随碱金属氧化物含量的增加而下降。硅酸盐熔体的粘度首先取决于硅氧四面体网络的聚合程度，即随O/Si比的上升而下降。
四、名词解释
1．晶面族[天津大学2010研]
答：在立方晶系中，由于原子的排列具有高度的对称性，往往存在有许多原子排列完全相同但在空间位向不同（即不平行）的晶面，这些晶面总称为晶面族。其用大括号表示，即｛abc｝。如面立方晶胞中、（111）、（

11）、（1

1）、（11

）同属于｛111｝晶面族。
2．配位数[西南交通大学2009、西安工业大学2008研]
答：配位数是晶格中任一晶格结点原子周围最近邻的原子数目。
3．晶族[北京工业大学2009研]
答：依据晶体结构中高次轴（n＞2）的数目，将晶体划分为低级（无高次轴）、中级（一个高次轴）和高级（多于一个高次轴）晶族。
4．晶胞[南京工业大学2008研]
答：晶胞是指能充分反映晶体结构特征的最小结构单位。
5．高分子材料与陶瓷材料[西安交通大学2009研]
答：高分子材料是指以有机高分子化合物为主要组分的材料。
陶瓷材料是将天然的或人工合成的一些氧化物、碳化物、氮化物等特殊的化合物粉末，通过成形和高温烧结而制成的多晶固体材料。
6．抗磁体与铁磁体[西安交通大学2009研]
答：抗磁体是指内部的磁矩能削弱外部磁场的材料；铁磁体是指内部的磁矩能极大地增强外部磁场的材料。
五、简答题
1．分别写出如图1-1所示五种晶体结构所属的拉维点阵类型。[清华大学2009研]

图1-1
答：（a）为面心立方；（b）为简单立方点阵；（c）为简单立方点阵；（d）为（简单）六方点阵；（e）面心立方点阵。
2．某刊物发表的论文中有这样的论述：“正方点阵

（410）晶面和（411）晶面的衍射峰突出，因此晶体生长沿＜410＞和＜411＞晶向生长较快”。指出其错误所在。[清华大学2008研]
答：

的关系，只有立方点阵中才成立，不能推广到其他点阵。在题目所给的正方（四方）点阵中，

只是特例，

不垂直于（411）才是一般情况。即使对于立方晶系来说，（410）晶面和（411）晶面的衍射峰突出，只能说明多晶体中发生（410）晶面和（411）晶面的择优取向。按Wullf定理，这与晶体生长沿＜410＞和＜411＞晶向生长较快并无因果关系。
3．讨论晶体结构和空间点阵之间的关系。[北京科技大学2010研]
答：晶体结构是指晶体内部原子实际的排列方式。晶体以其内部原子、离子、分子在空间作三维周期性的规则排列为其最基本的结构特征。任一晶体总可找到一套与三维周期性对应的基向量及与之相应的晶胞，因此可以将晶体结构看作是由内含相同的具平行六面体形状的晶胞按前、后、左、右、上、下方向彼此相邻“并置”而组成的一个集合。
晶体结构的几何特征是其结构基元（原子、离子、分子或其他原子集团）呈一定周期性的排列。通常将结构基元看成一个相应的几何点，而不考虑实际物质内容。这样就可以将晶体结构抽象成一组无限多个作周期性排列的几何点。这种从晶体结构抽象出来的，描述结构基元空间分布周期性的几何点，称为晶体的空间点阵。
在晶体的点阵结构中每个阵点所代表的具体内容，包括原子或分子的种类和数量及其在空间按一定方式排列的结构，称为晶体的结构基元。点阵点是代表结构基元在空间重复排列方式的抽象的点。如果在晶体点阵中各点阵点位置上，按同一种方式安置结构基元，就得整个晶体的结构。
晶体结构和空间点阵之间的关系可表示为：空间点阵＋基元＝晶体结构
空间点阵只有14种，基元可以是无穷多种，因此构成的具体的晶体结构也是无穷多种。
4．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。
5．分别写出图1-2所示5种晶体结构所属的布拉维点阵类型。[清华大学2009研]

图1-2
a）NaCl的晶体结构
b）CsCl的晶体结构
c）CaTiO3的晶体结构
d）纤锌矿（ZnS）的晶体结构
e）金刚石的晶体结构
答：a）面心立方；b）简单立方点阵；c）简单立方点阵；d）（简单）六方点阵；e）面心立方点阵。
6．画出立方晶系的[100]、[101]晶向和

晶面及六方晶系的

晶向、（0001）晶面。[西南交通大学2009研]
答：如图1-3所示。

图1-3
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1-4所示。

图1-4
8．试以NaCl晶胞为例，说明面心立方密堆中的八面体空隙和四面体空隙的位置和数量。[南京工业大学2008研]
答：在NaCl结构中C1－为面心立方密堆，Na＋处于全部的八面体空隙中。如NaCl晶胞中心的Na＋处于6个Cl－的八面体中心，NaCl晶胞中全部的八面体的位置和数量：晶胞中心1个，每条棱的中点处也为八面体空隙位置，共有l2个，属于该晶胞的这种空隙数为l2×1/4＝3个，因此NaCl晶胞中共有4个八面体空隙。
NaCl晶胞中的四面体空隙处于晶胞的体对角线方向上，由角顶Cl－和相邻三条棱中的点Cl－构成四面体空隙，也就是8个小立方体的中心，共有8个四面体空隙。
9．面心立方晶体沿[001]方向拉伸，可能有几个滑移系开动？请写出各滑移系指数，并分别绘图示之。[西北工业大学2009研]
答：共l2个滑移系，其中可能开动的有8个，如图1-5所示。

图1-5
10．在Al单晶中，（111）面上有一位错

面上有另一位错

。若两位错发生反应，请绘出新位错，并判断其性质。[西北工业大学2009研]
答：新位错为

。位错线为（111）面与

面的交线

。两者垂直，因此是刃型位错。如图1-6所示。

图1-6
11．请分别写出立方晶系中{110}和{100}晶面族包括的晶面。[西北工业大学2009研]
答：{110}：（110）（101）（011）

{100}：（100）（010）（001）


12．写出BCC晶体中的配位数、致密度、原子半径r与点阵常数a的关系式并在一个BCC晶胞中画出其室温时的一组滑移系，标出密排面与密排方向。[西安理工大学2008研]
答：BCC晶体的配位数为8，致密度为0.68，其中原子半径r与点阵常数a的关系式：

，图1-7为体心立方的一组滑移系示意图。

图1-7
13．写出图1-8所示立方晶胞中ABCDA面的晶面指数，以及AB、BC、CD、DA各晶向的晶向指数。[西安交通大学2009研]

图1-8
答：ABCDA面：

；
AB晶向：

；
BC晶向：

；
CD晶向：

；
DA晶向：


14．写出图1-9所示六方晶胞中EFGHIJE面的密勒-布拉菲晶面指数，以及EF、FG、GH、HI、IJ、JE各晶向的密勒-布拉菲晶向指数。[西安交通大学2009研]

图1-9
答：EFGHIJE面：

EF晶向：


FG晶向：


GH晶向：

HI晶向：


IJ晶向：


JE晶向：


15．以圆圈表示一个原子，试画出体心立方晶体中（111）面的原子排列方式，要求至少画出十个以上的原子。[北京工业大学2008研]
答：如图1-10所示。

图1-10
16．某著作中给出六方点阵MoSi2的错误晶胞如图1-11所示。指出其错误所在，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1-11
答：图1-11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。图1-12中虚线所示为正确的六方晶胞的（001）面。
其中





图1-12
17．在晶胞图中给出下列晶向上的单位向量长度（即最短原子间距，用点阵常数表示）：[清华大学2009研]
FCC晶体中：

BCC晶体中：

HCP晶体中：

答：如图1-13所示。

图1-13
六、计算题
1．已知铝的空位形成能为0.76 eV/空位，25℃时铝的点阵常数为0.405nm。
（1）计算25℃时铝的空位浓度（空位/

）。
（2）铝在什么温度下空位浓度是25℃时的1000倍？[中南大学2009研]
解：（1）设铝的点阵常数a＝0.405nm，则单位晶体积内单胞数为

。由于铝为fcc结构，每个单胞内的原子个数为：

由此可得单位体积内结点个数为

空位浓度的计算公式为：

式中，A为材料常数且A＝1；空位形成能

；R＝kNA＝8.31J/（mol·K），为气体常数；T为热学温度。则当T＝（273＋25）＝298K时，铝中的空位浓度为：

空位

（2）由上述空位浓度计算公式可知：


2．从周期表查到O2－、Fe2＋，Fe3＋离子的半径分别为0.14nm、0.077nm、0.069nm，请计算推测它们可以形成什么样的晶体结构。[北京工业大学2009研]
解：FeO，R＋/R－＝0.077/0.140＝0.550，处于0.414～0.732范围，具有6配位，FCC NaCl结构；Fe2O3，
R＋/R－＝0.069/0.140＝0.492，同样处于0.414～0.732范围，具有6配位，A2X3结构，三方晶系。
3．已知铝的空位形成能为0.76eV/空位，25℃时铝的点阵常数为0.405nm。
（1）计算25℃时铝的空位浓度（空位/cm3）。
（2）铝在什么温度下空位浓度是25℃时的1000倍？[中南大学2009研]
解：（1）设铝的点阵常数为a＝0.405nm，由题可知单位晶体体积内单胞数为

由于铝为FCC结构，每个单胞内的原子个数为4，可知单位体积内结点个数为N为

。空位浓度为

　①
式中，A为材料常数，通常取A＝1；空位形成能

，而


，R为气体常数；T为热力学温度。
在25℃时，T＝（273＋25）K＝298K，代入式①得到此温度下的铝中的空位浓度n＝8.34×109空位/cm3。
（2）由空位浓度计算公式①，不同温度下空位浓度与温度有关，T1＝298K，T2待求，而依题意有

，代入各数据计算可得T2＝115.7℃。
4．试计算Na2O·CaO·Al2O3·2SiO2玻璃的四个结构参数Z、R、X和Y。[南京工业大学2008研]
解：Z＝4；R＝9/4＝2.25；X＝0.5；Y＝3.5。
5．具有面心立方结构的AB型化合物晶体，该AB化合物的分子量为26，测得其密度为2.6g/cm3，据此计算AB晶体的晶胞参数。[南京工业大学2008研]
解：晶胞中Z＝4，1mol中AB数为

晶胞数＝6.02/4×1022＝1.5×1022；
1.5×1022V＝1.5×l022a3＝1021nm3，因此a＝0.41nm。
6．请比较FCC晶体中

和b2＝a[100]两位错的畸变能哪个较大。[西北工业大学2009研]
解：



故b1的畸变能较小。
7．画出常见的金属晶体结构面心立方、体心立方和密排六方的晶胞示意图，并分别计算它们的晶胞原子数、原子半径（用晶格常数表示）、配位数和致密度。[西安工业大学2008研]
解：面心立方、体心立方和密排六方的晶胞示意图如图1-14所示。计算得它们的晶胞原子数、原子半径（用晶格常数表示）、配位数和致密度列于表1-1。

面心立方

体心立方

密排六方
图1-14
表1-1


8．面心立方结构金属的[100]和[111]晶向间的夹角是多少？{100}面间距是多少？[北京科技大学2005研]
解：（1）由题意，向量夹角为：

所以：

则可得：


（2）对于面心立方，由于a＝b＝c，故晶面间距

，其中a为点阵常数。此处，h＝1，
k＝0，l＝0，所以面间距d＝a。

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