mooc材料科学基础（上）（王永欣）课后答案(慕课2023完整答案)
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第一章 原子结构及键合 测验
1、材料离子键通过（ ）成键
A、科学课后价电子转移
B、基础共用电子对
C、上王自由电子与阳离子
D、永欣静电偶极吸引力
2、答案答案共价键通过（ ）成键
A、慕课共用电子对
B、完整价电子转移
C、材料自由电子与阳离子
D、科学课后静电偶极吸引力
3、基础金属键通过（ ）成键
A、上王自由电子与阳离子
B、永欣价电子转移
C、答案答案共用电子对
D、慕课静电偶极吸引力
4、共价键为主的晶体：
A、熔点高
B、塑性差
C、硬度低
D、固态导电
5、金属键为主的晶体：
A、硬度有高有低
B、固态导电
C、液态导电
D、塑性都差
6、分子键为主的晶体：
A、硬度低
B、熔点低
C、固态导电
D、塑性差
7、离子键为主的晶体：
A、熔点高
B、塑性差
C、硬度低
D、固态导电
8、分子键有方向性
9、氢键有方向性
10、一般地离子键比共价键的键合强度大。
11、共价键有方向性
12、金属键键合强度相差很大。
13、金属键有方向性
第一章 原子结构及键合 作业
1、作业题1 请从键合角度出发分析纯铝和钨性能特点的原因。
第二章 晶体的结构（一）：晶体结构与空间点阵
第二章 晶体的结构（一）：测验
1、立方晶系包括：
A、简单立方
B、面心立方
C、体心立方
D、底心立方
2、正交晶系包括：
A、简单正交
B、底心正交
C、面心正交
D、体心正交
3、晶体结构有无数多种。
4、晶体结构和空间点阵中的点都表示原子。
5、相似的晶体结构可属于不同点阵。
6、差别很大的晶体结构可以属于同一点阵。
7、空间点阵可以划分为七大晶系，包括14种点阵类型。
8、按照不同法则，点阵中可以选取多种不同的基本单元体。
9、晶胞就是点阵中最小的单元体。
第二章 晶体的结构（一）：作业
1、请对比分析晶体结构与空间点阵之间的异同。
第二章 晶体的结构（二）：晶向与晶面指数
第二章 晶体的结构（二）：测验
1、在简单立方晶胞中画出晶面
A、
B、
C、
D、
2、点阵常数为a的体心立方晶体中，（110）晶面间距为
A、
B、a
C、
D、
3、在简单立方晶胞中画出晶面
A、
B、
C、
D、
4、点阵常数为a的面心立方晶体中，（100）晶面间距为
A、
B、a
C、
D、
5、点阵常数为a的简单立方晶体中，（100）晶面间距为
A、a
B、
C、
D、
6、点阵常数为a的面心立方晶体中，（111）晶面间距为
A、
B、
C、a
D、
7、立方晶系中，具有完全相同指数的晶向与晶面
A、相互垂直
B、相互平行
C、45°相交
D、夹角不确定
8、非立方晶系中，具有完全相同指数的晶向与晶面
A、有可能相互垂直
B、有可能相互平行
C、夹角不确定
D、45°相交
9、点阵常数为a的面心立方晶体中，（110）晶面间距为
A、
B、
C、
D、a
10、晶向指数表示
A、晶体中任意两点的连线
B、晶体中平行、同向的晶体学方向
C、顶点到顶点的连线
D、表示了原子之间的方向与距离
11、晶面指数表示
A、晶体中一个晶面
B、晶体中所有平行的晶面
C、晶面的指数是唯一的
D、不同晶面的指数肯定不同
第二章 晶体的结构（二）：作业
1、请写出立方晶系的{ 123}晶面族和<112>晶向族中全部等价晶面和晶向的具体指数。
第二章 晶体的结构（三）：典型的晶体结构
第二章 晶体的结构（三）：测验
1、面心立方、体心立方和密排六方的配位数分别为
A、74％、68％、74％
B、68％、68%、68%
C、68％、74%、68%
D、74％、74%、74%
2、体心立方八面体间隙和四面体间隙大小rB/rA分别为
A、0.15、0.29
B、0.29、0.15
C、0.414、0.15
D、0.414、0.29
3、面心立方、体心立方、密排六方的八面体间隙和四面体间隙大小rB/rA
A、面心立方与密排六方相同
B、面心立方与体心立方相同
C、密排六方与体心立方相同
D、都不相同
4、体心立方密排面、密排方向分别为
A、{ 110}, <111>
B、{ 100}, <111>
C、{ 111}, <110>
D、{ 111}, <111>
5、面心立方、体心立方和密排六方的晶胞原子数分别为
A、4、2、6
B、4、2、4
C、2、4、4
D、4、4、6
6、面心立方八面体间隙和四面体间隙大小rB/rA分别为
A、0.414、0.225
B、0.414、0.15
C、0.29、0.15
D、0.414、0.29
7、面心立方密排面、密排方向分别为
A、{ 111}, <110>
B、{ 110}, <111>
C、{ 100}, <111>
D、{ 111}, <111>
8、面心立方密排面的堆垛方向和次序为
A、<111>, ABC
B、<110>, ABC
C、{ 111}, AB
D、[001], AB
9、体心立方密排面的堆垛方向和次序为
A、<110>, AB
B、<110>, ABC
C、{ 111}, AB
D、[001], ABC
第二章 晶体的结构（三）：作业
1、分析面心立方与体心立方对空间的利用效率如何？当其作为基体时，容纳异类小原子的能力如何？请总结规律。
第三章 晶体缺陷（一）：点缺陷
第三章 晶体缺陷（一）：测验
1、点缺陷种类包括
A、空位
B、间隙原子
C、溶质原子
D、杂质原子
2、点缺陷使晶体的
A、电阻升高
B、电子状态改变
C、发生点阵畸变
D、强度升高
3、点缺陷是
A、零维缺陷
B、三个方向上尺寸都很小
C、二个方向上尺寸很小
D、一个方向上尺寸很小
4、点缺陷种类包括
A、弗兰克缺陷
B、肖脱基缺陷
C、反位原子
D、空位片
5、完整晶体中是不含空位的。
6、常温下，空位可以被完全消除。
7、点缺陷尺度太小，所有主要影响晶体的物理性质，对力学性质基本没有影响。
8、点缺陷是热力学平衡缺陷。
第三章 晶体缺陷（一）：作业
1、请分析讨论点缺陷平衡浓度与温度的关系。
第三章 晶体缺陷（二）：位错的类型与柏氏矢量
第三章 晶体缺陷（二）：测验
1、螺位错的柏氏矢量
A、与位错线不平行，也不垂直
B、与位错线垂直
C、与位错线平行
D、与位错先正方向无关
2、刃位错的柏氏矢量
A、与位错线垂直
B、与位错线平行
C、与位错线不平行，也不垂直
D、与位错先正方向无关
3、螺位错的柏氏矢量
A、与位错线平行
B、与位错线不平行，也不垂直
C、与位错线垂直
D、与位错先正方向无关
4、位错是
A、一维缺陷
B、线性缺陷
C、二个方向上尺寸很小
D、热力学平衡缺陷
5、位错的基本类型包括
A、螺位错
B、刃位错
C、混合位错
D、位错环
6、柏氏矢量
A、反映畸变的大小
B、反映畸变的方向
C、与标定用的柏氏回路大小、形状无关
D、与位错线方向有关
7、随着位错线的弯曲，柏氏矢量是可变的。
8、一个柏氏回路只要包含的位错没有变，则无论柏氏回路的大小、形状、位置如何变化，所得的柏氏矢量不变。
9、位错的密度可以分为体密度和面密度。
10、混合位错就是既有螺型位错分量，又有刃型位错分量的位错。
11、一根位错先不能终止与晶体内部。
第三章 晶体缺陷（二）：作业
1、请根据柏氏矢量的守恒性，分析柏氏矢量的特点。
第三章 晶体缺陷（三）：位错的运动
第三章 晶体缺陷（三）：测验
1、刃位错滑移
A、滑移量＝柏氏矢量的模
B、滑移面唯一
C、需要外力平行于柏氏矢量或具有平行的分量
D、需要外力垂直于位错线或具有垂直的分量
2、螺位错滑移
A、滑移量＝柏氏矢量的模
B、滑移面不唯一
C、需要外力平行于柏氏矢量或具有平行的分量
D、需要外力平行于位错线或具有平行的分量
3、混合位错滑移
A、滑移量＝柏氏矢量的模
B、位错线沿法线方向运动
C、需要外力平行于柏氏矢量或具有平行的分量
D、需要外力平行于位错线或具有平行的分量
4、刃位错的滑移是
A、依次逐排的运动
B、正、负刃位错运动方向相反
C、b 与位错线确定的晶面一定是其滑移面
D、原子面上的整体平移
5、螺位错的滑移是
A、依次逐排的运动
B、左螺、右螺位错运动方向相反
C、在任意经过位错线的原子面上运动
D、原子面上的整体平移
6、半原子面缩短是正攀移
7、只有刃位错才能发生交滑移
8、只有螺位错才能发生攀移
9、攀移对塑性变形没有直接作用，但可以使滑移继续
10、刃位错的攀移和交滑移都是守恒运动
11、攀移对塑性变形没有意义
12、交滑移可以躲避障碍物，有利于塑性变形
13、只有刃位错才能攀移
14、螺位错的交滑移和滑移都是守恒运动
15、攀移和交滑移都是躲避障碍物的运动方式
第三章 晶体缺陷（三）：作业
1、如图所示，立方形晶体中某滑移面ABCD上有一位错环，假设其正方向为1234，柏氏矢量b平行于AC。问：（1）判断各部分位错类型；（2）若要使位错环扩大，需怎样施加切应力；（3）位错环完全滑出晶体表面后，晶体外形如何变化。
第三章 晶体缺陷（四）：位错的应力场与应变能
第三章 晶体缺陷（四）：测验
1、螺位错的应力场
A、是纯剪切应力场
B、沿z方向建立模型时，仅有z方向的切应力，正应力为零
C、远离位错线时，应力场逐渐减弱
D、与θ角无关
2、研究位错应力场的基本假设包括
A、完全弹性体，服从胡可定律
B、各向同性
C、连续介质，可以用连续函数表达
D、可研究位错线核心区至外围全范围
3、混合位错的应力场
A、可分解为刃型位错分量和螺型位错分量
B、既有正应力，也有切应力
C、远离位错线时，应力场逐渐减弱
D、轴向对称，与θ角无关
4、刃位错的应力场
A、既有正应力，也有切应力
B、沿z方向建立模型时，与z方向有关的切应力为零
C、远离位错线时，应力场逐渐减弱
D、含半原子面部分为压应力区，不含半原子面部分为拉应力区
5、位错线附近区域畸变严重，因而不符合连续介质模型的相关假设
6、位错的应变能越高，位错稳定性越好
7、柏氏矢量的模越小，位错的应变能越高
8、具有同样柏氏矢量的刃位错与螺位错，刃位错的应变能较高
9、位错引起点阵畸变，因而必然具有应变能
第三章 晶体缺陷（四）：作业
1、请分析正刃位错周围应力场的分布规律
第三章 晶体缺陷（五）：作用在位错线上的力与位错线张力
第三章 晶体缺陷（五）：测验
1、位错线张力
A、使位错自发收缩
B、与位错柏氏矢量大小有关
C、是一虚拟力
D、方向垂直与位错线
2、作用在刃位错线上的力
A、垂直位错线
B、与柏氏矢量大小有关
C、总是与外力方向相同
D、就是外加切应力
3、作用在螺位错线上的力
A、垂直位错线
B、与柏氏矢量大小有关
C、总是与外力方向相同
D、就是外加切应力
4、作用在混合位错线上的力
A、垂直位错线
B、与柏氏矢量大小有关
C、总是与外力方向相同
D、就是外加切应力
5、位错线张力类似与液体表明张力
6、位错线引起的畸变越大，线张力越强
7、作用在位错线上的力与柏氏矢量大小有关
8、位错线张力的作用是降低体系能量
9、作用在位错线上的力与外力大小有关
10、作用在位错线上的力是实际推动位错运动的力
第三章 晶体缺陷（五）：作业
1、请用自己的话总结作用在位错线上的力和位错线张力。
第三章 晶体缺陷（六）：位错的交互作用
第三章 晶体缺陷（六）：测验
1、异号、平行位错之间相互
A、吸引
B、排斥
C、缠绕
D、交割
2、同号、平行位错之间相互
A、排斥
B、吸引
C、缠绕
D、交割
3、异号、平行位错相互靠近可降低体系能量
4、同号、平行位错相互靠近可降低体系能量
5、位错交割产生的位错线拐弯必然对位错的后续运动产生影响
6、位错塞积引起的集中应力大小与外应力大小相同
7、位错塞积必然阻碍位错运动
8、位错可能通过攀移或交滑移绕过障碍物，减轻位错塞积
9、位错交割后，必然在位错线上形成拐弯
10、位错塞积是位错与面缺陷间的弹性交互作用
第三章 晶体缺陷（六）：测验
1、位错间的交互作用和位错塞积，对晶体的力学性能会产生什么影响？
第三章 晶体缺陷（七）：位错增殖
第三章 晶体缺陷（七）：测验
1、F-R源中位错线弯曲成半圆状态时，回缩力最小
2、F-R源开动需要克服一定的临界阻力（势垒）
3、F-R源开动临界切应力值与固定点间距大小有关
4、位错增殖机制可以使晶体中的位错密度提高数个数量级
5、位错源只有Frank-Read这一种类型
6、F-R源中位错线弯曲成半圆状态时，所需外应力最小
7、F-R源开动要克服位错滑移阻力和位错线张力
8、F-R源中位错线弯曲成半圆状态时，两端点位错必为同性质、异号位错
9、F-R源中位错线弯曲成半圆状态时，两端点位错运动方向必定同向
第三章 晶体缺陷（七）：作业
1、请用你自己的语言描述F-R源运作的过程。
第三章 晶体缺陷（八）：实际晶体中的位错
第三章 晶体缺陷（八）：测验
1、单位位错是
A、柏氏矢量等于点阵矢量
B、柏氏矢量等于点阵矢量数倍
C、柏氏矢量小于点阵矢量
D、柏氏矢量不等于点阵矢量
2、部分位错是
A、柏氏矢量小于点阵矢量
B、柏氏矢量等于点阵矢量整数倍
C、柏氏矢量等于点阵矢量
D、柏氏矢量大于点阵矢量
3、堆垛层错
A、是面缺陷
B、无畸变能
C、对晶体没有影响
D、引起较大的畸变
4、全位错是
A、柏氏矢量等于点阵矢量整数倍
B、柏氏矢量等于点阵矢量
C、柏氏矢量小于点阵矢量
D、柏氏矢量不等于点阵矢量
5、Fcc晶体中，单位位错的模可以不同
6、模越小的单位位错，稳定性越高
7、弗兰克不全位错是螺位错
8、肖克莱不全位错线一定是平面曲线
9、位错反应肯定是合并，这样才能降低体系自由能
10、Fcc晶体中，最短单位位错是
11、若位错反应能够自发进行，必然使体系自由能降低
12、位错反应实质上是应变场的拆分和合并
13、扩展位错越宽，畸变能越低
14、只有密排面才能产生层错
15、以AB为堆垛周期的原子面也可以产生层错
16、不全位错是局部层错的边界
17、弗兰克不全位错线可以是平面曲线，也可以是空间曲线
18、若位错反应能够自发进行，不一定需要使反应前后的柏氏矢量和相等
19、Bcc晶体中，最短单位位错是
20、肖克莱不全位错可以是刃位错、螺位错，也可以是混合位错
第三章 晶体缺陷（八）：作业
1、柏氏矢量为的全位错可以在面心立方晶体的哪些{ 111}面上存在？试写出该全位错在这些面上分解为两个不全位错的反应式。
第三章 晶体缺陷（九）：面缺陷
第三章 晶体缺陷（九）：测验
1、小角度晶界是位向差小于10°的晶界
2、相界两侧是异质的（不同的固体相之间的分界面）
3、表面指是不同态（固态与气态、液态）物质之间的分界面
4、层错是原子堆垛顺序发生错误形成的分界面
5、孪晶面是孪晶的对称面，属于孪晶界的一部分
6、亚晶界是亚晶粒之间的分界面
7、按界面两侧是否同种介质，可分为晶界和相界
8、小角度晶界可以理解为位错墙
9、孪晶面上的原子为两侧孪晶所共有
10、按界面两侧原子匹配程度分，可分为共格、半共格和非共格界面
11、按界面两侧晶体的位向差大小分类，可分为小角晶界和大角晶界
12、孪晶界是孪晶之间的分界面
13、与孪晶面不重合的孪晶界是非共格界面
14、小角晶界中位错密度越大，位向差越大
15、小角晶界中位错密度越大，晶界能越大
16、大角晶界畸变能大于小角晶界，所以大角晶界的晶界能较高
17、晶界两侧是同质的（相同的固体相之间的分界面）
18、层错不产生晶格畸变
19、孪晶面是共格界面
20、亚晶之间的位向差一般小于10°，所以亚晶界往往是小角度晶界
21、小角晶界中位向差越大，晶界能越大
第三章 晶体缺陷（九）：作业
1、在教学视频中，从结构和能量角度分析了晶界的特点，并且分析了由此引起的晶界其他一些特点。请你用自己的语言谈一谈对晶界特点的理解。
第四章 固体中的相
第四章 固体中的相：测验
1、非晶相的形成条件包括
A、熔融态的粘度
B、冷却速度
C、原子尺寸大小
D、晶体结构
2、影响间隙固溶体的固溶度的因素有
A、电负性
B、原子半径差
C、组元晶体结构
D、电子浓度
3、固体中的相是指
A、结构相同
B、性质相同
C、聚集状态相同
D、均匀体
4、影响置换固溶体的固溶度的因素有
A、电负性
B、原子半径差
C、组元晶体结构
D、电子浓度
5、晶态的陶瓷材料的特点包括
A、以离子键为主
B、原子比例比较严格，可以用分子式表示
C、典型的非金属性质
D、以共价键为主
6、硅酸盐结构包括
A、岛状硅酸盐
B、链状硅酸盐
C、层状硅酸盐
D、网状硅酸盐
7、影响间隙固溶体固溶度的因素主要是原子尺寸差，另外组元晶体结构、电负性和原子价也有影响
8、对某一个具体的固溶体而言，并非所有影响固溶度的因素都起作用
9、影响间隙固溶体固溶度的因素只有原子尺寸差
10、固溶体与化合物都是两种或多种原子混合形成的，若不形成新晶体结构，则为固溶体，若形成了新晶体结构，则为化合物
11、电负性差异越大，异类原子结合力越大，容易形成化合物
12、相是结构、性质、聚集状态相同的均匀体，不涉及形貌
13、化合物中同类原子之间结合力大，因而化合物的结构往往是有序的
14、固溶体中异类原子间结合力越大，固溶体的有序度（有序的范围和有序程度）越大
15、化合物中原子严格按比例结合，不存在偏差，因而可以用分子式表示
16、固溶体中同类原子之间结合力小，往往形成是有序固溶体
第四章 固体中的相：作业
1、请简单总结固溶体与化合物结构、性能特点。
第五章 固体中的扩散
第五章 固体中的扩散：测验
1、非稳态扩散指的是
A、与时间t有关
B、浓度梯度随时间变化
C、与距扩散距离远近有关
D、各处浓度梯度随位置变化
2、典型的上坡扩散诱发原因有
A、弹性应力场作用
B、电磁场作用
C、晶界内吸附
D、调幅分解
3、稳态扩散指的是
A、与时间t无关
B、浓度梯度不随时间变化
C、与距扩散距离远近无关
D、各处浓度梯度不随位置变化
4、原子扩散激活能来自
A、能量起伏
B、外界能量输入
C、能级跃迁
D、结合键破坏
5、反应扩散
A、形成新相层，并有明确界面
B、反应扩散速度受原子扩散速度和反应速度共同影响
C、不可能出现两相共存区
D、扩散引起反应的扩散过程
6、科肯道尔效应
A、揭示了宏观扩散规律与微观扩散机制间的内在联系
B、扩散系统中每一种组元都有各自的扩散系数
C、扩散偶界面两侧原子迁移速度不相等
D、会对扩散偶产生不利影响，应尽量避免
7、影响扩散的因素包括
A、温度
B、晶体结构与固溶体类型
C、晶体缺陷
D、化学成分
8、扩散的路径包括
A、体扩散
B、外表面扩散
C、界面扩散
D、位错扩散
9、扩散的实际驱动力由浓度梯度提供
10、扩散通量为零时，扩散系数也必然为零
11、对扩散常数的影响因素主要是温度和扩散激活能
12、晶体化合物中，非本征缺陷少，因此非本征扩散是次要机制
13、溶质原子浓度越高，扩散速度必然较快
14、若溶质原子提高基体的熔点，将是扩散系数升高
15、扩散通量是指扩散物质的流量
16、扩散第一定律只适用于稳态扩散
17、扩散激活能是原子跳动时需要越过的势垒
18、纯物质中不存在浓度梯度，因此不存在扩散
19、晶界处原子排列混乱，因此扩散激活能高
20、温度越高，扩散激活能越小，扩散越快
21、间隙固溶体中，溶质原子越多，则占据间隙越多，剩余间隙越少，因此使得扩散系数下降
22、若没有宏观扩散流，则说明没有发生扩散
23、非晶体固体中扩散激活能高，所以扩散系数高
24、置换型扩散机制中，换位机制不依赖空位就能实现扩散，因此是主要的置换型扩散机制
第五章 固体中的扩散：作业
1、已知Cu在Al中的扩散激活能Q＝136000 J/mol，若在150℃给纯Al渗Cu，经10小时可Cu原子可深入的深度为δ毫米。若希望在100℃渗Cu并获得同样的渗入深度，试计算需要多长时间。（R＝8.34 J/mol·K）
中国大学材料科学基础（上）（王永欣）
材料科学是一门研究材料结构、性质以及制备方法等方面的科学。它包括金属材料、非金属材料、高分子材料、晶体材料、复合材料等多个领域。本课程是以材料科学基础为主线，介绍材料科学的基本概念、基本原理、基本方法和基本技术，同时引入一些前沿的材料科学研究方向。
第一章 材料科学基础
材料科学的基本概念：材料是指一切物质的统称，是构成任何物体的物质基础。
材料科学的基本原理：材料的结构决定性质。
材料科学的基本方法：材料制备、材料性能测试、材料结构表征、材料失效分析等。
材料科学的基本技术：材料表面处理、材料加工、材料改性等。
第二章 金属材料
金属材料是指以金属元素为主要成分的材料，具有优良的导电性、导热性、可塑性和韧性等特性。
金属材料的分类：有色金属、黑色金属、稀有金属。
金属材料的结构：金属晶体结构、晶体缺陷。
金属材料的制备：冶金过程、粉末冶金、纳米金属制备。
金属材料的性能测试：力学性能、物理性质、化学性质。
第三章 非金属材料
非金属材料是指除金属材料外的材料，包括陶瓷材料、聚合物材料、玻璃材料等。
非金属材料的分类：陶瓷材料、高分子材料、玻璃材料、复合材料。
非金属材料的结构：非晶态结构、晶体结构。
非金属材料的制备：熔融法、沉淀法、溶胶-凝胶法。
非金属材料的性能测试：机械性能、热学性质、光学性质、电学性质。
第四章 材料表面处理
材料表面处理是指对材料表面进行改性的过程，可以提高材料表面的性能，例如耐腐蚀性、摩擦性、磨损性等。
常见的材料表面处理方法：电化学方法、物理方法、化学方法。
电化学方法包括阳极氧化、电镀、阳极电泳等。
物理方法包括喷砂、磨料喷射、激光处理等。
化学方法包括氧化、还原、酸洗、碱洗等。
第五章 材料失效分析
材料失效分析是指对材料失效的原因进行分析和研究，以确定材料失效的原因和改进材料性能。
材料失效的原因：疲劳、腐蚀、磨损、氧化等。
材料失效分析的方法：金相、扫描电镜、透射电镜等。
另外，还介绍了一些前沿的材料科学研究方向，例如纳米材料、功能材料、生物医用材料等。
结语
本课程介绍了材料科学的基本概念、基本原理、基本方法和基本技术，涵盖了金属材料、非金属材料、材料表面处理、材料失效分析等方面。同时介绍了一些前沿的材料科学研究方向，希望能够对学生们的材料科学学习提供帮助。
