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济南大学2012~2013学年第一学期
课程考试试卷（A卷）评分标准（含参考答案）
课程名称：材料科学基础 任课教师：陈志勇
一、填空（每小题1分，共10分）
1. 2. 3. 4. 5. 6.
按照物理化学属性材料可以分为金属材料，无机非金属材料，高分子材料和复合材料。 化学键合可分为离子键、共价键和金属键。 超导体的两种特性是完全导电性和完全抗磁性。
复合材料按基体材料性质可分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料和高分子基复合材料。 影响离子电导率的主要因素包括温度、晶体结构、和晶格缺陷。
机械零件在交变载荷作用下，其工作应力远小于抗拉强度，甚至小于屈服强度时，在长时间工作后发生突然断裂的现象称为疲劳断裂。
7. 物体的体积或长度随温度升高而增大的现象叫做热膨胀。
8. 材料的腐蚀按其作用性质分为物理腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀。 9. 介电常数表示单位面积和单位厚度电介质的电容值。
10. 光垂直射向物体表面时，入射光强度中有一定分数被反射掉的现象称为透射。
二、是非判断题（每小题2分，共20分）
（正确的写√，错误的写×）
1． 硬度是指材料抵抗表面局部塑性变形及破坏的能力。（√ ）
2． 超导体的三个性能指标是超导转变温度、临界磁场强度和临界电流密度。（√ ） 3． 非极性分子与非极性分子之间相互作用会产生取向力和诱导力。（× ） 4． 晶须是指含缺陷很多的单晶纤维材料。直径0.1～10μm，长径比 5～1000。（ × ） 5． 电导率是指在单位电场强度下流过每立方米材料的电流。（√ ） 6． 晶胞是指能代表晶格原子排列规律的最大几何单元。（× ） 7． 磁畴是指在铁磁性物质中，存在的微小自发磁化区域。（ √ ）
8． 弹性模量是指在比例极限(σp )范围内，材料所受的应力与产生的应变之比。（ √ ） 9． 磁化强度是指单位面积的磁矩。（ × ）
10．石墨烯是由碳原子呈蜂巢晶格排列构成的单层三维晶体。（× ）
三、简答题（每小题5分，共20分）
1. 简述原子之间相互作用中物理键合的类型。 （5分）
答：原子之间相互作用中物理键合分为两大类型，即分子间作用力（或范德华力）与氢键。（2分） 其中范德华力又可分为取向力、诱导力和色散力。 （3分）
2. 简述热膨胀性的主要影响因素。 （5分） 答：（1）原子间相互作用类型（物理键和化学键）。 （1分） （2）晶体类型。 （1分） （3）温度。 热膨胀与温度有关。 （1分） （4）应力。 高弹材料在应力作用下热膨胀系数为负值。 （1分） （5）方向。 纤维增强复合材料沿着纤维方向热膨胀系数小，垂直纤维方向热膨胀系数大。（1分）
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3. 简述高分子材料组成和结构的基本特征。 （5分）
答： （1）分子量大、分子量分布宽。 （1分） （2）高分子链的多种形态。 （1分） （3）分子链间力以范氏力为主，部分化学键；分子内多为共价键。 （2分） （4）结构的多层次性。 （1分）
4. 按照导电性将材料分类并举例说明。 （5分） 答：（1）导体。如金属铁、铜等。 （1分） （2）半导体。导电性能介于导体与绝缘体之间的物质。如单质硅、硫化镉等。 （1分） （3）绝缘体。如非金属材料石墨、有机高分子酚醛树脂等。 （1分） （4）超导体。在一定条件下突然失去电阻的物质称为超导体。如低于临界温度的钛、钡镧铜氧化物等。 （2分）
四、计算题（每小题10分，共30分）
1. 氯化钠晶体被用来测量某些X射线的波长，对氯离子的d111间距而言，其衍射角2θ为
27.5°。X射线的波长是多少？ 氯化钠属立方晶系，晶格常数为0.563 nm，衍射基数为1。 （10分） 答：已知氯化钠晶格常数a=0.563 nm，衍射角2θ=27.5°，所以 dnkl=
ah?k?l0.563222 （3分）
=
1?1?1222=0.325 （2分）
因为nλ=2 dnkl sinθ （3分） 所以
??2ndhklsin?=2×1×0.325×sin(27.5/2)=0.154 nm （2分）
3
2. 计算金属铱的原子半径。已知铱具有fcc（面心立方）晶体结构，密度为22.4g/cm，摩尔质量为192.2g/mol。 （10分）
3
答：已知ρ=22.4g/cm， Am=192.2g/mol, 铱具有fcc晶体结构,n=4 根据??所以Vc?nAm ， （3分） VcNAnAm4?192.2??5.69×10-23 cm3=5.69×10-2 nm3 （2分） 23?NA22.4?6.03?10Vc?16R32， （3分）
所以 R?3Vc162?3Vc162?35.69?10?216?2?0.14 nm （2分）
3. 某种金属合金的磁化强度为3.2×105 A/m，在50 A/m的磁场中，计算该材料的（1）磁化率；
（2） 磁感强度； （3）判断该类材料属于何种磁性材料？ （10分） 答：(1) 已知磁化强度 M=3.2×105 A/m，磁场强度H=50 A/m，根据
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M=χH，所以磁化率χ=M/H =(3.2×105)/50=6400 （4分）
-7
(2) 根据磁感强度B=μ0(H+M)，真空磁导率μ0=4π×10 （H/m）
-7
所以，磁感强度B=4π×10 ×(50+3.2×105)= 0.402 （4分）
（3）该材料为铁磁性材料。因为磁化率为正值，而且很大。 （2分）
五、论述题（每小题10分，共20分）
1. 试述复合材料的基本相以及各相的功能。 （10分） 答：复合材料是不同形态的组分材料通过复合手段组合而成的一种多相材料。复合材料按组成和结构分析可以分为三相：即基体相、增强相和界面相。 （4分） 基体相是连续相。复合材料的基体材料是一个庞大的材料体系，按基体材料的不同可以把复合材料分类为聚合物基、金属基、陶瓷基、碳/碳复合材料以及无机凝胶复合材料。 （2分） 增强相是分散的，被基体包容的。增强材料主要分三类：纤维及其织物、短纤维与晶须和颗粒。 （2分）
界面相位于基体相与增强相之间，呈现出不同于基体相和增强相的复杂结构。 （2分）
2. 准晶体（quasicrystal）是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶体具有完全有序的结构， 然而又不具有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。试从结构 的特点来分析准晶体材料（如急速凝固的铝锰合金）可能具有的性能特征及其可能的实际用途。（10分） 答：因为准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的固体物质，所以其可能会具有类似于晶体又类似于非晶体的性能特征。 （2分） （1） 熔点：准晶体类似于晶体一样具有明确的熔点。 （2分） （2） 力学性能：具有类似于非晶体玻璃的脆性，硬度大，耐磨性，使用寿命长。 （2分） （3） 导电性：导电性能较差。 （2分）
因而，准晶体有可能用于不粘锅的镀层，高温喷嘴的镀层等。 （2分）
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