(西安交通大學(xué))材料科學(xué)基礎(chǔ)真題2003年

1、(西安交通大學(xué))材料科學(xué)基礎(chǔ)真題 2003 年(總分：149.00，做題時(shí)間：90 分鐘)一、術(shù)語解釋(總題數(shù)：5，分?jǐn)?shù)：15.00)單位位錯(cuò)（分?jǐn)?shù)：3.00）正確答案：(柏氏矢量等于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)。) 解析：晶胞（分?jǐn)?shù)：3.00）正確答案：(構(gòu)成晶格的最基本單元。) 解析：固溶體（分?jǐn)?shù)：3.00）正確答案：(以合金中某一組元作為溶劑，其他組元為溶質(zhì)，所形成的與溶劑有相同晶體結(jié)構(gòu)、品格常數(shù)稍有變化的固相。)解析：臨界晶核（分?jǐn)?shù)：3.00）正確答案：(其長大能使體系吉布斯自由能下降的尺寸最小的晶核。) 解析：臨界變形度（分?jǐn)?shù)：3.00）正確答案：(給定溫度下金屬發(fā)生再結(jié)晶所需的最小預(yù)先冷變形量。

2、) 解析：二、判斷題(總題數(shù)：5，分?jǐn)?shù)：30.00)下圖為兩種材料中原子結(jié)合的鍵能曲線，回答：(1)哪種材料的彈性模量大？ (2)哪種材料的熱膨脹系數(shù)大？(3)依據(jù)圖，示意畫出兩種材料的鍵力曲線。（分?jǐn)?shù)：6.00）正確答案：(1)B。A。見下圖。解析：判斷下列物質(zhì)的主要結(jié)合鍵CaO SiC GaAs Cu Al3*離子鍵的相對比值可參考公式：AB元素 O Ca Cu Al Si Ga As C電負(fù)性 3.44 1.00 1.90 1.61 1.90 1.81 2.18 2.55（分?jǐn)?shù)：6.00）正確答案：(CaO：離子鍵；SiC：共價(jià)鍵；GaAs：共價(jià)鍵；Cu Al：金屬鍵。)3解析：計(jì)算下列

3、化合物中陽離子的配位數(shù)MgO Cr O2 3CaF K O22r(Mg2+)=0.078nm r(O2-)=0.132nm r(Cr3+)=0.064nm r(Ca2+)=0.106nm r(F-)=0.133nm r(K+)=0.132nm（分?jǐn)?shù)：6.00）正確答案：(MgO：6；Cr O ：6；CaF ：8；K O：12。)解析：2 322)離子鍵相對比值式中，x 、x 分別為A、B 元素的電負(fù)性。以下為相關(guān)元素的電負(fù)性值：有一鑄件，澆注后其組織如圖a 所示，若欲使?jié)沧⒑蟮玫綀Db 所示的組織狀態(tài)，對下述條件應(yīng)如何選擇()鑄模： 金屬模 砂模模子溫度： 預(yù)熱 不預(yù)熱澆注溫度： 提高 降低（分

4、數(shù)：6.00）正確答案：(鑄模：金屬模；模子溫度：不預(yù)熱；澆注溫度：提高。)解析：判斷下列說法是否正確：(1)冷變形金屬經(jīng)回復(fù)退火后，其力學(xué)性能可以恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。(2)再結(jié)晶是一個(gè)成核及核心長大的過程，因此它是一種相變過程。(3)再結(jié)晶核心長大伴隨著晶界的移動(dòng)，故其驅(qū)動(dòng)力為晶界能。(4)晶體中的點(diǎn)缺陷是一種熱力學(xué)平衡缺陷，而位錯(cuò)不是熱力學(xué)平衡缺陷。(5)刃位錯(cuò)可以發(fā)生交滑移。(6)金屬的熱(變形)加工與冷(變形)加工是以變形加工的溫度高低來區(qū)別的。（分?jǐn)?shù)：6.00）正確答案：(1)B；B；B；A；B； (6)B。)解析：三、問答題(總題數(shù)：7，分?jǐn)?shù)：44.00)固體中原子的擴(kuò)散必須具備哪

5、些基本條件？（分?jǐn)?shù)：3.00）正確答案：(固體中原子的擴(kuò)散必須存在化學(xué)位梯度。) 解析：12.(1)擴(kuò)散可以分為哪幾種基本類型？在間隙固溶體中及置換固溶體中，溶質(zhì)原子各以何種機(jī)制進(jìn)行擴(kuò)散？均勻奧氏體晶粒的長大以及擴(kuò)散退火時(shí)晶內(nèi)偏析的均勻化各屬何種類型的擴(kuò)散？（分?jǐn)?shù)：9.00）正確答案：(1)按擴(kuò)散組元的濃度分布，擴(kuò)散分為自擴(kuò)散和互擴(kuò)散；按原子擴(kuò)散的路徑，擴(kuò)散分為體擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散、位錯(cuò)擴(kuò)散、表面擴(kuò)散；按擴(kuò)散的微觀機(jī)制，擴(kuò)散分為間隙擴(kuò)散和空位擴(kuò)散；按組元擴(kuò)散方向與其濃度梯度方向的關(guān)系，擴(kuò)散分為下坡擴(kuò)散和上坡擴(kuò)散；按擴(kuò)散中有無新相形成，擴(kuò)散分為單相擴(kuò)散和反應(yīng)擴(kuò)散。(2)在間隙固溶體中溶質(zhì)原子以間隙機(jī)

6、制進(jìn)行擴(kuò)散，在置換固溶體中溶質(zhì)原子以空位機(jī)制進(jìn)行擴(kuò)散。(3)均勻奧氏體晶粒的長大屬于自擴(kuò)散，而擴(kuò)散退火時(shí)晶內(nèi)偏析的均勻化屬于互擴(kuò)散。)解析：兩個(gè)無限長的純金屬A 和 B 的棒狀試樣，若金屬組元 A 及B 組成的相圖如圖所示。將 A 及 B 金屬棒對焊后在T 溫度下加熱 t 時(shí)間，試畫出w 沿棒(x)的分布狀態(tài)。1A若 B 棒中的WA 隨時(shí)間(t)及距離(x)的變化情況可用方程(T1溫度)：C(x，t)=a+berf()來描述。試寫出邊界條件，并確定出方程中的系數(shù) a 和b。*在此問題中，設(shè) A，B 界面處x=0，距離(x)沿B 棒正向增加(B 棒單無限長)（分?jǐn)?shù)：8.00）正確答案：(1)見下

7、圖。則 a=C， b=-C )(2)邊界條件：解析：金屬材料經(jīng)冷塑性變形后會出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象。玻璃化溫度(T )較低的熱塑性塑料變形后是否也會出現(xiàn)g“加工硬化”現(xiàn)象？陶瓷材料呢？并請簡單解釋。（分?jǐn)?shù)：6.00）正確答案：(玻璃化溫度較低的熱塑性塑料變形后也會出現(xiàn)“加工硬化”現(xiàn)象，這是由于隨變形程度的增加，分子鏈逐漸沿外力方向定向排列，從而引起應(yīng)變硬化。陶瓷材料變形后不會出現(xiàn)“加工硬化”現(xiàn)象，這是由于陶瓷材料不能發(fā)生塑性變形。)解析：本征半導(dǎo)體與摻雜半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制有何不同？（分?jǐn)?shù)：5.00）正確答案：(本征半導(dǎo)體中參與導(dǎo)電的載流子是導(dǎo)帶中的電子和等量的價(jià)帶中的空穴，且費(fèi)米能級位于禁帶中央。而摻

8、雜半導(dǎo)體中參與導(dǎo)電的載流子是導(dǎo)帶中的電子和不等量的價(jià)帶中的空穴，且費(fèi)米能級不位于禁帶中央，或向上方移動(dòng)(如 n 型半導(dǎo)體)，或向下方移動(dòng)(如p 型半導(dǎo)體)。)解析：何謂電子磁矩、原子磁矩及物質(zhì)固有磁矩？物質(zhì)的磁性與原子核外電子的填充情況有何關(guān)系？（分?jǐn)?shù)：10.00）正確答案：(電子磁矩是指電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道磁矩和電子自旋產(chǎn)生的自旋磁矩。原子磁矩是指電子的軌道磁矩和自旋磁矩合成的總磁矩；物質(zhì)固有磁矩是指無外磁場作用時(shí)所有原子磁矩之和。原子中的電子殼層全部填滿的物質(zhì)為抗磁體；原子中有未填滿的電子殼層的物質(zhì)為順磁體或鐵磁體。)解析：金屬材料、陶瓷材料及高分子材料各是以何種機(jī)制導(dǎo)熱的？（分?jǐn)?shù)：3.00

9、）正確答案：(金屬材料主要靠自由電子導(dǎo)熱；陶瓷材料主要靠聲子導(dǎo)熱；高分子材料主要靠分子導(dǎo)熱。) 解析：正確答案：(共晶反應(yīng)：共析反應(yīng)：偏晶反應(yīng)：熔晶反應(yīng)：包晶反應(yīng)：包析反應(yīng)：合晶反應(yīng)：)四、相圖(總題數(shù)：3，分?jǐn)?shù)：30.00)寫出二元系相圖中所有可能的三相平衡反應(yīng)的名稱及反應(yīng)式。（分?jǐn)?shù)：5.00）解析：Fe-Fe C 相圖：3畫出Fe-Fe C 相圖，并用組織組成物填寫相圖。3依據(jù)此相圖分析w =1.2%的鐵碳合金自液相至室溫的平衡轉(zhuǎn)變過程，并畫出此成分合金室溫下的組織示C意圖。計(jì)算w =0.6%鐵碳合金室溫時(shí)相組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及組織組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。C（分?jǐn)?shù)：15.00）正確答案：(1)略。

10、結(jié)晶過程：存熔占以上是液相的簡單冷卻。溫度降至略低于合金熔點(diǎn)時(shí)，開始發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變，從液相中結(jié)晶出 相，溫度降至 JE 溫度時(shí)，全部轉(zhuǎn)變?yōu)?相。在 JE 溫度與SE 溫度之間，是 相的簡單冷卻。稍低于 SE 溫度，開始發(fā)生二次析出轉(zhuǎn)變，在 相的晶界處析出二次滲碳體 Fe C 。溫度降至 A 溫度時(shí)，恒3 1溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，剩余 相轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏wP。溫度繼續(xù)下降，基本不變。室溫下的相組成物是 +Fe C，3組織組成物是 P+Fe C 。3 組織示意圖見下圖。相組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：組織組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：解析：三元相圖：下圖為某三元系相圖的液相面投影圖，寫出此三元系發(fā)生的四相平衡反應(yīng)的名稱及反應(yīng)式。下圖

11、為三元系相圖的某溫度下的水平截面圖。請?jiān)诟膭?dòng)量最少的前提下改正圖中的錯(cuò)誤之處，并附以簡單說明。正確答案：(1)共晶反應(yīng)：包晶反應(yīng)：包晶反應(yīng)：包共晶反應(yīng)：)正確答案：(兩個(gè)不全位錯(cuò)及夾在它們之間的一片層錯(cuò)所組成的位錯(cuò)組態(tài)。如面心立方晶體中的。)（分?jǐn)?shù)：10.00）(2)經(jīng)改正的相圖見下圖。圖中ab、bc、ca 線皆應(yīng)為直線，因?yàn)槿嗥胶鈪^(qū)在水平截面圖中應(yīng)為直邊三角形；d 點(diǎn)應(yīng)與c 點(diǎn)重合，不應(yīng)當(dāng)存在e 相區(qū)，因?yàn)樗浇孛鎴D中的三相區(qū)僅在其三個(gè)頂點(diǎn)處與三個(gè)單相區(qū)點(diǎn)接觸。解析：五、位錯(cuò)(總題數(shù)：3，分?jǐn)?shù)：20.00)自發(fā)的位錯(cuò)反應(yīng)必須滿足哪些條件？（分?jǐn)?shù)：6.00）正確答案：(幾何條件和能量條件。) 解析：何謂擴(kuò)展位錯(cuò)？請寫一例。（分?jǐn)?shù)：7.00）解析：有一方框形位錯(cuò)(如圖)處于滑移面 上判斷各段(AB、BC、CD、DA)位錯(cuò)的類型。在晶體表面施加一切應(yīng)力(方向如圖示)，判斷各段位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方向。(3)若在晶體表面施加一正應(yīng)力(如圖)，判斷各段位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)情況。（分?jǐn)?shù)：7.00）24.在立方晶系的一個(gè)晶胞內(nèi)畫出和(112)晶面，并寫出兩晶面交線的晶向指數(shù)(交線的方向自定)。)正確答案：(1)AB 段：負(fù)刃型位錯(cuò)；BC 段：右螺型位錯(cuò)；CD 段：正刃型位錯(cuò)；DA 段：左螺型位錯(cuò)。垂直于位錯(cuò)線向位錯(cuò)環(huán)外方向滑移運(yùn)動(dòng)