1、(西安交通大学)材料科学基础真题 2003年及答案解析(总分：149.00，做题时间：90 分钟)一、术语解释(总题数：5，分数：15.00)1.单位位错（分数：3.00）_2.晶胞（分数：3.00）_3.固溶体（分数：3.00）_4.临界晶核（分数：3.00）_5.临界变形度（分数：3.00）_二、判断题(总题数：5，分数：30.00)6.下图为两种材料中原子结合的键能曲线，回答：（分数：6.00）_7.判断下列物质的主要结合键CaO SiC GaAs Cu3Al*离子键的相对比值可参考公式：离子键相对比值 （分数：6.00）_8.计算下列化合物中阳离子的配位数MgO Cr2O3 CaF2
2、K2Or(Mg2+)=0.078nm r(O2-)=0.132nm r(Cr3+)=0.064nmr(Ca2+)=0.106nm r(F-)=0.133nm r(K+)=0.132nm（分数：6.00）_9.有一铸件，浇注后其组织如图 a所示，若欲使浇注后得到图 b所示的组织状态，对下述条件应如何选择()（分数：6.00）_10.判断下列说法是否正确：(1)冷变形金属经回复退火后，其力学性能可以恢复到变形前的状态。(2)再结晶是一个成核及核心长大的过程，因此它是一种相变过程。(3)再结晶核心长大伴随着晶界的移动，故其驱动力为晶界能。(4)晶体中的点缺陷是一种热力学平衡缺陷，而位错不是热力学平衡
3、缺陷。(5)刃位错可以发生交滑移。(6)金属的热(变形)加工与冷(变形)加工是以变形加工的温度高低来区别的。（分数：6.00）_三、问答题(总题数：7，分数：44.00)11.固体中原子的扩散必须具备哪些基本条件？（分数：3.00）_12.(1)扩散可以分为哪几种基本类型？(2)在间隙固溶体中及置换固溶体中，溶质原子各以何种机制进行扩散？(3)均匀奥氏体晶粒的长大以及扩散退火时晶内偏析的均匀化各属何种类型的扩散？（分数：9.00）_13.两个无限长的纯金属 A和 B的棒状试样，若金属组元 A及 B组成的相图如图所示。(1)将 A及 B金属棒对焊后在 T1温度下加热 t时间，试画出 wA沿棒(x
4、)的分布状态。(2)若 B棒中的 WA随时间(t)及距离(x)的变化情况可用方程(T 1温度)：C(x，t)=a+berf()来描述。试写出边界条件，并确定出方程中的系数 a和 b。*在此问题中，设 A，B 界面处 x=0，距离(x)沿 B棒正向增加(B 棒单无限长)（分数：8.00）_14.金属材料经冷塑性变形后会出现加工硬化现象。玻璃化温度(T g)较低的热塑性塑料变形后是否也会出现“加工硬化”现象？陶瓷材料呢？并请简单解释。（分数：6.00）_15.本征半导体与掺杂半导体的导电机制有何不同？（分数：5.00）_16.何谓电子磁矩、原子磁矩及物质固有磁矩？物质的磁性与原子核外电子的填充情况
5、有何关系？（分数：10.00）_17.金属材料、陶瓷材料及高分子材料各是以何种机制导热的？（分数：3.00）_相图18.写出二元系相图中所有可能的三相平衡反应的名称及反应式。（分数：5.00）_19.Fe-Fe3C相图：(1)画出 Fe-Fe3C相图，并用组织组成物填写相图。(2)依据此相图分析 wC=1.2%的铁碳合金自液相至室温的平衡转变过程，并画出此成分合金室温下的组织示意图。(3)计算 wC=0.6%铁碳合金室温时相组成物的质量分数及组织组成物的质量分数。（分数：15.00）_20.三元相图：(1)下图为某三元系相图的液相面投影图，写出此三元系发生的四相平衡反应的名称及反应式。(2)下
6、图为三元系相图的某温度下的水平截面图。请在改动量最少的前提下改正图中的错误之处，并附以简单说明。（分数：10.00）_位错21.自发的位错反应必须满足哪些条件？（分数：6.00）_22.何谓扩展位错？请写一例。（分数：7.00）_23.有一方框形位错(如图)处于滑移面 上（分数：7.00）_六、晶体结构(总题数：2，分数：10.00)24.在立方晶系的一个晶胞内画出 （分数：5.00）_25.试在晶胞内画出 FCC结构的一个滑移系，并回答在此滑移系上施加什么方向的应力此滑移系不能开动(在图上标出此应力的方向)。（分数：5.00）_(西安交通大学)材料科学基础真题 2003年答案解析(总分：14
7、9.00，做题时间：90 分钟)一、术语解释(总题数：5，分数：15.00)1.单位位错（分数：3.00）_正确答案：(柏氏矢量等于点阵矢量的位错。)解析：2.晶胞（分数：3.00）_正确答案：(构成晶格的最基本单元。)解析：3.固溶体（分数：3.00）_正确答案：(以合金中某一组元作为溶剂，其他组元为溶质，所形成的与溶剂有相同晶体结构、品格常数稍有变化的固相。)解析：4.临界晶核（分数：3.00）_正确答案：(其长大能使体系吉布斯自由能下降的尺寸最小的晶核。)解析：5.临界变形度（分数：3.00）_正确答案：(给定温度下金属发生再结晶所需的最小预先冷变形量。)解析：二、判断题(总题数：5，分
8、数：30.00)6.下图为两种材料中原子结合的键能曲线，回答：（分数：6.00）_正确答案：(1)B。(2)A。(3)见下图。)解析：7.判断下列物质的主要结合键CaO SiC GaAs Cu3Al*离子键的相对比值可参考公式：离子键相对比值 （分数：6.00）_正确答案：(CaO：离子键；SiC：共价键；GaAs：共价键；Cu 3Al：金属键。)解析：8.计算下列化合物中阳离子的配位数MgO Cr2O3 CaF2 K2Or(Mg2+)=0.078nm r(O2-)=0.132nm r(Cr3+)=0.064nmr(Ca2+)=0.106nm r(F-)=0.133nm r(K+)=0.132
9、nm（分数：6.00）_正确答案：(MgO：6；Cr 2O3：6；CaF 2：8；K 2O：12。)解析：9.有一铸件，浇注后其组织如图 a所示，若欲使浇注后得到图 b所示的组织状态，对下述条件应如何选择()（分数：6.00）_正确答案：(铸模：金属模；模子温度：不预热；浇注温度：提高。)解析：10.判断下列说法是否正确：(1)冷变形金属经回复退火后，其力学性能可以恢复到变形前的状态。(2)再结晶是一个成核及核心长大的过程，因此它是一种相变过程。(3)再结晶核心长大伴随着晶界的移动，故其驱动力为晶界能。(4)晶体中的点缺陷是一种热力学平衡缺陷，而位错不是热力学平衡缺陷。(5)刃位错可以发生交滑
10、移。(6)金属的热(变形)加工与冷(变形)加工是以变形加工的温度高低来区别的。（分数：6.00）_正确答案：(1)B；(2)B；(3)B；(4)A；(5)B；(6)B。)解析：三、问答题(总题数：7，分数：44.00)11.固体中原子的扩散必须具备哪些基本条件？（分数：3.00）_正确答案：(固体中原子的扩散必须存在化学位梯度。)解析：12.(1)扩散可以分为哪几种基本类型？(2)在间隙固溶体中及置换固溶体中，溶质原子各以何种机制进行扩散？(3)均匀奥氏体晶粒的长大以及扩散退火时晶内偏析的均匀化各属何种类型的扩散？（分数：9.00）_正确答案：(1)按扩散组元的浓度分布，扩散分为自扩散和互扩散
11、；按原子扩散的路径，扩散分为体扩散、晶界扩散、位错扩散、表面扩散；按扩散的微观机制，扩散分为间隙扩散和空位扩散；按组元扩散方向与其浓度梯度方向的关系，扩散分为下坡扩散和上坡扩散；按扩散中有无新相形成，扩散分为单相扩散和反应扩散。(2)在间隙固溶体中溶质原子以间隙机制进行扩散，在置换固溶体中溶质原子以空位机制进行扩散。(3)均匀奥氏体晶粒的长大属于自扩散，而扩散退火时晶内偏析的均匀化属于互扩散。)解析：13.两个无限长的纯金属 A和 B的棒状试样，若金属组元 A及 B组成的相图如图所示。(1)将 A及 B金属棒对焊后在 T1温度下加热 t时间，试画出 wA沿棒(x)的分布状态。(2)若 B棒中的
12、 WA随时间(t)及距离(x)的变化情况可用方程(T 1温度)：C(x，t)=a+berf()来描述。试写出边界条件，并确定出方程中的系数 a和 b。*在此问题中，设 A，B 界面处 x=0，距离(x)沿 B棒正向增加(B 棒单无限长)（分数：8.00）_正确答案：(1)见下图。(2)边界条件： )解析：14.金属材料经冷塑性变形后会出现加工硬化现象。玻璃化温度(T g)较低的热塑性塑料变形后是否也会出现“加工硬化”现象？陶瓷材料呢？并请简单解释。（分数：6.00）_正确答案：(玻璃化温度较低的热塑性塑料变形后也会出现“加工硬化”现象，这是由于随变形程度的增加，分子链逐渐沿外力方向定向排列，从
13、而引起应变硬化。陶瓷材料变形后不会出现“加工硬化”现象，这是由于陶瓷材料不能发生塑性变形。)解析：15.本征半导体与掺杂半导体的导电机制有何不同？（分数：5.00）_正确答案：(本征半导体中参与导电的载流子是导带中的电子和等量的价带中的空穴，且费米能级位于禁带中央。而掺杂半导体中参与导电的载流子是导带中的电子和不等量的价带中的空穴，且费米能级不位于禁带中央，或向上方移动(如 n型半导体)，或向下方移动(如 p型半导体)。)解析：16.何谓电子磁矩、原子磁矩及物质固有磁矩？物质的磁性与原子核外电子的填充情况有何关系？（分数：10.00）_正确答案：(电子磁矩是指电子绕核运动的轨道磁矩和电子自旋产
14、生的自旋磁矩。原子磁矩是指电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成的总磁矩；物质固有磁矩是指无外磁场作用时所有原子磁矩之和。原子中的电子壳层全部填满的物质为抗磁体；原子中有未填满的电子壳层的物质为顺磁体或铁磁体。)解析：17.金属材料、陶瓷材料及高分子材料各是以何种机制导热的？（分数：3.00）_正确答案：(金属材料主要靠自由电子导热；陶瓷材料主要靠声子导热；高分子材料主要靠分子导热。)解析：相图18.写出二元系相图中所有可能的三相平衡反应的名称及反应式。（分数：5.00）_正确答案：(共晶反应： 共析反应：偏晶反应： 熔晶反应：包晶反应： 包析反应：合晶反应： )解析：19.Fe-Fe3C相图：(1)画
15、出 Fe-Fe3C相图，并用组织组成物填写相图。(2)依据此相图分析 wC=1.2%的铁碳合金自液相至室温的平衡转变过程，并画出此成分合金室温下的组织示意图。(3)计算 wC=0.6%铁碳合金室温时相组成物的质量分数及组织组成物的质量分数。（分数：15.00）_正确答案：(1)略。(2)结晶过程：存熔占以上是液相的简单冷却。温度降至略低于合金熔点时，开始发生匀晶转变，从液相中结晶出 相，温度降至 JE温度时，全部转变为 相。在 JE温度与 SE温度之间，是 相的简单冷却。稍低于 SE温度，开始发生二次析出转变，在 相的晶界处析出二次渗碳体 Fe3C 。温度降至 A1温度时，恒温下发生共析转变，
16、剩余 相转变为珠光体 P。温度继续下降，基本不变。室温下的相组成物是+Fe 3C，组织组成物是 P+Fe3C 。组织示意图见下图。(3)相组成物的质量分数：组织组成物的质量分数：)解析：20.三元相图：(1)下图为某三元系相图的液相面投影图，写出此三元系发生的四相平衡反应的名称及反应式。(2)下图为三元系相图的某温度下的水平截面图。请在改动量最少的前提下改正图中的错误之处，并附以简单说明。（分数：10.00）_正确答案：(1)共晶反应：包晶反应：包晶反应：包共晶反应：(2)经改正的相图见下图。图中 ab、bc、ca 线皆应为直线，因为三相平衡区在水平截面图中应为直边三角形；d 点应与 c点重合
17、，不应当存在 e相区，因为水平截面图中的三相区仅在其三个顶点处与三个单相区点接触。)解析：位错21.自发的位错反应必须满足哪些条件？（分数：6.00）_正确答案：(几何条件和能量条件。)解析：22.何谓扩展位错？请写一例。（分数：7.00）_正确答案：(两个不全位错及夹在它们之间的一片层错所组成的位错组态。如面心立方晶体中的 )解析：23.有一方框形位错(如图)处于滑移面 上（分数：7.00）_正确答案：(1)AB 段：负刃型位错；BC 段：右螺型位错；CD 段：正刃型位错；DA 段：左螺型位错。(2)垂直于位错线向位错环外方向滑移运动。(3)AB段：垂直于位错线向上攀移运动；BC 段：不动；CD 段：垂直于位错线向下攀移运动；DA 段：不动。)解析：六、晶体结构(总题数：2，分数：10.00)24.在立方晶系的一个晶胞内画出 （分数：5.00）_正确答案：(见下图。)解析：25.试在晶胞内画出 FCC结构的一个滑移系，并回答在此滑移系上施加什么方向的应力此滑移系不能开动(在图上标出此应力的方向)。（分数：5.00）_正确答案：(见下图。)解析：
