1、2007年北京工业大学材料科学基础真题试卷及答案与解析 一、名词解释 1 脱溶 (二次结晶 ) 2 空间群 3 位错交割 4 成分过冷 5 奥氏体 6 临界变形量 7 形变织构 8 动态再结晶 9 调幅分解 10 惯习面 二、填空题 10 晶体宏观对称要素有 (1)、 (2)、 (3)、 (4)和 (5)。 11 (1) 12 (2) 13 (3) 14 (4) 15 (5) 15 NaCl型晶体中 Na+离子填充了全部的 (6)空隙， CsCl晶体中 Cs+离子占据的是 (7)空隙，萤石中 F-离子占据了全部的 (8)空隙。 16 (6) 17 (7) 18 (8) 18 非均匀形核模型中晶
2、核与基底平面的接触角 =/2，表明形核功为均匀形核功的 (9)， = (10) 表明不能促进形核。 19 (9) 20 (10) 20 晶态固体中扩散的微观机制有 (11)、 (12)、 (13)和 (14)。 21 (11) 22 (12) 23 (13) 24 (14) 24 小角度晶界由位错构成，其中对称倾转晶界由 (15)位 错构成，扭转晶界由 (16)位错构成。 25 (15) 26 (160 26 发生在固体表面的吸附可分为 (17)和 (18)两种类型。 27 (17) 28 (18) 28 固态相变的主要阻力是 (19)和 (20)。 29 (19) 30 (20) 30 晶体
3、宏观对称要素有 (1)、 (2)、 (3)、 (4)和 (5)。 三、判断题 31 对于螺型位错，其柏氏矢量平行于位错线，因此纯螺位错只能是一条直线。 32 由于 Cr最外层 s轨道只有一个电子，所以它属于碱金属。 33 改变晶向符号产生的晶向与原晶向相反。 34 非共晶成分的合金在非平衡冷却条件下得到 100%共晶组织，此共晶组织称伪共晶。 35 单斜晶系 =90。 36 扩散的决定因素是浓度梯度，原子总是由浓度高的地方向浓度低的地方扩散。 37 再结晶完成后，在不同条件下可能发生正常晶粒长大和异常晶粒长大。 38 根据施密特定律，晶体滑移面平行于拉力轴时最容易产生滑移。 39 晶粒越细小，
4、晶体强度、硬度越高，塑性、韧性越差。 40 高聚物材料中，大分子链上极性部分越多，极性越强，材料强 度越大。 四、计算题 41 已知工业纯铜的屈服强度 s=70MPa，其晶粒大小为 NA=18个 /mm2；当NA=4025个 /mm2时， s=95MPa；试计算 NA=260个 /mm2时屈服强度 s的值。 五、画图题 42 分别画出立方晶胞的 晶向和 (021)晶面，六方晶胞的 晶向和晶面。 42 氮化镓 GaN是制备白光二极管的材料，其晶体结构为纤锌矿 (六方硫化锌 )型。 N的电负性为 3.07， Ga的电负性为 1.76； N3-的离子半径为 0.148mm， Ca3+的离子半径为 0
5、.047nm。 43 画出这种 结构的晶胞。 44 结构中，负离子构成哪种堆积 ?用四轴表示法写出密排晶面。 45 分析 Ga和 N之间的键性，说明结构中各离子配位数是否合理。 46 计算结构是否符合静电价规则。 47 Ga填充的是哪种空隙 ?填充了多少这种空隙 ? 六、简答题 48 影响晶态固体中原子扩散的因素有哪些 ?并加以简单说明。 49 什么是时效处理 ? 50 说明通过时效处理产生强化的原因。 51 实际应用过程中，为消除时效强化可采用什么处理方法 ?为什么 ? 52 什么是形状记忆效应 ? 53 说明通过 马氏体相变产生形状记忆效应的原因。 54 比较说明滑移与孪生这两种金属塑性变
6、形机制的不同。 55 氧化钛缺氧时可产生如下反应： ，请正确写出缺陷方程并解释各项的含义。 56 何谓全位错 ?请说明在面心立方晶体中肖克莱不全位错和弗兰克不全位错的成因和运动特点。 56 LiF-NaF-RbF三元相图如图 7-1所示。57 确定含 RbF30mol、 LiF2Omol 58 写出该成分点的析晶过程。 59 根据此三元相图画出 LiF-NaF的二元相图示意图。 2007年北京工业大学材料科学 基础真题试卷答案与解析 一、名词解释 1 【正确答案】 ：从一个固溶体中析出另一个固相。 2 【正确答案】 晶体结构中所有对称要素 (含微观对称要素 )的组合所构成的对称群。 3 【正确
7、答案】 不同滑移面上运动的位错在运动中相遇发生位错互相切割的现象。 4 【正确答案】 结晶时由于固相和液相成分再分布而引起的固液界面前方附近液相中产生过冷区，这一现象称为成分过冷。 5 【正确答案】 碳溶于 -Fe中的间隙固溶体。 6 【正确答案】 加热到再结晶温度以上时能使金属材料发生再结晶的最小预变形量。 7 【正确答案】 随塑性变形量增加，多晶体不同晶粒某一晶体学取向趋于一致的现象。 8 【正确答案】 再结晶温度以上变形和再结晶同时进行的现象。 9 【正确答案】 固溶体通过上坡扩散分解成结构均与母相相同、成分不同的两种固溶体的转变。 10 【正确答案】 固态相变时，新相往往沿母相特定原子
8、面形成，这个与新相主平面平行的母相晶面称为惯习面。 二、填空题 11 【正确答案】 对称中心； 12 【正确答案】 对称轴； 13 【正确答案】 对称面； 14 【正确答案】 旋转反伸轴； 15 【正确答案】 旋转反映轴 16 【正确答案】 八面体； 17 【正确答案】 立方体； 18 【正确答案】 四面体 19 【正确答案】 一半； 20 【正确答案】 21 【正确答案】 间隙机制； 22 【正确答案】 填隙机制； 23 【正确答案】 空位机制； 24 【正确答案】 互换机制 25 【正确答案】 刃型； 26 【正确答案】 螺型 27 【正确答案】 物理吸附； 28 【 正确答案】 化学吸附
9、 29 【正确答案】 界面能； 30 【正确答案】 弹性应变能 三、判断题 31 【正确答案】 A 32 【正确答案】 B 33 【正确答案】 B 34 【正确答案】 A 35 【正确答案】 A 36 【正确答案】 B 37 【正确答案】 A 38 【正确答案】 B 39 【正确答案】 B 40 【正确答案】 A 四、计算题 41 【正确答案】 晶粒大小与屈服强度之间的关系满足 Hall-Petch公式，即 s=0+kd-1/2 由等面积圆直径表示晶粒尺寸，即于是代入 s1=70MPa， s2=95MPa 求出 K=0.13MPa?m1/2， o=61.3MPa 故 s=78.3MPa 五、画
10、图题 42 【正确答案】 如图 7-2所示。43 【正确答案】 如图 7-3所示。 44 【正确答案】 结构中，负离子构成 ABAB六方堆积，密排晶面为 (0001)。 45 【正确答案】 Ga和 N之间的键性由电负性差值决定 x=3.07-1.76=1.31 1.7，GaN为共价键 配位数由正负离子半径比决定 R+/R-=0.047/0.148=0.318 0.225 R+/R- 0.414 CN(Ga3+)=4， CN(N3-)=4，配位数合理。 46 【正确答案】 一个 N3-与 4个 Ga3+相联： ，符合静电价规则。 47 【正确答案】 Ga填充的是四面体空隙，填充了负离子空隙的一半
11、。 六、简答题 48 【正确答案】 (1)温度：温度越高，扩散系数越大，扩散速率越快。 (2)晶体结构及固溶体类型：致密度较小的晶体结构中扩散激活能较小，扩散易于进行；对称性较低的晶体结构，扩散系数的各向异性显著；间隙固溶体中的 扩散激活能远小于置换固溶体，扩散容易进行。 (3)第三组元：根据加入的第三组元的性质不同，有的促进扩散，有的阻碍扩散。 (4)晶体缺陷：沿晶界的扩散系数远大于体扩散系数；沿位错管道扩散时扩散激活能较小，因而位错加速扩散。 49 【正确答案】 过饱和固溶体的脱溶过程处理为时效处理。 50 【正确答案】 在过饱和固溶体脱溶过程中，初始形成亚稳态析出相与母相保持共格或半共格
12、界面。如果析出相粒子具有很高强度，将使滑移运动位错发生弯曲并包绕第二相粒子留下位错环，将增加位错线长度，并且第二相粒子及位错环加大对后 续运动位错的阻力，产生第二相强化。如果析出相粒子可发生变形，将产生新的相界面，使析出相与基体相之间共格 (或半共格 )界面遭到破坏；滑移面产生错配，可能使有序排列遭到破坏。综上，宏观产生强化。 51 【正确答案】 通过时效回归处理或重新固溶处理可以使时效强化现象消失。因为伴随着时效回归处理或重新固溶处理沉淀脱溶产生的第二相重新溶人固溶体之中。当沉淀析出相已经为稳定相时，只能采用固溶处理。 52 【正确答案】 将某些金属材料进行变形后加热至某一特定温度以上，变形
13、金属材料形状恢复到变形前的形状，此现象称形状 记忆效应。 53 【正确答案】 根本原因是马氏体转变的无扩散性、共格切变性和可逆转变性。 母相冷却过程中外加应力诱发马氏体相变，利用马氏体相变伪弹性产生宏观变形。加热过程中，当加热温度超过马氏体相变逆转变温度时，伴随热弹性马氏体逆转变，产生形状恢复，完成形状记忆过程。 54 【正确答案】 (1)变形方式不同。滑移过程为晶体一部分相对另一部分的相对滑动，孪生过程为晶体一部分相对另一部分的均匀切变。 (2)发生孪生过程的临界切应力远大于滑移所需临界切应力。 (3)孪生过程改变晶体位相关系。滑移过程不改变 晶体位相关系。 (4)滑移过程可以连续进行而孪生
14、过程不能连续进行。 (5)滑移过程是塑性变形的主要机制，当滑移系处于不利于滑移变形发生时，通过孪生可以改变滑移系与外力的取向，使滑移过程进一步发生。 55 【正确答案】 缺陷方程为 TiTi二氧化钛失氧，生成 Ti3+占据 Ti4+晶格位，有效电荷 -1。 ：氧空位，有效电荷 +2。 Oo：氧仍然占据氧的晶格位。 56 【正确答案】 柏氏矢量等于点阵矢量的位错称为全位错。 面心立方晶体中肖克莱不全位错是由不均匀滑移产生的，它可以是刃型位错，或螺型位错，或混合 位错，可以滑移。 弗兰克不全位错是抽去或插入一层密排面造成的，其柏氏矢量垂直于滑移面，所以，弗兰克不全位错不能滑移，只能攀移。 57 【正确答案】 RbF30mol%、 LiF2Omol%、 NaF50mol%的物料从高温冷却时初始凝固温度为 750 ，液相全部凝固温度 425 。 58 【正确答案】 该成分点的析晶过程为59 【正确答案】 如图 7-4所示。
