(西安交通大学)材料科学基础真题2005年

(西安交通大学)材料科学基础真题2005年(总分：145.00，做题时间：90分钟)一、论述题(总题数：7，分数：145.00)1.1．已知密排六方晶体的孪生面为，孪生方向为，在六方晶胞中画出其中的任意一个孪生系统。2．若在面心立方单晶体的方向施加拉伸应力。则：(1)写出晶体的始滑移系统，并表示在立方晶胞中；(2)写出晶体的交滑移系统，以及晶体的双滑移系统。（分数：15.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(1．如图所示。2．(1)(111)，如图所示。(2)交滑移系：；双滑移系：(111)和[110]。)解析：2.三元合金的四相平衡平面如图所示。1．写出该四相反应的名称及反应式。2．写出o合金在稍高于四相平衡平面时的相组成物，并计算各相组成物的相对量。3．写出o合金在稍低于四相平衡平面时的相组成物，并计算各相组成物的相对量。4．合金o在四相反应中生成什么相？计算所生成相在合金中的相对量。（分数：25.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(如图所示。1．四相共晶反应，。2．相组成物：γ+L+α，其中3．相组成物：γ+α+β，其中4．四相反应中的生成相：α+β+γ，其中，)解析：3.假设某纯金属液体按均匀形核方式结晶，晶胚呈边长为a的立方体，晶胚的单位面积表面能为σ，液、固两相单位体积的吉布斯自由能差为ΔGV。1．求临界晶核边长a*的表达式。2．求临界晶核形成功ΔG*的表达式。3．证明关系式，其中A*为临界晶核的表面积。（分数：25.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(1．形核时的自由能变化为ΔG=VΔGV+Aσ=a3ΔGV+6a2σ令得临界晶核边长2．3．由上式可见A*σ=3ΔG*故)解析：4.何谓成分过冷？用成分过冷理论解释合金的铸造性能(流动性、缩孔的分布特征)与其相图中液/固相线间垂直距离的关系。（分数：20.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(在合金的凝固过程中，虽然实际温度分布一定，但由于液体中溶质分布发生变化，使液/固界面前沿的液体处于过冷状态，这种由液体成分变化与实际温度分布两个因素共同决定的过冷，称为成分过冷。合金的铸造性能(流动性、缩孔的分布特征)与其相图中液/固相线间垂直距离的大小有关。垂直距离越大，则合金的流动性越差，缩孑L越易呈分散分布。成分过冷的条件为：，其中，G为液/固界面前沿液体中的实际温度梯度，R为液/固界面推移的速度，D为溶质原子在液相中的扩散系数，m为合金相图中液相线的斜率，C0为合金的成分，k0为合金的平衡分配系数。可以证明，上式中的就是C0合金在其相图中液/固相线间的垂直距离。显然，液/固相线间的垂直距离越大，合金的成分过冷倾向就越大，液/固界面越倾向于树枝状生长，这阻碍了合金熔液的流动性，也使树枝状晶的枝间处因得不到补缩而形成分散缩孔。)解析：5.Co-Sb平衡相图如图所示。1．写出图中1118℃、≈1065℃、936℃、874C、629℃、422℃、≈377cC水平线的名称。2．写出图中固态单相的相结构类型，并写出其中化合物的化学式。3．写出wSb=90%的合金在200℃时的平衡相，并计算相组成物的相对量。4．写出wSb=90%的合金在200℃时的平衡组织，并计算组织组成物的相对量。（分数：30.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(1．1118℃：共晶反应线。≈1065℃：磁性转变线。936℃：包晶反应线。8740℃：包晶反应线。629℃：共晶反应线。422℃：同素异构(多晶型)转变线。≈377℃：有序一无序转变线。2．(εCo)、(αCo)、(Sb)皆为置换固溶体。β：CoSb。γ和γ′：CoSb2。δ：CoSb3。3．平衡相：δ+(Sb)，其中，4．平衡组织：δ先+(δ+(Sb))共晶，其中)解析：6.1．结合σ-ε曲线，说明退火态低碳钢的屈服现象和应变时效现象。2．用位错理论解释上述现象。（分数：15.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(1．要点：退火态低碳钢的屈服现象表现为，在σ-ε曲线上出现上、下屈服点和屈服平台；应变时效现象表现为，拉伸塑性伸长卸载后，若立即拉伸，σ-ε曲线上不出现上、下屈服点和屈服平台，若卸载后在200℃左右退火后再拉伸，则σ-ε曲线上又出现上、下屈服点和屈服平台，且屈服应力有所提高。2．要点：退火态低碳钢中的固溶碳原子形成柯氏气团，对位错起“钉扎”作用。当位错受力增大而“脱钉”时，外力突然减小，形成上、下屈服点和屈服平台。拉伸塑性伸长卸载后，位错已经“脱钉”，立即拉伸时，不会形成上、下屈服点和屈服平台。若卸载后退火，“脱钉”的位错重新被“钉扎”，再拉伸时又会形成上、下屈服点和屈服平台，且由于此时位错密度增加，故屈服应力有所提高。)解析：7.何谓本征半导体？何谓掺杂半导体？二者的载流子及费米能级有何不同？（分数：15.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(高纯度的不掺有杂质的半导体称本征半导体。在本征半导体中有意加入少量的杂质元素形成的半导体称掺杂半导体，掺杂元素是周期表中ⅤA族的为n型半导体，掺杂元素是周期表中ⅢA族的为p型半导体。本征半导体的载流子是导带中的电子和价带中的空穴，且电子数与空穴数相等。掺杂半导体的载流子虽然也是导带中的电子和价带中的空穴，但电子数与空穴数却不相等，n型半导体中的电子数多于空穴数，p型半导体中的空穴数多于电子数。本征半导体的费米能级位于禁带的中央，而掺杂半导体的费米能级却不位于禁带的中央，n型半导体的费米能级相对于禁带中央上移，p型半导体的费米能级相对于禁带中央下移。)解析：