（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统。

2．若在面心立方单晶体的方向施加拉伸应力。则：

，孪生方向为，在六方晶胞中画出其中的任意一个孪生系(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) (2)交滑移系：双滑移系：(111)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，。 ； 和[110]。)

，如图所示。

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

（分数：25.00）

__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(1．形核时的自由能变化为 ΔG=VΔGV+Aσ=aΔGV+6aσ 令 3

2*

*

，其中A为临界晶核的表面积。

*

得临界晶核边长2． **

3．由上式可见Aσ=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

) 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

先

+(δ+(Sb))共晶，其中

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：