2023年研究生類研究生入學考試專業(yè)課計算機學科專業(yè)綜合基礎(chǔ)-材料科學基礎(chǔ)歷年高頻考題帶答案難題附詳解

2023年研究生類研究生入學考試專業(yè)課計算機學科專業(yè)綜合基礎(chǔ)-材料科學基礎(chǔ)歷年高頻考題帶答案難題附詳解（圖片大小可自由調(diào)整）第1卷一.歷年考點試題黑鉆版(共50題)1.在晶體的生長過程中，必須要有過冷度存在。2.工業(yè)純鋁在室溫下經(jīng)大變形量軋制成帶材后，測得室溫力學性能為冷加工態(tài)的性能。查表得知：工業(yè)純鋁的再結(jié)晶溫度T再=150℃，但若將上述工業(yè)純鋁薄帶加熱至100℃，保溫16d后冷至室溫再測其強度，發(fā)現(xiàn)強度明顯降低，請解釋其原因。3.銫與氯的離子半徑分別為0.167nm，0.181nm，試問：①在氯化銫內(nèi)離子在＜100＞或＜111＞方向是否相接觸?②每個單位晶胞內(nèi)有幾個離子?③各離子的配位數(shù)是多少?④ρ和K各為多少?4.如圖所示有一位錯環(huán)，其中A點位錯的性質(zhì)為______，它可作的運動為______，B點位錯的性質(zhì)為______，它可作的運動為______。

5.金屬的固態(tài)相變與金屬的結(jié)晶過程基本一樣，大多也包括形核和生長兩個基本階段，但在固態(tài)相變過程中新、舊兩相的比容不同，使系統(tǒng)額外增加了應變能以及由相界面上的原子不匹配而引起的彈性應變能，因此固態(tài)相變在許多方面與結(jié)晶過程有著顯著的差異。試分析固態(tài)相變的一般特點。6.假設(shè)當電場作用于Cu片上時，Cu原子中電子相對于核子的平均位移為1×10-8。試計算電子極化強度。7.在FCC晶體的(111)面上有一自左向右掃過的Shockley分位錯和一正三角形空位片MNO，如圖所示，已知為。

1．寫出各位錯的柏式矢量。

2．判斷各位錯的性質(zhì)。

3．指出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)原子在[111]方向的堆垛次序。8.固溶體是一種溶解了雜質(zhì)組分的非晶態(tài)固體。9.根據(jù)實際測定lgD與的關(guān)系圖(見圖4-11)，計算單晶體銀和多晶體銀在低于700℃溫度范圍的擴散激活能，并說明二者擴散激活能差異的原因。

10.什么是點陣參數(shù)？正方晶系和立方晶系的空間點陣特征是什么？畫出立方晶系中的晶面。11.點間點陣12.熱力學勢函數(shù)(函數(shù))13.由600℃降至300℃時，Ge晶體中的空位平衡濃度降低了6個數(shù)量級，試計算Ge晶體中的空位形成能。14.寫出二元系相圖中所有可能的三相平衡反應的名稱及反應式。15.離子晶體通常借助表面離子的極化變形和重排來降低其表面能，對于下列離子晶體的表面能，最小的是______。A.CaF2B.PbF2C.Pbl2D.BaSO4E.SrSO416.簡述晶粒生長與二次再結(jié)晶的特點，以及造成二次再結(jié)晶的原因和防止二次再結(jié)晶的方法。17.簡述鑄錠的宏觀偏析(單考生做)。18.非晶態(tài)合金的晶化激活能可用Ozawa作圖法，利用在不同的連續(xù)加熱條件下測得的晶化溫度Tx和加熱速率a之間存在的線性關(guān)系求得，已測得非晶Fe79B16Si5合金預晶化相α-Fe的Tx如下表。求激活能。

19.說明相圖中各水平線的相變過程，相變產(chǎn)物及反應條件。20.多晶體塑性變形的特點是______性、______性和______性。21.在等大球體的最緊密堆積中有______和______二種排列方式，前者的堆積方式是______，后者的堆積方式是______。22.臨界晶核23.請對比分析加工硬化、細晶強化、彌散強化、復相強化和固溶強化的特點和機理。24.固相燒結(jié)與液相燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式？固相燒結(jié)與液相燒結(jié)之間有何相同與不同之處？25.和均位于FCC鋁的(111)晶面上，因此理論上(111)和(111)的滑移均是可能的。

(1)畫出(111)晶面及單位滑移矢量和。

(2)比較具有此二滑移矢量的位錯的能量。26.A和B元素之間鍵合中離子特性所占的百分比可近似地用下式表示：

式中xA和xB分別為A和B元素的電負性值。已知Ti，o，In和Sb的電負性分別為1.5，3.5，1.7和1.9，試計算TiO2和InSb的IC(%)。27.為什么金屬滑移在最密排面與最密排晶向上進行？28.粘土泥漿的流動屬于塑性流動。29.試分析在fcc中，下列位錯反應能否進行?并指出其中3個位錯的性質(zhì)類型?反應后生成的新位錯能否在滑移面上運動?30.若將一位錯線的正向定義為原來的反向，此位錯的伯氏矢量是否改變?位錯的類型性質(zhì)是否變化?一個位錯環(huán)上各點位錯類型是否相同?31.柯肯達爾效應32.晶界33.已知GaAs的密度為5.307g/cm3，Ga和As的原子量分別為69.72和74.92，其晶體結(jié)構(gòu)為立方ZnS型，求CaAs的晶胞參數(shù)。34.原子中一個電子的空間位置和能量可用哪4個量子數(shù)來決定?35.如圖所示A-B-C三元系中有兩個穩(wěn)定化合物AmBn和B1Ck，

①畫出可能存在的偽二元系。

②如何用簡單的實驗方法證明哪種偽二元系是正確的?36.擴散第一定律只適合于______條件，第一定律所表達的基本含義是：在______的條件下，只要濃度梯度存在就會有擴散發(fā)生，而且擴散通量與濃度梯度成______變化。擴散流動方向是由______濃度向______濃度。37.肖特基缺陷38.標出具有下列密勒指數(shù)的晶面和晶向：①立方晶系(421)，，(130)，，[311]；

②六方晶系。39.再結(jié)晶溫度40.就Al-Cu合金相圖(見下圖)，試分析：

(1)什么成分的合金適合壓力加工？

(2)對此合金可采用什么方法強化？為什么？

(3)對于wCu=0.04的合金，經(jīng)80%冷變形后，分別在550℃、300℃退火1小時，試分析其組織有什么不同。

41.Cu的原子數(shù)分數(shù)為2%的Al-Cu合金先從520℃快速冷卻至27℃，并保溫3h后，形成平均間距為1.5×10-6cm的G.P.區(qū)。已知在027℃時，Cu在Al中的擴散系數(shù)D=2.3×10-25cm2/s，假定過程為擴散控制，試估計該合金的空位形成能及淬火空位濃度。42.設(shè)運動位錯被釘扎以后，其平均間距(ρ為位錯密度)，又設(shè)Cu單晶已經(jīng)應變硬化到這種程度，作用在該晶體所產(chǎn)生的分切應力為14MPa，已知G=40GPa，b=0.256nm，計算Cu單晶的位錯密度。43.已知某元素原子序數(shù)為32，根據(jù)原子的電子結(jié)構(gòu)知識，試指出它屬于哪個周期?哪個族?并判斷其金屬性的強弱。44.下圖所示為Pb-Sn-Bi相圖投影圖。問：

(1)寫出合金Q(wBi=0.7，wSn=0.2)凝固過程及室溫組織。

(2)計算合金室溫下組織組成物的相對含量。45.交滑移可以使晶體發(fā)生多系滑移。46.固態(tài)擴散：A.鋼中鐵原子的擴散屬于自擴散，與濃度梯度無關(guān)。B.鋼中合金元素的擴散屬于異擴散，在不存在化學梯度時，則與濃度梯度有關(guān)。C.擴散第一定律只適合于穩(wěn)態(tài)擴散條件，因此用其不能處理鋼在滲碳過程中碳的擴散系數(shù)的準確測定。D.上坡擴散僅與擴散元素的化學梯度相關(guān)，而與濃度梯度無關(guān)。E.位錯的增殖是通過原子擴散運動實現(xiàn)的。47.面心立方結(jié)構(gòu)間隙固溶體中，溶質(zhì)原子容易通過四面體間隙進行擴散。48.配位數(shù)49.鮑林規(guī)則適用于所有的晶體結(jié)構(gòu)。50.假設(shè)質(zhì)量濃度為ρ0的固溶體進行正常凝固，若k0＜1，并用g表示固溶體相的分數(shù)，試證明固相平均質(zhì)量濃度可表達為：

第1卷參考答案一.歷年考點試題黑鉆版1.參考答案：B2.參考答案：查表所得工業(yè)純鋁的再結(jié)晶溫度T再=150℃是指在1h退火完成再結(jié)晶的溫度。實際上，除了退火溫度外，保溫時間也對再結(jié)晶過程產(chǎn)生影響。對經(jīng)大冷變形后的金屬材料，即使在T＜T再時進行退火，只要保溫時間足夠，同樣可發(fā)生再結(jié)晶過程?？捎脙煞N方法加以判斷：①金相檢驗；②將已知的T1，t1，t2，Q代入公式，求得T2，將其與100℃比較，即可得知是否發(fā)生再結(jié)晶。3.參考答案：①CsCl型結(jié)構(gòu)系離子晶體結(jié)構(gòu)中最簡單的一種，屬立方晶系；簡單立方點陣，Pm3m空間群，離子半徑之比為，其晶體結(jié)構(gòu)如圖13所示。從圖中可知，在＜111＞方向離子相接觸，＜100＞方向不接觸。

②每個晶胞有1個Cs+和1個Cl-。

③配位數(shù)均為8。

④

4.參考答案：刃型位錯；滑移和攀移；螺型位錯；滑移5.參考答案：①相變阻力中多了應變能一項。

②形核方面：非均勻形核為主；具有特定的取向關(guān)系；相界面常為共格或半共格的。

③生長方面：具有慣習現(xiàn)象，有特定的組織形態(tài)，如片狀、針狀。

④有亞穩(wěn)相。6.參考答案：Cu的原子序數(shù)為29，所以每個Cu原子中有29個電子。Cu的點陣常數(shù)為3.6151因此，

7.參考答案：1．MN、NO、OM位錯線的柏式矢量為；EF的柏式矢量為(或者。

2．正三角形MNO是個空位片，所以MN、NO、OM是Frank分位錯；EF是Shockley分位錯。MN、NO、OM都是刃型位錯。當EF柏式矢量為時，是右旋螺型位錯；當EF的柏式矢量為，或者時，為混合位錯。

3．Ⅰ：

Ⅱ：ABCABCABCABC

Ⅲ：8.參考答案：B9.參考答案：

在700℃時，多晶體銀擴散激活能為：

Q1=122.4kJ

(圖中的擴散激活能的單位是卡)

單晶體銀的擴散激活能為：

Q2=194.5kJ

單晶體的擴散是體擴散，而多晶體存在晶界，由于晶界的“短路”擴散作用，使擴散速率增大，從而擴散激活能較小。10.參考答案：點陣參數(shù)是描述點陣單胞幾何形狀的基本參數(shù)，由六個參數(shù)組成，即三個邊長a、b、c和它們之間的三個夾角α、β、γ。

正方晶系的點陣參數(shù)特征是a≠b≠c，α=β=γ=90°。

立方晶系的點陣參數(shù)特征是a=b=c，α=β=γ=90°。

立方晶系中(123)的晶面如圖所示。

11.參考答案：從晶體結(jié)構(gòu)中找出的一系列等同點，必定在三維空間成周期性重復排列，由一系列在三維空間按周期性重復排列的幾何點稱為一個空間點陣。12.參考答案：熱力學勢函數(shù)是熱力學基本函數(shù)的一種組合，熱力學勢函數(shù)也是一種連續(xù)的狀態(tài)函數(shù)。13.參考答案：

故

14.參考答案：共晶反應：

共析反應：

偏晶反應：

熔晶反應：

包晶反應：

包析反應：

合晶反應：15.參考答案：C16.參考答案：晶粒生長的特點：晶粒生長是無應變的材料在熱處理時，平均晶粒尺寸在不改變其分布的情況下，連續(xù)增大的過程。在坯體內(nèi)晶粒尺寸均勻地生長；晶粒生長時氣孔都維持在晶界上或晶界交匯處。

二次再結(jié)晶的特點：是少數(shù)巨大晶粒在細晶消耗時的一種異常長大過程。是個別晶粒的異常生長；二次再結(jié)晶時氣孔被包裹到晶粒內(nèi)部；二次再結(jié)晶還與原料粒徑有關(guān)。

造成二次再結(jié)晶的原因：原料粒徑不均勻，燒結(jié)溫度偏高，燒結(jié)速率太快。

防止二次再結(jié)晶的方法：控制燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間，控制原料粒徑的均勻性，引入燒結(jié)添加劑。17.參考答案：宏觀偏析分：正常偏析、反常偏析和比重偏析。

正常偏析：指按合金的分配系數(shù)(設(shè)ko＜1)先析出的含溶質(zhì)低，后凝固的含溶質(zhì)多。因鑄錠尺寸大，由表面到中心成分不均勻，偏析出現(xiàn)在宏觀尺度上，稱宏觀偏析。

反常偏析：仍遵守分配系數(shù)關(guān)系，只是形成大量枝晶后，富集溶質(zhì)的液相會沿枝晶間的通道逆向反流到先凝固的鑄錠表面附近，造成由表面到中心成分分布的反常。

比重偏析：是凝固時，固相與液相比重不同，而沉積或漂浮，從而造成鑄錠下端與上端成分的不均勻，也是宏觀尺度。18.參考答案：按表中數(shù)據(jù)作圖(見圖)，近似于直線，利用最小二乘法擬合出各直線方程為

從直線斜率求得α-Fe預晶化相析出階段的激活能為(382～407)kJ/mol。

19.參考答案：包晶轉(zhuǎn)變線HJB(1495℃)：LB+δH→γJ，即B點成分的L相與H點成分的δ相，在1495℃反應生成J點成分的γ相。

共晶轉(zhuǎn)變線ECF(1148℃)：LC→γE+Fe3C，即C點成分的液相在1148℃反應生成了由E點成分的γ相和Fe3C組成的萊氏體。

共析轉(zhuǎn)變線PSK(727℃)：γS→αP+Fe3C，即S點成分的γ相在727℃反應生成了由P點成分的α相和Fe3C組成的珠光體。20.參考答案：不等時；協(xié)調(diào)；不均勻。21.參考答案：立方密堆；六方密堆；ABCABC……；ABAB……22.參考答案：金屬液體中形成的半徑大于臨界半徑rk的晶胚，此時晶核能穩(wěn)定長大，稱為臨界晶核。23.參考答案：加工硬化：是因塑性變形使位錯增殖而導致的強化。

細晶強化：是由于晶粒數(shù)量增多，尺寸減小，增大了位錯連續(xù)滑移的阻力導致的強化；同時由于滑移分散，也使塑性增大。該強化機制是唯一可同時增大強度和塑性的機制。

彌散強化(時效強化)：是由于細小彌散的第二相阻礙位錯運動產(chǎn)生的強化。包括切過機制和繞過機制。

復相強化：當?shù)诙嗟南鄬颗c基體處于相同數(shù)量級時，產(chǎn)生的強化。其強化程度取決于第二相的數(shù)量、尺寸、分布、形態(tài)等，且如果第二相強度低于基體則可能起不到強化作用。

固溶強化：由于溶質(zhì)原子對位錯運動產(chǎn)生阻礙。包括彈性交互作用(柯氏氣團)、電交互作用(玲木氣團)和化學交互作用。24.參考答案：固相燒結(jié)有蒸發(fā)一凝聚傳質(zhì)和擴散傳質(zhì)；液相燒結(jié)有流動傳質(zhì)和溶解。沉淀傳質(zhì)；相同點：①燒結(jié)推動力，②燒結(jié)過程；不同點：①燒結(jié)速率，②致密化過程，③影響因素。25.參考答案：(1)見下圖。

(2)

兩位錯位于同一滑移面，因此G相同，故

26.參考答案：對TiO2：

對InSb：27.參考答案：金屬晶體的滑移是在外力的作用下，于原子排列最緊密的晶面和晶向上進行的，這是因為在密排面上原子間距最小，結(jié)合力最強，而相鄰的兩個密排晶面之間距離卻最大、結(jié)合力最弱?？芍谠优帕凶罹o密的晶面之間進行滑移阻力最小，需要的外力也最小。于是原子排列最緊的晶面和晶向就成了晶體進行滑移的滑移面和滑移方向。28.參考答案：A29.參考答案：位錯反應幾何條件：

能量條件：

因此位錯反應能進行。

對照湯普森四面體，此位錯反應相當于

新位錯的位錯線為的交線位于(001)面上，且系純?nèi)行臀诲e。由于(001)面系fcc非密排面，故不能運動，系固定位錯。30.參考答案：由伯氏矢量回路來確定位錯的伯氏矢量方法中得知，此位錯的伯氏矢量將反向，但此位錯的類型性質(zhì)不變。根據(jù)位錯線與伯氏矢量之間的夾角判斷，若一個位錯環(huán)的伯氏矢量垂直于位錯環(huán)線上各點位錯，則該位錯環(huán)上各點位錯性質(zhì)相同，均為刃位錯；但若位錯環(huán)的伯氏矢量與位錯線所在的平面平行，則有的為純?nèi)行臀诲e，有的為純螺型位錯，有的則為混合型位錯；當伯氏矢量與位錯環(huán)線相交成一定角度時，盡管此位錯環(huán)上各點均為混合型位錯，然而各點的刃型和螺型分量不同。31.參考答案：在置換固溶體中由于兩組元的原子以不同速率相對擴散而引起標記面漂移的現(xiàn)象。32.參考答案：在兩個晶粒接觸區(qū)間原子錯排的區(qū)域。33.參考答案：GaAs晶體結(jié)構(gòu)為立方ZnS型，故晶胞中有4個Ga和4個As。

晶胞重

晶胞體積

晶胞參數(shù)34.參考答案：主量子數(shù)n、軌道角動量量子數(shù)li、磁量子數(shù)mi和自旋角動量量子數(shù)si。35.參考答案：①如圖所示。

②當三元系存在兩個以上的穩(wěn)定化合物時，把三元系簡化劃分的方法就不止一種，如圖所示，在A-B二元系中有一個AmBn穩(wěn)定的化合物，在B-C二元系中有一個B1Ck穩(wěn)定的化合物，劃分簡化三元系時即可按圖中實線，也可按圖中虛線加上兩個化合物的連線劃分。但不可能同時存在這兩種劃分方法，它們是不相容的，只有一種劃分方法是真實的。如果兩種劃分都是可能的話，則在實線和虛線的交點成分可以在一個溫度范圍存在四相，這是不可能的。至于哪一種方法是正確的，可用簡單的方法實際測定。例如對圖中的M成分，待它平衡后檢驗它存在什么相，如果存在AmBn相，則實線是正確的；如果存在B1Ck相，則虛線是正確的。36.參考答案：穩(wěn)態(tài)；=0；正比；高；低37.參考答案：熱平衡狀態(tài)下，離位原子遷移到外表面而形成的空位缺陷。38.參考答案：見圖5。

39.參考答案：形變金屬在一定時間(一般1h)內(nèi)剛好完成再結(jié)晶的最低溫度。40.參考答案：(1)進行壓力加工要求合金具有良好的塑性，組織中不應有過多的強化相，因此合金中的合金元素應比較少，一般不超過其最大固溶度。

(2)對Al-Cu合金而言，常用含Cu約4%的合金。該合金固溶處理后處于單相狀態(tài)，塑性變形能力優(yōu)良。

(3)提高Al-4%Cu合金的強度有兩種方法。其一，固溶+時效處理：將合金加熱至單相區(qū)，快速冷卻，獲得過飽和的α固溶體，而后重新加熱到一定溫度保溫，析出細小彌散的θ相，從而獲得時效強化。其二，加工硬化