2017年沈阳理工大学无机材料科学基础复试实战预测五套卷
● 摘要
一、名词解释
1． 金属键
【答案】金属键是金属正离子与自由电子之间的相互作用所构成的金属原子间的结合力。
2． 置换固溶体
【答案】溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体。当溶剂和溶质原子直径相差不大，一般在15%以内时，易于形成置换固溶体。铜镍二元合金即形成置换固溶体，镍原子可在铜晶格的任意位置替代铜原子。
二、简答题
3． 在铁的晶体中固溶有碳原子和镍原子，问在同一温度下，碳原子和镍原子各以什么机制进行扩散，为什么？其中哪一种原子具有更大的扩散系数，为什么？
【答案】碳原子以间隙扩散机制进行扩散，因为Fe-C 合金为间隙固溶体，碳原子半径比较小，间隙扩散不会引起较大的点阵畸变。
镍原子以空位扩散机制进行扩散，因为Fe-Ni 合金为置换固溶体，镍原子比较大，难以通过间隙机制从一个间隙位置迁移到邻近的间隙位置，因为这种迁移将导致很大的点阵畸变。
碳原子具有更大的扩散系数。因为空位扩散激活能除了需要原子跳跃所需的内能外，还比间隙扩
散増加一项空位形成能。根据
散系数。
4． 简明解释为什么晶格中两个电子可以由吸引作用而形成库柏对。
【答案】电子间通过交换格波声子而产生间接的相互作用，例如波矢为的电子发射一个波矢为?
的声子被散射
到波矢为
子进入波矢为
由kl 散射
到的状态，
第二个电子本来的波矢为吸收了第一个电子发射的声的状态。另一过程是第一个电子吸收一个由第二个电子发射的波矢为的声子而第二个电子则从散射
到按照量子理论，如果能量
差
是声子角频率），则相互作用能为负，即电子间具有净的吸引作用
而形成库柏对。显然，只有在费密面附近的
满足上述条件。
5． 画出一个六方晶胞，并标注出坐标原点和基矢
面。
【答案】如图所示。
第 2 页，共 30 页 所以碳原子具有更大的扩是德拜角频率）范围内的电子才能 然后在晶胞中画出（1212）晶
图
6． 以低碳钢的拉伸曲线为例，运用位错理论说明屈服现象及加工硬化现象。
【答案】低碳钢的屈服是由于低碳钢中的碳是间隙原子，它与铁素体中的位错交互作用形成溶质原子气团，即所谓的柯氏气团。该气团对位错有钉扎作用，只有在较大的应力作用下，位错才能脱离溶质原子的钉扎，表现为应力-应变曲线上的上屈服点。而一旦位错脱钉，继续滑移，就不需要那么大应力了，表现为应力-应变曲线上的下屈服点和水平台阶。当继续变形时，由于位错数量的大大増加，导致应力又出现升高的现象，称为加工硬化现象。这是由于冷变形金属在塑性变形过程中形成大量位错，这些位错部分成为不可动位错，从而导致其对可动位错的阻力增大，引起材料继续变形困难，形成加工硬化或形变强化。
7． 解释名词扩散系数。
【答案】根据菲克第一定律，在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量（称为扩散通量，用J 表示）与该截面处的浓度梯度成正比，也就是说，浓度梯度越大，扩散通量越大，相应的数学表达式为：
式中，D 为扩散系数，
为扩散通量
，为扩散物质（组元）的体积浓度，原子数为浓度梯度；“-”号表示扩散方向为浓度梯度的反方向，即扩散组元由高浓度区向低浓度区扩散；J ，扩散系数是描述扩散速度的重要物理量，它相当于浓度梯度为1时的扩
D 值越大则扩散越快。D 值都是很小的，1000°C 时碳在散通量，对于固态金属中的扩散，例如，
中的扩散系数D 仅为数量级。
8． 何谓n 型半导体？何谓p 型半导体？两者的载流子特征有何不同？
【答案】（1）n 型半导体是指本征半导体Si 或
形成的半导体。
p 型半导体是指在本征半导体Si 或（2）
成的半导体。
（3）n 型半导体的载流子包括施主电子、本征电子及等量的本征空穴，故其电子浓度高于空穴浓
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中加入少量V A 族的P 或As 或Sb 等元素后所或Ga 或In 等元素后所形中加入少量IIIA 族的B 或
度；p 型半导体的载流子包括受主空穴、本征电子及等量的本征空穴，故其空穴浓度也高于电子浓度。
三、计算题
9． 直径为5mm 的单晶铝棒，若在沿棒轴[123]方向加40N 的拉力F 时即开始滑移，求铝在滑移时的临界分切应力。
【答案】单晶铝为FCC 结构，滑移系统为{111}<110>, 利用镜像规则，
知滑移面和滑移方向为
它们与轴夹角分别为
所以临界分切应力
10．Al-Cu-Ni 三元合金相图的500°C 等温截面如图1所示。
（1）在图中标出合
金和
的位置。
（2）分别写出合金A 和合金B 中的平衡相，以及各相的成分点（在图中用字母表示）。（3）分别计算合金A 和合金B 中各平衡相的质量分数（可用字母列式表示）。
图1
【答案】（1）如图2所示。
第 4 页，共 30 页 合
金