2017年四川大学空天科学与工程学院848材料科学基础之材料科学基础考研导师圈点必考题汇编
● 摘要
一、填空题
1． 常见的高分子材料晶态模型有_____、_____和_____三种。
【答案】缨状微束模型；折叠链模型；插线板模型
2． _____器件是应用了材料在较高温度下具有较多的电子进入导带这一现象。
【答案】热敏电阻
3． 液态金属材料凝固条件有_____、和_____。
【答案】结构起伏；能量起伏；浓度起伏
4． 上坡扩散是指_____。扩散的驱动力是_____。
【答案】由低浓度向高浓度方向的扩散；化学势的改变
5． 置换固溶体中，溶质的溶解度大小与_____、_____、_____、等因素有关。
【答案】晶体结构；原子尺寸因素；电负性因素；原子价因素
6． 如果只有光子提供能量，在磷化镓（GaP ）中能引起光电导的光的波长最长可为_____nm（GaP 的带隙为2.3eV ）, 这种波长的光是否可见光？_____。
【答案】540; 是
二、简答题
7． 根据图1所示铁碳亚稳平衡相图和你所学所有知识，回答下列问题：
图1
（1）分析氢、氮、碳、硼在中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。已知元
素的原子半径如下：氣0.046nm , 氮0.071nm ，碳0.077nm ，硼0.091nm ，
（2）标注相图中平衡反应的成分及温度，写出平衡反应式。
（3）分析的铁碳合金平衡凝固到室温过程的组织变化。
（4）指出相的晶体结构、密排方向、密排面、致密度、配位数、晶胞中原子数和通常情况下的滑移系；画出其中一个滑移系，并标明指数。
（5）结合你所学的有关知识，说明如何提高Fe-C 合金的强度。
（6）
（7）
图；渗碳在【答案】（1）:的铁碳合金在拉伸中，一种情况是在拉伸出现塑性变形后去载，立即再加载；另的铁碳合金制作成齿轮，对齿轮气体渗碳强化。画出钢在渗碳后的组织分布示意中进行而不在中进行，即渗碳温度选择要高于温度，为什么？渗碳温度，四面体间隙半径
：中一般会溶入八面体间隙中心，形成间隙一种情况是去载后时效再加载。试解释前者无屈服现象后者有屈服现象的原因。 高于1100°C 会出现什么问题？ 为FCC 结构，八面体间隙半径。可见氢、氮、碳原子在
固溶体，固溶度较小；
硼在
也可以形成置换固溶体
（2）图1中平衡反应成分、温度和反应式如下（三条水平线，从上到下）：
B 、H 和J 点成分分别为：
C 、E 点和
，S 、P 点和成分分别为：
成分分别为：
（3）合金平衡凝固到室温过程的组织变化为：
（4）为FCC 结构，其密排方向、密排面、致密度、配位数、晶胞中原子数分别为<110>、{111}、0.74、12和4；通常情况下的滑移系为{111}<110>, 其中一个滑移系为（111）.
所示。
，指数如图2：中一般也是位于八面体间隙中心，形成间隙固溶体，但是有时
图2
（5）提高Fe-C 合金的强度方法有多种，主要有加工硬化、微合金强化、固溶强化、细化晶粒强
化、热处理强化（马氏体相变强化等）。
（6）合金中由于C 原子与Fe 的弹性交互作用，形成称柯氏气团，柯氏气团与位错的交互作用导致合金出现屈服现象，在拉伸出现塑性变形后去载，立即再加载是已经克服了柯氏气团对位错的阻碍，立即再加载不会重新出现屈服现象，而卸载后时效再加载会使溶质原子重新聚集形成与位错的新的交互作用，从而使合金再次出现屈服现象。
（7）合金齿轮渗碳后的组织分布示意图如图3所示。 渗碳在温度范围中（A3温度以上）进行而不在温度范围中进行的主要原因是，温度较高，渗碳速度可以较快，同时在温度范围中进行渗碳，可以得到较大的含碳量，但是渗碳温度高于ll00°C 会导致基体合金晶粒粗大，力学性能下降，同时对渗碳设备也会提出更高要求。
图3
8． 点缺陷（如间隙原子或代位原子）和线缺陷（如位错）为何会发生交互作用？这种交互作用如何影响力学性能？
【答案】（1）发生交互作用的原因：
①在晶体中，点缺陷会引起晶格畸变，产生内应力，形成应力场；点缺陷的应力场与位错的应力场会发生交互作用，其结果是通过点缺陷运动而使点缺陷相位错形成特定的分布，从而使体系的自由能达到较低状态；
②柯垂尔提出了溶质原子与位错之间的交互作用，在间隙固溶体中，由于间隙原子的半径比晶体间隙的半径大，与位错进行弹性交互作用，结果间隙原子将在位错附近聚集，形成小原子集团，称为柯垂尔气团。柯垂尔气团的存在，使位错运动困难，这是因为位错只有从气团中挣脱或者抱着气团一起前进才能继续运动，这需要外力作更多的功，这就是固溶强化效应；
③而空位通常被吸引到刃型位错的压缩区，或消失在刃型位错线上，使位错线产生割阶，空位与位错在一定条件下可互相转化。
（2）由刃型位错的应力场可知，在滑移面以上，位错中心区域为压应力，而滑移面以下的区域为拉应力，若有间隙原子C ，N 或比溶剂原子尺寸大的置换溶质原子存在就会与位错交互作用偏聚于刃型位错的下方，以抵消部分或全部的张应力，从而使位错的弹性应变能降低，当位错处于能量较低状态时，位错趋于稳定，不易运动，即对位错形成钉扎作用，位错要运动就必须在更大应力作用下才能挣脱柯垂尔气团的钉扎作用而移动，这就形成上下屈服点。
9． 指出合金强化的四种主要机制，解释强化原因。
【答案】（1）合金强化的四种主要机制为固溶强化、沉淀强化和弥散强化、晶界强化、有序强化。