2017年四川大学建筑与环境学院848材料科学基础之材料科学基础考研题库
● 摘要
一、填空题
1． 在扩散系数的热力学关系中，果使溶质_____。
【答案】浓度趋于均匀化；发生偏聚
2． 空间群为Fm3m 的晶体结构属于_____晶族，_____晶系。
【答案】尚级；兑方
3． 置换固溶体的溶解度与原子尺寸因素、_____、电子浓度因素和_____有关。
【答案】电负性；晶体结构
4． 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
5． 点缺陷的平衡浓度随_____的升高而增大。
【答案】温度
6． 在均一的液相中靠自身的结构起伏和能量起伏等条件形成晶核的方式称为_____形核。
【答案】均匀
称为扩散系数的热力学因子。在非理想混合体系中：
当扩散系数的热力学因子>0时，扩散结果使溶质_____；当扩散系数的热力学因子<0时，扩散结
二、简答题
7． （1）写出固体热导率的定义和公式。 （2）指出传导热流的元激发。
（3）指出在低温和高温下热导率对温度的依赖关系，并描述在这两个区间内的主要物理过程。 【答案】（1）固体热导率的定义为：单位温度梯度所引起的热量流密度，即
式中的系数k ，在非金属固体热导率的表示式为
式中，c 为固体热容；
为声子的平均速度；1为声子的平均自由程。
（2）传导热流的元激发为声子。
（3）对于金属，
其热导率通常由晶格热导率
献）两部分所组成，即
（由声子贡献）及电子热导率
（由自由电子贡
式中，
以典型值代入后得
因此，典型金属的热导率主要由自由电子贡献，即
式中，le 为电子平均自由程，依赖于电子-声子散射过程。所以
式中，
为温度为T 时的平均声子数。
是杂质密度）与t 无关，所以
在高温区：在低温区：
在极低温区：声子数很少，主要是杂质散射，
8． 写出立方晶系中<110>和<123>晶向族所包含的所有晶向。 【答案】
共6个晶向。
共24个晶向。
9． 扩散的机制及影响因素。
【答案】（1）扩散机制主要由空位机制、间隙机制、换位机制。
（2）凡是与化学位有关的因素，均对扩散有影响：①温度的影响。温度越高，原子扩散系数越大；②扩散组元的影响。组元特性：固溶体中组元尺寸相差越大，扩散系数越大；组元间亲和力越大，扩散系数越小；组元熔点越高，扩散系数越小。组元浓度，通过扩散激活能和扩散常数影响扩散系数。第三组元，其影响比较复杂；③晶体结构的影响，体现在：密堆结构的扩散比非密堆结构中慢；间隙式扩散较置换式扩散快；各向异性时，沿原子密排的方向扩散慢，非密排的方向扩散快；④短路扩散。表面扩散系数远大于晶界扩散系数，两者又远大于体扩散系数。
10．定性比较陶瓷材料、金属材料、高分子材料的弹性模量的高低，并从材料中结合键的角度分析存在差异的原因。
【答案】（1）三类材料中，陶瓷材料的弹性模量最大，金属材料的弹性模量次之，高分子材料的弹性模最小。
（2）原因：材料弹性模量的大小取决于材料中结合键的强弱。①陶瓷材料由很强的离子键或共价键结合，故其弹性模量很大；②金属材料由较弱的金属键结合，故其弹性模量较小；③高分子材
料分子链中为很强的共价键，但分子链间由很弱的二次键结合，故其弹性模量很小。
11．请根据相图分析回答下列问题： （1）请分析2.0wt%C合金平衡状态下的结晶过程，并说明室温下的相组成和组织组成。 （2）请分析2.0wt%C合金在较快冷却，即不平衡状态下，可能发生的结晶过程，并说明室温下组织会发生什么变化。
（3）假设将一无限长纯铁棒置于930°C 渗碳气氛下长期保温，碳原子仅由棒顶端渗入（如图1，试分析并标出930°C 和缓冷至室温时的组织分布情况（绘制在答题纸上）所示）。 【答案】⑴相组成：甚至不析出。
组织组成：
的析出将受到抑制，
（2）根据冷速不同，可能出现共晶反应，得到Ld ；得到的P 层片细小；
图1
（3）如图2所示。
图2
12．画出Fe-C 相图，标明Fe-C 相图中各点的温度和含碳量。 【答案】Fe-C 相图如图1。