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一、名词解释

1． 相图

【答案】金属及其他工程材料的性能决定于其内部的组织、结构，金属等材料的组织又由基本的相所组成。由一个相所组成的组织叫单相组织，两个或两个以上的相组成的叫两相或多相组织。相图就是用来表示材料相的状态和温度及成分关系的综合图形，其所表示的相的状态是平衡状态。

2． 热塑性和热固性高分子材料

【答案】高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶黏剂和高分子基复合材料等。高分子材料按其性能可分为热塑性和热固性高分子材料，其中，热塑性高分子材料可溶、可熔；热固性高分子材料不溶、不熔。利用加热和溶解的方法可将热固性和热塑性材料分辨出来，常用的识别高分子材料的简便方法有经验法、燃烧法、溶解法、仪器分析法等。

二、简答题

3． 简单立方晶体中，若位错线方向为[001]，试说明该位错属于什么类型的位错？

【答案】因位错线方向与柏氏矢量方向垂直，因此该位错为刃位错。

4． 试说明在正温度梯度下为什么固溶体合金凝固时可以呈树枝状方式成长，而纯金属则得不到树枝状晶。

【答案】由于溶质原子再分配造成成分过冷，使固溶体合金正温度梯度下凝固时也可以呈树枝状方式成长；而纯金属则需要在负温度梯度下才能得到树枝状晶。

5． 欧盟于2006年7月1日开始正式执行的RoHS 指令（现已成为法令）要求禁止哪些有害物质? 其最高允许含量分别是多少? 替代有铅钎料的主要钎料系统有哪些?

【答案

】

Polybrominated ，0.1%）、多溴二苯醚（PBDE ，Polybrominated Diphenyl Ether，0.1%）。替代有铅钎料的主要有：系统。

6． 写出晶界偏聚公式，说明公式中各物理量的含义及单位。

【答案】晶界偏聚公式

式中，

；浓度）分别为晶界浓度和晶粒中心浓度（两者同单位即可，可以使用质量百分浓度或体积；Q 为mole 交互作用能（J ）, 由于偏聚引起晶界能的变化；R 为为交互作用能（eV ）

；k 为玻尔兹曼常数（eV/K）；T 为绝对温度（K ）气体常数（J/K）。

7． 分别叙述下列组图中的图1（b ）、（c ）、（d ）中三条曲线的物理意义，并在此基础上说明形成成分过冷的条件。

图1

【答案】图1（b ）中，曲线表示边界层附近的温度分布；图1（c ）中，曲线表示边界层中的浓度分布；图1（d ）中，曲线表示边界层中的熔点随距离变化的曲线。如果图1（b ）、（d ）中的曲线相交时则会有成分过冷，即当边界层中温度梯度与边液相实际温度即界层浓度分布曲线相切时，是成分过冷的临界条件。如图2阴影部分区域可以发生成分过冷，当温度分布曲线斜率小于切线斜率时则有成分过冷。

图2

8． 解释施主态、受主态和受主能级。

【答案】非晶态半导体与晶态相比较，其中存在大量的缺陷。这些缺陷在禁带之中引入一系列局域能级，它们对非晶态半导体的电学和光学性质有着重要的影响。四面体键非晶态半导体和硫系

玻璃，这两类非晶态半导体的缺陷有着显著的差别。

非晶硅中的缺陷主要是空位、微空洞。硅原子外层有四个价电子，正常情况应与近邻的四个桂原子形成四个共价键。存在有空位和微空洞使得有些硅原子周围四个近邻原子不足，而产生一些悬挂键，在中性悬挂键上有一个未成键的电子。

悬挂键还有两种可能的带电状态：释放未成键的电子成为正电中心，这是施主态；接受第二个电子成为负电中心，这是受主态。它们对应的能级在禁带之中，一个能级不被电子占据时呈中性，被电子占据时带负电，则被称为受主能级。一个能级被电子占据时呈中性，不被电子占据时带正电，则被称为施主能级。

半导体掺施主或受主杂质时会在禁带内引入杂质能级。施主杂质引入施主能级，受主杂质引入受主能级。因为受主态表示悬挂键上有两个电子占据的情况，两个电子间的库仑排斥作用，使得受主能级位置高于施主能级，称为正相关能。施主能级重要分布于高于费米能级的能带，受主能级重要分布于低于费米能级的能带。

三、计算题

9． 根据图1所示A-B 二元共晶相图（共晶温度为500°C ）:

图1

（1）将含B=10wt（重量）％的合金进行定向凝固，定量给出结晶初始瞬间的晶体中B 组元的浓度和稳态结晶前沿的液相浓度。并给出稳态结晶条件下液相所对应的最高和最低液相线温度值。 （2）计算共晶成分的合金中两相的重量比。

这系统相对于发生成分过冷的临界温（3）已知凝固速度R=lcm/h，扩散系数为

大于还是小于这个临界值。

（4）在一般锭子凝固条件下，在5=25wt%合金的室温组织，可以观察到晶界上有少量相，这是否是平衡组织？图示并解释该组织产生的原因。

【答案】（1）假设液相线和固相线均为直线，从图2可知的液相初始结晶时晶体中应含（10%）/2=5%B。在稳态结晶时结晶前沿成分为合金成分的固相平衡，所以液相成分为含（10%）X2=20%B。从图2得知，对应60%液相线上温度下降400°C 。所以, B 每上升10%，温度下降66.6°C ，即 度梯度应是多少？为了保持液-固界面在整个凝固过程中处于平直状态，真实系统的温度梯度应该

液相中最高浓度20%和最低浓度10%分别对应的温度为：