2017年郑州轻工业学院材料科学基础(同等学力加试)复试仿真模拟三套题
● 摘要
一、名词解释
1． 晶族
【答案】按晶体含轴次（高于2）的高次轴或反轴的情况可将晶体划分为高、中、低三类晶族。只含唯一一个高次主轴（含反轴）的晶体属于中级晶族，包括三方晶系、四方晶系、六方晶系三种晶系；无高次轴或反轴的晶体属低级晶族，包括三斜晶系、单斜晶系和正交晶系三种晶系；含多个高次轴的晶体属高级晶族，只有立方晶系一种。立方晶系必有与立方体对角线方向对应的4个三重轴或反轴。
2． 中间相
【答案】中间相是指合金中组元之间形成的、与纯组元结构不同的相。在相图的中间区域。
二、简答题
3． 试从结合键的角度，分析工程材料的分类及其特点。
【答案】金属材料：主要以金属键为主，大多数金属强度和硬度较高，塑性较好。陶瓷材料：以共价键和离子键为主，硬、脆，不易变形，熔点高。高分子材料：分子内部以共价键为主，分子间为分子键和氢键为主。复合材料：是以上三中基本材料的人工复合物，结合键种类繁多，性能差异很大。
4． 简述回复再结晶退火时材料组织和性能变化的规律；为何实际生产中常需要再结晶退火？
【答案】（1）回复再结晶时材料组织变化：该退火过程主要分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。在回复阶段，由于发生大角度晶界迁移，所以晶粒的形状和大小与变形态的相同，仍保持着纤维状或扁平状，从光学组织上几乎看不出变化。在再结晶阶段，首先是在畸变度大的趋于产生新的无畸变晶粒核心，然后逐渐消耗周围的变形机体而长大，直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。最后，在表面晶界能的驱动下，新的晶粒互相吞食长大，从而得到在该条件下一个比较稳定的尺寸。
（2）回复再结晶时材料性能变化：在回复阶段，由于金属仍保持很高的位错密度，所以强度和硬度变化很小，但是再结晶后，位错密度显著降低，从而导致强度与硬度明显下降；回复阶段，由于晶体点阵中点缺陷的存在，使电阻明显下降，电阻率明显提高；回复阶段，大部分或全部的宏观内应力可以消除，而微观内应力则只有通过再结晶方可全部消除；回复前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其接近再结晶时，亚晶粒尺寸就显著增大；变形金属的密度在再结晶阶段发生急剧増高。
5． 原子的热运动如何影响扩散？
【答案】热运动增强将使原子的跃迁距离、跃迁几率和跃迁频率均増大，即増大扩散系数。
6． 在元素周期表中，同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点？从左到右或从上到下元素结构有什么区别？它的性质如何递变？
【答案】同一周期元素具有相同原子核外电子层数，但从左一右，核电荷依次增多，原子半径逐渐减小，电离能増加，失电子能力降低，得电子能力增加，金属性减弱，非金属性増强；同一主族元素最外层电子数相同，但从上一下，电子层数增多，原子半径增大，电离能降低，失电子能力增加，得电子能力降低，金属性増加，非金属性降低。
7． 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。
8． 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为交互作用能（eV ）；Q 为mole 交互作用能（J ）, 由于偏聚引起晶界能的变化；R 为气体常数（J/K）；k 为玻尔兹曼常数（eV/K）；T 为绝对温度（K ）。
三、计算题
9． 推导从液相中均匀形核形成奥氏体的临界形核功的表达式。假定奥氏体晶核为球体，球的表面积球的体积的r 为球的半径。
为：
则可得所求的临界形核功的表达式为：
10．根据如图所示，
推导在温度下成分为的合金在 【答案】当过冷液体中出现一个晶胚时，总的自由能变化两相区时，表示两相和L 的相对量（重量）的杠杆定律（图中成分均为重量百分数）。
图
【答案】由题意，
合金在温度下，正处在两相区中，此时两相的成分将由相界线确定，即液相的成分为
数为对应b 点；固相的成分为对应a 点。设形成固相的质量分数为
因此上式两边同时乘以其相对应成分有：
代入上式，得：
可得液相相对量：
同样，可得相相对量：
杠杆定律中L
相和相得计算方法即由上结论推出。
11．试分析在fee 中下述反应能否进行？并指出其中三个位错的性质类型，反应后生成的新位错能否在滑移面上运动？
液相的质量分则由于合金由固相与液相组成，百分比相加必为1，有：
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