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一、简答题

1． 在立方晶胞内画出

【答案】如图所示。

晶面，以及晶向。

图

2． 比较大角度晶界能与表面能的大小，并分析其原因。

【答案】大角度晶界能：断键以及临近层原子键变化产生的能量；表面能：原子键变化产生的能量。

一般来说，表面能大于大角度晶界能，面缺陷表面能是指金属与真空或气体、液体等外部介质相接触的界面，界面上的原子会同时受到晶体内部自身原子和外部介质原子和分子的作用力，而内部原子对外界面原子的作用力显然大于外部原子或分子的作用力，表面原子就会偏离其正常平衡位置，并牵连到邻近的几层原子，造成表面层产生较大的晶格畸变，即表面原子的结合键断开，产生较高的能量。

而大角度晶界是晶体内部相邻晶粒相差在l0°C 以上，部分原子的结合键发生变化而并未断开，引起的晶格畸变较小，故能量较低。

3． 试写出原子序数为11的钠与原子序数为20的钙原子的电子排列方式。

【答案】钠原子的原子序数为11，有11个电子。电子首先进入能量最低的第一壳层，它只有s 态一个亚壳层，可容纳2个电子，电子状态计作

个和6个电子，电子状态计作

排列为：然后逐渐填入能量较高的2s 、2p , 分别容纳2第11个电子进入第三壳层的s 态。所以，钠原子的电子钙原子有20个电子，填入第一壳层和第一壳层电子的状态与钠原子相似。当电子填入第三壳层s 态和p 态后仍有2个剩余电子。因为4s 态能量低于3d 态，所以这两个剩余电子不是填入3d 态，而是进入新的外壳层上的4s 态。所以，钙原子的电子排列为

：

4． 在室温下对铁板（其熔点为1538°C ）和锡板（其溶点为232°C ）分别进行来回弯折，随着弯折的进行，各会发生什么现象？为什么？

【答案】由可知，在室温下，Fe 加工为冷加工，Sn 加工为热加工。随着对其进行来回弯折，铁板发生加工硬化，塑性下降很快，硬度及脆性很大，随着继续变形，最终导致铁板断裂；Sn 板属于热加工，不会发生加工硬化的现象，但由于热加工会产生动态再结晶，会出现加工流线及带状组织，使材料的力学性能呈现各向异性，顺纤维的方向较垂直于纤维方向具有较高的力学性能，经过长时间弯折会变得弯曲。

5． 论述位错的运动方式、条件及其对材料变形的影响。

【答案】（1）运动方式。刃型位错：滑移，攀移；螺型位错：滑移和交滑移。

（2）条件。滑移需要临界切应力，启动单个位错滑移的力为力。攀移运动需要正应力和高温作用。只有螺型位错才能发生交滑移，层错能的大小对交滑移的影响很明显，层错能越高，则扩展层错越窄，位错越容易束集而发生交滑移。

（3）位错滑移和交滑移是材料主要的塑性变形方式，只有在高温和高正应力作用时才能发生正刃型位错的攀移。

6． 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。

7． 有错误的A-B 二元系平衡相图如图（a ）所示。

（1）在改动量最少的前提下改正图中的错误。

（2）说明错误的理由。

【答案】（1）经改正的相图如图（b ）所示。

（2）根据相律及相区接触法则，原图中有4处错误：

①e 、d 两点应重合。因为对组元A ，它相当于一元系，

由度为零，温度不变；

②kin 线应该水平。既然有三个两相区及三个单相区与之相接，它就应该是一个三相平衡区，故为一条水平线；

③与fghij 线相接的应是三个而不是四个单相区；

④水平线cb 应是三相平衡（包晶反应）线。

两相平衡（同素异构转变）时，自

a ）有错误的；b ）经改正的

图A-B 二元平衡相图

8 设在简单立方晶体中有一个位于滑移面ABCD 上的位错环abed , 其柏氏矢量b ．、所受切应力如图1所示，回答下列问题：

（1）指出位错环abed 中各段位错线的类型。

（2）画出位错环abed 移出晶体后晶体所产生的滑移量及所产生变形的方向。

图

【答案】（1）位错线ab 和位错线cd 的方向矢量都和其柏氏矢量b 垂直，故它们属于刃型位错；而位错线be 和位错线da 的方向矢量都和其柏氏矢量b 平行，故它们属于螺型位错。

（2）位错环abed 全部移出晶体后，晶体会产生宽度为一个柏氏矢量的滑移量，所产生变形的方向与切应力t 的方向一致，如图2所示。