2017年长春大学理学院材料科学基础复试实战预测五套卷
● 摘要
一、名词解释
1． 过冷度
【答案】过冷度是指相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生相转变，平衡相变温度与该实际转变温度之差称过冷度。
2． 上坡扩散
【答案】上坡扩散是指原子从低浓度向高浓度处的扩散，扩散的驱动力是化学位梯度。
二、简答题
3． 对于固体材料将其晶粒细化后其力学性能会有何种变化? 解释原因。并回答对于铸件能否采用再结晶的方法细化晶粒，为什么？
【答案】固体材料将其晶粒细化后，会出现细晶强化的现象，即材料的强度、硬度、塑性、韧性同时提高。这是因为：由于晶粒细小，可供塞积位错的滑移面较短，塞积位错的数目较少，由位错塞积引起的应力集中分散于各个晶粒中，使其屈服强度升高。
另一方面，由于晶粒细小，在相同的外力作用下，处于滑移有利方向的晶粒数较多，应力分散在各晶粒中，即使在受到大的塑性变形时，仍然保持其较好的性能，而不致开裂，从而提高材料的軔性。
对于金属铸件则不能采用再结晶的方法细化晶粒，这是因为：一方面再结晶过程需要在一定的形变基础上，由储存能提供一定的能量进行晶粒的重新形核、长大，铸件没有进行过形变。另一方面，由于再结晶温度过低，铸件也不可能通过重结晶相变细化晶粒。
4． 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。
5． 如图所示，为测出的钍在不同温度下以不同方式扩散时扩散系数与温度的关系，从该实验数据图中能得出哪些信息？
图
【答案】（1）由图知，横坐标为温度的倒数
纵坐标为扩散系数D 。
（2）表面扩散速度是三者中最快的，其次是晶界扩散，再次是晶内扩散。
（3）随温度升高，三者的扩散速度都加快。同时晶内扩散的增长速率较大，晶界扩散的增长速率其次，表面扩散的增长速率最慢。
（4）扩散系数£>与温度r 是指数关系，
即该图是
对数处理的结果；利用直线关
系可求常数和激活能
6． 扩散第一定律的应用条件是什么？对于浓度梯度随时间变化的情况，能否应用用扩散第一定律？
【答案】扩散第一定律应用条件为稳态扩散，即质量浓度不随时间而变化。非稳态扩散情况下通常也可应用扩散第一定律，但必须进行修正使之大致符合直线的情况下才可使用。
7． 判断下列物质的主要结合键
*离子键的相对比值可参考公式：
式中，
分别为A 、B 元素的电负性。以下为相关元素的电负性值：
表
【答案】
8． 原子的结合键有哪几种？各有什么特点？ 【答案】原子的结合键有.
（1）离子键。其特点是：正负离子相互吸引；键合很强，无饱和性，无方向性；熔点、硬度高，固态不导电，导热性差。
（2）共价键。其特点是：相邻原子通过共用电子对结合；键合强，有饱和性，有方向性；熔点、硬度高，不导电，导热性有好有差。
（3）金属键。其特点是：金属TH 离子与自由电子相互吸引；键合较强，无饱和件，无方向件；熔点、硬度有高有低，导热导电性好。
（4）分子键。其特点是：分子或分子团显弱电性，相互吸引；键合很弱，无方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性差。
（5）氢键。其特点是：类似分子键，但氢原子起关键作用；键合弱，有方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性好。
三、计算题
9． 证明成分过冷区中的最大过冷度
可表示为
而成分过冷区的宽度
可表示为
式中，
是相图中
成分合金的结晶温度间隔；R 是液-固界面的推移速度；G 是液-固界面前
的差值，即
沿液体中的实际温度梯度；D 是溶质原子在液体中的扩散系数。
【答案】成分过冷区中的过冷度AT 可表示为液体的实际温度T 与其理论凝固温度
由图知
由式
知
故
液体的温度可表示为
故
由式
知
故