2017年西北工业大学航空学院832材料科学基础之材料科学基础考研强化模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 示意画出n 型半导体电导率随温度的变化曲线，并用能带理论定性解释上述曲线。
【答案】（1）如图所示。
图
（2）n 型半导体中的载流子包括掺杂的施主电子及本征半导体固有的电子和空穴，但施主电子跃迁所需克服的能垒小于本征电子和空穴跃迁所需克服的能垒
①温度较低时，本征电子和空穴的热激活跃迀几率很小，而施主电子跃迁几率较大且随温度升高而呈指数增大，此时电导率主要由掺杂的施主电子提供。
②当施主电子全部跃迁或称耗竭，而本征电子和空穴的热激活跃迁几率仍然很小，载流子浓度几乎不随温度升高而变化，电导率几乎为常数。
③温度进一步升高，本征电子和空穴的热激活跃迁几率明显呈指数增大，电导率也随之呈指数增大。
2． 试述针对工业纯铝、Al-5%Cu合金、
来进行强化。
【答案】（1）对工业纯铝主要的强化机制为加工硬化、细晶强化；
（2）Al-5%Cu合金的强化机制为固溶强化、沉淀强化、加工硬化、细晶强化；
（3）复合材料的强化机制为加工硬化、细晶强化、弥散强化。
3． 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。
第 2 页，共 50 页 复合材料分别可能采用哪些主要的强化机制
4． 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。
5． 固相烧结与液相烧结的主要传质方式？固相烧结与液相烧结之间有何相同与不同之处？
【答案】（1）固相烧结有蒸发-凝聚传质和扩散传质；液相烧结有流动传质和溶解. 沉淀传质； （2）相同点：①烧结推动力，②烧结过程；
不同点：①烧结速率，②致密化过程，③影响因素。
6． 分析M 点的析晶路程（表明液、固相组成点的变化，并在液相变化的路径中注明各阶段的相变化和自由度数）。
【答案】液相：
固相：
7． 典型的金属（如铁）和典型的非金属（如硅，石墨）在液相中单独生长时的形貌差异是什么？
，前者是外形均匀的等轴晶或枝晶，后【答案】因两者分别是粗糙型（铁）和光滑型界面（硅等）
者为规则多边形、有棱角的形状。
8． 金属材料、陶瓷材料及高分子材料各是以何种机制导热的？
【答案】金属材料主要靠自由电子导热；陶瓷材料主要靠声子导热；高分子材料主要靠分子导热。
9． —个的螺位错在（111）面上运动。若在运动过程中遇到障碍物而发生交滑移，请写出交滑移系统。
【答案】所有包含螺位错方向的面都是滑移面，对于FCC 晶体滑移面（111）来说，只有（111）
与
包含I 故若发生交滑移，一定是从（111）面到面。
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10．何谓n 型半导体？何谓p 型半导体？两者的载流子特征有何不同？
【答案】（1）n 型半导体是指本征半导体Si 或
成的半导体。
p 型半导体是指在本征半导体Si 或（2）
成的半导体。
（3）n 型半导体的载流子包括施主电子、本征电子及等量的本征空穴，故其电子浓度高于空穴浓度；p 型半导体的载流子包括受主空穴、本征电子及等量的本征空穴，故其空穴浓度也高于电子浓度。
11．液态金属在结晶时如何细化晶粒？
【答案】常用的方法有：
（1）增加过冷度。可以增加结晶的驱动力，
降低临界形核功
增加形核率；
（2）变质处理。烧注前加入形核剂，利用异质形核来细化晶粒；
（3）机械（或电磁）振动、搅拌。
总之，增加形核率，降低长大速度，就可以细化晶粒。
12．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。
减小临界晶核半径中加入少量IIIA 族的B 或或Ga 或In 等元素后所形中加入少量V A 族的P 或As 或Sb 等元素后所形
二、计算题
13．已知材料凝固时为均匀形核，其单位体积吉布斯自由能为由能变化为
（1）临界晶核变长
第 4 页，共 50 页 单位面积面能为体系总自假设形成的晶胚为边长为a 的立方体。求：
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