2017年兰州理工大学材料科学与工程学院801材料科学基础之材料科学基础考研导师圈点必考题汇编
● 摘要
一、名词解释
1． 再结晶退火
【答案】再结晶退火是指经过塑性变形的金属，在重新加热过程中，当温度高于再结晶温度后，形成低缺陷密度的新晶粒，使其强度等性能恢复到变形前的水平，但其相结构不变的过程。
2． 晶面族
【答案】晶面族是对称关系（原子排列和分布，面间距）相同只是空间位向不同的各组等同晶面，用{hkl}表示。
3． 科垂尔气团（CottrellAtmosphere ）
【答案】科垂尔气团是溶质原子在刃型位错周围的聚集的现象，这种气团可以阻碍位错运动，产生固溶强化效应等结果。
4． 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。
5． 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。
二、简答题
6． 马氏体相变时的自由焓-成分曲线如图所示。
图 马氏体相变时的自由焓-成分曲线
（1）使用自由焓-成分曲线来说明马氏体转变在
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（2）说明在温度下这一化学驱动力是如何估算的。
成分为x 的合金的M 相的自由焓曲线在Y 相的上面，因而这个温度和成（3）解释为什么在Ms 温度时的马氏体形核驱动力与Fe-C 合金中的碳浓度无关。 【答案】（1）在
在分下奥氏体是稳定的，不可能发生马氏体相变。
温度，成分为x 合金的M 相的自由焓曲线与Y 相的相交，即这个温度下，该成分的马氏体和奥氏体的自由焓相等，因而马氏体相变不具有驱动力。
在T=Ms时，成分为x 的合金的M 相的自由焓曲线在Y 相的下面，所以在热力学上奥氏体不稳定，
Ms 温度的意义是具有足以使马氏体转变发生的驱动力马氏体相变驱动力正比与AB 线段的长度。
的最高温度。
在温度，尽管M 相的自由焓曲线在Y 相的下面，有一定的相变驱动力，但由于马氏体相变会产生很高的应变能，造成很大的相变阻力，这时的驱动力不能克服该相变阻力，马氏体相变仍不能发生。
（2）引起马氏体相变的驱动力可以根据以下公式估算：
该式表明，马氏体相变的驱动力正比于过冷度（TO —Ms ）,
的温度，Ms 是开始形成马氏体的温度。
（3）在Fe-C 系中，和Ms 都随碳含量的增加而下降，降低速度相等并且是线性的。因而对不同碳含量的合金，其保持不变，也就是说驱动力保持不变，所以与碳含量无关。
7． 简述聚合物晶体形态和金属晶体形态的异同。
【答案】聚合物的晶体以各种形式存在，如单晶、球晶、串晶、柱晶和伸直链晶等。
（1）单晶。凡是能够结晶的聚合物，在适当的条件下都可以形成单晶。单晶只能从极稀的聚合物溶液（浓度一般低于0.01%）, 加热到聚合物熔点以上，然后十分缓慢地降温制备。得到的单晶只是几个微米到几百微米大小的薄片状晶体，
但是具有规则外形。单晶的晶片厚度约为
方向的，而聚合物分子链一般有几千条以上，因此认为晶片中分子链是折叠排列的。
（2）球晶。聚合物从浓溶液或熔体冷却时，往往形成球晶一一一种多晶聚集体。依外界条件不同，可以形成树枝晶、多角晶等。球晶可以生长得很大，最大可达到厘米级，用光学显微镜很容易在正交偏振光下观察到球晶呈现的黑十字消光图形。球晶中分子链总是垂直于球晶半径方向。
（3）串晶。在应力作用下的聚合物结晶，一般不一定形成球晶，而是形成纤维状晶体。这种晶体中心为由伸直链构成的微束原纤结构，周围申着许多折叠链片晶。随着应力的增大和伸直链结构增多。其力学强度提高。具有这种结构的制品，由于没有球晶那种散射作用而呈透明状。
（4）柱晶。聚合物熔体在应力作用下冷却结晶时，若是沿应力方向成行地行成晶核，由于晶体生长在应力方向上受到阻碍，不能形成完善的球晶，只能沿垂直于应力方向生长成柱状晶体。
（5）伸直链晶体。聚合物在极高的压力下结晶，可以得到完全由伸直链构成的晶片，称为伸直链晶体。实验发现，在0.5GPa 压力下，200°C 时，让聚乙烯结晶200h , 则得到晶片厚度与分子链长
第 3 页，共 31 页 是奥氏体和马氏体具有相同自由焓且与聚合物的相对分子质量无关，只取决于结晶时的温度和热处理条件。晶片中分子链是垂直于晶面
度相当的晶体，晶体密度为由于伸直链可能人幅度提高材料的力学强度，因此提高制品中伸直链的含量，是使聚合物力学强度接近理论值的一个途径。
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。
9． 纯铁在950°C渗碳，表面浓度达到0.9%C，缓慢冷却后，重新加热到800°C继续渗碳，试列出：（1）达到800°C 时，工件表面到心部的组织分布区域示意图；（2）在800°C 长时间渗碳后（碳气氛为1.5%C）, 工件表面到心部的组织分布区域示意图，并解释组织形成的原因；（3）在800°C 长时间渗碳后缓慢冷却至室温的组织分布区域示意图。[武汉科技大学2009研]
【答案】（1）工件表面到心部的组织分布区域如图1所示。
（2）工件表面到心部的组织分布区域如图2所示:。
图1 图2
800°C 时奥氏体的最大溶解度为0.9%C，表面渗碳体的形成：由于渗碳气氛为1.5%C, 大大超过奥氏
体的溶解度，因此表面将形成渗碳体。原有的奥氏体区在扩散中扩大，原有的二相区将完全消失。这是因为随扩散进行，奥氏体/铁素体边界奥氏体的碳浓度将增加，超过0.4%C不再与铁素体保持平衡。奥氏体中的碳将向铁素体扩散，当铁素体的碳浓度达到0.4%C后及转变为奥氏体。 （3）室温的组织分布区域如图3所示。
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