2023年研究生类研究生入学考试专业课计算机学科专业综合基础-材料科学基础历年高频考题带答案难题附详解

2023年研究生类研究生入学考试专业课计算机学科专业综合基础-材料科学基础历年高频考题带答案难题附详解（图片大小可自由调整）第1卷一.历年考点试题黑钻版(共50题)1.在晶体的生长过程中，必须要有过冷度存在。2.工业纯铝在室温下经大变形量轧制成带材后，测得室温力学性能为冷加工态的性能。查表得知：工业纯铝的再结晶温度T再=150℃，但若将上述工业纯铝薄带加热至100℃，保温16d后冷至室温再测其强度，发现强度明显降低，请解释其原因。3.铯与氯的离子半径分别为0.167nm，0.181nm，试问：①在氯化铯内离子在＜100＞或＜111＞方向是否相接触?②每个单位晶胞内有几个离子?③各离子的配位数是多少?④ρ和K各为多少?4.如图所示有一位错环，其中A点位错的性质为______，它可作的运动为______，B点位错的性质为______，它可作的运动为______。

5.金属的固态相变与金属的结晶过程基本一样，大多也包括形核和生长两个基本阶段，但在固态相变过程中新、旧两相的比容不同，使系统额外增加了应变能以及由相界面上的原子不匹配而引起的弹性应变能，因此固态相变在许多方面与结晶过程有着显著的差异。试分析固态相变的一般特点。6.假设当电场作用于Cu片上时，Cu原子中电子相对于核子的平均位移为1×10-8。试计算电子极化强度。7.在FCC晶体的(111)面上有一自左向右扫过的Shockley分位错和一正三角形空位片MNO，如图所示，已知为。

1．写出各位错的柏式矢量。

2．判断各位错的性质。

3．指出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区原子在[111]方向的堆垛次序。8.固溶体是一种溶解了杂质组分的非晶态固体。9.根据实际测定lgD与的关系图(见图4-11)，计算单晶体银和多晶体银在低于700℃温度范围的扩散激活能，并说明二者扩散激活能差异的原因。

10.什么是点阵参数？正方晶系和立方晶系的空间点阵特征是什么？画出立方晶系中的晶面。11.点间点阵12.热力学势函数(函数)13.由600℃降至300℃时，Ge晶体中的空位平衡浓度降低了6个数量级，试计算Ge晶体中的空位形成能。14.写出二元系相图中所有可能的三相平衡反应的名称及反应式。15.离子晶体通常借助表面离子的极化变形和重排来降低其表面能，对于下列离子晶体的表面能，最小的是______。A.CaF2B.PbF2C.Pbl2D.BaSO4E.SrSO416.简述晶粒生长与二次再结晶的特点，以及造成二次再结晶的原因和防止二次再结晶的方法。17.简述铸锭的宏观偏析(单考生做)。18.非晶态合金的晶化激活能可用Ozawa作图法，利用在不同的连续加热条件下测得的晶化温度Tx和加热速率a之间存在的线性关系求得，已测得非晶Fe79B16Si5合金预晶化相α-Fe的Tx如下表。求激活能。

19.说明相图中各水平线的相变过程，相变产物及反应条件。20.多晶体塑性变形的特点是______性、______性和______性。21.在等大球体的最紧密堆积中有______和______二种排列方式，前者的堆积方式是______，后者的堆积方式是______。22.临界晶核23.请对比分析加工硬化、细晶强化、弥散强化、复相强化和固溶强化的特点和机理。24.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？25.和均位于FCC铝的(111)晶面上，因此理论上(111)和(111)的滑移均是可能的。

(1)画出(111)晶面及单位滑移矢量和。

(2)比较具有此二滑移矢量的位错的能量。26.A和B元素之间键合中离子特性所占的百分比可近似地用下式表示：

式中xA和xB分别为A和B元素的电负性值。已知Ti，o，In和Sb的电负性分别为1.5，3.5，1.7和1.9，试计算TiO2和InSb的IC(%)。27.为什么金属滑移在最密排面与最密排晶向上进行？28.粘土泥浆的流动属于塑性流动。29.试分析在fcc中，下列位错反应能否进行?并指出其中3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?30.若将一位错线的正向定义为原来的反向，此位错的伯氏矢量是否改变?位错的类型性质是否变化?一个位错环上各点位错类型是否相同?31.柯肯达尔效应32.晶界33.已知GaAs的密度为5.307g/cm3，Ga和As的原子量分别为69.72和74.92，其晶体结构为立方ZnS型，求CaAs的晶胞参数。34.原子中一个电子的空间位置和能量可用哪4个量子数来决定?35.如图所示A-B-C三元系中有两个稳定化合物AmBn和B1Ck，

①画出可能存在的伪二元系。

②如何用简单的实验方法证明哪种伪二元系是正确的?36.扩散第一定律只适合于______条件，第一定律所表达的基本含义是：在______的条件下，只要浓度梯度存在就会有扩散发生，而且扩散通量与浓度梯度成______变化。扩散流动方向是由______浓度向______浓度。37.肖特基缺陷38.标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：①立方晶系(421)，，(130)，，[311]；

②六方晶系。39.再结晶温度40.就Al-Cu合金相图(见下图)，试分析：

(1)什么成分的合金适合压力加工？

(2)对此合金可采用什么方法强化？为什么？

(3)对于wCu=0.04的合金，经80%冷变形后，分别在550℃、300℃退火1小时，试分析其组织有什么不同。

41.Cu的原子数分数为2%的Al-Cu合金先从520℃快速冷却至27℃，并保温3h后，形成平均间距为1.5×10-6cm的G.P.区。已知在027℃时，Cu在Al中的扩散系数D=2.3×10-25cm2/s，假定过程为扩散控制，试估计该合金的空位形成能及淬火空位浓度。42.设运动位错被钉扎以后，其平均间距(ρ为位错密度)，又设Cu单晶已经应变硬化到这种程度，作用在该晶体所产生的分切应力为14MPa，已知G=40GPa，b=0.256nm，计算Cu单晶的位错密度。43.已知某元素原子序数为32，根据原子的电子结构知识，试指出它属于哪个周期?哪个族?并判断其金属性的强弱。44.下图所示为Pb-Sn-Bi相图投影图。问：

(1)写出合金Q(wBi=0.7，wSn=0.2)凝固过程及室温组织。

(2)计算合金室温下组织组成物的相对含量。45.交滑移可以使晶体发生多系滑移。46.固态扩散：A.钢中铁原子的扩散属于自扩散，与浓度梯度无关。B.钢中合金元素的扩散属于异扩散，在不存在化学梯度时，则与浓度梯度有关。C.扩散第一定律只适合于稳态扩散条件，因此用其不能处理钢在渗碳过程中碳的扩散系数的准确测定。D.上坡扩散仅与扩散元素的化学梯度相关，而与浓度梯度无关。E.位错的增殖是通过原子扩散运动实现的。47.面心立方结构间隙固溶体中，溶质原子容易通过四面体间隙进行扩散。48.配位数49.鲍林规则适用于所有的晶体结构。50.假设质量浓度为ρ0的固溶体进行正常凝固，若k0＜1，并用g表示固溶体相的分数，试证明固相平均质量浓度可表达为：

第1卷参考答案一.历年考点试题黑钻版1.参考答案：B2.参考答案：查表所得工业纯铝的再结晶温度T再=150℃是指在1h退火完成再结晶的温度。实际上，除了退火温度外，保温时间也对再结晶过程产生影响。对经大冷变形后的金属材料，即使在T＜T再时进行退火，只要保温时间足够，同样可发生再结晶过程。可用两种方法加以判断：①金相检验；②将已知的T1，t1，t2，Q代入公式，求得T2，将其与100℃比较，即可得知是否发生再结晶。3.参考答案：①CsCl型结构系离子晶体结构中最简单的一种，属立方晶系；简单立方点阵，Pm3m空间群，离子半径之比为，其晶体结构如图13所示。从图中可知，在＜111＞方向离子相接触，＜100＞方向不接触。

②每个晶胞有1个Cs+和1个Cl-。

③配位数均为8。

④

4.参考答案：刃型位错；滑移和攀移；螺型位错；滑移5.参考答案：①相变阻力中多了应变能一项。

②形核方面：非均匀形核为主；具有特定的取向关系；相界面常为共格或半共格的。

③生长方面：具有惯习现象，有特定的组织形态，如片状、针状。

④有亚稳相。6.参考答案：Cu的原子序数为29，所以每个Cu原子中有29个电子。Cu的点阵常数为3.6151因此，

7.参考答案：1．MN、NO、OM位错线的柏式矢量为；EF的柏式矢量为(或者。

2．正三角形MNO是个空位片，所以MN、NO、OM是Frank分位错；EF是Shockley分位错。MN、NO、OM都是刃型位错。当EF柏式矢量为时，是右旋螺型位错；当EF的柏式矢量为，或者时，为混合位错。

3．Ⅰ：

Ⅱ：ABCABCABCABC

Ⅲ：8.参考答案：B9.参考答案：

在700℃时，多晶体银扩散激活能为：

Q1=122.4kJ

(图中的扩散激活能的单位是卡)

单晶体银的扩散激活能为：

Q2=194.5kJ

单晶体的扩散是体扩散，而多晶体存在晶界，由于晶界的“短路”扩散作用，使扩散速率增大，从而扩散激活能较小。10.参考答案：点阵参数是描述点阵单胞几何形状的基本参数，由六个参数组成，即三个边长a、b、c和它们之间的三个夹角α、β、γ。

正方晶系的点阵参数特征是a≠b≠c，α=β=γ=90°。

立方晶系的点阵参数特征是a=b=c，α=β=γ=90°。

立方晶系中(123)的晶面如图所示。

11.参考答案：从晶体结构中找出的一系列等同点，必定在三维空间成周期性重复排列，由一系列在三维空间按周期性重复排列的几何点称为一个空间点阵。12.参考答案：热力学势函数是热力学基本函数的一种组合，热力学势函数也是一种连续的状态函数。13.参考答案：

故

14.参考答案：共晶反应：

共析反应：

偏晶反应：

熔晶反应：

包晶反应：

包析反应：

合晶反应：15.参考答案：C16.参考答案：晶粒生长的特点：晶粒生长是无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。在坯体内晶粒尺寸均匀地生长；晶粒生长时气孔都维持在晶界上或晶界交汇处。

二次再结晶的特点：是少数巨大晶粒在细晶消耗时的一种异常长大过程。是个别晶粒的异常生长；二次再结晶时气孔被包裹到晶粒内部；二次再结晶还与原料粒径有关。

造成二次再结晶的原因：原料粒径不均匀，烧结温度偏高，烧结速率太快。

防止二次再结晶的方法：控制烧结温度、烧结时间，控制原料粒径的均匀性，引入烧结添加剂。17.参考答案：宏观偏析分：正常偏析、反常偏析和比重偏析。

正常偏析：指按合金的分配系数(设ko＜1)先析出的含溶质低，后凝固的含溶质多。因铸锭尺寸大，由表面到中心成分不均匀，偏析出现在宏观尺度上，称宏观偏析。

反常偏析：仍遵守分配系数关系，只是形成大量枝晶后，富集溶质的液相会沿枝晶间的通道逆向反流到先凝固的铸锭表面附近，造成由表面到中心成分分布的反常。

比重偏析：是凝固时，固相与液相比重不同，而沉积或漂浮，从而造成铸锭下端与上端成分的不均匀，也是宏观尺度。18.参考答案：按表中数据作图(见图)，近似于直线，利用最小二乘法拟合出各直线方程为

从直线斜率求得α-Fe预晶化相析出阶段的激活能为(382～407)kJ/mol。

19.参考答案：包晶转变线HJB(1495℃)：LB+δH→γJ，即B点成分的L相与H点成分的δ相，在1495℃反应生成J点成分的γ相。

共晶转变线ECF(1148℃)：LC→γE+Fe3C，即C点成分的液相在1148℃反应生成了由E点成分的γ相和Fe3C组成的莱氏体。

共析转变线PSK(727℃)：γS→αP+Fe3C，即S点成分的γ相在727℃反应生成了由P点成分的α相和Fe3C组成的珠光体。20.参考答案：不等时；协调；不均匀。21.参考答案：立方密堆；六方密堆；ABCABC……；ABAB……22.参考答案：金属液体中形成的半径大于临界半径rk的晶胚，此时晶核能稳定长大，称为临界晶核。23.参考答案：加工硬化：是因塑性变形使位错增殖而导致的强化。

细晶强化：是由于晶粒数量增多，尺寸减小，增大了位错连续滑移的阻力导致的强化；同时由于滑移分散，也使塑性增大。该强化机制是唯一可同时增大强度和塑性的机制。

弥散强化(时效强化)：是由于细小弥散的第二相阻碍位错运动产生的强化。包括切过机制和绕过机制。

复相强化：当第二相的相对含量与基体处于相同数量级时，产生的强化。其强化程度取决于第二相的数量、尺寸、分布、形态等，且如果第二相强度低于基体则可能起不到强化作用。

固溶强化：由于溶质原子对位错运动产生阻碍。包括弹性交互作用(柯氏气团)、电交互作用(玲木气团)和化学交互作用。24.参考答案：固相烧结有蒸发一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；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。25.参考答案：(1)见下图。

(2)

两位错位于同一滑移面，因此G相同，故

26.参考答案：对TiO2：

对InSb：27.参考答案：金属晶体的滑移是在外力的作用下，于原子排列最紧密的晶面和晶向上进行的，这是因为在密排面上原子间距最小，结合力最强，而相邻的两个密排晶面之间距离却最大、结合力最弱。可知在原子排列最紧密的晶面之间进行滑移阻力最小，需要的外力也最小。于是原子排列最紧的晶面和晶向就成了晶体进行滑移的滑移面和滑移方向。28.参考答案：A29.参考答案：位错反应几何条件：

能量条件：

因此位错反应能进行。

对照汤普森四面体，此位错反应相当于

新位错的位错线为的交线位于(001)面上，且系纯刃型位错。由于(001)面系fcc非密排面，故不能运动，系固定位错。30.参考答案：由伯氏矢量回路来确定位错的伯氏矢量方法中得知，此位错的伯氏矢量将反向，但此位错的类型性质不变。根据位错线与伯氏矢量之间的夹角判断，若一个位错环的伯氏矢量垂直于位错环线上各点位错，则该位错环上各点位错性质相同，均为刃位错；但若位错环的伯氏矢量与位错线所在的平面平行，则有的为纯刃型位错，有的为纯螺型位错，有的则为混合型位错；当伯氏矢量与位错环线相交成一定角度时，尽管此位错环上各点均为混合型位错，然而各点的刃型和螺型分量不同。31.参考答案：在置换固溶体中由于两组元的原子以不同速率相对扩散而引起标记面漂移的现象。32.参考答案：在两个晶粒接触区间原子错排的区域。33.参考答案：GaAs晶体结构为立方ZnS型，故晶胞中有4个Ga和4个As。

晶胞重

晶胞体积

晶胞参数34.参考答案：主量子数n、轨道角动量量子数li、磁量子数mi和自旋角动量量子数si。35.参考答案：①如图所示。

②当三元系存在两个以上的稳定化合物时，把三元系简化划分的方法就不止一种，如图所示，在A-B二元系中有一个AmBn稳定的化合物，在B-C二元系中有一个B1Ck稳定的化合物，划分简化三元系时即可按图中实线，也可按图中虚线加上两个化合物的连线划分。但不可能同时存在这两种划分方法，它们是不相容的，只有一种划分方法是真实的。如果两种划分都是可能的话，则在实线和虚线的交点成分可以在一个温度范围存在四相，这是不可能的。至于哪一种方法是正确的，可用简单的方法实际测定。例如对图中的M成分，待它平衡后检验它存在什么相，如果存在AmBn相，则实线是正确的；如果存在B1Ck相，则虚线是正确的。36.参考答案：稳态；=0；正比；高；低37.参考答案：热平衡状态下，离位原子迁移到外表面而形成的空位缺陷。38.参考答案：见图5。

39.参考答案：形变金属在一定时间(一般1h)内刚好完成再结晶的最低温度。40.参考答案：(1)进行压力加工要求合金具有良好的塑性，组织中不应有过多的强化相，因此合金中的合金元素应比较少，一般不超过其最大固溶度。

(2)对Al-Cu合金而言，常用含Cu约4%的合金。该合金固溶处理后处于单相状态，塑性变形能力优良。

(3)提高Al-4%Cu合金的强度有两种方法。其一，固溶+时效处理：将合金加热至单相区，快速冷却，获得过饱和的α固溶体，而后重新加热到一定温度保温，析出细小弥散的θ相，从而获得时效强化。其二，加工硬化