2008-2009学年第二学期材料科学基础2试题及答案.

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1、成绩西安交通大学考试题课程材料科学基础Ⅱ学院材料科学与工程考试日期2009年4月29日专业班号材料61、62、63、材料（硕）61√姓名学号期中期末一、（共20分）在927℃对20钢齿轮进行气体渗碳，控制炉内渗碳气氛使工件表面碳含量。假定碳在该温度时的扩散系数。如果将工件中碳含量处至表面的距离定义为渗碳层深度，试计算：1.（12分）渗碳层深度达0.5mm所需的渗碳时间；2.（8分）渗碳层深度达1mm所需的渗碳时间。第1页二、（共20分）在某面心立方金属单晶体试块的上、下底面施加压应力进行压缩试验，已知该试块的上、下底面均平行于晶体的（123）晶面。1.(4

2、分)写出该试块中的始滑移系；2.(4分)始滑移系开动后，晶体将发生转动。写出压缩轴相对于晶体转动的路径；3.(4分)写出晶体转动停止后晶体中的滑移系；4.(4分)若始滑移系开动后晶体发生交滑移，写出可能的交滑移系；5.(4分)若试验测得晶体的屈服强度为，计算该晶体滑移的临界切应力。三、（20分）Al-4%Cu合金固溶处理后，在150℃时效时其屈服强度随时间的变化如下图所示。试用强化理论定性解释该曲线。四、（共20分）将纯铜棒用孔径不同的拉丝模经过数道冷拉才能达到最终所需的丝径，在每两道冷拉之间需要进行再结晶退火。1.（4分）已知纯铜的熔点为1084.87℃

3、，计算其再结晶退火的最低温度；2.（8分）分别画出再结晶退火前后铜丝纵剖面的金相组织示意图；3.（8分）定性比较再结晶退火前后铜丝的强度和塑性的变化，并分析其原因。五、（共20分）针对p型半导体回答下列问题1.（4分）何谓p型半导体；2.（6分）示意画出p型半导体的电导率随温度的变化曲线；3.（10分）定性解释上述曲线。第2页西安交通大学本科生课程考试试题标准答案与评分标准课程名称：材料科学基础2课时：32考试时间：2009年4月29日一、（共20分）1.（12分）根据渗碳方程：（2分）得已知：则，（2分）由误差函数表查得：（2分）差分可得：（2分）即，（

4、2分）则，（2分）故，所需的渗碳时间约为2.05小时2.（8分）已知：由（4分）第1页可得：（4分）故，所需的渗碳时间约为8.20小时二、（共20分）1.（4分）始滑移系：（4分）2.(4分)晶体转动的路径：（4分）3.（4分）滑移系为：（1分）（1分）（1分）（1分）4.(4分)可能的交滑移系：（4分）5.(4分)（1分）（1分）（1分）（1分）三、（20分）时效开始后，随着GP区开始形成，过饱和固溶体的溶解度下降，故强度逐渐第2页降低；（2分）随GP区不断沉淀，它与母相共格，位错切过GP区时阻力会增大，故随时效时间增长及GP区体积分数增加，应力会不断增

5、高；（4分）随GP区尺寸长大，它会转变为相，也与母相共格，位错切过GP区时阻力会增大，故应力仍会不断增高；（4分）当相长大并转变为相时，它与母相半共格，位错不再能切过相粒子而是绕过粒子，由于相的体积分数不再增加，但伴随粒子尺寸的增大粒子的平均间距L在不断增大，这使得位错绕过粒子的应力不断减小；（4分）随相粒子的长大，它会转变为稳定的相粒子，与母相不共格，位错仍然只能绕过粒子，且随相粒子的平均间距L的不断增大，应力进一步降低。（4分）由上可见，当相转变为相时，屈服强度达到极大值，对应着位错从切过机制向绕过机制转变。因此，一定温度下时效时，合适的时效时间会达到

6、最佳的强化效果。（2分）四（20分）1.（4分）再结晶退火温度：（2分）（1分）（1分）2.（8分）再结晶退火前的组织再结晶退火后的组织（各4分）第3页3.（8分）再结晶退火前，强度较高，而塑性较低。这是由于冷拉过程中的塑性变形，使晶粒沿变形方向拉长，位错密度大大增高，材料发生了加工硬化。（4分）再结晶退火后，强度大大降低，而塑性大大提高。这是由于再结晶过程中，通过回复及再结晶晶核的形成和长大，拉长的晶粒被等轴状的晶粒所代替，新的晶粒中的位错密度大大降低，材料的加工硬化被消除。（4分）五、（20分）1.（4分）P型半导体：在本征半导体中加入少量ⅢA族元素如

7、B、Al、Ca、In时，由于它们只有三个价电子，要代替四价的硅或锗形成四个共价键就必须从其他共价键上夺取一个电子，而在一些被夺取了电子的地方就留下了空穴。这种类型的半导体称为P型半导体。（4分）2.（6分）电导率随温度的变化曲线如下图所示。（6分）第4页3.（10分）当温度较低时，由于掺杂空穴的能隙远小于本征电子的能隙，这时只有掺杂的空穴能够被激发到导带，且被激发到导带的空穴数量随温度升高越来越多，故电导率随温度升高而增大；（3分）当温度升高到少量的空穴全部被激发时，称为空位耗竭，但本征电子尚不能被激发，只有被激发到导带的空穴对电导率有贡献，故电导率不随温

8、度升高而变化，呈现一个常数；（4分）温度继续升高到某一个值时，本征