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发信人: doomsday (自强不息 厚德载物), 信区: material
标  题: [合集] 2007年材料科学基础一期末考试
发信站: BBS 听涛站 (Thu Jan 24 10:26:57 2008), 站内

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   labixiaojiu (袁谋人) 于  (Wed Jan  9 12:17:19 2008)  提到:

《材料科学基础（1）》试卷及参考答案
2007年1月10日

一、（共40分，每小题5分）
1. 指出下面四个图中A、B、C、D所代表的晶向和晶面

 

2. 写出镍（Ni，FCC）晶体中面间距为0.1246nm的晶面族指数。镍的点阵常数为0.3524nm。

3. 根据位错反应必须满足的条件，判断下列位错反应在FCC中能否进行，并确定无外力作用时的反应方向：
（1） 
（2） 
（3） 

4. 指出下列材料所属的点阵类型。
γ-Fe            ；碱金属            ；Mg            ；Cu            ；
NaCl            ；贵金属            ；金刚石            ；Cr            。

5. 在FCC、BCC和HCP晶胞中分别画出任一个四面体间隙；并指出其中心的坐标：
FCC                ；BCC                ；HCP                ；
每个晶胞中的八面体间隙数量为：
FCC               个；BCC              个；HCP             个。
    

6. 体心单斜是不是一种独立的布拉菲点阵，请说明理由。

7. GaAs和GaN分别为闪锌矿和纤锌矿结构，请分别画出二者的一个晶胞。

8. 由600℃降至300℃时，锗晶体中的空位平衡浓度降低了六个数量级。试计算锗晶体中的空位形成能（波尔兹曼常熟κ＝8.617×10－5eV/K）

二、（15分）有一单晶铝棒，棒轴为 ，今沿棒轴方向拉伸，请分析：
（1）初始滑移系统；
（2）双滑移系统
（3）开始双滑移时的切变量γ；
（4）滑移过程中的转动规律和转轴；
（5）试棒的最终取向（假定试棒在达到稳定取向前不断裂）。

三、（10分）如图所示，某晶体滑移面上有一柏氏矢量为 的圆环形位错环，并受到一均匀切应力τ的作用。
（1）分析各段位错线受力情况，并在图上标示受力方向；
（2）在τ作用下，若要使该位错环在晶体中稳定不动，其最小半径为多大？
（提示：位错线张力T＝αGb2）

 
四、（15分）有一面心立方晶体，在 面滑移的柏氏矢量为 的右螺型位错，与在 面上滑移的柏氏矢量为 的另一右螺型位错相遇于此两滑移面交线并形成一个新的全位错。
（1）求生成全位错的柏氏矢量和位错线方向。
（2）说明新生成的全位错属哪类位错？该位错能否滑移？为什么？
（3）若沿 晶向施加大小为17.2MPa的拉应力，试计算该新生全位错单位长度的受力大小，并说明方向（设晶格常数为a＝0.2nm）。

五、（10分）一根多晶Zn（ ）棒和一根多晶镁（ ）棒受压缩变形，分析二者的变形特征，比较二者的塑性。（提示：从分析滑移和孪生入手）

六、（10分）工业纯铁在927℃下渗碳，设工件表面很快达到渗碳饱和（1.3％的碳），然后保持不变，同时碳原子不断向工件内部扩散。求渗碳10h后渗碳层中碳浓度分布的表达式。



【参考答案】
一、
1. 
（1）A：   B：   C：   D： 
（2）A：   B：   C： 
（3）A：   B：   C： 
（4）A：   B：   C： 

2. 解：
由 得
   
∴晶面族指数为{220}

3. 解：
（1）可以，向右进行
（2）不可以
（3）可以，向左进行


4. 
γ-Fe      FCC    ；碱金属      BCC     ；Mg  简立方      ；Cu    FCC    ；
NaCl      FCC   ；贵金属       FCC     ；金刚石  FCC       ；Cr   BCC   。

5. 在FCC、BCC和HCP晶胞中分别画出任一个四面体间隙；并指出其中心的坐标：
FCC   ； BCC ； HCP ；
每个晶胞中的八面体间隙数量为：
FCC       4      个；BCC     6      个；HCP      6     个。

6. 不是。其与底心单斜是同一类点阵。

7. 
 

8. 解：
由 
得 
∴Q＝1.985 eV








二、解：
 
（1）FCC滑移系统为 
根据映象规则，初始滑移系统为 
（2）单滑移时试样轴应转向 
转轴为 
（3）双滑移系统为 
（4） 
令 ， ， ，     得：
 
∴ ， 
得 ， ， 
双滑移时轴一方面转向 ，轴为 ；一方面转向 ，转轴为 。故合成转轴为 。晶体不再改变取向，而被拉长。
（5）最终取向即为 。

三、解：
（1）位错线受力方向如图，位于位错线所在平面，且于位错垂直。
 

(2) 
∴ 


四、解：
（1）由于位错线为两滑移面交线，故：
 
柏氏矢量 
（2）位错线与柏氏矢量既不平行，也不垂直，为混合型位错。
 ，该位错滑移面为 。
（3） 
 
由Schmid定律，作用在新生位错滑移面上滑移方向的分切应力为：
 MPa
∴作用在单位长度位错线上的力为：
 N/m
方向为垂直于位错线方向 ，指向滑移区。

五、解：
多晶体压缩滑移转动，（0001）转向压缩面，产生织构。继续压缩，滑移越来越难。
对于Zn：由于c/a＝1.86，位于锐角区，宏观压力方向与微观孪生变形相适应，故可发生孪生。孪生之后改变位向可继续滑移，反复进行，故表现出较好的塑性。
对于Mg：由于c/a＝1.62，压力轴位于钝角区，宏观压力方向与微观孪生变形相反，故不可发生孪生。因此表现出较差的塑性。

六、解：
由 
10h＝3600s， ， ， cm2/s，代入上式得：
 

∴ 





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   Oceanus (The heart of Ocean) 于  (Wed Jan  9 14:37:21 2008)  提到:

wokao
【 在 labixiaojiu (袁谋人) 的大作中提到: 】
: 《材料科学基础（1）》试卷及参考答案
: 2007年1月10日
: 一、（共40分，每小题5分）
: ...................



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   vickyyj (There can be miracles) 于  (Wed Jan  9 16:39:00 2008)  提到:

百年不变...

【 在 labixiaojiu (袁谋人) 的大作中提到: 】
: 《材料科学基础（1）》试卷及参考答案
: 2007年1月10日
: 一、（共40分，每小题5分）
: ...................



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   feier (生如夏花之绚烂) 于  (Wed Jan  9 17:03:35 2008)  提到:

太强悍了

【 在 labixiaojiu (袁谋人) 的大作中提到: 】
: 《材料科学基础（1）》试卷及参考答案
: 2007年1月10日
: 一、（共40分，每小题5分）
: ...................



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   Shiki (姬守之死神|推土機|殺人貴) 于  (Wed Jan  9 17:09:55 2008)  提到:

万年不变的题型啊，还是田老爷子出题？
【 在 labixiaojiu (袁谋人) 的大作中提到: 】
: 《材料科学基础（1）》试卷及参考答案
: 2007年1月10日
: 一、（共40分，每小题5分）
: ...................



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   rennina (萱草忘忧※bless尽快收到I-20) 于  (Wed Jan  9 18:29:22 2008)  提到:

不是吧。。

【 在 labixiaojiu (袁谋人) 的大作中提到: 】
: 《材料科学基础（1）》试卷及参考答案
: 2007年1月10日
: 一、（共40分，每小题5分）
: ...................



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   labixiaojiu (袁谋人) 于  (Wed Jan  9 18:38:02 2008)  提到:

还是田爷爷，不过今年变了点
貌似田爷爷更加重视计算和概念了
呵呵
o(∩_∩)o
【 在 Shiki (姬守之死神|推土機|殺人貴) 的大作中提到: 】
: 万年不变的题型啊，还是田老爷子出题？



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   labixiaojiu (袁谋人) 于  (Wed Jan  9 18:41:31 2008)  提到:

2008年一题
已知在900℃时对一批（500个）铁工件成功渗碳需要10h，此温度下铁为FCC晶体。如果渗碳炉在900℃时运行一小时需要耗费$1000，在1000℃时运行一小时需要耗费$1500，试问，将渗碳温度提高至1000℃是否更加节省？还有其他一些什么因素是必须考虑的？
解： 
假设可以使用菲克第二定律的结论公式
 
注意到，由于只改变热处理的时间和温度，所以Dt应该为常数。
要在1000℃下获得900℃时同样的渗碳处理需满足：
D1273t1273＝D1173t1173
又，碳在FCC铁中的扩散激活能为Q＝32,900cal/mol， 
且， 
所以
 
 
 
 
由此可得：
900℃时，每个部件耗费为（$1000/h）（10h）/500＝$20；
1000℃时，每个部件耗费为（$1500/h）（3.299h）/500＝$9.90。
如果只考虑运行炉子的花费，提高温度是可以降低热处理成本的，同时还可以提高生产效率。
另外一个需要考虑的因素是在1000℃时进行热处理是否会带来其他包括微观结构等方面的变化？例如，温度升高会否导致晶界生长更加显著？高温会否影响到炉子或其他附件设备的寿命？从更高温度冷却会否导致残余应力？所得产品是否仍满足所有其他的规范要求？

【 在 labixiaojiu (袁谋人) 的大作中提到: 】
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: 2007年1月10日
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   doomsday (自强不息 厚德载物) 于  (Wed Jan  9 19:10:36 2008)  提到:

虽然和我们那年也没啥区别……
但是这记性也太好了吧-__-
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: 2007年1月10日
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   Henry (西山苍苍，东海茫茫，吾校庄严，巍然中央) 于  (Wed Jan  9 19:22:14 2008)  提到:

早年为啥没见到这个呢……

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   xinyi (工藤新一) 于  (Wed Jan  9 19:36:25 2008)  提到:

orz
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   ungnn (小鱼贰)(晕) 于  (Wed Jan  9 22:20:00 2008)  提到:

去年的?
【 在 labixiaojiu (袁谋人) 的大作中提到: 】
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   grl06 (place) 于  (Wed Jan  9 23:25:45 2008)  提到:

呵呵，田老爷子的精品课程可以在info上查到，试卷之类尽有，还有一段教学录像哦，不知是几字班的
【 在 labixiaojiu (袁谋人) 的大作中提到: 】
: 2008年一题
: 已知在900℃时对一批（500个）铁工件成功渗碳需要10h，此温度下铁为FCC晶体。如果渗碳炉在900℃时运行一小时需要耗费$1000，在1000℃时运行一小时需要耗费$1500，试问，将渗碳温度提高至1000℃是否更加节省？还有其他一些什么因素是必须考虑的？
: 解： 
: ...................



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   chumsdock (微笑服务) 于  (Wed Jan  9 23:30:43 2008)  提到:

一字班！

【 在 grl06 (place) 的大作中提到: 】
: 呵呵，田老爷子的精品课程可以在info上查到，试卷之类尽有，还有一段教学录像哦，不知是几字班的




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   pplp (卖炭翁) 于  (Thu Jan 10 10:46:33 2008)  提到:

zan....

【 在 chumsdock (微笑服务) 的大作中提到: 】
: 一字班！




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   ziyunlong (龙泉水剑) 于  (Thu Jan 10 13:08:08 2008)  提到:

原来如此……
http://166.111.92.13/apply/teacher/course_preview_index.jsp?from=manager&curid=72&coursename=材料科学基础&curstyle=sky_b
见其他教学资料。
【 在 labixiaojiu (袁谋人) 的大作中提到: 】
: 《材料科学基础（1）》试卷及参考答案
: 2007年1月10日
: 一、（共40分，每小题5分）
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