同济大学材料科学基础全真模拟题（三）
考试时间：180分钟考试总分：150分
一．名词解释（每小题6分，共30分）
1、晶界与界面能
2、粗糙界面和光滑界面
3、金属键与共价键
4、包申格效应
5、光电效应
二．判断题（每小题2分，共20分）
1、P型半导体以电子导电为主，而N型半导体以空穴导电为主。

（）
2、陶瓷材料的弹性模量比金属材料的高，且对气孔敏感。

（）
3、金属中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。

（）
4、体心立方结构是原子的次密排结构，其致密度为0.74。

（）
5、同一种空间点阵可以有无限种晶体结构，而不同的晶体结构可以归属于同一种空间点阵。

（）
6、结晶时凡能提高形核率、降低生长率的因素，都能使晶粒细化。

（）
7、合金液体在凝固形核时需要能量起伏、结构起伏和成分起伏。

（）
8、小角度晶界的晶界能比大角度晶界的晶界能高。

（）
9、非均匀形核时晶核与基底之间的接触角越大，其促进非均匀形核的作用越大。

（）
10、衍射仪的测角仪在工作时，如试样表面转到与入射线成30度角时，计数管与入射线成30度角。

（）
三．简答题（共8道题，从中选择6道题进行作答，多做不得分。

如果作答题目超过6道，那么选取作答的前6题进行批阅。

每道题10分，共60分）
1、试从结合键的角度分析工程材料的分类及特点。

2、什么是连续X射线谱，为什么存在短波限λ0。

3、试从宏观上和微观上解释为什么有些材料有明显的韧脆转变温度。

4、高分子链的近程结构主要包括哪几部分。

5、什么叫临界晶核半径，它的物理意义何在。

6、金属间化合物的种类及特点。

7、标出hcp晶胞中晶面ABCDEF面、ABO面的晶面指数，OC方向、OC方向的晶向指数。

这些晶面与晶向中，哪些构成滑移系？指出最容易产生滑移的滑移系。

8、拟定方案，解决玻璃体内夹杂物的鉴定。

四．论述题（每题20分，共40分）
1、试阐述高分子材料的结晶影响因素，并分析有机高分子材料的TEM和SEM 的试样有哪些特点。

2、试分析冷塑性变形对合金组织结构、力学性能、物理化学性能、体系能量的影响。

标准答案
一．名词解释
1、晶界与界面能：晶界是成分结构相同的同种晶粒间的界面。

界面上的原子处在断键状态，具有超额能量。

平均在界面单位面积上的超额能量叫界面能。

2、粗糙界面是指界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子所占满，只留下少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构。

光滑界面是指界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子所占满，只留下少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构。

3、金属键与共价键：金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键称为金属键。

由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的键称为共价键。

4、包申格效应：材料经预先加载产生少量塑性变形（小于4％），而后同向加载则σe升高，反向加载则σe下降。

此现象称之为包申格效应。

5、光电效应:物质在光照射下释放电子(称光电子)的现象又称光电效应。

二．判断题
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √√××√√√×××三．简答题
1、金属材料：主要以金属键为主，大多数金属强度和硬度较高，塑性较好。

陶瓷材料：以共价键和离子键为主，硬、脆，不易变形，熔点高。

高分子材料：分子内部以共价键为主，分之间为分子键和氢键为主。

复合材料：是以上三种基本材料的人工复合物，结合键种类繁多，性能差异很大。

2、对X射线管施加不同的电压，再用适当的方法去测量由X射线管发出的X
射线的波长和强度，便会得到X射线强度与波长的关系曲线，称之为X射线谱。

在管电压很低，小于20 kv时的曲线是连续的，称之为连续谱。

大量能量为eV的自由电子与靶的原子整体碰撞时，由于到达靶的时间和条件不同，绝大多数电子要经过多次碰撞，于是产生一系列能量为hv的光子序列，形成连续的X射线谱，按照量子理论观点，当能量为eV的电子与靶的原子整体碰撞时，电子失去自己的能量，其中一部分以光子的形式辐射出去，在极限情况下，
极少数的电子在一次碰撞中将全部的能量一次性转化为一个光量子，这个光量子具有最高的能量和最短的波长，即λ0。

3、宏观上，体心立方中、低强度结构钢随温度的降低冲击功急剧下降，具有明显的韧脆转变温度。

而高强度结构钢在很宽的温度范围内，冲击功都很低，没有明显的韧脆转变温度。

面心立方金属及其合金一般没有韧脆转变现象。

微观上，体心立方金属中位错运动的阻力对温度变化非常敏感，位错运动阻力随温度下降而增大。

在低温下，该材料处于脆性状态。

而面心立方金属因位错宽度比较大，对温度不敏感，故一般不显示低温脆性。

4、高分子的原子种类和排列、高分子结构单元键接方式、构型、支化与交联、共聚物的序列结构。

5、临界晶核半径是指ΔG为最大值时的晶核半径。

r<r c 时，ΔGs占优势，故ΔG>0，晶核不能自动形成。

r>r c时，ΔGv占优势，故ΔG<0，晶核可以自动形成，并可以稳定生长。

6、金属间化合物分为正常价化合物，电子价化合物和间隙化合物；正常价化合物是金属元素与4、5、6主族元素形成的金属化合物，它不遵守化合价规律，而是按照一定的电子浓度值形成的化合物，是以化合物为基的固熔体，有明显的金属特性。

间隙化合物主要受组元的原子尺寸因素控制通常有过渡族金属与原子半径很小的非金属元素组成，分为简单间隙化合物与复杂间隙化合物非金属元素处于化合物晶格的间隙中。

7、ABCDEF面的晶面指数为（0001）或（001）；ABO，面的晶面指数为（10-11）；
OC方向的晶向指数为[1210]或[010]；OC，方向的晶向指数为[-
121
-
3]或[011]：
（0001）与[1210]、[10-
11]与[
-
12
-
10]与可构成滑移系；其中滑移系（0001）[
-
12
-
10]
容易产生滑移。

8、1）应用透射电镜，扫描电镜分析夹杂物的形貌与分布（2）应用电子探针研究夹杂物的元素分布（3）应用XRD研究夹杂物的物相（4）应用热分析研究夹杂物的相变。

四．论述题
1、影响聚合物结晶能力的因素有以下几点：1、分子链的柔性：聚对苯二甲酸乙二酯的结晶能力要比脂肪族聚酯低
2、支化：高压聚乙烯由于支化，其结晶能
力要低于低压法制得的线性聚乙烯3、交联：轻度交联聚合物尚能结晶，高度交联则完全失去结晶能力。

4、分子间力：分子间的作用力大，会使分子链柔性下降，从而影响结晶能力；但分子间形成氢键时，则有利于晶体结构的稳定。

TEM试样的特点：通常的聚合物由轻元素组成。

在用质厚衬度成像时图像的反差很弱，因此，一般来说，还要通过染色和刻蚀来改善衬度，但不宜采用投影方法。

SEM试样的特点：对于高分子这样绝缘体或导电性差的材料来说，则需要预先在分析表面上蒸镀一层厚度为10~20cm导电层。

否则，在电子束照射到该样品上时，会形成电子堆积，阻挡入射电子束进入样品内部。

2、组织结构：（1）纤维组织：晶粒沿变形方向被拉长；（2）形成位错胞；（3）
晶粒转动形成变形织构力学性能：位错密度增大，位错相互缠绕，运动阻力增大，造成加工硬化。

物理化学性能：其变化复杂，主要对导电，导热，化学活性，化学电位等有影响。

体系能量：包括两部分（1）因冷变形产生大量缺陷引起点阵畸变，使畸变能增大；（2）因晶粒间变形不均匀和工件各部分变形不均匀引起的微观内应力和宏观内应力。

这两部分统称为存储能，其中前者为主要的。

冷变形后引起的组织性能变化为合金随后的回复、再结晶作了组织和能量上的准备。