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107年公務人員高等考試三級考試試題 代號：37180 全一張
（正面）
類科： 材料工程
科目： 材料科學與工程
考試時間： 2 小時 座號：
※注意：
禁止使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
本科目得以本國文字或英文作答。
（請接背面）
一、請說明下列有關金屬材料與差排（dislocation）的性質與現象各項描述是否正確，
無論是否有誤，均需敘明其原因。（每小題 5分，共 25 分）
螺旋差排（screw dislocation）與刃差排（edge dislocation ）兩種差排，其柏格斯向
量（Burgers vector）與差排線（dislocation line）皆是相互垂直的。
為提升金屬材料的強度，通常採用晶粒細化（grain refinement）、固溶強化
（solid-solution strengthening）及應變強化（strain hardening）方式，這些強化方式
皆與差排移動無關。
金屬材料在進行同一條件的加工與退火（annealing）時，純金屬會比合金來得容易
得到晶粒細化的效果。
純金屬的再結晶溫度（recrystallization temperature）會比添加合金元素後之合金的
再結晶溫度來得高。
奈米材料的奈米晶粒在高溫下會晶粒成長（grain growth），主要是因為晶粒過小沒
有差排之故。
二、請說明下列有關鋼鐵材料的各項描述是否正確，無論是否有誤，均需敘明其原因。
（每小題 5分，共 30 分）
低碳鋼比中碳鋼較容易以熱處理方式進行改質強化。
低合金鋼（low-alloy steel）通常添加多種合金元素，如：銅、鎳、鉬等，但是其
合金元素的總量不會超過 5 wt.%；且其強度不會因為熱處理而增加。
不銹鋼之所以不易生銹是因為含有大量的鎳元素，且具有磁性。
鋼鐵材料的正常化（normalizing）是在加工前所做的熱處理，且是在臨界溫度
（critical temperatures, A3 or Acm）以下的溫度進行，其目的是消除材料的內應力。
鋼鐵材料在含水的潮濕環境中，這環境不論是一般的水或是非常純淨的水，皆會
產生一次性的氧化反應而生成 Fe2O3，也就是鐵生銹的來源。
陰極防護（cathodic protection）中，試舉例說明兩種常用在鋼鐵材料防範腐蝕的方
式與其實施原理。
三、試回答下列問題：
試問為何於浮製法（float process）製造薄平板玻璃（sheet glass）時，通常會需要
使用液態錫（liquid tin），其目的為何？（4分）
對玻璃製造加工而言，試以黏度（viscosity）來定義熔點溫度（melting point）與加
工溫度（working point）。（4分）
以矽為例，說明 n-型半導體的形成原理與製作方式。（6分）
試以多晶矽太陽能電池為例，以簡圖解釋如何由形成 p-n 接面（p-n junction）、
電子與電洞等現象來產生電流，簡圖中需要標示出光子、p-n 接面、電子、電洞及
電流等之相關位置與方向。（6分）
107年公務人員高等考試三級考試試題
代號：37180
全一張
（背面）
類科： 材料工程
科目： 材料科學與工程
四、以下列的鋁－銅相平衡圖（Al-Cu phase diagr a m）為例，有甲、乙、丙、丁四種合金
成分，回答下列問題：
那幾種或是那一種成分的合金材料可以實行有效的析出硬化（precipitation
hardening）；又稱時效硬化（aging hardening）？需說明原因。（3分）
於實行析出硬化時，需要進行那些熱處理的程序？例如說明應升溫至多少℃以上
等細節，並以溫度－時間圖（temperature-versus-time plot）標示出這些程序，也需
說明每一程序的實施原因。（7分）
五、以下列的[A]、[B]、[C]三種拉伸應力－應變曲線（stress-strain curves）為例，回答下
列問題：（每小題 5分，共 15 分）
若有金屬、高分子、陶瓷三種材料，這三種應力－應變曲線應會分屬那一種材料，
請說明原因。
以[B]應力－應變曲線為例，請說明為何材料降伏（yielding）後，應力仍會持續上
升再下降的原因。
在這三種應力－應變曲線所對應的材料中，那一種材料可以採用熱處理方式達到
晶粒細化（grain refinement）的目的？請說明其原因與進行的方式。
[A]
[B]
[C]
應變（strain）
應力
（stress）
銅成分(Cu,at.%)
銅成分(Cu,wt.%)
溫度
(℃)