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高考申論題 105年 [機械工程] 機械製造學(包括機械材料)

第 一 題

📖 題組:
五、在兩種金屬所組成的合金平衡圖中,其合金受到加熱或冷卻而有以下各種固液兩相反應,請分別說明:(每小題5分,共20分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

共晶反應(eutectic reaction)

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看到「共晶反應」,應立刻聯想到由單一液相冷卻恆溫同時析出兩種不同固相的相變過程。解題時必須寫出標準反應式(L → α + β),並點出其組織特性(如層狀結構)、實務應用(如鑄造流動性佳、低熔點焊料),最後務必提醒自己加上局部相圖的簡圖(Sketch)以確保拿下滿分。

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「共晶反應 (eutectic reaction)」指合金在特定成分與溫度下,由單一液相在冷卻過程中,於恆溫下同時結晶析出兩種不同固相的反應。 其特徵與重點包含:

  1. 反應方程式:液相(L) ⇌ 固相1(α) + 固相2(β) (冷卻向右,加熱向左)。

小題 (二)

包晶反應(peritectic reaction)

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看到「包晶反應」,首先要直覺聯想到相圖中「液相+固相→新固相」的恆溫轉換公式(L + α → β)。作答時務必列出反應式,說明其發生在特定溫度與成分下,並強烈建議搭配簡單的相圖局部草圖及Fe-C平衡圖中的實例來輔助說明,以展現工程師的圖表表達能力爭取高分。

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【破題】「包晶反應」(Peritectic Reaction)是指在二元或多元合金冷卻過程中,某一特定組成的「液相」與另一特定組成的「固相」,在恆定溫度下發生反應,共同生成另一種「全新固相」的相變過程。 【論述】 一、反應公式

小題 (三)

偏晶反應(monotectic reaction)

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看到「偏晶反應」,首先要聯想到液態不互溶或部分互溶的合金系統,並寫出標準的恆溫相變化反應式(L1 ⇌ S1 + L2)。答題時除了精準的文字定義與實例(如銅-鉛合金)外,務必在腦中構思並於考卷上繪製局部相圖簡圖(Sketch),標示出偏晶點與水平恆溫線,這是材料科學題型拿取滿分的關鍵。

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「偏晶反應(Monotectic Reaction)」指特定成分的液態合金(L1)在緩慢冷卻降溫至某一特定恆溫(偏晶溫度)時,會發生恆溫可逆反應,同時分解並析出一種固相(S1)與另一種成分不同之新液相(L2)。 反應式表示為: L1 ⇌ S1 + L2 (冷卻向右,加熱向左)

小題 (四)

重熔反應(remelting reaction)

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看到「重熔反應」應聯想到相圖中罕見的「固相冷卻反而析出液相」的現象(即 Metatectic/Catatectic reaction)。解題時需精準列出標準反應方程式(S1 → S2 + L),並強烈建議在考卷上繪製局部相圖(Sketch)標示反應點與相區,以凸顯對金屬材料熱力學與相變化的透徹理解。

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「重熔反應(Remelting reaction)」在金屬材料科學中又常被稱為逆熔反應或倒包晶反應(Metatectic reaction 或 Catatectic reaction),其特徵與原理如下:

  1. 反應方程式: 在特定的合金成分與恆溫冷卻條件下,單一固相(S1)會分解成另一種固相(S2)與液相(L)。

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