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標(biāo)題: 材料科學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)思考題 [打印本頁(yè)]

作者: fujun0224 時(shí)間: 2012-1-6 15:52
標(biāo)題: 材料科學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)思考題
注意：這是本科生的考試復(fù)習(xí)思考題。但是，出題的老師，同樣出考研題，有沒(méi)有用，自己琢磨著看吧~~~~不知道全不全，手頭就這些

1.晶體結(jié)構(gòu)缺陷？點(diǎn)缺陷的類(lèi)型?缺陷實(shí)際晶體與理想晶體相比有一定程度的偏離或不完美性把這種結(jié)構(gòu)發(fā)生偏離的區(qū)域叫~ (一).按偏離理想晶格位置分類(lèi)1.空位：正常結(jié)點(diǎn)位置沒(méi)有被質(zhì)點(diǎn)占據(jù)稱(chēng)為~ 2.填隙原子：質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入間隙位置成為~3.雜質(zhì)原子:雜質(zhì)原子進(jìn)入晶格.進(jìn)入間隙位置:間隙雜質(zhì)原子;進(jìn)入正常結(jié)點(diǎn):取代雜質(zhì)原子.(二).按產(chǎn)生原因分類(lèi)1.熱缺陷：由熱振動(dòng)起伏引起，本征缺陷2.雜質(zhì)缺陷外來(lái)雜質(zhì)引起，非本征缺陷3.非化學(xué)計(jì)量缺陷：雜質(zhì)非外加離子
2.熱缺陷？特征？基本形式？熱缺陷是一種本征缺陷、高于0K就存在
定義當(dāng)晶體溫度高于絕對(duì)0K時(shí)，由于晶格內(nèi)原子熱振動(dòng)，使一部分能量較大的原子離開(kāi)平衡位置造成缺陷,稱(chēng)為~。特征濃度與溫度有關(guān),隨溫度上升呈指數(shù)增加.材料一定，溫度確定熱缺陷濃度也確定形式弗倫克爾缺陷,肖特基缺陷
3.雜質(zhì)缺陷雜質(zhì)原子進(jìn)入晶體而產(chǎn)生的缺陷，原子進(jìn)入晶體的數(shù)量一般小于1%。種類(lèi)間隙雜質(zhì)，置換雜質(zhì)
特點(diǎn)雜質(zhì)缺陷的濃度與溫度無(wú)關(guān)只決定于溶解度。應(yīng)用：半導(dǎo)體，激光（紅寶石）。
4.非化學(xué)計(jì)量缺陷存在于非化學(xué)計(jì)量化合物中的結(jié)構(gòu)缺陷，化合物化學(xué)組成與周?chē)h(huán)境氣氛有關(guān)；不同種類(lèi)的離子或原子數(shù)之比不能用簡(jiǎn)單整數(shù)表示。
5.Frenker缺陷和Schttky缺陷形成，各自特點(diǎn)？
F形成：晶格熱振動(dòng)時(shí)，一些能量足夠大的原子離開(kāi)平衡位置擠到晶格點(diǎn)的間隙中形成間隙原子，而原來(lái)的位置上形成空位。特點(diǎn)空位和間隙成對(duì)產(chǎn)生，晶體密度不變。S形成：正常格點(diǎn)的原子由于熱運(yùn)動(dòng)躍遷到晶體表面，在晶體內(nèi)正常格點(diǎn)留下空位。特點(diǎn)離子晶體為保持電中性，正離子空位和負(fù)離子空位成對(duì)產(chǎn)生，晶體體積增大。
6.常用缺陷表示符號(hào)，其中哪些表示帶電缺陷？
用一個(gè)主要符號(hào)表明缺陷的種類(lèi),用一個(gè)下標(biāo)表示缺陷位置,用一個(gè)上標(biāo)表示缺陷的有效電荷.,×表示有效零電荷。
(1)空位MX離子晶體VM ：M原子占有的位置，在M原子移走后出現(xiàn)的空位(不帶電的)；VX
(2)填隙原子用下標(biāo)i表示,M i：M原子進(jìn)入間隙位置；X i
(3)錯(cuò)放位置MX:M原子占據(jù)了應(yīng)是X原子正常所處的平衡位置，不表示占據(jù)了負(fù)離子位置上的正離子。XM
(4)溶質(zhì)原子LM:溶質(zhì)L占據(jù)了M的位置。SX:表示S溶質(zhì)占據(jù)了X位置。
(5)自由電子及電子空穴有些情況下價(jià)電子并不一定屬于某個(gè)特定位置的原子，在光電熱的作用下可以在晶體中運(yùn)動(dòng)，原固定位置稱(chēng)次自由電子e’ 。同樣可以出現(xiàn)缺少電子而出現(xiàn)電子空穴h?，它也不屬于某個(gè)特定的原子位置。
(6)帶電缺陷不同價(jià)離子之間取代，如Ca2+進(jìn)入NaCl晶體取代Na+Ca ?Na ,Ca2+進(jìn)入ZrO2晶體，取代Zr4+  Ca”Zr
(7)締合中心在晶體中除了單個(gè)缺陷外，有可能出現(xiàn)鄰近兩個(gè)缺陷互相締合,產(chǎn)生一個(gè)締合中心，把發(fā)生締合的缺陷用小括號(hào)表示，也稱(chēng)復(fù)合缺陷。在離子晶體中帶相反電荷的點(diǎn)缺陷之間，存在一種有利于締合的庫(kù)侖引力。
7.缺陷反應(yīng)式規(guī)則？哪些缺陷能引起位置增殖？點(diǎn)缺陷之間發(fā)生的一系列類(lèi)似化學(xué)反應(yīng)的缺陷化學(xué)反應(yīng)成為缺陷反應(yīng)。規(guī)則反應(yīng)式兩邊質(zhì)量平衡，電荷守恒，位置關(guān)系正確，根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)知識(shí)，判斷反應(yīng)式的合理性。
能引起位置增殖的缺陷：空位(VM)、錯(cuò)位(VX)、置換雜質(zhì)原子(MX、XM)、表面位置(XM)等。
位置關(guān)系作為溶劑的晶體所提供的位置比例應(yīng)保持不變，但每類(lèi)位置總數(shù)可以改變。對(duì)于非化學(xué)計(jì)量化合物當(dāng)存在氣氛不同時(shí)原子之間的比例是改變的。TiO2TiO2-X中由于氧不足，生成了x個(gè)氧空位質(zhì)量平衡參加反應(yīng)的原子數(shù)在方程兩邊應(yīng)相等電中性缺陷反應(yīng)兩邊總的有效電荷必須相等表面位置當(dāng)一個(gè)M原子從晶體內(nèi)部遷移到表面時(shí)，用符號(hào)MS表示，S表示表面位置。在缺陷化學(xué)反應(yīng)中表面位置一般不特別表示。
8.何謂點(diǎn)缺陷的平衡濃度？熱缺陷的濃度與哪些因素有關(guān)？
能量起伏和原子熱振動(dòng)，使點(diǎn)缺陷不斷產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)消亡。作為熱力學(xué)穩(wěn)定的缺陷，在一定溫度下，晶體中存在一定平衡數(shù)量的點(diǎn)缺陷(空位、間隙原子等)。此時(shí)點(diǎn)缺陷的濃度稱(chēng)為該溫度下點(diǎn)缺陷的平衡濃度隨溫度變化。熱缺陷是由于熱起伏引起的，在熱平衡條件下，熱缺陷與晶體所處溫度和激活能有關(guān)。1熱缺陷濃度隨溫度升高呈指數(shù)上升。2隨缺陷形成自由焓升高而降低。
9.什么是固溶體？類(lèi)型？特點(diǎn)？
固溶體凡在固態(tài)條件下，一種組分（溶劑）內(nèi)溶解了其他組分(溶質(zhì))而形成的單一均勻的晶態(tài)固體叫~。在固溶體中不同組分的結(jié)構(gòu)基元之間是以原子尺度相互混合的，這種混合并不破壞原有晶體結(jié)構(gòu)，因此固溶體也是一種點(diǎn)缺陷范圍內(nèi)的晶體結(jié)構(gòu)缺陷。分類(lèi)1按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的位置劃分：取代型~溶質(zhì)原子進(jìn)入晶格后可以進(jìn)入原來(lái)晶格中正常結(jié)點(diǎn)位置。填隙型~雜質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格中的間隙位置生成~。2按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的溶解度劃分：連續(xù)~溶質(zhì)和溶劑可以以任意比例相互固溶，溶質(zhì)和溶劑相對(duì)的。有限~溶質(zhì)只能以一定的限量溶入溶劑，超過(guò)這一限量就會(huì)出現(xiàn)第二相。
10相圖坐標(biāo)系統(tǒng)由什么來(lái)決定（相平衡系統(tǒng)中的最大自由度）？
相圖表示在一定條件下，處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)的物質(zhì)系統(tǒng)中平衡相之間關(guān)系的圖形。
11.一致熔化合物和不一致熔化合物的特點(diǎn)，相圖中如何區(qū)分？
一致~是一種穩(wěn)定的化合物，具有固定的熔點(diǎn)，所產(chǎn)生的液相與化合物晶相組成相同。組成點(diǎn)在投影圖中代表熔點(diǎn)，即區(qū)域溫度最高點(diǎn)。相圖特點(diǎn)是其組成點(diǎn)在其初晶區(qū)內(nèi)?？蓜澐譃閮蓚€(gè)最簡(jiǎn)單相圖。不一致~是一種不穩(wěn)定的化合物，不能在液態(tài)中存在。相圖特點(diǎn)是其組成點(diǎn)在其初晶區(qū)外. 該相圖不能劃分為兩個(gè)簡(jiǎn)單的二元相圖。。
12界限指三元系統(tǒng)的兩個(gè)晶相的初晶區(qū)相交的界線連接線與對(duì)應(yīng)界限上的液相平衡的兩晶相組成點(diǎn)的連接直線。相交:1連線與界線相交2界線的延長(zhǎng)線與連線相交3連線的延長(zhǎng)線與界線相交4連線的延長(zhǎng)線與界線的延長(zhǎng)線相交
13等含量規(guī)則平行于一邊的直線上，組成點(diǎn)中所含對(duì)面頂點(diǎn)組分的含量不變。定比例規(guī)則：射線上的組成點(diǎn)中，另外兩組分含量的比例不變。背向性規(guī)則：在三角形中任一混合物O，若從O中不斷析出某一頂點(diǎn)的成分，則剩余物質(zhì)的成分也不斷改變，改變途徑在頂點(diǎn)與O的連線上，改變方向背向頂點(diǎn)。
14杠桿規(guī)則是兩種混合物的重量比與連接兩混合物組成點(diǎn)至新混合物組成點(diǎn)的線段長(zhǎng)度成反比。適用于兩相平衡
重心規(guī)則包括：重心位置規(guī)則，交叉位置規(guī)則，共軛位置規(guī)則
15三角形化目的劃分付三角形，簡(jiǎn)化相圖方法1.找出三元無(wú)變量點(diǎn)，2.無(wú)變量點(diǎn)周?chē)娜齻€(gè)晶相，3.三晶相連線構(gòu)成一個(gè)付三角形。
注1初晶區(qū)相鄰的固相組成點(diǎn)可以連線，不是相鄰的組成點(diǎn)間不應(yīng)連線。2：無(wú)變量點(diǎn)也可以在付三角形外。
16連接線規(guī)則目的判斷溫度降低方向2內(nèi)容連接相鄰初晶區(qū)的兩固相組成點(diǎn)的直線與其界線相交，交點(diǎn)為界線上的溫度最高點(diǎn)。3類(lèi)型：相交,組分點(diǎn)延長(zhǎng)線,界線延長(zhǎng)線圖
17切線規(guī)則用于確定界線性質(zhì),判斷界線上的三相反應(yīng).作界線上任一點(diǎn)的切線，若切線與界線相應(yīng)的兩晶相組成點(diǎn)連線的延長(zhǎng)線相交，則冷卻時(shí)在該點(diǎn)上進(jìn)行的是轉(zhuǎn)熔過(guò)程，并且是遠(yuǎn)離交點(diǎn)的那個(gè)晶相被轉(zhuǎn)熔。L + A→D.若交點(diǎn)在兩組成點(diǎn)連線之間，則進(jìn)行的是低共熔過(guò)程L→D+ A
18三角形規(guī)則作用用于確定結(jié)晶產(chǎn)物和結(jié)晶終點(diǎn)和驗(yàn)證對(duì)結(jié)晶路程的分析是否正確。//原始熔體組成點(diǎn)所在三角形的三個(gè)頂點(diǎn)表示的物質(zhì)即為其結(jié)晶產(chǎn)物。與這三個(gè)物質(zhì)相應(yīng)的初晶區(qū)所包圍的三元無(wú)變量點(diǎn)是其結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)
19何為穿相區(qū)現(xiàn)象,規(guī)律？
現(xiàn)象當(dāng)析晶路線中有轉(zhuǎn)熔過(guò)程時(shí)可能發(fā)生。即某晶相先轉(zhuǎn)熔完畢，使體系減少一相。根據(jù)相律自由度回復(fù)到2，就會(huì)發(fā)生穿相區(qū)現(xiàn)象。規(guī)律：原始配料點(diǎn)在B初晶區(qū)內(nèi)，而位于SP線以下，其析晶過(guò)程中都會(huì)發(fā)生液相穿相區(qū)現(xiàn)象。
20實(shí)際三元相圖分析步驟？1判斷化合物的性質(zhì)2劃分三角形，使復(fù)雜相圖簡(jiǎn)單化3標(biāo)出界線上溫度下降方向4判斷界限上的性質(zhì)5確定無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)6選點(diǎn)分析相變化
相p：系統(tǒng)中物理和化學(xué)性質(zhì)相同，且完全均勻的一致部分。獨(dú)立組分C：獨(dú)立存在的化學(xué)純物質(zhì)。自由度F：在相平衡中可以獨(dú)立改變的變量。相律：是解決相數(shù)目，組分?jǐn)?shù)，自由度三者關(guān)系的定律。Gibbs:F=C-P+n
一個(gè)低共熔點(diǎn)的二元相圖特點(diǎn)：兩組元在液態(tài)時(shí)能以任意比例互溶，形成單相溶液。固相完全不互溶分別結(jié)晶。組元間不生成化合物。

1一級(jí)相變由α相轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪鄷r(shí)自由焓的一階偏導(dǎo)數(shù)不相等。有體積和熵的突變。△V≠0，△S≠0
二級(jí)相變?nèi)粝嘧儠r(shí)自由焓的一階偏導(dǎo)數(shù)也相等，但自由焓的二階偏導(dǎo)數(shù)不相等。無(wú)體積效應(yīng)和熱效應(yīng)，材料的壓縮系數(shù)、熱膨脹系數(shù)及比定壓熱容均有突變。磁性轉(zhuǎn)變、有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變多為二級(jí)相變圖
2.分相特點(diǎn)：成核-長(zhǎng)大分相：成分第二相組成不隨時(shí)間變化，形貌第二相分離成孤立的球形顆粒，有序顆粒尺寸和位置是無(wú)序的，界面分相開(kāi)始有界面突變，能量上有分相位壘，擴(kuò)散正擴(kuò)散，時(shí)間長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)障礙大；旋節(jié)分相：成分第二相組成隨時(shí)間向兩個(gè)極端組成變化直到平衡，形貌第二相為高度連續(xù)性蠕蟲(chóng)狀顆粒，有序在尺寸和間距上是有序的，界面分相開(kāi)始界面是彌散的逐漸明顯，能量無(wú)位壘，擴(kuò)散負(fù)擴(kuò)散，時(shí)間極短無(wú)動(dòng)力學(xué)障礙
3正擴(kuò)散高濃度-低濃度，結(jié)果使溶質(zhì)趨于均化，負(fù)擴(kuò)散低-高，結(jié)果使溶質(zhì)偏聚或分相
自擴(kuò)散系數(shù)中f由于考慮每次躍遷與前次躍遷的相關(guān)性引入f,f取決于晶體結(jié)構(gòu)和擴(kuò)散機(jī)制，金剛石f=0.5,bcc f=0.72
空位擴(kuò)散是主要擴(kuò)散（因?yàn)榭瘴辉诰w中最容易發(fā)生），大離子（負(fù)離子）主要為空位擴(kuò)散，空位擴(kuò)散流的反方向是物質(zhì)擴(kuò)散流方向。
擴(kuò)散：體現(xiàn)為定向移動(dòng)，結(jié)果是導(dǎo)致整個(gè)體系的物質(zhì)分布的變化，以及能量分布狀態(tài)的改變，是一種能量均衡化的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。推動(dòng)力：化學(xué)位的差異  擴(kuò)散的渠道的兩個(gè)因素：空間和方向流體中的擴(kuò)散：速率大，各相同性
影響擴(kuò)散系數(shù)的因素
1 溫度:T -，D -溫度是影響擴(kuò)散速率的最主要因素。溫度越高，擴(kuò)散系數(shù)越大，擴(kuò)散速率越快。
2 固溶體類(lèi)型:Q置換S.S>Q間隙S.S。間隙固溶體間隙原子的擴(kuò)散激活能要比置換固溶體中置換原子的擴(kuò)散激活能小得多，擴(kuò)散速度也快得多。
鋼件表面熱處理在獲得同樣滲層濃度時(shí)，滲C，N比滲Cr或Al等金屬的周期短。
3 晶體結(jié)構(gòu)

(bcc)>D(fcc)在溫度及成分一定的條件下任一原子在密堆點(diǎn)陣中的擴(kuò)散要比在非密堆點(diǎn)陣中擴(kuò)散慢。
4 濃度：擴(kuò)散系數(shù)是隨濃度而變化的有些擴(kuò)散系統(tǒng)如金-鎳系統(tǒng)中濃度的變化使鎳和金的自擴(kuò)散系數(shù)發(fā)生顯著變化。
5 添加組元：在二元合金中加入第三元素時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)也會(huì)發(fā)生變化。
6 晶體缺陷：實(shí)際晶體中還存在著界面、位錯(cuò)等晶體缺陷，擴(kuò)散也可以沿著這些晶體缺陷進(jìn)行。
若以QL，QS和QB別表示晶內(nèi)、表面和晶界擴(kuò)散激活能；DL，DS和DB分別表示晶內(nèi)、表面和晶界的擴(kuò)散系數(shù)，則一般規(guī)律是：QL>QB>QS，所以DS>DB>DL。
7 晶體各向異性：因晶體中晶面間距的不同，不同方向上原子的擴(kuò)散系數(shù)也有所不同。
擴(kuò)散的微觀機(jī)制
1.間隙機(jī)制：間隙固溶體中溶質(zhì)原子的擴(kuò)散是從一個(gè)間隙位置跳到近鄰的另一間隙位置，發(fā)生間隙擴(kuò)散。
跳動(dòng)時(shí)必須把陣點(diǎn)上相鄰位置處的原子擠開(kāi)，晶格發(fā)生局部瞬時(shí)畸變，畸變能是溶質(zhì)原子發(fā)生間隙擴(kuò)散必須克服的能量勢(shì)壘。如, H, N, O, C等原子在金屬中的擴(kuò)散機(jī)制。
2. 填隙機(jī)制：間隙(位置處的)原子將陣點(diǎn)上的原子擠到間隙位置，自己進(jìn)入陣點(diǎn)位置。分為共線跳動(dòng)非共線跳動(dòng)
3. 互換機(jī)制：兩個(gè)相鄰原子互換了位置。4個(gè)原子同時(shí)交換，其所涉及到的能量遠(yuǎn)小于直接交換。
4. 空位機(jī)制：在置換固溶體中，一個(gè)處于陣點(diǎn)上的原子通過(guò)與空位交換位置而遷移，又叫做空位擴(kuò)散。

4.FICK第一定律：在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直擴(kuò)散方向的單位截面積的擴(kuò)散通量與該截面處的濃度梯度成正比。D為擴(kuò)散系數(shù)，負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反，J通量為單位時(shí)間定向通過(guò)單位面積的粒子數(shù)。用于處理（非）穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散問(wèn)題，此時(shí)濃度分布不隨時(shí)間變化，處理過(guò)程中用全微分dc/dx代替偏微分。
Fick2主要解決非穩(wěn)定擴(kuò)散問(wèn)題，即空間任意一點(diǎn)的濃度隨時(shí)間變化，擴(kuò)散通量隨位置變化。
Fick2是由Fick1衍生而來(lái)的，1在穩(wěn)定擴(kuò)散下使用，表示單位時(shí)間定向通過(guò)單位面積的粒子數(shù)。
2表達(dá)了擴(kuò)散元素濃度與時(shí)間及位置的一般條件。
應(yīng)用氧氣灌：內(nèi)部壓力遠(yuǎn)大于外部壓力，泄漏很小。泄漏時(shí)對(duì)內(nèi)外壓差不產(chǎn)生影響，因?yàn)閿U(kuò)散是穩(wěn)定的。
5.非化學(xué)計(jì)量圖解：高溫段本征空位中溫段非化學(xué)計(jì)量空位低溫段雜質(zhì)空位
在非化學(xué)計(jì)量氧化物中同時(shí)考慮本征缺陷空位和雜質(zhì)缺陷空位，和由于氣氛改變所因?yàn)榈姆腔瘜W(xué)計(jì)量空位對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的貢獻(xiàn)。原因有三1摻雜存在2非化學(xué)計(jì)量的形成是需要條件的如溫度，3高溫下熱運(yùn)動(dòng)形成的缺陷的作用最大
6.泰曼溫度對(duì)一般固體常溫時(shí)擴(kuò)散很小，當(dāng)固體加熱到一定溫度時(shí)擴(kuò)散明顯增大這個(gè)溫度為~；金屬0.3-0.4Tm;鹽類(lèi)：0.57 Tm硅酸鹽：0.8-0.9 Tm
7擴(kuò)散活化能：晶粒內(nèi)<晶界<表面。
8.熔融
9.固態(tài)燒結(jié) 主要傳質(zhì)方式：蒸發(fā)-凝聚擴(kuò)散
10.晶界在燒結(jié)過(guò)程中應(yīng)用：晶界上原子排列疏松混亂，在離子晶體中晶界是陰離子快速擴(kuò)散的通道。
11. 二次再結(jié)晶：晶粒正常長(zhǎng)大（一次再結(jié)晶）后又有少數(shù)幾個(gè)晶粒擇優(yōu)生長(zhǎng)成為特大晶粒不均勻長(zhǎng)大過(guò)程
1再結(jié)晶與固態(tài)相變的區(qū)別
再結(jié)晶是一種組織轉(zhuǎn)變，從變形組織轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)畸變新晶粒的過(guò)程，再結(jié)晶前后組織形態(tài)改變，晶體結(jié)構(gòu)不變;固態(tài)相變時(shí)，組織形態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)是否發(fā)生了改變是二者的主要區(qū)別。
12

作者: 難得/mg糊涂 時(shí)間: 2012-9-5 10:30
多謝！麻煩問(wèn)下還有沒(méi)有其他資料，多謝了

作者: sangpeishiwo 時(shí)間: 2012-9-5 16:21
馬克

作者: 雨奇堂 時(shí)間: 2012-9-5 23:45
不錯(cuò)…

作者: 歇斯底里的愛(ài) 時(shí)間: 2012-9-7 14:18
版主哪里得到的這么寶貴的資料{:soso_e183:}

作者: bobo15945 時(shí)間: 2012-9-21 09:04
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