材料科學基礎復習思考題

fujun0224 · 發表于 2012-1-6 15:52

注意：這是本科生的考試復習思考題。但是，出題的老師，同樣出考研題，有沒有用，自己琢磨著看吧~~~~不知道全不全，手頭就這些

1.晶體結構缺陷？點缺陷的類型?缺陷實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構發生偏離的區域叫~ (一).按偏離理想晶格位置分類1.空位：正常結點位置沒有被質點占據稱為~ 2.填隙原子：質點進入間隙位置成為~3.雜質原子:雜質原子進入晶格.進入間隙位置:間隙雜質原子;進入正常結點:取代雜質原子.(二).按產生原因分類1.熱缺陷：由熱振動起伏引起，本征缺陷2.雜質缺陷外來雜質引起，非本征缺陷3.非化學計量缺陷：雜質非外加離子
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
定義當晶體溫度高于絕對0K時，由于晶格內原子熱振動，使一部分能量較大的原子離開平衡位置造成缺陷,稱為~。特征濃度與溫度有關,隨溫度上升呈指數增加.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.雜質缺陷雜質原子進入晶體而產生的缺陷，原子進入晶體的數量一般小于1%。種類間隙雜質，置換雜質
特點雜質缺陷的濃度與溫度無關只決定于溶解度。應用：半導體，激光（紅寶石）。
4.非化學計量缺陷存在于非化學計量化合物中的結構缺陷，化合物化學組成與周圍環境氣氛有關；不同種類的離子或原子數之比不能用簡單整數表示。
5.Frenker缺陷和Schttky缺陷形成，各自特點？
F形成：晶格熱振動時，一些能量足夠大的原子離開平衡位置擠到晶格點的間隙中形成間隙原子，而原來的位置上形成空位。特點空位和間隙成對產生，晶體密度不變。S形成：正常格點的原子由于熱運動躍遷到晶體表面，在晶體內正常格點留下空位。特點離子晶體為保持電中性，正離子空位和負離子空位成對產生，晶體體積增大。
6.常用缺陷表示符號，其中哪些表示帶電缺陷？
用一個主要符號表明缺陷的種類,用一個下標表示缺陷位置,用一個上標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原子移走后出現的空位(不帶電的)；VX
(2)填隙原子用下標i表示,M i：M原子進入間隙位置；X i
(3)錯放位置MX:M原子占據了應是X原子正常所處的平衡位置，不表示占據了負離子位置上的正離子。XM
(4)溶質原子LM:溶質L占據了M的位置。SX:表示S溶質占據了X位置。
(5)自由電子及電子空穴有些情況下價電子并不一定屬于某個特定位置的原子，在光電熱的作用下可以在晶體中運動，原固定位置稱次自由電子e’ 。同樣可以出現缺少電子而出現電子空穴h?，它也不屬于某個特定的原子位置。
(6)帶電缺陷不同價離子之間取代，如Ca2+進入NaCl晶體取代Na+Ca ?Na ,Ca2+進入ZrO2晶體，取代Zr4+  Ca”Zr
(7)締合中心在晶體中除了單個缺陷外，有可能出現鄰近兩個缺陷互相締合,產生一個締合中心，把發生締合的缺陷用小括號表示，也稱復合缺陷。在離子晶體中帶相反電荷的點缺陷之間，存在一種有利于締合的庫侖引力。
7.缺陷反應式規則？哪些缺陷能引起位置增殖？點缺陷之間發生的一系列類似化學反應的缺陷化學反應成為缺陷反應。規則反應式兩邊質量平衡，電荷守恒，位置關系正確，根據晶體結構知識，判斷反應式的合理性。
能引起位置增殖的缺陷：空位(VM)、錯位(VX)、置換雜質原子(MX、XM)、表面位置(XM)等。
位置關系作為溶劑的晶體所提供的位置比例應保持不變，但每類位置總數可以改變。對于非化學計量化合物當存在氣氛不同時原子之間的比例是改變的。TiO2TiO2-X中由于氧不足，生成了x個氧空位質量平衡參加反應的原子數在方程兩邊應相等電中性缺陷反應兩邊總的有效電荷必須相等表面位置當一個M原子從晶體內部遷移到表面時，用符號MS表示，S表示表面位置。在缺陷化學反應中表面位置一般不特別表示。
8.何謂點缺陷的平衡濃度？熱缺陷的濃度與哪些因素有關？
能量起伏和原子熱振動，使點缺陷不斷產生運動消亡。作為熱力學穩定的缺陷，在一定溫度下，晶體中存在一定平衡數量的點缺陷(空位、間隙原子等)。此時點缺陷的濃度稱為該溫度下點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。1熱缺陷濃度隨溫度升高呈指數上升。2隨缺陷形成自由焓升高而降低。
9.什么是固溶體？類型？特點？
固溶體凡在固態條件下，一種組分（溶劑）內溶解了其他組分(溶質)而形成的單一均勻的晶態固體叫~。在固溶體中不同組分的結構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構，因此固溶體也是一種點缺陷范圍內的晶體結構缺陷。分類1按溶質原子在溶劑晶格中的位置劃分：取代型~溶質原子進入晶格后可以進入原來晶格中正常結點位置。填隙型~雜質原子進入溶劑晶格中的間隙位置生成~。2按溶質原子在溶劑晶格中的溶解度劃分：連續~溶質和溶劑可以以任意比例相互固溶，溶質和溶劑相對的。有限~溶質只能以一定的限量溶入溶劑，超過這一限量就會出現第二相。
10相圖坐標系統由什么來決定（相平衡系統中的最大自由度）？
相圖表示在一定條件下，處于熱力學平衡狀態的物質系統中平衡相之間關系的圖形。
11.一致熔化合物和不一致熔化合物的特點，相圖中如何區分？
一致~是一種穩定的化合物，具有固定的熔點，所產生的液相與化合物晶相組成相同。組成點在投影圖中代表熔點，即區域溫度最高點。相圖特點是其組成點在其初晶區內。可劃分為兩個最簡單相圖。不一致~是一種不穩定的化合物，不能在液態中存在。相圖特點是其組成點在其初晶區外. 該相圖不能劃分為兩個簡單的二元相圖。。
12界限指三元系統的兩個晶相的初晶區相交的界線連接線與對應界限上的液相平衡的兩晶相組成點的連接直線。相交:1連線與界線相交2界線的延長線與連線相交3連線的延長線與界線相交4連線的延長線與界線的延長線相交
13等含量規則平行于一邊的直線上，組成點中所含對面頂點組分的含量不變。定比例規則：射線上的組成點中，另外兩組分含量的比例不變。背向性規則：在三角形中任一混合物O，若從O中不斷析出某一頂點的成分，則剩余物質的成分也不斷改變，改變途徑在頂點與O的連線上，改變方向背向頂點。
14杠桿規則是兩種混合物的重量比與連接兩混合物組成點至新混合物組成點的線段長度成反比。適用于兩相平衡
重心規則包括：重心位置規則，交叉位置規則，共軛位置規則
15三角形化目的劃分付三角形，簡化相圖方法1.找出三元無變量點，2.無變量點周圍的三個晶相，3.三晶相連線構成一個付三角形。
注1初晶區相鄰的固相組成點可以連線，不是相鄰的組成點間不應連線。2：無變量點也可以在付三角形外。
16連接線規則目的判斷溫度降低方向2內容連接相鄰初晶區的兩固相組成點的直線與其界線相交，交點為界線上的溫度最高點。3類型：相交,組分點延長線,界線延長線圖
17切線規則用于確定界線性質,判斷界線上的三相反應.作界線上任一點的切線，若切線與界線相應的兩晶相組成點連線的延長線相交，則冷卻時在該點上進行的是轉熔過程，并且是遠離交點的那個晶相被轉熔。L + A→D.若交點在兩組成點連線之間，則進行的是低共熔過程L→D+ A
18三角形規則作用用于確定結晶產物和結晶終點和驗證對結晶路程的分析是否正確。//原始熔體組成點所在三角形的三個頂點表示的物質即為其結晶產物。與這三個物質相應的初晶區所包圍的三元無變量點是其結晶結束點
19何為穿相區現象,規律？
現象當析晶路線中有轉熔過程時可能發生。即某晶相先轉熔完畢，使體系減少一相。根據相律自由度回復到2，就會發生穿相區現象。規律：原始配料點在B初晶區內，而位于SP線以下，其析晶過程中都會發生液相穿相區現象。
20實際三元相圖分析步驟？1判斷化合物的性質2劃分三角形，使復雜相圖簡單化3標出界線上溫度下降方向4判斷界限上的性質5確定無變量點的性質6選點分析相變化
相p：系統中物理和化學性質相同，且完全均勻的一致部分。獨立組分C：獨立存在的化學純物質。自由度F：在相平衡中可以獨立改變的變量。相律：是解決相數目，組分數，自由度三者關系的定律。Gibbs:F=C-P+n
一個低共熔點的二元相圖特點：兩組元在液態時能以任意比例互溶，形成單相溶液。固相完全不互溶分別結晶。組元間不生成化合物。

1一級相變由α相轉變為β相時自由焓的一階偏導數不相等。有體積和熵的突變。△V≠0，△S≠0
二級相變若相變時自由焓的一階偏導數也相等，但自由焓的二階偏導數不相等。無體積效應和熱效應，材料的壓縮系數、熱膨脹系數及比定壓熱容均有突變。磁性轉變、有序-無序轉變多為二級相變圖
2.分相特點：成核-長大分相：成分第二相組成不隨時間變化，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序的，界面分相開始有界面突變，能量上有分相位壘，擴散正擴散，時間長動力學障礙大；旋節分相：成分第二相組成隨時間向兩個極端組成變化直到平衡，形貌第二相為高度連續性蠕蟲狀顆粒，有序在尺寸和間距上是有序的，界面分相開始界面是彌散的逐漸明顯，能量無位壘，擴散負擴散，時間極短無動力學障礙
3正擴散高濃度-低濃度，結果使溶質趨于均化，負擴散低-高，結果使溶質偏聚或分相
自擴散系數中f由于考慮每次躍遷與前次躍遷的相關性引入f,f取決于晶體結構和擴散機制，金剛石f=0.5,bcc f=0.72
空位擴散是主要擴散（因為空位在晶體中最容易發生），大離子（負離子）主要為空位擴散，空位擴散流的反方向是物質擴散流方向。
擴散：體現為定向移動，結果是導致整個體系的物質分布的變化，以及能量分布狀態的改變，是一種能量均衡化的動力學過程。推動力：化學位的差異  擴散的渠道的兩個因素：空間和方向流體中的擴散：速率大，各相同性
影響擴散系數的因素
1 溫度:T -，D -溫度是影響擴散速率的最主要因素。溫度越高，擴散系數越大，擴散速率越快。
2 固溶體類型:Q置換S.S>Q間隙S.S。間隙固溶體間隙原子的擴散激活能要比置換固溶體中置換原子的擴散激活能小得多，擴散速度也快得多。
鋼件表面熱處理在獲得同樣滲層濃度時，滲C，N比滲Cr或Al等金屬的周期短。
3 晶體結構

(bcc)>D(fcc)在溫度及成分一定的條件下任一原子在密堆點陣中的擴散要比在非密堆點陣中擴散慢。
4 濃度：擴散系數是隨濃度而變化的有些擴散系統如金-鎳系統中濃度的變化使鎳和金的自擴散系數發生顯著變化。
5 添加組元：在二元合金中加入第三元素時，擴散系數也會發生變化。
6 晶體缺陷：實際晶體中還存在著界面、位錯等晶體缺陷，擴散也可以沿著這些晶體缺陷進行。
若以QL，QS和QB別表示晶內、表面和晶界擴散激活能；DL，DS和DB分別表示晶內、表面和晶界的擴散系數，則一般規律是：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散系數也有所不同。
擴散的微觀機制
1.間隙機制：間隙固溶體中溶質原子的擴散是從一個間隙位置跳到近鄰的另一間隙位置，發生間隙擴散。
跳動時必須把陣點上相鄰位置處的原子擠開，晶格發生局部瞬時畸變，畸變能是溶質原子發生間隙擴散必須克服的能量勢壘。如, H, N, O, C等原子在金屬中的擴散機制。
2. 填隙機制：間隙(位置處的)原子將陣點上的原子擠到間隙位置，自己進入陣點位置。分為共線跳動非共線跳動
3. 互換機制：兩個相鄰原子互換了位置。4個原子同時交換，其所涉及到的能量遠小于直接交換。
4. 空位機制：在置換固溶體中，一個處于陣點上的原子通過與空位交換位置而遷移，又叫做空位擴散。

4.FICK第一定律：在單位時間內通過垂直擴散方向的單位截面積的擴散通量與該截面處的濃度梯度成正比。D為擴散系數，負號表示擴散方向與濃度梯度方向相反，J通量為單位時間定向通過單位面積的粒子數。用于處理（非）穩態擴散問題，此時濃度分布不隨時間變化，處理過程中用全微分dc/dx代替偏微分。
Fick2主要解決非穩定擴散問題，即空間任意一點的濃度隨時間變化，擴散通量隨位置變化。
Fick2是由Fick1衍生而來的，1在穩定擴散下使用，表示單位時間定向通過單位面積的粒子數。
2表達了擴散元素濃度與時間及位置的一般條件。
應用氧氣灌：內部壓力遠大于外部壓力，泄漏很小。泄漏時對內外壓差不產生影響，因為擴散是穩定的。
5.非化學計量圖解：高溫段本征空位中溫段非化學計量空位低溫段雜質空位
在非化學計量氧化物中同時考慮本征缺陷空位和雜質缺陷空位，和由于氣氛改變所因為的非化學計量空位對擴散系數的貢獻。原因有三1摻雜存在2非化學計量的形成是需要條件的如溫度，3高溫下熱運動形成的缺陷的作用最大
6.泰曼溫度對一般固體常溫時擴散很小，當固體加熱到一定溫度時擴散明顯增大這個溫度為~；金屬0.3-0.4Tm;鹽類：0.57 Tm硅酸鹽：0.8-0.9 Tm
7擴散活化能：晶粒內<晶界<表面。
8.熔融
9.固態燒結主要傳質方式：蒸發-凝聚擴散
10.晶界在燒結過程中應用：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散的通道。
11. 二次再結晶：晶粒正常長大（一次再結晶）后又有少數幾個晶粒擇優生長成為特大晶粒不均勻長大過程
1再結晶與固態相變的區別
再結晶是一種組織轉變，從變形組織轉變為無畸變新晶粒的過程，再結晶前后組織形態改變，晶體結構不變;固態相變時，組織形態和晶體結構是否發生了改變是二者的主要區別。
12

bobo15945 · 發表于 2012-9-21 09:04

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難得/mg糊涂 · 發表于 2012-9-5 10:30

多謝！麻煩問下還有沒有其他資料，多謝了

sangpeishiwo · 發表于 2012-9-5 16:21

馬克

雨奇堂 · 發表于 2012-9-5 23:45

不錯…

歇斯底里的愛 · 發表于 2012-9-7 14:18

版主哪里得到的這么寶貴的資料{:soso_e183:}

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