无机材料物理化学.docx

无机材料物理化学.docx

《无机材料物理化学.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机材料物理化学.docx（18页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

无机材料物理化学

无机材料物理化学

[填空题]

1计算FCT（晶格常数为a，a，c）与BCT（晶格常数为a’，a’，c’）晶格中（hkl）晶面的晶面间距d（hkl）与d’（hkl），并图示说明FCT晶格与BCT晶格是等价的。

参考答案：

考虑一个正交Bravais晶格，图中所示的是与通过坐标原点的（hkl）晶面最近邻的（hkl）晶面，该晶面在x，y，z三个坐标轴上的截距分别为a/h，b/k和c/l。

晶面间距d（hkl）是上述两晶面间的垂直距离。

[填空题]

2分别在FCC与BCC金属中图示出称为“哑铃”的双原子Frenkel对间隙的位置。

参考答案：

下图中给出了FCC与BCC晶体结构中稳定的“哑铃”状的双原子Frenkel对间隙的位置，两个黑色的原子分享一个晶格位置。

FCC中“哑铃”的轴沿方向，BCC中“哑铃”的轴沿方向。

[填空题]

3考虑一个厚度为Δx的无限大平板状固体，其中某一元素的浓度梯度dC/dx在空间的分布不为常数。

由于扩散作用，该元素原子以净流量J1由平板的一侧流入，以净流量J2由平板的另一侧流出。

试由Fick第一定律推导出Fick第二定律。

参考答案：

考虑如下图所示的浓度分布C（x，t），其中浓度梯度dC/dx在空间的分布不为常数，因此净流量J（x，t）将随空间位置变化。

由Δx=x2-x1薄层的一侧流进其中的净流量为J1，由另一侧流出其中的净流量为J2。

[填空题]

4计算Si在1300K升华反应

的平衡常数与Si（g）的平衡蒸气压Peq[Si（g），1300K]。

参考答案：

[填空题]

5三个成分相同，但铸造温度和铸模材料不同的铸件得到三种横截面：

A.粗等轴晶B.细等轴晶C.典型三层晶带组织试解释为何产生不同的组织。

其中A为高的浇注温度，导热性差的砂模；B为低的浇注温度，导热性差的砂模；C为适中的浇注温度，导热性好的砂模。

参考答案：

在合金成分一定的情况下，通过控制温度梯度与凝固速度，可使结晶以平界面方式转变为宏观的胞状晶形式。

随生长速度的增加，胞状晶转变为胞状树枝晶。

从胞晶组织的发展过程看，随着G/v的减小，胞晶的生长方向开始转向优势的结晶方向，胞晶的横断面受晶体学因素的影响而出现凸缘结构；当G/v进一步减小，凸缘上又会出现锯齿结构，即通常所说的二次晶臂，出现二次枝晶臂的胞晶称为胞状树枝晶；当凝固速度足够大时，二次臂还会长出三次臂，通常将这种一次臂与热流方向平行高度分枝（三次及三次以上）的晶体称为柱状树枝晶。

浇注温度高则温度梯度大，砂模导热性差则凝固速度慢，因此三个成分相同、但铸造温度和铸模材料在凝固过程中满足条件：

（G/v）A>（G/v）B>（G/v）C，所以出现三种横截面：

A.粗等轴晶B.细等轴晶C.典型三层晶带组织。

[填空题]

6试定性说明珠光体生长速度和片层间距与过冷度、界面能和扩散系数的关系。

参考答案：

[填空题]

7说明脱溶的一般序列及特征。

参考答案：

[填空题]

8试由经典成核理论说明马氏体成核的临界核心半径、半厚度与成核势垒。

参考答案：

[填空题]

9说明控制固溶度的因素及规律。

参考答案：

另外，研究还指出，两种给定元素的相对固溶度与它们的相对价有关，即在低价元素为溶剂时的固溶度总是大于相反情况的固溶度。

这种一般原理被称为相对价效应。

它仅适用于一价贵金属如金、银、铜与大于一价的A主族元素形成合金时的情况。

[填空题]

10根据凝固理论说明材料铸态晶粒度的控制方法。

参考答案：

细化晶粒不仅能提高材料的强度和硬度，还能提高材料的塑性和韧性。

工业上将通过细化品粒来提高材料强度的方法称为细晶强化。

控制铸件的晶粒大小，是提高铸件质量的一项重要措施。

细化铸件晶粒的基本途径是形成足够多的晶核，使它们在尚未显著长大时便相互接触，完成结晶过程。

（1）提高过冷度

金属结晶时的形核率N、长大线速度G与过冷度ΔT的关系如图所示。

过冷度增加，形核率N与长大线速度G均增加，但形核率增加速度高于长大线速度增加的速度，因此，增加过冷度可以使铸件的晶粒细化。

在工业上增加过冷度是通过提高冷却速度来实现的。

采用导热性好的金属模代替砂棋；在模外加强制冷却；在砂模里加冷铁以及采用低温慢速浇铸等部是有效的方法。

对于厚重的铸件，很难获得大的冷速，这种方法的应用受到铸件尺寸的限制。

（2）变质处理

外来杂质能增加金属的形核率并阻碍晶核的生长。

如果在挠注前向液态金属中加入某些难熔的固体颗粒，会显著地增加晶核数量，使晶粗细化。

这种方法称为变质处理。

加入的难熔杂质叫变质剂。

变质处理是目前工业生产中广泛应用的方法。

如往铝和铝合金中加入锆和钛；往钢液中加入钛、锆、钒；往铸铁铁水中加入Si-Ca合金都能达到细化晶粒的目的。

往铝硅合金中加入钠盐虽不起形核作用却可以阻止硅的长大，使合金细化。

（3）振动、搅拌

在浇注和结晶过程中实施搅拌和振动，也可以达到细化晶粒的目的。

搅拌和振动能向液体中输入额外能量以提供形核功，促进晶核形成；另外，还可使结晶的枝晶碎化，增加晶核数量。

搅拌和振动的方法有机械、电磁、超声波法等。

[填空题]

11推导成分过冷的判别式并求出成分过冷的过冷度。

参考答案：

[填空题]

12对一个具有四方对称性的晶体，如果让边长为a的立方样品达到热平衡，人们发现晶体外形会变为边长为a’，b’和b’的四方形，求a’与b’。

已知晶体（100）与

面的表面能为γ1，（010）、（001）、

和

面的表面能为γ2。

参考答案：

[填空题]

13用Debye模型计算二维晶体的潜热。

参考答案：

[填空题]

14考虑一个在T>0K具有N个原子与NL（V）个空位的一维单原子固体，说明空位浓度分数nv（T）=NL（V）/N可以近似地表示为nvΔl/l0-Δa/a0，其中l0=Na0，为固体在T=0K时的长度，Δl为长度的变化，a0固体在T=0K时的晶格常数，Δa为晶格常数的变化。

参考答案：