材料熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)答案

1、GibbsThomsoneffect:1.TheGibbs–ThomsonEffectincommonphysicsusagereferstovariationsinvappressurechemicalpotentialacrossacurvedsurfaceinterface.Theexistenceofapositiveinterfacialenergywillincreasetheenergyrequiredtofmsmallp

2、articleswithhighcurvaturetheseparticleswillexhibitanincreasedvappressure.SeeOstwald–Freundlichequation.2.MespecificallytheGibbs–Thomsoneffectreferstotheobservationthatsmallcrystalsareinequilibriumwiththeirliquidmeltatalo

3、wertemperaturethanlargecrystals.IncasesofconfinedgeometrysuchasliquidscontainedwithinpousmediathisleadstoadepressioninthefreezingpointmeltingpointthatisinverselyproptionaltothepesizeasgivenbytheGibbs–Thomsonequation.Whya

4、tarelativelylowertemperaturesolutetranspttendstobecomemeeffectiveviagrainboundarythanthroughthelatticethroughdislocationPleasehaveanexamplematerialtoclear.（為什么在一個(gè)相對(duì)較低的溫度，溶質(zhì)趨向于通過晶界的運(yùn)輸比晶格和位錯(cuò)運(yùn)輸更有效？請(qǐng)舉一種材料作為例子詳述）答：在多晶體中的擴(kuò)散除了再

5、晶粒點(diǎn)陣內(nèi)部進(jìn)行之外，還會(huì)沿表面、晶界、位錯(cuò)等缺陷部位進(jìn)行。由于這些部位的點(diǎn)陣畸變較大，原子處于較高的能量狀態(tài)，易于跳動(dòng)，因而沿表面、晶界、位錯(cuò)遷移的擴(kuò)散系數(shù)恒大于原子穿越點(diǎn)陣內(nèi)部的體擴(kuò)散系數(shù)。晶界擴(kuò)散的作用因溫度不同而不同，在溫度較低時(shí)，由于晶界激活能比點(diǎn)陣激活能小得多，晶界擴(kuò)散對(duì)整個(gè)擴(kuò)散起了重要作用。這也就是為什么在一個(gè)相對(duì)較低的溫度，溶質(zhì)趨向于通過晶界的運(yùn)輸比晶格和位錯(cuò)運(yùn)輸更有效。但隨著溫度的升高，晶內(nèi)空位濃度逐漸增加，點(diǎn)陣擴(kuò)散系

6、數(shù)相應(yīng)增大，比例很小的晶界擴(kuò)散伴隨著溫度的升高其作用逐步減弱。例如：?jiǎn)尉w銀與多晶體銀自擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，在溫度較低時(shí)，多晶體銀的自擴(kuò)散系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單晶銀的自擴(kuò)散系數(shù)。而當(dāng)溫度上升到700oC時(shí)，二者相當(dāng)。Afternucleationofbothphasesthecolonycangrowedgewisebythemovementoftheincoherentinterfacesthatapearlitegrowthi

7、ntotheaustenitegrainwithwhichisdoesnothaveonientationrelationship.（兩相形核之后，集落能夠通過不連續(xù)的界面沿邊生長(zhǎng)，一個(gè)珠光體長(zhǎng)成兩個(gè)無(wú)定向關(guān)系的奧氏體晶粒）答：當(dāng)溫度達(dá)到一定溫度后，先在形核晶界處形成一小片滲碳體（片狀是為了減小應(yīng)變能），然后通過臨近原子沿著不連續(xù)界面聚集長(zhǎng)大，一個(gè)珠光體長(zhǎng)成兩個(gè)無(wú)定向關(guān)系的奧氏體。Theadvantagedisadvantagebetw

8、eenDSCDTA（DSC曲線和DTA曲線相比的優(yōu)缺點(diǎn)）DTA與DSC兩種方法的主要差別是DTA測(cè)定的是試樣與參比物的溫度差△T，而DSC測(cè)定的是保持試樣與參比物溫差為零時(shí)的熱流率（功率差）dHdt。盡管兩者曲線形狀及定量校正方法都很相似，但其原理和曲線方程是不同的。DSC的主要優(yōu)點(diǎn)是熱量定量方便，分辨率高好，靈敏度高。DSC的第一個(gè)缺點(diǎn)是使用溫度低，最高只能用到800℃，一般在600℃以上，基線明顯變壞已不能用最高靈敏度檔。DSC儀器

9、使用溫度提不高的原因，一是DSC樣品支持器下有測(cè)溫?zé)犭娮?，又有加熱絲，對(duì)絕緣材料要求很高，而耐高溫的絕緣材料不易找到。所以使用DSC儀器盡量不用太高溫度，這樣可以延長(zhǎng)樣品支持器的壽命。題）材料熱力學(xué)是經(jīng)典熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)理論在材料研究方面的應(yīng)用，其目的在于揭示材料中的相和組織的形成規(guī)律。固態(tài)材料中的熔化與凝固以及各類固態(tài)相變、相平衡關(guān)系和相平衡成分的確定、結(jié)構(gòu)上的物理和化學(xué)有序性以及各類晶體缺陷的形成條件等是其主要研究對(duì)象。材料動(dòng)力學(xué)

10、通常主要包括化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、合金相變過程中的擴(kuò)散以及相變動(dòng)力學(xué)。熱力學(xué)只能預(yù)言在給定條件下某一過程的方向和限度，而動(dòng)力學(xué)是解決一個(gè)過程是如何進(jìn)行的問題。動(dòng)力學(xué)研究的是過程變化速率和變化的機(jī)理，即一個(gè)過程的現(xiàn)實(shí)性。動(dòng)力學(xué)所關(guān)注的問題有涉及擴(kuò)散、界面遷移、相變、微結(jié)構(gòu)演化、缺陷移動(dòng)等。動(dòng)力學(xué)是研究過程的變化速率和變化機(jī)理，是解決一個(gè)過程是如何進(jìn)行的問題，即一個(gè)過程的實(shí)現(xiàn)性?；瘜W(xué)動(dòng)力學(xué)的基本任務(wù)之一是了解反應(yīng)的速率，了解各種因素（如分子結(jié)構(gòu)、

11、溫度、壓力、濃度、介質(zhì)、催化劑）對(duì)反應(yīng)速率的影響。化學(xué)動(dòng)力學(xué)的另一個(gè)基本任務(wù)是研究反應(yīng)歷程，即反應(yīng)物按照什么途徑、經(jīng)過哪些步驟才轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物。同時(shí)，知道了這些歷程，就可以找出決定反應(yīng)速率的關(guān)鍵所在，使主反應(yīng)按照我們所希望的方向進(jìn)行，并使副反應(yīng)以最小的速率進(jìn)行。反應(yīng)的歷程可以反映出物質(zhì)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)能力之間的關(guān)系，從而加深我們對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形態(tài)的認(rèn)識(shí)，利用已知的有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識(shí)也可以推測(cè)一些反應(yīng)的歷程。其中化學(xué)動(dòng)力學(xué)、相變動(dòng)力學(xué)與材料的科學(xué)息

12、息相關(guān)。Generalizetheinfluencefactsondiffusiondiffusioncoefficient.(概括擴(kuò)散與擴(kuò)散系數(shù)的影響因素)答：1溫度的影響：溫度升高，擴(kuò)散原子獲得能量超越勢(shì)壘幾率增大且空位濃度增大，有利擴(kuò)散，對(duì)固體中擴(kuò)散型相變、晶粒長(zhǎng)大化學(xué)熱處理有重要影響。2.晶體結(jié)構(gòu)的影響a.同素異晶轉(zhuǎn)變的金屬中，D隨晶體結(jié)構(gòu)改變，910℃，DαFeDγFe=280，αFe致密度低，且易形成空位。b.晶體各向異性使

13、D有各向異性.3.固溶體類型間隙原子擴(kuò)散激活能小于置換式原子擴(kuò)散激活能，缺位式固溶體中缺位數(shù)多，擴(kuò)散易進(jìn)行。4.第三組元的影響第三組元的加入對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響比較復(fù)雜，有的促進(jìn)擴(kuò)散，有的阻礙擴(kuò)散。5.晶體缺陷的影響短路擴(kuò)散：原子沿點(diǎn)、線、面缺陷擴(kuò)散速率比沿晶內(nèi)體擴(kuò)散速率大。沿面缺陷的擴(kuò)散（界面、晶界）：原子規(guī)則排列受破壞，產(chǎn)生畸變，能量高，所需擴(kuò)散激活能低。沿線缺陷（位錯(cuò)）的擴(kuò)散：位錯(cuò)象一根管道，沿位錯(cuò)擴(kuò)散激活能很低，D可以很高，但位錯(cuò)截

14、面積總分?jǐn)?shù)很少，只在低溫時(shí)明顯，如低溫時(shí)過飽和固溶體分解時(shí)沉淀相在位錯(cuò)形核冷變形，增加界面及位錯(cuò)，促進(jìn)擴(kuò)散。ConcluderelatedMSEquestionsresearchdevelopment（得出與材料科學(xué)與工程相關(guān)問題和研究的發(fā)展的結(jié)論）Materialsscienceisprimarilyconcernedwiththesearchfbasicknowledgeabouttheinternalstructureproper

15、tiesprocessingofmaterials.Materialsengineeringismainlyconcernedwiththeuseoffundamentalappliedknowledgeofmaterialssothatthematerialscanbeconvertedintoproductsneededdesiredbysociety.Thetermmaterialsscienceengineeringcombin