材料科學(xué)基礎(chǔ)考研經(jīng)典題目

1、116.簡述金屬固態(tài)擴(kuò)散的條件。答：⑴擴(kuò)散要有驅(qū)動力——熱力學(xué)條件，化學(xué)勢梯度、溫度、應(yīng)力、電場等。⑵擴(kuò)散原子與基體有固溶性——前提條件；⑶足夠高溫度——動力學(xué)條件；⑷足夠長的時間——宏觀遷移的動力學(xué)條件17.何為成分過冷？它對固溶體合金凝固時的生長形貌有何影響？答：成分過冷：在合金的凝固過程中，雖然實際溫度分布一定，但由于液相中溶質(zhì)分布發(fā)生了變化，改變了液相的凝固點，此時過冷由成分變化與實際溫度分布這兩個因素共同決定，這種過冷稱為成分

2、過冷。成分過冷區(qū)的形成在液固界面前沿產(chǎn)生了類似負(fù)溫度梯度的區(qū)域，使液固界面變得不穩(wěn)定。當(dāng)成分過冷區(qū)較窄時，液固界面的不穩(wěn)定程度較小，界面上偶然突出部分只能稍微超前生長，使固溶體的生長形態(tài)為不規(guī)則胞狀、伸長胞狀或規(guī)則胞狀；當(dāng)成分過冷區(qū)較寬時，液固界面的不穩(wěn)定程度較大，界面上偶然突出部分較快超前生長，使固溶體的生長形態(tài)為胞狀樹枝或樹枝狀。所以成分過冷是造成固溶體合金在非平衡凝固時按胞狀或樹枝狀生長的主要原因。18.為什么間隙固溶體只能是有限

3、固溶體，而置換固溶體可能是無限固溶體？答：這是因為當(dāng)溶質(zhì)原子溶入溶劑后，會使溶劑產(chǎn)生點陣畸變，引起點陣畸變能增加，體系能量升高。間隙固溶體中，溶質(zhì)原子位于點陣的間隙中，產(chǎn)生的點陣畸變大，體系能量升高得多；隨著溶質(zhì)溶入量的增加，體系能量升高到一定程度后，溶劑點陣就會變得不穩(wěn)定，于是溶質(zhì)原子便不能再繼續(xù)溶解，所以間隙固溶體只能是有限固溶體。而置換固溶體中，溶質(zhì)原子位于溶劑點陣的陣點上，產(chǎn)生的點陣畸變較小；溶質(zhì)和溶劑原子尺寸差別越小，點陣畸變

4、越小，固溶度就越大；如果溶質(zhì)與溶劑原子尺寸接近，同時晶體結(jié)構(gòu)相同，電子濃度和電負(fù)性都有利的情況下，就有可能形成無限固溶體。19.在液固相界面前沿液體處于正溫度梯度條件下，純金屬凝固時界面形貌如何？同樣條件下，單相固溶體合金凝固的形貌又如何？分析原因答：正的溫度梯度指的是隨著離開液—固界面的距離Z的增大，液相溫度T隨之升高的情況，即。在這種條件下，純金屬晶體的生長以接近平面狀向前推移，這是由于溫度梯度是正的，當(dāng)0?dZdT界面上偶爾有凸起

5、部分而伸入溫度較高的液體中時，它的生長速度就會減慢甚至停止，周圍部分的過冷度較凸起部分大，從而趕上來，使凸起部分消失，這種過程使液—固界面保持穩(wěn)定的平面形狀。固溶體合金凝固時會產(chǎn)生成分過冷，在液體處于正的溫度梯度下，相界面前沿的成分過冷區(qū)呈現(xiàn)月牙形，其大小與很多因素有關(guān)。此時，成分過冷區(qū)的特性與純金屬在負(fù)的溫度梯度下的熱過冷非常相似?？梢园匆汗滔嘟缑媲把剡^冷區(qū)的大小分三種情況討論：⑴當(dāng)無成分過冷區(qū)或成分過冷區(qū)較小時，界面不可能出現(xiàn)較大的

6、凸起，此時平界面是穩(wěn)定的，合金以平面狀生長，形成平面晶。⑵當(dāng)成分過冷區(qū)稍大時，這時界面上凸起的尖部將獲得一定的過冷度，從而促進(jìn)了凸起進(jìn)一步向液體深處生長，考慮到界面的力學(xué)平衡關(guān)系，平界面變得不穩(wěn)定，合金以胞狀生長，形成胞狀晶或胞狀組織。⑶當(dāng)成分過冷區(qū)較大時，平界面變得更加不穩(wěn)定，界面上的凸起將以較快速度向液體深處生長，形成一次軸，同時在一次軸的側(cè)向形成二次軸，以此類推，因此合金以樹枝狀生長，最終形成樹枝晶。20.純金屬晶體中主要的點缺陷

7、類型是什么？試述它們可能產(chǎn)生的途徑？答：純金屬晶體中，點缺陷的主要類型是空位、間隙原子、空位對及空位與間隙原子對等。產(chǎn)生的途徑：⑴依靠熱振動使原子脫離正常點陣位置而產(chǎn)生。空位、間隙原子或空位與間隙原子對都可由熱激活而形成。這種缺陷受熱的控制，它的濃度依賴于溫度，隨溫度升高，其平衡態(tài)的濃度亦增高。⑵冷加工時由于位錯間有交互作用。在適當(dāng)條件下，位錯交互作用的結(jié)果能產(chǎn)生點缺陷，如帶割階的位錯運動會放出空位。⑶輻照。高能粒子（中子、粒子、高速電

8、子）轟擊金屬晶體時，點陣中的原子由?于粒子轟擊而離開原來位置，產(chǎn)生空位或間隙原子。21.簡述一次再結(jié)晶與二次再結(jié)晶的驅(qū)動力，并如何區(qū)分冷熱加工？動態(tài)再結(jié)晶與靜態(tài)再結(jié)晶后的組織結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是什么？答：一次再結(jié)晶的驅(qū)動力是基體的彈性畸變能，而二次再結(jié)晶的驅(qū)動力是來自界面能的降低。再結(jié)晶3陸續(xù)開動，增殖出大量位錯，使位錯密度迅速增加。①由于位錯密度的增加，位錯之間會發(fā)生交割而產(chǎn)生大量的割階和扭折，割階往往會阻礙位錯的滑移。②位錯之間還會發(fā)生

9、反應(yīng)，生成許多固定位錯，這些固定位錯不僅自身難以運動，同時作為障礙也會阻礙其他位錯的運動。9.為什么凝固過程中會出現(xiàn)邊界層？答：根據(jù)相圖，固相從液相中結(jié)晶時，成分與液相不同，因此在結(jié)晶過程中不斷排除溶質(zhì)原子，導(dǎo)致在液—固界面液相側(cè)溶質(zhì)原子積聚。此時原子的運動路線是固相—界面—液相。開始時，固相中排除的原子比從界面層向液相排出的原子多，導(dǎo)致界面層上溶質(zhì)原子濃度升高，此時稱為初瞬態(tài)。當(dāng)溶質(zhì)原子在界面層上的濃度高達(dá)一定程度時，達(dá)到動態(tài)平衡，即

10、從固相到界面與從界面到液相中的原子流量相同，此時在液固相間形成了一定溶質(zhì)原子濃度高于液相的過渡層，稱為邊界層。10.分別敘述平衡分配系數(shù)和有效分配系數(shù)的物理意義。答：平衡分配系數(shù)是指在平衡凝固時固相與液相中溶質(zhì)濃度之比，即；有效分配系數(shù)是指在LSCCk?0非平衡凝固時，當(dāng)邊界層建立后，邊界固相側(cè)溶質(zhì)濃度和邊界以外的液相中的溶質(zhì)濃度之比。11.試比較單晶銅和多晶銅的塑性變形特點。答：⑴單晶銅塑性變形能力呈各向異性，而多晶銅呈各向同性。⑵單

11、晶銅的應(yīng)力應(yīng)變水平低于多晶銅，因而單晶銅易滑移，多晶銅滑移困難。⑶單晶銅滑移時，首先是由一組滑移系啟動，而多晶銅滑移時，是多個晶粒、多個滑移系協(xié)同作用，因此單晶銅滑移有三個階段，而多晶銅不出現(xiàn)第一階段。12.何謂上坡擴(kuò)散？其產(chǎn)生條件是什么？答：溶質(zhì)原子自低濃度處向高濃度處遷移的現(xiàn)象，稱為上坡擴(kuò)散。從熱力學(xué)角度來看，擴(kuò)散是由于化學(xué)勢的不同而引起的，各組元的原子總是由高化學(xué)勢區(qū)向低化學(xué)勢區(qū)擴(kuò)散，擴(kuò)散的真正驅(qū)動力不是濃度梯度而是化學(xué)勢梯度。1