材料科學(xué)基礎(chǔ)考研經(jīng)典題目

1、116.簡(jiǎn)述金屬固態(tài)擴(kuò)散的條件。答：⑴擴(kuò)散要有驅(qū)動(dòng)力——熱力學(xué)條件，化學(xué)勢(shì)梯度、溫度、應(yīng)力、電場(chǎng)等。⑵擴(kuò)散原子與基體有固溶性——前提條件；⑶足夠高溫度——?jiǎng)恿W(xué)條件；⑷足夠長(zhǎng)的時(shí)間——宏觀遷移的動(dòng)力學(xué)條件17.何為成分過(guò)冷？它對(duì)固溶體合金凝固時(shí)的生長(zhǎng)形貌有何影響？答：成分過(guò)冷：在合金的凝固過(guò)程中，雖然實(shí)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(diǎn)，此時(shí)過(guò)冷由成分變化與實(shí)際溫度分布這兩個(gè)因素共同決定，這種過(guò)冷稱為成分

2、過(guò)冷。成分過(guò)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(guò)冷區(qū)較窄時(shí)，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(zhǎng)，使固溶體的生長(zhǎng)形態(tài)為不規(guī)則胞狀、伸長(zhǎng)胞狀或規(guī)則胞狀；當(dāng)成分過(guò)冷區(qū)較寬時(shí)，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(zhǎng)，使固溶體的生長(zhǎng)形態(tài)為胞狀樹(shù)枝或樹(shù)枝狀。所以成分過(guò)冷是造成固溶體合金在非平衡凝固時(shí)按胞狀或樹(shù)枝狀生長(zhǎng)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(wú)限固溶體？答：這是因?yàn)楫?dāng)溶質(zhì)原子溶入溶劑后，會(huì)使溶劑產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變，引起點(diǎn)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(diǎn)陣的間隙中，產(chǎn)生的點(diǎn)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(diǎn)陣就會(huì)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(diǎn)陣的陣點(diǎn)上，產(chǎn)生的點(diǎn)陣畸變較??；溶質(zhì)和溶劑原子尺寸差別越小，點(diǎn)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(shí)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(wú)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(shí)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(kāi)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(zhǎng)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(shí)，它的生長(zhǎng)速度就會(huì)減慢甚至停止，周圍部分的過(guò)冷度較凸起部分大，從而趕上來(lái)，使凸起部分消失，這種過(guò)程使液—固界面保持穩(wěn)定的平面形狀。固溶體合金凝固時(shí)會(huì)產(chǎn)生成分過(guò)冷，在液體處于正的溫度梯度下，相界面前沿的成分過(guò)冷區(qū)呈現(xiàn)月牙形，其大小與很多因素有關(guān)。此時(shí)，成分過(guò)冷區(qū)的特性與純金屬在負(fù)的溫度梯度下的熱過(guò)冷非常相似?？梢园匆汗滔嘟缑媲把剡^(guò)冷區(qū)的大小分三種情況討論：⑴當(dāng)無(wú)成分過(guò)冷區(qū)或成分過(guò)冷區(qū)較小時(shí)，界面不可能出現(xiàn)較大的

6、凸起，此時(shí)平界面是穩(wěn)定的，合金以平面狀生長(zhǎng)，形成平面晶。⑵當(dāng)成分過(guò)冷區(qū)稍大時(shí)，這時(shí)界面上凸起的尖部將獲得一定的過(guò)冷度，從而促進(jìn)了凸起進(jìn)一步向液體深處生長(zhǎng)，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(zhǎng)，形成胞狀晶或胞狀組織。⑶當(dāng)成分過(guò)冷區(qū)較大時(shí)，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(zhǎng)，形成一次軸，同時(shí)在一次軸的側(cè)向形成二次軸，以此類推，因此合金以樹(shù)枝狀生長(zhǎng)，最終形成樹(shù)枝晶。20.純金屬晶體中主要的點(diǎn)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(diǎn)缺陷的主要類型是空位、間隙原子、空位對(duì)及空位與間隙原子對(duì)等。產(chǎn)生的途徑：⑴依靠熱振動(dòng)使原子脫離正常點(diǎn)陣位置而產(chǎn)生?？瘴?、間隙原子或空位與間隙原子對(duì)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(shí)由于位錯(cuò)間有交互作用。在適當(dāng)條件下，位錯(cuò)交互作用的結(jié)果能產(chǎn)生點(diǎn)缺陷，如帶割階的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)會(huì)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(shí)，點(diǎn)陣中的原子由?于粒子轟擊而離開(kāi)原來(lái)位置，產(chǎn)生空位或間隙原子。21.簡(jiǎn)述一次再結(jié)晶與二次再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力，并如何區(qū)分冷熱加工？動(dòng)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(dòng)力是基體的彈性畸變能，而二次再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力是來(lái)自界面能的降低。再結(jié)晶3陸續(xù)開(kāi)動(dòng)，增殖出大量位錯(cuò)，使位錯(cuò)密度迅速增加。①由于位錯(cuò)密度的增加，位錯(cuò)之間會(huì)發(fā)生交割而產(chǎn)生大量的割階和扭折，割階往往會(huì)阻礙位錯(cuò)的滑移。②位錯(cuò)之間還會(huì)發(fā)生

9、反應(yīng)，生成許多固定位錯(cuò)，這些固定位錯(cuò)不僅自身難以運(yùn)動(dòng)，同時(shí)作為障礙也會(huì)阻礙其他位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。9.為什么凝固過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)邊界層？答：根據(jù)相圖，固相從液相中結(jié)晶時(shí)，成分與液相不同，因此在結(jié)晶過(guò)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(shí)原子的運(yùn)動(dòng)路線是固相—界面—液相。開(kāi)始時(shí)，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(shí)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(shí)，達(dá)到動(dòng)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(shí)在液固相間形成了一定溶質(zhì)原子濃度高于液相的過(guò)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(shí)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(shí)，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(diǎn)。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(shí)，首先是由一組滑移系啟動(dòng)，而多晶銅滑移時(shí)，是多個(gè)晶粒、多個(gè)滑移系協(xié)同作用，因此單晶銅滑移有三個(gè)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(lái)看，擴(kuò)散是由于化學(xué)勢(shì)的不同而引起的，各組元的原子總是由高化學(xué)勢(shì)區(qū)向低化學(xué)勢(shì)區(qū)擴(kuò)散，擴(kuò)散的真正驅(qū)動(dòng)力不是濃度梯度而是化學(xué)勢(shì)梯度。1