南昌大学光伏学院材料科学基础期末重点50分.docx

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南昌大学光伏学院材料科学基础期末重点50分

材料科学与基础

（二）

1.辨析点缺陷

它在三维空间各方向上尺寸都很小，亦称为零维缺陷。

如空位，间隙原子或异类原子。

2.缺陷方程式

位置关系质量平衡电中性

3.生成无限固溶体充分必要条件

①粒子半径差小于15%②组元间晶体结构相同

形成固溶体后对晶体性质影响：

①稳定晶格阻止某些晶型转变发生

②活化晶格

③固溶强化

④强度硬度提高，塑性降低

4.菲克尔第一、二定律

单位时间通过垂直于扩散方向单位截面的物质流量，与该处的浓度梯度成正比

J=-Ddc/dt-----菲克尔第一定律

只要有浓度梯度存在，就会有扩散现象。

扩散的宏观流动总是从溶质浓度高的向浓度低的方向进行。

（稳态扩散材料内部各处的溶质浓度不随时间而变）

扩散第二定律：

包含时间因素在内的非稳态扩散的定律

5.晶体强化机制

①固溶强化②时效强化③细晶强化④沉淀弥散强化⑤加工硬化

6.扩散机制

1.易位扩散2.环形扩散3.间隙扩散4.准间隙扩散5.空位扩散

间隙扩散：

指碳氢氧氮这类尺寸小的原子在金属晶体内的扩散。

是从一个八面体间隙运动到邻近的另一个八面体间隙。

空位扩散：

空位扩散是指晶体中的空位路迁入邻近原子，而原子反向迁入空位；

7.柯肯达尔效应

由于多元系统中各组元扩散速率不同而引起的扩散偶原始界面向扩散速率快的一侧移动的现象称为克肯达尔效应

发生的条件

对结构的影响：

产生柯肯达尔效应时，若晶体收缩完全，原始界面会发生移动。

若晶体收缩不完全，在低熔点金属一侧会形成分散的或集中的空位。

其总数超过平衡空位浓度，形成孔洞，甚至形成柯肯达尔孔。

而在高熔点金属一侧的空位浓度将减少至平衡空位浓度，从而改变了晶体的密度。

扩散系数的计算

扩散系数影响因素：

D=D0exp（-Q/RT）.从关系式上看，扩散系数主要决定于温度和激活能。

影响激活能的主要因素：

扩散机制晶体结构原子结合力合金成分

8.固相反应

影响因素

①化学组成与结构②颗粒尺寸③温度，压力，气氛④矿化剂（温度、细粒、材料特性）

9.马氏体相变

定义：

①无扩散的②点阵畸变式的③以切变分量为主④动力学和形态受应变能控制

特点：

①马氏体相变无扩散性②切变共格性和表面浮凸现象③位向关系与惯习面④马氏体相变得可逆性与形状记忆效应

对性能的影响（强度硬度变大、塑性降低）

CaTi矿结构相变

10.均匀成核：

在均一的液相中靠自身的结构起伏和能量起伏形成新相核心的过程。

非均匀成核：

形核依附于液相中某种固体表面（外来杂质表面或容器壁）上形成的过程。

11.抗磁体、顺磁体、铁磁体

抗磁体：

特点是原子中的电子壳层全部填满。

无磁矩存在的物质称为抗磁性物质，当抗磁体放入外磁场内，在此介质内感生一个磁矩，按照楞次定律其方向应与外磁场正方向相反，此种性质称为抗磁性。

Cu、Ag、Au

顺磁体：

在原子结构上的特点是具有未填满电子的电子壳层，因而每个原子的电子磁距总矢量和不为零，原子具有净磁矩或永久磁矩。

大多数物质的原子和离子中，全部电子的磁效应（包括电子轨道运动和电子自旋产生的两种磁效应）相互抵消，不存在磁矩，因而不显现磁性。

铁氧体或铁磁体：

晶体内由于磁性的反平行取向而导致的抵消作用，通常并不一定会使磁性完全消失而变成反铁磁体。

Fe、Co、Ni

12.剩磁

磁场完全去除后，表面有剩磁。

磁场强度降低时，磁畴壁的运动是可逆的，去磁时，磁化强度沿着原路线减少，磁场强度再增加时，磁畴壁的运动是不可逆的。

这种不可逆的运动方式决定了去磁时必定会有剩磁存在。

材料缺陷对磁学性能的影响

13.自由发射：

没有外界光子的作用，电子自发的从高能级跃迁到低能级并产生辐射

受激发射：

材料在外界电子的作用下，电子从低能级E1跃迁到E2，这是光的吸收过程，人原处于高能态的电子在外界光子的作用下又返回低能级，并放出一个光子hv=E2-E1这称为受激发射

14.产生激光的机理

（粒子数反转：

高能级的原子数大于低能级的原子数，使受激发射的几率大于吸收几率。

受激发射...枪）

发光过程：

光束照射到某种材料上时，将产生光的反射，折射，光的吸收与透射过程。

发光：

材料吸收外界能量后，其中部分能量以频率在可见光范围内向外发射，这称为发光。

激光：

材料在外界电子的作用下，电子从低能级E1跃迁到E2，这是光的吸收过程，人原处于高能态的电子在外界光子的作用下又返回低能级，并放出一个光子hv=E2-E1这称为激光

15.什么是吸收

16.热容（CR是常数推导）热膨胀（机理）热导（导热机理）

什么是摩尔热？

什么是热传导？

摩尔热容：

1mol的材料温度升高1°C或1K所需的热量。

热膨胀现象：

由原子的非简谐运动产生

热传导：

当固体材料一端的温度比另一端高时，热量就会从热端自动地传向冷端，这个现象就称为热传导。

17.单晶：

官能度：

一个单体上能与别的单体发生键合的位置数目

聚合度：

大分子链中链节的重复次数。

n=M/m.

18.晶态聚合物的结构

1.缨状胶束结构模型2.折迭链结构模型

非晶态聚合物的结构

1.无序结构模型：

a）无规线团模型　b）折迭链缨状胶粒模型

2.局部有序结构模型

超离子导电性：

一部分离子晶体的扩散激活能很低，在室温下有较高的导电率，称为超离子导电性。

形核率：

单位时间、单位体积内液相中所形成的晶核数目

扩展位错：

两个不全位错中间夹一层错的位错组态

平均分配系数：

合金平衡凝固时，固相的成分与液相成分的比值

同素异构：

同种组分金属在不同的温度和压力下具有不同的晶体结构的现象，也称为同素异构体

第三章

1、高分子链的化学组成？

1.碳链；2.杂链；3.元素有机高分子

2、高分子结构单元的键接方式和构型

键接方式：

a）无规共聚　b）交替共聚　c）嵌段共聚　d）接枝共聚

空间构型：

全同立构、间同立构、无规立构

3、高分子链的几何形状

a）线型：

线型高分子材料是指单个的链中单体单元首尾相接形成的高分子材料。

　b）支化：

主链上带有侧链的高分子材料，称为支化高分子材料。

c）梳形　d）星形　

e）交联：

在交联高分子材料中，相邻线型高分子材料链被共价键在很多位置上连结在一起

f）体型：

三官能单体单元，即有三个活性共价键的单体，形成三维网状，被称为网状高分子材料。

2、晶态聚合物的结构

1.缨状胶束结构模型2.折迭链结构模型

5、非晶态聚合物的结构

1.无序结构模型：

a）无规线团模型　b）折迭链缨状胶粒模型

2.局部有序结构模型

第九章

4、根据物质被磁化后对磁场所产生的影响可分为哪几类？

a.使磁场减弱的物质称为抗磁性物质

b.使磁场略有增强的称为顺磁性物质；

c.使磁场急剧增加的称为铁磁性物质。

2、a.顺磁体：

在原子结构上的特点是具有未填满电子的电子壳层，因而每个原子的电子磁距总矢量和不为零，原子具有净磁矩或永久磁矩。

大多数物质的原子和离子中，全部电子的磁效应（包括电子轨道运动和电子自旋产生的两种磁效应）相互抵消，不存在磁矩，因而不显现磁性。

b.抗磁体：

特点是原子中的电子壳层全部填满。

无磁矩存在的物质称为抗磁性物质，当抗磁体放入外磁场内，在此介质内感生一个磁矩，按照楞次定律其方向应与外磁场正方向相反，此种性质称为抗磁性。

Cu、Ag、Au

C.铁氧体或铁磁体：

晶体内由于磁性的反平行取向而导致的抵消作用，通常并不一定会使磁性完全消失而变成反铁磁体。

Fe、Co、Ni

3、发光过程，如何发光？

激光的产生？

光束照射到某种材料上时，将产生光的反射，折射，光的吸收与透射过程。

材料吸收外界能量后，其中部分能量以频率在可见光范围内向外发射，这称为发光。

材料在外界电子的作用下，电子从低能级E1跃迁到E2，这是光的吸收过程，人原处于高能态的电子在外界光子的作用下又返回低能级，并放出一个光子hv=E2-E1这称为激光。

4、什么是摩尔热？

什么是热传导？

1mol的材料温度升高1°C或1K所需的热量。

当固体材料一端的温度比另一端高时，热量就会从热端自动地传向冷端，这个现象就称为热传导。

第七章

1、扩散的定义：

固体中原子或离子不断改变位置出现由一处向另一处无规则迁移运动。

特点1.流体：

随机的、各向同性、2.固体：

各向异性、速率低

当物质内有梯度（化学位、浓度、应力梯度等）存在时，由于热运动而触发（导致）的质点定向迁移即所谓的扩散

2、影响扩散的因素：

温度、固溶体类型、晶体结构、浓度、合金元素的影响

3、扩散机制：

1.易位扩散2.环形扩散3.间隙扩散4.准间隙扩散5.空位扩散

4、间隙扩散：

间隙扩散是指碳氮氢氧这类尺寸很小的原子在金属晶体的扩散，它们一般位于晶体的八面体间隙中。

5、空位扩散：

空位扩散是指晶体中的空位路迁入邻近原子，而原子反向迁入空位；

6、克肯达尔效应：

由于多元系统中各组元扩散速率不同而引起的扩散偶原始界面向扩散速率快的一侧移动的现象称为克肯达尔效应

7、离子晶体的两种点缺陷和两种扩散：

1、肖特基，扩散类似于金属中的空位扩散机制;

2、弗兰克尔缺陷，主要为自间隙扩散

8、烧结的目的是把粉状材料转变为致密体。

第1章材料结构的基本知识

1、名词解释：

固溶体：

溶液中各处的成分与结构相同，是单一的相，在固体状态时称为固溶体。

二、辨析：

相与组织

→组织：

指各种晶粒的组合特征，即各种晶粒的相对量、尺寸大小、形状分布等形貌特征，有多相组织、单相组织。

相：

结构相同，物理和化学性质完全均匀的部分，

特点：

①相与相之间存在有明显的界面②界面两端，物质性质有飞跃性的改变③一个体系中可以存在一个或多个相。

第2章材料中的晶体结构

一、名词解释：

1、多晶型转变（同素异构转变）：

当外界条件（主要指温度和压力）改变时，元素的晶体结构可以发生转变。

（金属的这种性质被称为多晶型性）

2、离子晶体：

离子晶体是由正负离子通过离子键按一定方式堆积起来形成的晶体。

二、简答：

请写出七大晶系中的4种晶系，十四种布拉菲点阵中的8种布拉菲点阵。

→三斜晶系：

简单三斜布拉菲点阵

单斜晶系：

简单单斜、底心单斜布拉菲点阵

正交晶系：

简单正交、底心正交、体心正交、面心正交布拉菲点阵

六方晶系：

简单六方布拉菲点阵

菱方晶系：

简单菱方布拉菲点阵

四方晶系：

简单四方、体心四方布拉菲点阵

立方晶系：

简单立方、体心立方、面心立方布拉菲点阵。

第3章晶体缺陷

一、名词解释：

1、交滑移：

螺位错在滑移面上滑移受阻后，绕到与此滑移面相交的另一个滑移面上滑移，称为交滑移。

2、全位错：

位错的柏氏矢量等于点阵矢量的整数倍的位错。

3、不全位错：

柏氏矢量小于单位点阵矢量的位错。

4、小角度晶界：

晶界两侧晶粒的位相差很小（<10°）的晶界，小角度晶界基本上由位错组成。

二、辨析：

1、肖脱基缺陷和弗兰克尔缺陷

→肖脱基缺陷：

晶体中某结点上的原子脱位，一般进入其它空位或者逐渐迁移至晶界或表面，其脱位产生的空位称为肖脱基缺陷。

弗兰克尔缺陷：

晶体中的原子脱位挤入结点间的间隙，形成间隙原子，其原处结点产生空位。

将这一对点缺陷（空位和间隙原子）称为弗兰克尔缺陷。

同：

都是点缺陷

异：

两种缺陷中脱位原子迁移的位置不一样，且弗兰克尔缺陷包含间隙原子及空位两种点缺陷。

2、热力学平衡点缺陷和过饱和点缺陷的异同

→同：

两种缺陷都包含空位和间隙原子

异：

热力学平衡点缺陷是由晶体热振动产生点缺陷，且在体系自由能最低时点缺陷浓度达到平衡；过饱和点缺陷指晶体中点缺陷数目明显超过平衡值，是由高温淬火、辐照、冷加工等过程引起的。

3、刃型位错与螺型位错

→刃型位错：

柏氏矢量与位错线垂直的位错。

螺型位错：

柏氏矢量平行于位错线的位错。

同：

都为线缺陷，都可以在外力的作