无机材料物理化学.docx

1、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

2、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x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x=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）

3、的平衡蒸气压PeqSi（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，

4、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、

5、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

6、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T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

7、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1，（010）、（001）、和面的表面能为2。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T0K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nvl/l0-a/a0，其中l0=Na0，为固体在T=0K时的长度，l为长度的变化，a0固体在T=0K时的晶格常数，a为晶格常数的变化。参考答案：