材料科学基础考研经典题目.doc

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⑵扩散原子与基体有固溶性——前提条件;⑶足够高温度——动力学条件;⑷足够长的时间——宏观迁移的动力学条件
17. 何为成分过冷?它对固溶体合金凝固时的生长形貌有何影响?
答:成分过冷:在合金的凝固过程中,虽然实际温度分布一定,但由于液相中溶质分布发生了变化,改变了液相的凝固点,此时过冷由成分变化与实际温度分布这两个因素共同决定,这种过冷称为成分过冷。成分过冷区的形成在液固界面前沿产生了类似负温度梯度的区域,使液固界面变得不稳定。当成分过冷区较窄时,液固界面的不稳定程度较小,界面上偶然突出部分只能稍微超前生长,使固溶体的生长形态为不规则胞状、伸长胞状或规则胞状;当成分过冷区较宽时,液固界面的不稳定程度较大,界面上偶然突出部分较快超前生长,使固溶体的生长形态为胞状树枝或树枝状。所以成分过冷是造成固溶体合金在非平衡凝固时按胞状或树枝状生长的主要原因。
为什么间隙固溶体只能是有限固溶体,而置换固溶体可能是无限固溶体?
答:这是因为当溶质原子溶入溶剂后,会使溶剂产生点阵畸变,引起点阵畸变能增加,体系能量升高。间隙固溶体中,溶质原子位于点阵的间隙中,产生的点阵畸变大,体系能量升高得多;随着溶质溶入量的增加,体系能量升高到一定程度后,溶剂点阵就会变得不稳定,于是溶质原子便不能再继续溶解,所以间隙固溶体只能是有限固溶体。而置换固溶体中,溶质原子位于溶剂点阵的阵点上,产生的点阵畸变较小;溶质和溶剂原子尺寸差别越小,点阵畸变越小,固溶度就越大;如果溶质与溶剂原子尺寸接近,同时晶体结构相同,电子浓度和电负性都有利的情况下,就有可能形成无限固溶体。
在液固相界面前沿液体处于正温度梯度条件下,纯金属凝固时界面形貌如何?同样条件下,单相固溶体合金凝固的形貌又如何?分析原因
答:正的温度梯度指的是随着离开液—固界面的距离Z的增大,液相温度T随之升高的情况,即。在这种条件下,纯金属晶体的生长以接***面状向前推移,这是由于温度梯度是正的,当界面上偶尔有凸起部分而伸入温度较高的液体中时,它的生长速度就会减慢甚至停止,周围部分的过冷度较凸起部分大,从而赶上来,使凸起部分消失,这种过程使液—固界面保持稳定的平面形状。固溶体合金凝固时会产生成分过冷,在液体处于正的温度梯度下,相界面前沿的成分过冷区呈现月牙形,其大小与很多因素有关。此时,成分过冷区的特性与纯金属在负的温度梯度下的热过冷非常相似。可以按液固相界面前沿过冷区的大小分三种情况讨论:⑴当无成分过冷区或成分过冷区较小时,界面不可能出现较大的凸起,此时平界面是稳定的,合金以平面状生长,形成平面晶。⑵当成分过冷区稍大时,这时界面上凸起的尖部将获得一定的过冷度,从而促进了凸起进一步向液体深处生长,考虑到界面的力学平衡关系,平界面变得不稳定,合金以胞状生长,形成胞状晶或胞状组织。⑶当成分过冷区较大时,平界面变得更加不稳定,界面上的凸起将以较快速度向液体深处生长,形成一次轴,同时在一次轴的侧向形成二次轴,以此类推,因此合金以树枝状生长,最终形成树枝晶。
纯金属晶体中主要的点缺陷类型是什么?试述它们可能产生的途径?
答:纯金属晶体中,点缺陷的主要类型是空位、间隙原子、空位对及空位与间隙原子对等。产生的途径:⑴依靠热振动使原子脱离正常点阵位置而产生。空位、间隙原子