材料物理期末測(cè)試答案一、名詞解釋弗倫克爾缺陷：不均勻形核：玻璃轉(zhuǎn)化溫度：柯肯達(dá)爾效應(yīng)：一級(jí)相變：利用過(guò)冷液相中的活性質(zhì)點(diǎn)或固體界面作基底,同時(shí)依靠液相中的相起伏和能量起伏來(lái)實(shí)現(xiàn)的形核。相變前后兩相化學(xué)勢(shì)相等，一級(jí)導(dǎo)數(shù)不等的相變?nèi)垠w黏度足夠大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)無(wú)法重排，只能將液態(tài)結(jié)構(gòu)凍結(jié)，在溫度Tg下，玻璃熱膨脹系數(shù)和比熱容突變，則Tg稱(chēng)玻璃轉(zhuǎn)化（形成）溫度晶體結(jié)構(gòu)中由于原先占據(jù)一個(gè)格點(diǎn)的原子（或離子）離開(kāi)格點(diǎn)位置，成為間隙原子（或離子），并在其原先占據(jù)的格點(diǎn)處留下一個(gè)空位，這樣的空位-間隙對(duì)就稱(chēng)為弗侖克爾缺陷兩種擴(kuò)散速率不同的金屬在擴(kuò)散過(guò)程中會(huì)形成缺陷1.金剛石結(jié)構(gòu)中C原子按面心立方排列，為什么其堆積系數(shù)僅為約34%?金剛石立方結(jié)構(gòu)中，包含8個(gè)原子每一個(gè)碳原子的周?chē)加?個(gè)按照正四面體分布的碳原子2

、當(dāng)球狀晶核在液相中形成時(shí)，系統(tǒng)自由能的變化為求：(1)求臨界晶核半徑(2)證明(為臨界晶核體積)；(3)說(shuō)明上式的物理意義。變化很小，視為常數(shù)時(shí)單位體積自由能：故有：解：由題：故有：解得：臨界形核功臨界晶核體積為所以將代入臨界晶核表面積故有：故有：或?qū)⒋?.微小晶粒與大顆粒晶體的熔點(diǎn)相比，哪個(gè)更低？分析原因。小晶粒缺陷多（表面/內(nèi)部），能量高，破壞晶格所必須的能量降低晶粒越細(xì)，熔點(diǎn)下降越大，熔點(diǎn)越低4.位錯(cuò)反應(yīng)的基本條件是什么？判斷位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行。

位錯(cuò)反應(yīng)的條件：(1)幾何條件:柏氏矢量守恒性，即：∑b前

=∑b后

(2)能量條件:反應(yīng)過(guò)程能量降低——反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力,即：∑︱b前︱2﹥∑︱b后︱2幾何條件：能量降低，綜上所述，該反應(yīng)可以發(fā)生。反應(yīng)前后柏氏矢量守恒能量條件：反應(yīng)前-反應(yīng)后-對(duì)于5.討論在以下的這組多晶轉(zhuǎn)變中，哪個(gè)轉(zhuǎn)變所需的激活能最低？哪個(gè)最高？為什么？Fe(bcc)→Fe(fcc)；石墨→金剛石；立方BaTiO3→四方BaTiO3。答：重建型晶型轉(zhuǎn)變涉及化學(xué)鍵的破壞而重新建立新結(jié)構(gòu)，需較大的能量，轉(zhuǎn)變一般在較高溫度下進(jìn)行，轉(zhuǎn)變過(guò)程進(jìn)行得較為緩慢；而位移型晶型轉(zhuǎn)變，其特點(diǎn)是需要的能量低，即使在較低溫度下也能進(jìn)行，轉(zhuǎn)變過(guò)程迅速。Fe(bcc)→Fe(fcc)為重建型轉(zhuǎn)變，石墨→金剛石為重建型轉(zhuǎn)變，立方BaTiO3→四方BaTiO3為位移型轉(zhuǎn)變石墨→金剛石結(jié)構(gòu)變化最大，立方BaTiO3→四方BaTiO3變化最小，故石墨→金剛石所需的激活能最高，立方BaTiO3→四方BaTiO3所需的激活能最低。在具有一個(gè)不一致熔融化合物C的二元系統(tǒng)相圖（下圖）中，請(qǐng)依圖回答：（1）寫(xiě)出P點(diǎn)和E點(diǎn)的平衡析晶方程；（2）請(qǐng)分別標(biāo)出熔體2冷卻析晶過(guò)程、液相和固相狀態(tài)點(diǎn)的變化途徑，說(shuō)明結(jié)晶過(guò)程各階段系統(tǒng)所發(fā)生的相變。MgO晶體中肖特基缺陷生成能為6eV，計(jì)算在25℃及1600℃時(shí)熱缺陷濃度；如果MgO中含有百萬(wàn)分之一的Al2O3雜質(zhì)，則在1600℃，MgO晶體中是熱缺陷還是雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明原因（K=1.38×10-23J/K）△G=6eV=6×1.602×10-19=9.612×10-19JT1=25+273=298K；T2=1600+273=1873K解：代入公式得：在MgO中加入百萬(wàn)分之一的Al2O3雜質(zhì)，缺陷反應(yīng)方程為：產(chǎn)生缺陷為[VMg’’]雜質(zhì)而由上式可知：[VMg’’]=[Al2O3]=10-6可見(jiàn)：[VMg’’]雜質(zhì)＞[VMg’’]熱所以在1873K時(shí)雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢(shì)。2.當(dāng)溫度降低時(shí)玻璃中會(huì)出現(xiàn)分相現(xiàn)象，成分不同分相會(huì)分別以形核-生長(zhǎng)或Spinodal生長(zhǎng)的方式進(jìn)行，請(qǐng)從以下幾個(gè)方面分述兩種分相的特點(diǎn)：Al2O3和SiO2粉末反應(yīng)生成莫來(lái)石，由擴(kuò)散控制并符合楊德方程，實(shí)驗(yàn)在溫度保持不變的條件下，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行1h的時(shí)候，測(cè)知已有15%的反應(yīng)物發(fā)生了反應(yīng)。（1）將在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)全部反應(yīng)物都生成產(chǎn)物？（2）為了加速莫來(lái)石的生成，應(yīng)采取什么有效措施？

解：（1）由