無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題及解答第七章相變

1、第七章 相變7-2 什么叫相變？按照相變機(jī)理來(lái)劃分，可分為哪些相變?解：相變是物質(zhì)系統(tǒng)不同相之間的相互轉(zhuǎn)變。按相變機(jī)理來(lái)分，可以分為擴(kuò)散型相變和非擴(kuò)散型相變和半擴(kuò)散型相變。依靠原子或離子長(zhǎng)距離擴(kuò)散進(jìn)行的相變叫擴(kuò)散型相變。非擴(kuò)散型型相變指原子或離子發(fā)生移動(dòng)，但相對(duì)位移不超過(guò)原子間距。7-3 分析發(fā)生固態(tài)相變時(shí)組分及過(guò)冷度變化相變驅(qū)動(dòng)力的影響。解：相變驅(qū)動(dòng)力是在相變溫度下新舊相的體自由能之差（），而且是新相形成的必要條件。當(dāng)兩個(gè)組元混合形成固溶體時(shí)，混合后的體系的自由能會(huì)發(fā)生變化?？梢酝ㄟ^(guò)自由能-成分曲線(xiàn)來(lái)確定其相變驅(qū)動(dòng)力的大小。過(guò)冷度是相變臨界溫度與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度之差，相變形核的熱力學(xué)條件是要有過(guò)

2、冷度。已知驅(qū)動(dòng)力與過(guò)冷度之間的關(guān)系是：,這進(jìn)一步說(shuō)明了形核的熱力學(xué)條件。7-4 馬氏體相變具有什么特征？它和成核生成相變有何差別?解：馬氏體相變是替換原子經(jīng)無(wú)擴(kuò)散切變位移(均勻或不均勻)并由此產(chǎn)生形狀改變和表面浮凸、曾不變平面應(yīng)變特征的一級(jí)形核、長(zhǎng)大的相變。 特征：具有剪切均勻整齊性、不發(fā)生原子擴(kuò)散、相變速度快、相變有一定范圍、有很大的切變型彈性應(yīng)變能。成核生長(zhǎng)過(guò)程中存在擴(kuò)散相變，母相與晶相組成可相同可不同，轉(zhuǎn)變速度較慢，無(wú)明顯的開(kāi)始和終了溫度。7-5 試分析應(yīng)變能及表面能對(duì)固態(tài)相變熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及新相形狀的影響。解：物質(zhì)的表面具有表面張力,在恒溫恒壓下可逆地增大表面積dA,則需功dA,因?yàn)樗?/p>

3、需的功等于物系自由能的增加,且這一增加是由于物系的表面積增大所致,故稱(chēng)為表面自由能或表面能。應(yīng)變能和表面能可以影響相變驅(qū)動(dòng)力的大小，和新相的形狀。7-6 請(qǐng)分析溫度對(duì)相變熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)的影響。解：當(dāng)溫度降低，過(guò)冷度增大，成核勢(shì)壘下降，成核速率增大，直至達(dá)到最大值；當(dāng)溫度繼續(xù)下降，液相粘度增加，原子或分子擴(kuò)散速率下降。溫度過(guò)高或過(guò)低對(duì)成核和生長(zhǎng)速率均不利，只有在一定的溫度下才有最大成核和生長(zhǎng)速率。7-7 調(diào)幅分解與脫溶分解有何異同點(diǎn)？調(diào)幅分解所得到的顯微結(jié)構(gòu)與性能有何特點(diǎn)？解：調(diào)幅分解通過(guò)擴(kuò)散偏聚由一種固溶體分解成與母相結(jié)構(gòu)相同而成分不同的兩種固溶體。脫溶分解是從過(guò)飽和固溶體中析出第二相的過(guò)程。

4、它們的主要區(qū)別如下：（）調(diào)幅分解屬于連續(xù)型相變。它是一種無(wú)熱力學(xué)能壘、無(wú)形核的固態(tài)相變。脫溶分解是形核長(zhǎng)大型相變，有熱力學(xué)能壘，有形核過(guò)程。（）調(diào)幅分解初期，母相內(nèi)的成分起伏是逐步建立起來(lái)的，兩相的成分隨時(shí)間增加而連續(xù)變化并曾正弦波分布規(guī)律，最后達(dá)到平衡相成分。脫溶分解的晶核一旦在母相中形成，其成分就是平衡相的成分，以后變化不大。（）調(diào)幅分解在母相中均勻的發(fā)生；脫溶分解晶核一般在晶體缺陷處形成。（）調(diào)幅分解中的增幅過(guò)程是通過(guò)上坡擴(kuò)散。沉淀相晶核的形成是通過(guò)下坡擴(kuò)散。（）調(diào)幅分解中的兩個(gè)偏聚區(qū)曾不明晰共格界面。沉淀相與母相曾明細(xì)界面。（）調(diào)幅分解組織結(jié)構(gòu)規(guī)則，脫溶分解組織的均勻性較差。相同點(diǎn)：都

5、是通過(guò)溶質(zhì)的擴(kuò)散而進(jìn)行。調(diào)幅分解所得到的顯微結(jié)構(gòu)通常曾準(zhǔn)周期性和互連性的成分調(diào)制結(jié)構(gòu)或海綿狀組織，組織均勻細(xì)密，只有在電鏡下才能分辨。7-8 當(dāng)一種純液體過(guò)冷到平衡凝固溫度（T0）以下時(shí)，固相與液相間的自由焓差越來(lái)越負(fù)。試證明在溫度T0附近隨溫度變化的關(guān)系近似地為：，式中HV 球形的表面積 則7-16 銅的熔點(diǎn)Tm1385k，在過(guò)冷度T0.2Tm的溫度下，通過(guò)均相成核得到晶體銅。計(jì)算該溫度下的臨界核胚半徑及臨界核胚的原子數(shù)。（H1628J/cm3、1.77105J/cm2，設(shè)銅為面心立方晶體，a0.3615nm）解：由,晶核體積為，晶胞的體積為，則晶胞的個(gè)數(shù)為將已知條件代入，得：J/cm3m=1.087nm則臨界核胚的原子數(shù)為個(gè)7