材料物理试题与答案

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1、专业：姓名：学号：材料物理试题(卷面80分+平时20分)1、解释下列概念（20分）1.2空位、间隙原子和异类原子；空位：在晶格结点位置应有原子的地方空缺，这种缺陷称为“空位”。【从晶体点阵中原来应有原子存在的一个阵点处取走了原子，就形成了一个原子空位，这部分缺陷晶体被称为空位，这种空位也叫肖特基空位】间隙原子：在晶格非结点位置，往往是晶格的间隙，出现了多余的原子。它们可能是同类原子，也可能是异类原子。【进入晶体点阵间隙位置的原子称为间隙原子，这种间隙位置的特点是：在一般的情况下不应该有原子存在，且是晶体点阵的最大空隙位置。晶体

2、在高能粒子辐照下，正常位置的原子被打入到晶体的间隙位置，在形成间隙原子的同时，形成等量的空位，称为弗伦克耳空位。】异类原子（杂质原子）：在一种类型的原子组成的晶格中，不同种类的原子替换原有的原子占有其应有的位置。【即使在纯金属的情况下，也仍然包含有杂质原子，若杂质原子与基体原子相比，其体积大于一定值，则杂质原子以置换的形式存在；而若其体积相对较小时，则有可能以间隙原子的形式出现。】1.3晶界、大角晶界和小角晶界；晶界：晶界就是空间取向(或位向)不同的相邻晶粒之间的分界面。小角度晶界：大致地把晶粒位向差小于十度的晶界称为小角度晶

3、界。大角度晶界：当相邻晶粒之间的位向差大于10-15度，晶粒间的界面叫大角度晶界。1.4上坡扩散和反应扩散；扩散是由低浓度处向高浓度处进行的，如固溶体中某些偏聚或调幅分解，这种扩散被称为“上坡扩散”。通过扩散使固溶体中的溶质组元超过固溶度而不断形成新相的扩散过程，又称相变扩散。【许多合金状态图中往往有中间相，因而在扩散过程中也可能出现中间相，这种扩散即为多相扩散。多相扩散包括两个过程，一个是扩散过程；另一个是界面上达到一定的浓度发生化学反应，从而形成新相的过程。多相扩散通常也被称为反应扩散。】1.5一级相变和二级相变。一级相变

4、：由α相转变为β相时，Gα=Gβ,μαi=μβi，但自由焓的一阶偏导数不相等，称为一级相变。一级相变有体积和熵的突变，△V≠0，△S≠0。【发生相变时，平衡两相的化学位μ1=μ2应相等。如果相变满足此条件，且两相的化学位对温度及压力的一阶偏微分不等，那么这种相变称为一级相变。发生一级相变时，将发生熵S的变化及体积V的变化，即在相变时除有体积变化外，还有潜热的释放。一级相变的形式：物质的三态转变及固态相变中的同素异构转变等】。二级相变：若相变时，Gα＝Gβ，μαi=μβi，并且自由焓的一阶偏导数也相等，但自由焓的二阶偏导数不相等

5、，称为二级相变。二级相变时无体积效应和热效应，材料的压缩系数、热膨胀系数及比定压热容均有突变。例：磁性转变、有序－无序转变多为二级相变。注:该题签需随同答题纸一起交回.专业：姓名：学号：【二级相变的热力学特点是发生相变时平衡两相的化学位相等，且两相化学位的一阶偏微分也相等，但二阶偏微分不等。二级相变时没有相变潜热（即相变时的熵值不变化）及体积变化，但是比热、压缩系数及体积膨胀系数发生变化。磁性转变及部分有序无序转变是属于二级相变。】2、简答下列问题（20分）2.1确定核外电子运动状态的量子数及其意义；主量子数n：描述电子的能量

6、高低，n越大，能量越高；角量子数l：角量子数决定电子空间运动的角动量，以及原子轨道或电子云的形状；磁量子数m：磁量子数是轨道角动量的z分量量子数，因为旋转量子相当于圆圈电流，它必定会产生磁场，形成轨道磁矩，在磁场作用下将有不同取向；自旋量子数ms：描述电子的自旋方向，正自旋+1/2，反自旋-1/2。2.2点缺陷对材料性能的影响；（1）空位对电阻的影响：在金属晶体中存在空位时，将使在晶体内运动的电子发生散射，因此增加了电阻。电阻增加与空位浓度成比例关系。【定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡力（陷阱），增加了阻力，加速运动提高局部

7、温度（发热）。金属的电阻主要来自离子对传导电子的散射。在完整晶体中，电子基本上是在均匀电场中运动，而在有缺陷的晶体中，在缺陷区点阵的周期性被破坏，电场急剧变化，因此对在晶体内运动的电子发生强烈散射，因此增加了电阻。】（2）空位对体积的影响：在晶体中有空位存在时，晶体体积就要增加。为了在晶体内部产生一个空位，需要将该处的原子移到晶体表面上的新原子位置，这就导致了晶体体积的增加。2.3高温蠕变机理；晶界机理-多晶体的蠕变。晶界对蠕变速率有两种影响：第一，高温下，晶界能彼此相对滑动，使剪应力得到弛豫。第二，晶界本身是位错源，离晶界约

8、为一个障碍物间距内的位错会消失。晶格机理-单晶蠕变，但也可能控制着多晶的蠕变过程。在一定温度下，热运动的晶体中存在一定数量空位和间隙原子；位错线处一列原子由于热运动移去成为间隙原子或吸收空位而移去；位错线移上一个滑移面。或其他处的间隙原子移入而增添一列原子，使位错线向下移一个