材料物理思考題2011
第二章材料的晶態結構
1、 重要名詞：
晶體：內部質點在三維空間呈週期性重複排列的固體。
非晶態：熔體、液體和不具有晶體結構的物質
準晶體：具有準週期性（週期對稱性），長程無序的亞穩態，不具有固定熔點的固體物質
點陣（晶格）：陣點（將構成晶體的質點抽象成純粹的幾何點）在空間呈週期性規則排列，並具有等同的周圍環境的模型為點陣。作許多平行的直線把陣點連線起來，構成乙個三維的幾何構架稱為晶格。
晶胞：在空間點陣中，能代表空間點陣結構特點的小平行六面體；整個空間可由晶胞作三維重複堆砌而構成
同素異構現象：固態金屬在不同溫度和壓力下具有不同的晶體結構即具有多晶型性，轉變的產物稱為同素異構體。
合金：是指由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經熔煉、燒結或其他方法組合而成並具有金屬特性的物質
固溶體：是以某一組元作為溶劑，在其晶體點陣中溶入其他組元原子（溶質原子）所組成的均勻混合的固態熔體，他保持著溶劑的晶體結構型別。
間隙式固溶體：溶質原子分布於溶劑晶格間隙而形成的固溶體稱為間隙固溶體。
置換式固溶體：溶質原子佔據溶劑點陣的陣點，或者說溶質原子置換了溶劑點陣的部分溶劑原子這種固溶體稱為置換式固溶體。
中間相：合金組元相互作用形成的晶格型別和特性完全不同於任意組元的新相即為金屬化合物，或稱中間相。
間隙相和間隙化合物：由過渡族金屬元素與碳、氮、氫、硼等原子半徑較小的非金屬元素形成的化合物為間隙化合物。
超結構（超點陣，有序固溶體）：有序固溶體結構的通稱
陶瓷：無機非金屬材料統稱為陶瓷。
特種陶瓷：由人工合成原料製成的新型陶瓷材料，如：al2o3,si3n4,sic,bn等。
矽氧四面體：（1）每個si4+存在於4個o2-為頂點的四面體中心，構成矽氧四面體，它是矽酸鹽晶體結構的基礎。
（2）[sio4]四面體的每個頂點，即o2-最多只能為兩個[sio4]所共用。
（3）兩個鄰近的[sio4]四面體之間，只能以共頂而不以共稜或共面相聯接。
（4）[sio4]四面體中的si4+可以被al3+置換形成矽鋁氧骨幹，骨幹外的金屬離子容易被其它金屬離子置換。置換不同的離子，對骨幹的結構並無多大的變化，但對它的效能卻影響極大。
臨界晶核：長大和縮小均使體系自由能降低的晶核。
穩定晶核：長大時使體系自由能降低的晶核。
多晶體：由取向不同的多個小晶體形成的晶體。
錯配度：異質外延時，薄膜和基底的晶向分別是a和b m=|a-b|/a
均勻形核：晶核在母相基體中無擇優的任意均勻分布，稱為均勻成核。
非均勻形核：晶核在母相基體中某些區域擇優的不均勻分布，稱為非均勻形核
2、什麼是點陣引數?正方晶系和立方晶系的空間點陣特徵是什麼?畫出立方晶系中(123)的晶面。
3、在晶胞中畫出下列晶面和晶向：[111],[110111), (110), (225), (), ()
4、在圖上標出下列晶向和晶面的指數
5、畫出三種典型晶胞結構示意圖，其表示符號、原子數、配位數、致密度各是什麼？
6、從非晶體和晶體的x射線衍射特徵的區別解釋其結構的區別。
非晶體的衍射曲線圖有瀰散狀的的衍射峰
晶體的衍射圖線有尖銳的衍射峰。
7、比較晶體、非晶體和準晶體在結構上的異同。
晶體在結構上長城有序，具有週期對稱性。
非晶體只在短程上有序，長程無序
準晶體具有準週期性，有週期對稱性，長程無序
8、簡述薄膜形核的過程和長大的過程。
入射粒子沉積到基板表面，經過吸附和遷移，凝結過程形成原子團，原子團之間碰撞之後原子團會逐漸增大。原子數超過某一臨界值，形成臨界核，臨界核繼續碰撞有機會產生穩定核。穩定核逐漸增大形成小島。
島狀到聯並再到溝道最後形成連續膜。
9、為何從球冠形晶核模型推導出的臨界晶核半徑與實際偏差很大？更符合實際的模型是什麼樣的？
原因是薄膜實際形核時臨界能很小，不能形成球冠形狀。因此巨集觀的表面能，介面能，體積自由能的統計資料在此處不再有意義。
原子聚集理論。
10、什麼叫臨界晶核？
長大和縮小都可以使晶核能量降低的原子團
11、薄膜的組織（晶態）結構有幾種形態？各有何特點？
無定形結構：非晶態
多晶模型：取向不同的多個小晶體構成。巨集觀上偽等向性
單晶結構模型：晶體的結構與取向都與基片有關
纖維結構模型。擇優取向，某些晶面或晶向趨於一致。
12、薄膜的晶體結構與體材料有區別嗎？如果有，是怎樣的區別？
有區別，大多數情況下薄膜中晶粒的晶體結構與體材料的結構相同；而晶粒取向和晶粒尺寸與體材料不同。
13、結合圖2－68簡述薄膜的表面（晶粒）結構與溫度的關係。
（1）低溫時，為錐狀晶粒結構，1區（2）隨基體溫度公升高，形成纖維狀晶粒結構，t區（3）然後轉到2區，形成完全緻密的柱狀的體結構。（4）溫度繼續公升高，柱狀晶體長大，其結構變成等軸晶形貌。3區
第三章材料晶體缺陷
1、 重要名詞：
晶體缺陷：晶體的不完整性，與理想晶體偏離的部分。
化學缺陷：原子排列不混亂，構成晶體元素的種類與晶體基體元素不同。
點陣缺陷：與構成晶體的元素無關，原子的排列處於幾何學的混亂狀態。
空位和間隙原子：空位是正常結點沒有被原子或離子所佔據，成為空結點。間隙原子是指原子或離子進入晶體中正常結點之間的間隙位置。
位錯：即線缺陷。
柏氏向量：描述位錯區原子畸變特徵的向量。
刃型位錯：在切應力作用下使晶體內垂直方向出現了乙個刀刃狀的多餘半原子面。位錯線與柏式向量垂直
螺型位錯：在乙個切應力作用下，使上下兩部分晶體產生了乙個原子間距的相對切變。位錯線與柏式向量平行。
混合型位錯：介於以上兩者之間的位錯。
晶界：相鄰的晶粒位向不同，其交介面叫晶粒界，簡稱晶界。
小角度晶界：兩晶界間的位向差小於10度，
大角度晶界：兩晶界間的位向差大於10度。
孿晶：兩個或兩個以上的同種晶體，彼此之間的層錯按一定的對稱關係相互聯絡成確定的結晶學關係，這種復合晶體叫作孿晶。
孿晶界：孿晶之間的介面稱為孿晶界。
共格介面：介面質點同時處於兩相點陣的結點上。
非共格介面：介面兩側的原子分別屬於不同的點陣。
外表面：是指固體與氣、液相或真空的介面。
2、說明晶體缺陷的概念和分類方法，就你所知簡述各種晶體缺陷的概念、特徵及其對效能的影響。
晶體的不完整性，與理想晶體偏離的部分。
分為點陣缺陷和化學缺陷。點陣缺陷有點線面體缺陷，化學缺陷分為置換固溶體和間隙固溶體。
3、空位形成濃度依據什麼原理測定？用什麼方法測定？
c=aexp(-△ef/kt)
用作圖法，測不同t時lncr-1/t的曲線。利用斜率可以算得ef。
4、點缺陷對效能有何影響？
點缺陷能使金屬的電阻增加，體積增大，密度減小。
同時能加速與擴散有關的相變、化學熱處理、高溫下的塑性變形、固相反應、燒結和斷裂等過程。
過飽和點缺陷還能提高金屬的屈服強度。
5、比較刃型位錯、螺型位錯和混合型位錯的滑移異同。
刃型位錯可以攀移，而螺型位錯只能滑移。刃型位錯滑移的過程是在外力作用下沿垂直於位錯線方向的乙個面平移，最終會滑過整個面，形成台階。螺型位錯是沿著位錯線的方向，產生螺式錯動，最終形成台階。
6、小角度晶界和大角度晶界是如何劃分的？為什麼要那樣劃分？其晶界能有何不同？
按兩晶粒之間的位相差是否大於10度來分。是因為有關介面能與位向差的公式在10度以內成立。
7、已知柏氏向量b=0.25nm，如果對稱傾側晶界的取向差 =1°及10°，求晶界上位錯之間的距離。從計算結果可得到什麼結論？
8、晶體中的晶界有何共性？它對材料效能有何影響？
晶界處自由能高，優先被腐蝕；晶界處溶度原子濃度一般比晶粒內能高，易擴散；常溫下阻礙位錯運動提高強度，高溫下易發生相對滑動，促進材料的塑性變形。
9、試比較弗倫克爾和肖特基缺陷的特點？
弗倫克爾缺陷是由於原子振動，部分原子離開平衡位置，進入間隙中，所以其空位數和間隙原子數相等。
肖特基缺陷是由於熱起伏，獲得能量離開平衡位置遷移到晶體的表面，而使的內部留下空位，其氧離子與陰離子空位是成對出現。
第四章材料的固態相變
1、 重要名詞：
擴散型相變：依靠原子的長距離擴散的相變，介面非共格。
非擴散型相變：舊相原子有規則地，協調一致地通過切變轉移到新相中；介面共格，原子間地相鄰關係不變，化學成分不變。
半擴散型相變：既有切變，又有擴散。
位向關係：相變後新舊兩相的位相關係
慣習面：固態相變時，新相往往在母相的一定結晶面上開始形成，該晶面為慣習面。
共析轉變：合金冷卻時，由母相同時析出兩種不同固相的過程稱為共析轉變。
同素異晶（構）轉變：在一定的溫度和壓力下，由一種結構轉變為另一種結構的現象。
馬氏體：通過切變進行點陣重構，而無成分變化的非擴散性相變。
切變共格：切變過程中新舊相間保持共格關係。
等溫馬氏體：等溫條件下開始馬氏體轉變，並且不斷產生新核並長大。
形變誘發馬氏體：在ms溫度以上進行塑性變形可誘發馬氏體轉變，使馬氏體轉變開始溫度上公升到md。
熱彈性馬氏體：與母相保持共格關係，且在溫度公升高時馬氏體收縮、消失，溫度降低時馬氏體增多，長大的馬氏體材料。
非熱彈性馬氏體：在合金介面上難以移動且相變時瞬間長大到極限尺寸，引入大量位錯從而破壞共格關係的馬氏體。
形狀記憶效應：一定溫度下定型後，材料發生塑性形變後，之後再次加熱到此溫度時，能恢復之前的形狀。
貝氏體：中溫時介於擴散性珠光體轉變和非擴散性馬氏體轉變之間的一種中間轉變。
玻璃化溫度(tg)：過冷液體冷卻至其熱膨脹係數變化的溫度。
3、說明固態相變的一般特徵，並分析固態相變的阻力。
具有相變阻力大，有相介面，應變能增加阻力；相變時相介面上的原子匹配關係，一般為共格、半共格；新母相之間的存在晶體位相學關係；有慣習面及慣習方向，並且慣習面是相變開始面；母相晶體缺陷的作用，易產生新相；易於出現過渡相，伴隨過渡產物。
介面能和應變能是阻力。
5、試述無擴散型相變（馬氏體轉變）有何特點。
馬氏體與母相共格，區域性會有凸起或凹陷，及傾動現象；
馬氏體具有一定的位相關係即慣習面和慣習方向；
馬氏體相變具有非擴散性，主要是切變；
馬氏體相變有大量的晶體缺陷；
馬氏體相變有可逆性；
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