(捲麵80分+平時20分)
1、解釋下列概念 （20分）
1.2 空位、間隙原子和異類原子；
空位：在晶格結點位置應有原子的地方空缺，這種缺陷稱為「空位」。【從晶體點陣中原來應有原子存在的乙個陣點處取走了原子，就形成了乙個原子空位，這部分缺陷晶體被稱為空位，這種空位也叫肖特基空位】
間隙原子：在晶格非結點位置，往往是晶格的間隙，出現了多餘的原子。它們可能是同類原子，也可能是異類原子。
【進入晶體點陣間隙位置的原子稱為間隙原子，這種間隙位置的特點是：在一般的情況下不應該有原子存在，且是晶體點陣的最大空隙位置。晶體在高能粒子輻照下，正常位置的原子被打入到晶體的間隙位置，在形成間隙原子的同時，形成等量的空位，稱為弗倫克耳空位。
】異類原子（雜質原子）：在一種型別的原子組成的晶格中，不同種類的原子替換原有的原子占有其應有的位置。【即使在純金屬的情況下，也仍然包含有雜質原子，若雜質原子與基體原子相比，其體積大於一定值，則雜質原子以置換的形式存在；而若其體積相對較小時，則有可能以間隙原子的形式出現。
】1.3 晶界、大角晶界和小角晶界；
晶界：晶界就是空間取向(或位向)不同的相鄰晶粒之間的分介面。
小角度晶界：大致地把晶粒位向差小於十度的晶界稱為小角度晶界。
大角度晶界：當相鄰晶粒之間的位向差大於10-15度，晶粒間的介面叫大角度晶界。
1.4 上坡擴散和反應擴散；
擴散是由低濃度處向高濃度處進行的，如固溶體中某些偏聚或調幅分解，這種擴散被稱為「上坡擴散」。
通過擴散使固溶體中的溶質組元超過固溶度而不斷形成新相的擴散過程，又稱相變擴散。【許多合金狀態圖中往往有中間相，因而在擴散過程中也可能出現中間相，這種擴散即為多相擴散。多相擴散包括兩個過程，乙個是擴散過程；另乙個是介面上達到一定的濃度發生化學反應，從而形成新相的過程。
多相擴散通常也被稱為反應擴散。】
1.5 一級相變和二級相變。
一級相變：由α相轉變為β相時，gα=gβ, μαi=μβi，但自由焓的一階偏導數不相等，稱為一級相變。一級相變有體積和熵的突變，△v≠0，△s≠0。
【發生相變時，平衡兩相的化學位μ1=μ2應相等。如果相變滿足此條件，且兩相的化學位對溫度及壓力的一階偏微分不等，那麼這種相變稱為一級相變。發生一級相變時，將發生熵s的變化及體積v的變化，即在相變時除有體積變化外，還有潛熱的釋放。
一級相變的形式：物質的三態轉變及固態相變中的同素異構轉變等】。
二級相變：若相變時，gα＝gβ，μαi=μβi ，並且自由焓的一階偏導數也相等，但自由焓的二階偏導數不相等，稱為二級相變。 二級相變時無體積效應和熱效應，材料的壓縮係數、熱膨脹係數及比定壓熱容均有突變。
例：磁性轉變、有序－無序轉變多為二級相變。【二級相變的熱力學特點是發生相變時平衡兩相的化學位相等，且兩相化學位的一階偏微分也相等，但二階偏微分不等。
二級相變時沒有相變潛熱（即相變時的熵值不變化）及體積變化，但是比熱、壓縮係數及體積膨脹係數發生變化。磁性轉變及部分有序無序轉變是屬於二級相變。】
2、簡答下列問題 （20分）
2.1 確定核外電子運動狀態的量子數及其意義；
主量子數n：描述電子的能量高低，n越大，能量越高；
角量子數l：角量子數決定電子空間運動的角動量，以及原子軌道或電子雲的形狀；
磁量子數m：磁量子數是軌道角動量的z分量量子數，因為旋轉量子相當於圓圈電流，它必定會產生磁場，形成軌道磁矩，在磁場作用下將有不同取向；
自旋量子數ms：描述電子的自旋方向，正自旋+1/2，反自旋-1/2。
2.2 點缺陷對材料效能的影響；
（1）空位對電阻的影響：在金屬晶體中存在空位時，將使在晶體內運動的電子發生散射，因此增加了電阻。電阻增加與空位濃度成比例關係。
【定向流動的電子在點缺陷處受到非平衡力（陷阱），增加了阻力，加速運動提高區域性溫度（發熱）。金屬的電阻主要來自離子對傳導電子的散射。在完整晶體中，電子基本上是在均勻電場中運動，而在有缺陷的晶體中，在缺陷區點陣的週期性被破壞，電場急劇變化，因此對在晶體內運動的電子發生強烈散射，因此增加了電阻。
】（2）空位對體積的影響：在晶體中有空位存在時，晶體體積就要增加。為了在晶體內部產生乙個空位，需要將該處的原子移到晶體表面上的新原子位置，這就導致了晶體體積的增加。
2.3 高溫蠕變機理；
晶界機理-多晶體的蠕變。晶界對蠕變速率有兩種影響：第一 ，高溫下，晶界能彼此相對滑動，使剪應力得到弛豫。第二 ，晶界本身是位錯源，離晶界約為乙個障礙物間距內的位錯會消失。
晶格機理-單晶蠕變，但也可能控制著多晶的蠕變過程。在一定溫度下，熱運動的晶體中存在一定數量空位和間隙原子；位錯線處一列原子由於熱運動移去成為間隙原子或吸收空位而移去；位錯線移上乙個滑移面。或其他處的間隙原子移入而增添一列原子，使位錯線向下移乙個滑移面。
位錯在垂直滑移面方向的運動-位錯的攀移運動。
2.4 金屬對材料的增韌所應該具備的條件；
1在顯微結構方面金屬相與無機相能否均勻分散成彼此交錯的網路結構，決定著能否在裂紋尖端區域起到吸收部分能量的作用；
2金屬對材料具有很好的潤濕性。否則，材料自成為連續相，金屬成為分散於基體中的粒子，材料的力學行為仍為陶瓷相所控制，脆性改善有限。
2.5 相變熱力學中晶體缺陷的作用。
空位：空位通過影響擴散而促進生核，或利用本身能量提供生核驅動力，此外空位群可凝聚成位錯而促進生核。
位錯：位錯促進生核，有三種形式。第一種為新相在位錯線上生核，新相形成處，位錯線消失，這部分位錯的能量被釋放出來作為相變驅動力以克服形成功而促進生核。
第二種形式是位錯不消失，而依附在新相界上，構成半共格介面中的位錯部分，這也使生核能量降低。第三種形式是溶質原子在位錯線上偏聚，促使位錯分解，形成兩個分位錯與中間層錯部分組成的擴充套件位錯，此層錯部分可能成為新相的晶核。
晶界：大角度晶界具有較高的能量，此處形成新相可使晶界能量釋放，使形成功降低，生核容易，因此固態相變易在晶界上生核。
3. 採用示意圖說明刃型位錯的滑移運動。(10分)
在圖示的晶體上施加一切應力，當應力足夠大時，有使晶體上部向有發生移動的趨勢。假如晶體中有一刃型位錯，顯然位錯在晶體中發生移動比整個晶體移動要容易。因此，①位錯的運動在外加切應力的作用下發生；②位錯移動的方向和位錯線垂直；③運動位錯掃過的區域晶體的兩部分發生了柏氏向量大小的相對運動(滑移)；④位錯移出晶體表面將在晶體的表面上產生柏氏向量大小的台階。
4. 玻爾理論成功地解釋了單電子原子氫光譜的規律性。雖然該理論在解釋其他複雜多電子原子光譜時遭遇了失敗，但它對一些簡單多電子原子光譜的解釋仍然是成功的。
請判斷這段話的正誤並說明原因。 (5分)
錯誤。玻爾理論的侷限性：（1）只限於解釋氫原子或類氫離子（單電子體系）的光譜，不能解釋多電子原子的光譜。
（2）人為地允許某些物理量（電子運動的軌道角動量和電子能量）「量子化」，以修正經典力學（牛頓力學）。
5. 下圖1是晶體二維圖形，內含有乙個正刃位錯和乙個負刃位錯，
(a) 採用示意圖說明圍繞每個位錯分別做柏格斯迴路，得柏格斯向量各若干？
(b) 採用示意圖說明圍繞兩個位錯作柏格斯迴路，其結果又怎樣？(5分)
6. 下圖2為晶核的δg與r間的關係，現有不同溫度的三條曲線，請指出哪條溫度最高？哪條溫度最低？為什麼？(5分)
圖1圖2
7. 當鋅向銅內擴散時，已知在x點處鋅的含量為2.51017個鋅原子/cm3, 300 c時，每分鐘每mm2要擴散60個鋅原子。
假定該體系為穩態擴散，求與x點相距2 mm處鋅原子的濃度。 (已知鋅在銅內的擴散體系中d0 = 0.3410-14 m2/s, 啟用能q = 4.
5 kcal/mol).（15分）
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