南昌大学光伏学院材料科学基础期末重点(50分)综述

1、材料科学基础复习重点第一章材料结构的基本知识一、名词解释：固溶体：溶液中各处的成分与结构相同，是单一的相，在固体状态时称为固溶体二、辨析：相与组织一组织：指各种晶粒的组合特征，即各种晶粒的相对量、尺寸大小、形状分布等 形貌特征，有多相组织、单相组织。相：结构相同，物理和化学性质完全均匀的部分，特点：相与相之间存在有明显的界面 界面两端，物质性质有飞跃性的改变 一个体系中可以存在一个或多个相。第二章 材料中的晶体结构一、名词解释：1、多晶型转变（同素异构转变）：当外界条件（主要指温度和压力）改变时，元 素的晶体结构可以发生转变。（金属的这种性质被称为多晶型性）2、离子晶体：离子晶体是由正负离子通

2、过离子键按一定方式堆积起来形成的晶 体。二、简答：请写出七大晶系中的4种晶系，十四种布拉菲点阵中的8种布拉菲点阵。 一三斜晶系：简单三斜布拉菲点阵单斜晶系：简单单斜、底心单斜布拉菲点阵正交晶系：简单正交、底心正交、体心正交、面心正交布拉菲点阵六方晶系：简单六方布拉菲点阵菱方晶系：简单菱方布拉菲点阵四方晶系：简单四方、体心四方布拉菲点阵立方晶系：简单立方、体心立方、面心立方布拉菲点阵。第三章晶体缺陷一、名词解释：1、交滑移：螺位错在滑移面上滑移受阻后，绕到与此滑移面相交的另一个滑移 面上滑移，称为交滑移。2、全位错：位错的柏氏矢量等于点阵矢量的整数倍的位错。3、不全位错：柏氏矢量小于单位点阵矢量

3、的位错。4、小角度晶界：晶界两侧晶粒的位相差很小 （10 ）的晶界，小角度晶界基本 上由位错组成。二、辨析：1、肖脱基缺陷和弗兰克尔缺陷-肖脱基缺陷：晶体中某结点上的原子脱位，一般进入其它空位或者逐渐迁移至 晶界或表面，其脱位产生的空位称为肖脱基缺陷。弗兰克尔缺陷：晶体中的原子脱位挤入结点间的间隙， 形成间隙原子，其原处 结点产生空位。将这一对点缺陷（空位和间隙原子）称为弗兰克尔缺陷。同：都是点缺陷异：两种缺陷中脱位原子迁移的位置不一样， 且弗兰克尔缺陷包含间隙原子及 空位两种点缺陷。2、热力学平衡点缺陷和过饱和点缺陷的异同同：两种缺陷都包含空位和间隙原子异：热力学平衡点缺陷是由晶体热振动产生

4、点缺陷，且在体系自由能最低时点缺陷浓度达到平衡；过饱和点缺陷指晶体中点缺陷数目明显超过平衡值，是由高温淬火、辐照、冷加工等过程引起的。3、刃型位错与螺型位错刃型位错：柏氏矢量与位错线垂直的位错。螺型位错：柏氏矢量平行于位错线的位错。同：都为线缺陷，都可以在外力的作用下发生滑移运动， 运动的结果都是在位 错线滑移过的区域之中，造成了上下两半晶晶体整体相对位移过一个 b的距离都 具有易动性。异：刃型位错畸变发生在与位错线垂直的方向上，伯氏矢量b与位错线垂直；螺型位错畸变发生在与位错线平行的方向上，伯氏矢量与位错线平行；螺型位错中不存在多余半原子面，而是垂直于位错线的原子平面发生了螺旋状的扭曲；螺

5、型位错可分为左螺型位错和右螺型位错，与正负刃位错不同，左右螺型位错不能 相互转化，旋转方向不变。4、滑移与交滑移滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（滑 移面）和晶向（滑移方向）产生相对位移，且不破坏晶体内部原子排列规律性的 塑变方式。交滑移：螺型位错在滑移面上滑移受阻后， 绕到与此滑移面相交的另一个滑移面 上滑移，称为交滑移。同：都是部分晶体产生相对位移，不破坏内部原子排列规律性塑变方式。 异：滑移是所有位错共有的运动方式，交滑移却是螺型位错特有的运动方式。5、堆垛层错与扩展层错扩展位错：两个不全位错中间夹一层错的位错组态。堆垛层错：实际晶体结构中，密排面的正常堆垛

6、顺序有可能遭到破坏而错排，称为堆垛层错，简称层错。同：均含层错，属于面缺陷。异：扩展位错由全位错分解产生两个肖克莱分位错及层错，有线缺陷和面缺陷； 堆垛位错只属于面缺陷。6小角度晶界和大角度晶界小角度晶界：晶界两侧晶粒的位相差很小（10 ）的晶界，小角度晶界基本上 由位错组成。大角度晶界：相邻两晶粒的位相差大于 10度的晶界。同：均由晶界两侧晶粒的位相差定义。异：小角度晶界晶界两侧晶粒位相差小于 10度，大角度晶界大于10度。小角度 晶界的晶界基本上由位错组成，位错模型却不适用于大角度晶界。三、简答：1、离子晶体中的点缺陷有哪些特点？点缺陷对离子晶体和金属晶体的导电性各 有什么影响？离子晶体点

7、缺陷的特点：多原子性、缺陷是带电的、晶体呈电中性。对离子晶 体的导电性增强，金属晶体的导电性减弱。离子晶体的导电是通过离子通过空穴 迁移而导电，金属晶体靠电子定向运动而导电，点缺陷使得电子运动式的非平衡 阻力增加，阻碍电子的定向运动，导电性降低。2、位错的运动方式有哪些？一刃型位错：滑移、攀移；螺型位错：滑移、交滑移3、判断下列位错反应能否进行，并说明理由。2 io1 a i2i 3 ii?aHl2+a 12132 -位错反应的两个条件为（1）几何条件（2）能量条件解题过程参考课本P119页例题第五章材料的相结构及相图一、名词解释：1、固溶体：以合金中某一组元作为溶剂，其它组元为溶质，所形成的

8、与溶剂有相同晶体结构、晶格常数稍有变化的固相，称为固溶体。（与第一章中解释相互参照）2、置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置，所形成的固溶体。3、超点阵（超结构）：溶质原子呈完全有序分布的固溶体，为有序固溶体。4、有序化：有序固溶体在某一温度以上可以转变成无序固溶体，重新冷却到该 温度以下时又转变成有序固溶体，这一转变过程为有序化。5、共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固相的转变。6包晶转变：由一个特定成分的固相和液相生成另一个特点成分固相的转变。7、珠光体：铁碳平衡相图的共析反应产物是铁素体与渗碳体的共析混合物。二、辨析：1、间隙固溶体与间隙化合物间隙固溶体：属于固溶体

9、，小原子位于间隙位置。间隙化合物：属于中间相的一种，非金属原子也处于化合物的间隙位置。同：小原子都处于间隙位置。异：一个属于固溶体，一个属于中间相化合物。2、置换固溶体与间隙固溶体置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。间隙固溶体：溶质原子进入溶剂晶格的间隙所形成的固溶体。3、一次固溶体和二次固溶体一次固溶体：溶剂原子为单质（纯元素）的固溶体。 二次固溶体：溶剂为化合物（中间相）的固溶体。第七章扩散与固态相变名词解释：1、均匀形核：在均一的液相中靠自身的结构起伏和能量起伏形成新相核心的过 程。2、非均匀形核：形核依附于液相中某种固体表面（外来杂质表面或容器壁）上 形成的过程

10、。第八章材料的变形与断裂一、名词解释：1、形变织构：在塑性变形中，随着变形量的增加，多晶体中原来为向互不相同 的晶粒在空间位向上呈现一定程度的一致（或者说它们的取向趋于一致） 。2、固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使 固溶体硬度和强度升高，这种现象叫做固溶强化。二、辨析：滑移与孪生-滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（滑 移面）和晶向（滑移方向）产生相对位移，且不破坏晶体内部原子排列规律性的 塑变方式。孪生（孪晶变形）：晶体在切应力作用下，沿一定的晶面（孪晶面）和晶向（孪 晶方向），在一个区域内发生连续的切变，使已变形的晶体部分与未变

11、形的晶体 部分保持镜面对称的关系，即产生孪晶的过程，称为孪生。同：均为塑性变形 异：滑移不改变晶体取向，孪生改变晶体取向。三、简答：简述铸锭组织的三晶区的特点外表层的细晶区：晶粒细小、组织致密、力学性能良好； 中间的柱状晶区：晶粒取向、组织致密、缺陷聚集、塑性较差； 心部的等轴晶区：晶粒无方向性、树枝状晶体、组织不够致密、性能一般。四、论述：1、如图为低碳钢退火后的三条拉伸曲线，请问这是什么现象？解释该现象产生 的原因。1）碳钢预塑性变形；2）去载后立即加载；3）去载后放置一段时间或200度加 热后加载现象：当退火状态的低碳钢试样拉伸到超过屈服点发生少量塑性变形后卸载，然后立即重新加载拉伸，则

12、可见其拉伸曲线不再出现屈服点，此时试样不会发生屈服现象。 如果将预变性试样在常温下放置几天或经 200C左右短时加热后再行拉伸，则屈 服现象又复出现，且屈服应力进一步提高。此现象通常称为应变时效。原因：1）图线解释：一方面低碳钢中的间隙碳原子会与位错发生交互作用，在刃位错下方的拉伸区偏聚，形成柯氏气团，对位错产生强烈的钉扎作用，使位错应变能减 小，不易运动。位错要从气团中挣脱出来需要较大的力，形成上屈服点。当气团 挣脱之后位错的运动较容易，应力下降，出现下屈服点和水平台。另一方面碳钢 的塑性变形产生位错增殖，造成了屈服降落。2）图线解释：卸载后加载使低碳钢产生少量塑性变形，不足以产生明显的屈服

13、 点。3）图线解释：去载一段时间或 200度短时间加热后位错摆脱气团的钉扎，位错 应变能增大，屈服应力增大。重新加载后，碳原子又重新形成柯氏气团，屈服现 象重新出现。2、下图描述了金属材料强化的不同形式：（a）图描述了 Cu-Ni合金中的Ni元素 对其力学性能的影响，横坐标为 Ni元素含量，纵坐标为力学性能；（b）图描述 了金属Cu和Al的力学性能受晶粒材料大小的影响情况，横坐标表征晶粒大小， 纵坐标表征材料的屈服强度；（c）图为冷加工量对材料力学性能的影响；（d）AI-Cu 合金是热处理强化的合金，该图显示了时效工艺对合金材料力学性能的影响，试 指出（a）-（d）各采用了什么强化方式，并讨论

14、强化机理。5 /74IJ 蓟 的 too5?工牡塡300aoD-a）强化方式：固溶强化。机理：溶质原子造成点阵畸变，其应力场与位错应力 场发生弹性交互作用并阻碍位错运动，使变形抗力提高。溶质原子吸附在位错附 近形成柯氏气团，使位错被钉扎住，从而使变形抗力提高。b）强化方式；细晶强化。机理：通过细化晶粒使金属材料力学性能提高，在常温 下的细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑形、和韧性。细晶粒受到 外力发生塑形变形可分散到更多的晶粒内进行，塑形变形均匀，应力集中较小。 细晶的强化规律：晶界越多，晶粒越细，晶粒的平均值越小，材料的屈服强度就越高。c） 强化机制：变形强化（加工硬化）机理：在外力的作用下，晶粒的形状随着 工件外形的变化而变化。当工件的外形被压扁或拉长时，其内