材料物理作业答案

第八章固体中的扩散2011-5-121扩散：原子在其平衡位置做热运动，会从一个平衡位置迁移到另一个平衡位置。扩散条件：质点的每一步迁移必须从热涨落中获取足够的能量以克服所处势阱的束缚能量；体系的能量要降低，即自由能降低，化学势降低。2稳定扩散：体系内，扩散物质的浓度不随时间改变的扩散。非稳定扩散：体系内扩散物质的浓度随时间变化的扩散。菲克第一定律只适合于稳态扩散。34温度T温度越高，原子激活能越大，越易发生迁移，扩散系数越大，是影响扩散系数的主要因素。固溶体的类型不同类型的固溶体，原子的扩散机制不一样，间隙固溶体的扩散激活能小，以扩散。晶体结构结构致密度小，原子易迁移。沿晶体的不同方向，扩散系数可能存在各向异性。晶体缺陷晶体缺陷处点阵畸变较大，原子处于较高的能量状态，易于跳跃，故缺陷处的扩散激活能均比晶内小，加快了原子的扩散。化学成分应力作用56间隙原子的扩散机制：间隙机制。溶质原子的扩散一般是从一个间隙位置跳跃到其邻近的另一个间隙位置。在跳跃的时候，必须吧这个晶面上下两侧的相邻原子推开，从而使晶格发生局部的瞬间畸变，是间隙原子跳跃必须克服的能量，只有当原子热振动能超过能垒才能发生迁移。置换型原子的扩散机制：空位机制。要理解溶质和溶剂的原子临位空位概率和原子迁入空位频率的差异，溶质扩散激活能和溶剂扩散激活能的差异。一般从两个方面考虑：原子价差异，忽略尺寸因素；考虑尺寸效应，忽略原子价因素。第十章相变2011-6-210.1分析发生固态相变时，组分及过冷度变化对相变驱动力的影响相变驱动力是在相变温度下新旧相的体自由能之差，而且是新相形成的必要条件。当两个组元混合形成固溶体时，混合后的体系的自由能会发生变化。可以通过自由能-成分曲线来确定其相变驱动力的大小。过冷度是相变临界温度与实际转变温度之差，相变形核的热力学条件是要有过冷度。已知驱动力与过冷度之间的关系是：,这进一步说明了形核的热力学条件。10.2马氏体相变具有什么特征？它和扩散型核-生长相变有何差异？马氏体相变是替换原子经无扩散切变位移(均匀或不均匀)并由此产生形状改变和表面浮凸、呈不变平面应变特征的一级形核、长大的相变。特征：具有剪切均匀整齐性、不发生原子扩散、相变速度快、相变有一定范围、有很大的切变型弹性应变能。成核－生长过程中存在扩散相变，母相与晶相组成可相同可不同，转变速度较慢，无明显的开始和终止温度，无惯性面。10.3为什么在形核生长机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变？什么情况需要过热，什么情况需要过冷？10.4何谓均匀形核？何谓不均匀形核？形核剂对熔体结晶核半径的影响？10.5在均匀形核的情况下，相变活化能与表面张力有关，试讨论不均匀形核的活化能与接触角的关系，并证明当=90°时，是均匀形核活化能的一半。10.610.710.810.810.9爬坡扩散是指某组分由低浓度向高浓度的负扩散。Spinodal相变是通过扩散偏聚由一种固溶体分解成与母相结构相同而成分不同的两种固溶体。

形核生长相变是从过饱和固溶体中析出第二相的过程。Spinodal相变属于连续型相变。它是一种无热力学能垒、无形核的固态相变。系统对组成微小起伏不稳，初期新相界面弥散，无需克服位垒，分相自发进行，即在组分粒子间键力的作用下，爬坡扩散，使两相间浓度随时间变化，直到平衡。形核生长相变有热力学能垒，有形核过程。在新相晶核形成之后，新相和母相之间有一个明显的界面，而形成该界面需要消耗能量，即分相需克服势垒。若系统不足提供能量，则系统对微小起伏不分相，呈亚稳态。在形成晶核时，使界面局部范围内母液中溶质浓度降低，在母液中形成浓度梯度，引起溶质分子沿浓度梯度降低的地方扩散。

相同点：都是通过溶质的扩散而进行。10.10

spinodal相变：1）两组分的浓度随时间向两极端组成变化，直至平衡；2）分相开始时界面是弥散的，逐渐明显；3)分相时间极短，无动力学障碍；4)显微结构通常在尺寸和间距上是有序的；5）第二相是高度连续的蠕虫状颗粒。形核长大相变:1)第二相组分不随时间变化；2）分相开始有界面突变；3）分相时间长，动力学阻碍大；4）显微结构在颗粒尺寸和空间顺序上是无序的；5）第二相分离成孤立的球形颗粒。第十一章材料的强化20110-6-411.7复合材料的基本类型及其特点复合材料是以一种材料为基体，另一种材料为增强体复合而成的材料。复合材料结构中通常一个相为连续相，称为基体；另一个相是以独立的形态分布在整个基体当中的分散相，该分散相的性能优越，会使材料的性能显著改善和增强，称为增强体。复合材料按基体材料分为金属和非金属两大类；按添加的增强项的形态可分为颗粒增强、纤维增强和纳米复合材料。基本特点是通过复合使不同组元材料在性能上相互取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能明显优于基体材料。11.8纤维复合材料的特点基体通过界面将载荷有效的传递到增强纤维，故基体不是外力主承载相，增强纤维才是主承载相，承受由基体传来的有效载荷。增强纤维处于基体中，纤维彼此隔离，表面得到保护，不易遭受损伤；纤维尺寸小，出现裂纹概率降低，脆性得到改善，强度显著提高；纤维受力断裂时，断口不可能出现在相同平面上，要是材料断裂，必有很多纤维要从基体中被拔出，需克服基体的黏合力。以上特点使纤维增强复合材料韧性提高。第17章材料的磁学特性2011-6-81、磁性材料的本质是什么？物质的磁性源于原子的磁矩，磁矩表示磁性强弱的物理量。原子的磁矩是由电子轨道运动和自旋运动产生的电子磁矩构成，原子核磁矩很小，忽虑不计。原子磁矩有核外为排满电子壳层中的电子磁矩决定。当且仅当物质中原子在不同方向产生的磁矩不能相互抵消时，物质才对外显磁性。2、自发磁化的物理本质是什么？具有铁磁性的充要条件是什么？自发磁化的物理本质：原子相互靠近形成分子时，电子云要相互交叠，产生静电作用力，即交换力。在该力的作用下迫使相邻原子的自旋磁矩平行或反平行，整齐有序排列，对外显磁性。铁磁性的充要条件：