材料科学导论期末复习 - 图文

2020-04-17 05:14

一、名词解释:

(1)结合能:两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能。

(2)攀移:刃型位错在垂直于滑移面的方向上运动,即发生攀移。通常把多余半原子面向上运动称为正攀移,向下运动称为负攀移。(通过扩散进行,非守恒运动。)

(3)柯氏效应:在固溶体合金中,溶质原子或杂质原子可以与位错交互作用而形成溶质原子气团,即Cottrell气团。柯氏气团对位错有着“钉扎作用”,位错要运动,必须在更大的应力作用下才能挣脱柯氏气团的钉扎而移动,宏观表现为变形抗力增加,即柯氏效应。 (4)完全位错:柏氏矢量等于单位点阵矢量或其整数倍的位错。

(5)内吸附:少量杂质或合金元素在晶体内部的分布是不均匀的,偏聚于晶界合金元素或杂质元素融入基体后与晶体缺陷产生相互作用,溶质原子在内界面缺陷区的浓度超过基体中的平均浓度。 二、核外电子的排布规律(三个原则)

(1)能量最低原理:电子的排布总是尽可能使体系的能量最低。也就是说,电子总是先占据能量最低的壳层,只有当这些壳层布满后,电子才以此进入能量较高的壳层。

(2)泡利(Pauli)不相容原理:在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子,即主量子数为n的壳层,最多容纳2n2个电子。

(3)洪德(Hund)定则:在同一亚层中的各个能级中,电子的排布尽可能分占不同的能级,而且自旋方向相同。当电子排布为全充满、半充满或全空时,是比较稳定的,整个原子的能量最低。 三、点缺陷的类型以及对性能的影响

(1)空位、间隙原子、杂质或溶质原子,以及由它们组成的复杂点缺陷。

(2)点缺陷的存在导致晶体性能发生一定的变化,例如,它使得金属的电阻增加,体积膨胀,密度减小,使离子晶体的导电性改善。另外,过饱和点缺陷,如淬火空位、辐照缺陷,还可以提高金属的屈服强度。 四、非平衡浓度的获得方法

主要有:淬火(从高温急冷)、塑性变形法(一般为冷加工)、高能粒子辐射法

这些处理可使晶体中的空位浓度高于平衡浓度而处于过饱和状态,这种过饱和空位是不稳定的,当温度升高时,原子有了较高的能量,空位浓度便大大下降! 五、(证明)伯氏矢量的守恒性

六、(论述)位错反应的条件

七、(解释)柯肯达尔效应

由置换互溶原子因相对扩散速度不同而引起标记移动的不均匀扩散现象。 柯肯达尔效应(kirkendall effect)原来是指两种扩散速率不同的金属在扩散过程中会形成缺陷,现已

成为中空纳米颗粒的一种制备方法。可以作为固态物质中一种扩散现象的描述。

是指两种扩散速率不同的金属在扩散过程中会形成缺陷。碳在铁中的扩散是间隙型溶质原子的扩散,在这种情况下可以不涉及溶剂铁原子的扩散,因为铁原子扩散速率与原子直径都较小,对较易迁移的碳原子的扩散速率比较而言可以忽略的。然而对于置换型溶质原子的扩散,由于溶剂与溶质原子的半径相差不会很大,原子扩散时必须与相邻原子间作置换,两者的可动性大致趋于同一数量级,因此,必须考虑溶质和溶剂原子不同的扩散速率,这首先是被柯肯达尔(kirkendall)等人证实。

四、热平衡空位对物理性能的影响:

1.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正比。

2.对体积的影响:在晶体中有空位存在时,晶体体积就要增加。所以对晶体的比重或密度也是有影响的,但是影响不大。

3.对比热的影响:空位的对比热的影响很小 五、材料的结合键与材料性能的关系:

金属键:形成金属晶体,基本特征是电子为所有晶体共有,原子结合力强,具有良好的导电性、导热性及高延展性,熔点较高。

离子键,:形成离子晶体,基本特征是正负电荷静电引力结合,结构稳定,结合能较大,具有导电性差、熔点高、硬度高和膨胀系数小的特点,大多数对可见光是透明的,但在红外区域有一个特征吸收峰。 共价键:形成原子晶体,基本特征是电子互相配对共有,具有饱和性和方向性,具有很高的硬度和熔点,导电性弱,一般属于绝缘体或半导体。

分子键:形成分子晶体,基本特征是以范德华力结合,结合力作用范围窄,在0.2~0.5纳米范围,一般不具有方向性和饱和性,熔点较低,易升华,绝缘体。 六、具体的位错反应:

假如已知面心立方晶体中的扩展位错有如下的关系: a/2<110>→a/6<112>+a/6<112>

则反应前后的能量关系为:a2/2>a2/6+a2/6=a2/3 这说明形成新的位错是符合结合条件和能量条件的 七、材料的两种断裂形式及其断口特征:

韧性断裂:若断口呈纤维状,无金属光泽,,颜色发暗,无结晶颗粒,且断口边缘有明显 韧性断裂的宏观特征—典型断口为杯锥状断口。

脆性断裂:脆性断口宏观特征—断口表面平齐,断口边缘没有剪切“唇口”。断口的颜色比较光亮,有时稍有灰暗,光亮的脆性断口的宏观...脆性断口微观特征—脆性断裂的微观判断是解理花样和沿晶断口形态。断口没有缩颈,没有或只有很少剪切断裂形成的唇口,有明显的放射线纹或人字纹。断口粗糙度较小

八、原子间的作用力如何由来?

当两原子相互接近时,距原子核最远的价电子比其他电子更早发生重叠,因为价电子只占据部分的

壳层,当他们重叠时就会产生引力,但当两原子满壳层的电子云也发生重叠时,就会出现浸壳层间的斥力。

九、如何形成非平衡浓度的空位?

主要有:淬火(从高温急冷)、塑性变形法(一般为冷加工)、高能粒子辐射法

这些处理可使晶体中的空位浓度高于平衡浓度而处于过饱和状态,这种过饱和空位是不稳定的,当温度升高时,原子有了较高的能量,空位浓度便大大下降! 十、合金扩散过程中的克根达尔效应?在相片中

实验:把Cu,Ni两根金属棒对焊在一起,在焊接面上镶嵌上几根钨丝作为界面标志然后加热到高温并保温很长时间后,令人惊异的事情发生了:作为界面标志的钨丝向纯Ni一侧移动了一段距离。 经分析,界面的左侧(Cu)也含有Ni原子,而界面的右侧(Ni)也含有Cu原子,但是左侧Ni的浓度大于右侧Cu的浓度,这表明,Ni向左侧扩散过来的原子数目大于Cu向右侧扩散过来的原子数目。过剩的Ni原子将使左侧的点阵膨胀,而右边原子减少的地方将发生点阵收缩,其结果必然导致界面向右漂移。

十一、位错在应力场中受到作用力怎么算?(67页)

十一、具体位错在应力场中的受力计算及分析?

十二、高温下的塑性变形与常温变形的重要区别?

金属在室温下的塑性变形,对金属的组织和性能影响很大,常会出现加工硬化、内应力和各向异性等现象。

加工硬化:塑性变形引起位错增殖,位错密度增加,不同方向的位错发生交割,位错的运动受到阻碍,使金属产生加工硬化。加工硬化能提高金属的硬度、强度和变形抗力,同时降低塑性,使以后的冷态变形困难。

内应力:塑性变形在金属体内的分布是不均匀的,所以外力去除后,各部分的弹性恢复也不会完全一样,这就使金属体内各部分之间产生相互平衡的内应力,即残余应力。残余应力降低零件的尺寸稳定性,增大应力腐蚀的倾向。

各向异性:金属经冷态塑性变形后,晶粒内部出现滑移带或孪晶带。各晶粒还沿变形方向伸长和扭曲。当变形量很大(如70%或更大)而且是沿着一个方向时,晶粒内原子排列的位向趋向一致,同时金属内部存在的夹杂物也被沿变形方向拉长形成纤维组织,使金属产生各向异性。沿变形方向的强度、塑性和韧性都比横向的高。当金属在热态下变形,由于发生了再结晶,晶粒的取向会不同程度地偏离变形方向,但夹杂物拉长形成的纤维方向不变,金属仍有各向异性。


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