南昌大學(xué)光伏學(xué)院材料科學(xué)基礎(chǔ)期末重點(50分)

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)重點第1章 材料結(jié)構(gòu)的基本知識1、 名詞解釋：固溶體：溶液中各處的成分與結(jié)構(gòu)相同，是單一的相，在固體狀態(tài)時稱為固溶體。二、辨析：相與組織組織：指各種晶粒的組合特征，即各種晶粒的相對量、尺寸大小、形狀分布等形貌特征，有多相組織、單相組織。相：結(jié)構(gòu)相同，物理和化學(xué)性質(zhì)完全均勻的部分，特點：相與相之間存在有明顯的界面 界面兩端，物質(zhì)性質(zhì)有飛躍性的改變一個體系中可以存在一個或多個相。第2章 材料中的晶體結(jié)構(gòu)一、名詞解釋：1、多晶型轉(zhuǎn)變（同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變）：當(dāng)外界條件（主要指溫度和壓力）改變時，元素的晶體結(jié)構(gòu)可以發(fā)生轉(zhuǎn)變。（金屬的這種性質(zhì)被稱為多晶型性）2、離子晶體：離子晶體是由正負離子通過

2、離子鍵按一定方式堆積起來形成的晶體。二、簡答：請寫出七大晶系中的4種晶系，十四種布拉菲點陣中的8種布拉菲點陣。 三斜晶系：簡單三斜布拉菲點陣 單斜晶系：簡單單斜、底心單斜布拉菲點陣 正交晶系：簡單正交、底心正交、體心正交、面心正交布拉菲點陣 六方晶系：簡單六方布拉菲點陣 菱方晶系：簡單菱方布拉菲點陣 四方晶系：簡單四方、體心四方布拉菲點陣 立方晶系：簡單立方、體心立方、面心立方布拉菲點陣。 第3章 晶體缺陷一、名詞解釋：1、交滑移：螺位錯在滑移面上滑移受阻后，繞到與此滑移面相交的另一個滑移面上滑移，稱為交滑移。2、全位錯：位錯的柏氏矢量等于點陣矢量的整數(shù)倍的位錯。3、不全位錯：柏氏矢量小于單位

3、點陣矢量的位錯。4、小角度晶界：晶界兩側(cè)晶粒的位相差很小(<10°）的晶界，小角度晶界基本上由位錯組成。二、辨析：1、 肖脫基缺陷和弗蘭克爾缺陷肖脫基缺陷：晶體中某結(jié)點上的原子脫位，一般進入其它空位或者逐漸遷移至晶界或表面，其脫位產(chǎn)生的空位稱為肖脫基缺陷。 弗蘭克爾缺陷：晶體中的原子脫位擠入結(jié)點間的間隙，形成間隙原子，其原處結(jié)點產(chǎn)生空位。將這一對點缺陷（空位和間隙原子）稱為弗蘭克爾缺陷。 同：都是點缺陷 異：兩種缺陷中脫位原子遷移的位置不一樣，且弗蘭克爾缺陷包含間隙原子及空位兩種點缺陷。2、 熱力學(xué)平衡點缺陷和過飽和點缺陷的異同同：兩種缺陷都包含空位和間隙原子 異：熱力學(xué)平衡點

4、缺陷是由晶體熱振動產(chǎn)生點缺陷，且在體系自由能最低時點缺陷濃度達到平衡；過飽和點缺陷指晶體中點缺陷數(shù)目明顯超過平衡值，是由高溫淬火、輻照、冷加工等過程引起的。 3、 刃型位錯與螺型位錯刃型位錯：柏氏矢量與位錯線垂直的位錯。 螺型位錯：柏氏矢量平行于位錯線的位錯。 同：都為線缺陷，都可以在外力的作用下發(fā)生滑移運動，運動的結(jié)果都是在位錯線滑移過的區(qū)域之中，造成了上下兩半晶晶體整體相對位移過一個b的距離都具有易動性。 異：刃型位錯畸變發(fā)生在與位錯線垂直的方向上，伯氏矢量b與位錯線垂直；螺型位錯畸變發(fā)生在與位錯線平行的方向上，伯氏矢量與位錯線平行；螺型位錯中不存在多余半原子面，而是垂直于位錯線的原子平面

5、發(fā)生了螺旋狀的扭曲；螺型位錯可分為左螺型位錯和右螺型位錯，與正負刃位錯不同，左右螺型位錯不能相互轉(zhuǎn)化，旋轉(zhuǎn)方向不變。 4、 滑移與交滑移 滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）產(chǎn)生相對位移，且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式。交滑移：螺型位錯在滑移面上滑移受阻后，繞到與此滑移面相交的另一個滑移面上滑移，稱為交滑移。同：都是部分晶體產(chǎn)生相對位移，不破壞內(nèi)部原子排列規(guī)律性塑變方式。異：滑移是所有位錯共有的運動方式，交滑移卻是螺型位錯特有的運動方式。5、 堆垛層錯與擴展層錯擴展位錯：兩個不全位錯中間夾一層錯的位錯組態(tài)。堆垛層錯：實際晶體結(jié)構(gòu)中

6、，密排面的正常堆垛順序有可能遭到破壞而錯排， 稱為堆垛層錯，簡稱層錯。同：均含層錯，屬于面缺陷。異：擴展位錯由全位錯分解產(chǎn)生兩個肖克萊分位錯及層錯，有線缺陷和面缺陷；堆垛位錯只屬于面缺陷。6、 小角度晶界和大角度晶界小角度晶界：晶界兩側(cè)晶粒的位相差很小(<10°）的晶界，小角度晶界基本上由位錯組成。大角度晶界：相鄰兩晶粒的位相差大于10度的晶界。同：均由晶界兩側(cè)晶粒的位相差定義。異：小角度晶界晶界兩側(cè)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錯組成，位錯模型卻不適用于大角度晶界。3、 簡答：1、離子晶體中的點缺陷有哪些特點？點缺陷對離子晶體和金屬晶體

7、的導(dǎo)電性各有什么影響？離子晶體點缺陷的特點：多原子性、缺陷是帶電的、晶體呈電中性。對離子晶體的導(dǎo)電性增強，金屬晶體的導(dǎo)電性減弱。離子晶體的導(dǎo)電是通過離子通過空穴遷移而導(dǎo)電，金屬晶體靠電子定向運動而導(dǎo)電，點缺陷使得電子運動式的非平衡阻力增加，阻礙電子的定向運動，導(dǎo)電性降低。2、 位錯的運動方式有哪些？刃型位錯 ：滑移、攀移；螺型位錯：滑移、交滑移3、判斷下列位錯反應(yīng)能否進行，并說明理由。位錯反應(yīng)的兩個條件為（1）幾何條件（2）能量條件 解題過程參考課本P119頁例題第五章 材料的相結(jié)構(gòu)及相圖一、名詞解釋：1、固溶體：以合金中某一組元作為溶劑，其它組元為溶質(zhì)，所形成的與溶劑有相同晶體結(jié)構(gòu)、晶格常數(shù)

8、稍有變化的固相，稱為固溶體。（與第一章中解釋相互參照）2、置換固溶體：溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點位置，所形成的固溶體。3、超點陣（超結(jié)構(gòu)）：溶質(zhì)原子呈完全有序分布的固溶體，為有序固溶體。4、有序化：有序固溶體在某一溫度以上可以轉(zhuǎn)變成無序固溶體，重新冷卻到該溫度以下時又轉(zhuǎn)變成有序固溶體，這一轉(zhuǎn)變過程為有序化。5、共晶轉(zhuǎn)變：由一定成分的液相同時結(jié)晶出兩個一定成分固相的轉(zhuǎn)變。6、包晶轉(zhuǎn)變：由一個特定成分的固相和液相生成另一個特點成分固相的轉(zhuǎn)變。7、珠光體：鐵碳平衡相圖的共析反應(yīng)產(chǎn)物是鐵素體與滲碳體的共析混合物。2、 辨析：1、間隙固溶體與間隙化合物間隙固溶體：屬于固溶體，小原子位于間隙位置。間隙化

9、合物：屬于中間相的一種，非金屬原子也處于化合物的間隙位置。同：小原子都處于間隙位置。異：一個屬于固溶體，一個屬于中間相化合物。2、置換固溶體與間隙固溶體置換固溶體：溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點位置所形成的固溶體。間隙固溶體：溶質(zhì)原子進入溶劑晶格的間隙所形成的固溶體。3、一次固溶體和二次固溶體一次固溶體：溶劑原子為單質(zhì)（純元素）的固溶體。二次固溶體：溶劑為化合物（中間相）的固溶體。 第七章 擴散與固態(tài)相變名詞解釋：1、均勻形核：在均一的液相中靠自身的結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏形成新相核心的過程。2、非均勻形核：形核依附于液相中某種固體表面（外來雜質(zhì)表面或容器壁）上形成的過程。 第八章 材料的變形與斷裂一

10、、名詞解釋：1、形變織構(gòu)：在塑性變形中，隨著變形量的增加，多晶體中原來為向互不相同的晶粒在空間位向上呈現(xiàn)一定程度的一致（或者說它們的取向趨于一致）。2、固溶強化：由于溶質(zhì)原子進入溶劑晶格的間隙或結(jié)點，使晶格發(fā)生畸變，使固溶體硬度和強度升高，這種現(xiàn)象叫做固溶強化。二、辨析：滑移與孿生 滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）產(chǎn)生相對位移，且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式。孿生（孿晶變形）：晶體在切應(yīng)力作用下，沿一定的晶面（孿晶面）和晶向（孿晶方向），在一個區(qū)域內(nèi)發(fā)生連續(xù)的切變，使已變形的晶體部分與未變形的晶體部分保持鏡面對稱的關(guān)系，即產(chǎn)生

11、孿晶的過程，稱為孿生。同：均為塑性變形異：滑移不改變晶體取向，孿生改變晶體取向。三、簡答：簡述鑄錠組織的三晶區(qū)的特點外表層的細晶區(qū)：晶粒細小、組織致密、力學(xué)性能良好；中間的柱狀晶區(qū)：晶粒取向、組織致密、缺陷聚集、塑性較差；心部的等軸晶區(qū)：晶粒無方向性、樹枝狀晶體、組織不夠致密、性能一般。4、 論述：1、如圖為低碳鋼退火后的三條拉伸曲線，請問這是什么現(xiàn)象？解釋該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。1) 碳鋼預(yù)塑性變形；2）去載后立即加載；3）去載后放置一段時間或200度加熱后加載現(xiàn)象：當(dāng)退火狀態(tài)的低碳鋼試樣拉伸到超過屈服點發(fā)生少量塑性變形后卸載，然后立即重新加載拉伸，則可見其拉伸曲線不再出現(xiàn)屈服點，此時試樣不會發(fā)生

12、屈服現(xiàn)象。如果將預(yù)變性試樣在常溫下放置幾天或經(jīng)200左右短時加熱后再行拉伸，則屈服現(xiàn)象又復(fù)出現(xiàn)，且屈服應(yīng)力進一步提高。此現(xiàn)象通常稱為應(yīng)變時效。原因：1)圖線解釋：一方面低碳鋼中的間隙碳原子會與位錯發(fā)生交互作用，在刃位錯下方的拉伸區(qū)偏聚，形成柯氏氣團，對位錯產(chǎn)生強烈的釘扎作用，使位錯應(yīng)變能減小，不易運動。位錯要從氣團中掙脫出來需要較大的力，形成上屈服點。當(dāng)氣團掙脫之后位錯的運動較容易，應(yīng)力下降，出現(xiàn)下屈服點和水平臺。另一方面碳鋼的塑性變形產(chǎn)生位錯增殖，造成了屈服降落。2） 圖線解釋：卸載后加載使低碳鋼產(chǎn)生少量塑性變形，不足以產(chǎn)生明顯的屈服點。3） 圖線解釋：去載一段時間或200度短時間加熱后位錯

13、擺脫氣團的釘扎，位錯應(yīng)變能增大，屈服應(yīng)力增大。重新加載后，碳原子又重新形成柯氏氣團，屈服現(xiàn)象重新出現(xiàn)。2、下圖描述了金屬材料強化的不同形式：（a）圖描述了Cu-Ni合金中的Ni元素對其力學(xué)性能的影響，橫坐標為Ni元素含量，縱坐標為力學(xué)性能；（b）圖描述了金屬Cu和Al的力學(xué)性能受晶粒材料大小的影響情況，橫坐標表征晶粒大小，縱坐標表征材料的屈服強度；（c）圖為冷加工量對材料力學(xué)性能的影響；（d）Al-Cu合金是熱處理強化的合金，該圖顯示了時效工藝對合金材料力學(xué)性能的影響，試指出（a）-（d）各采用了什么強化方式，并討論強化機理。 a)強化方式：固溶強化。機理：溶質(zhì)原子造成點陣畸變，其應(yīng)力場與位錯應(yīng)力場發(fā)生彈性交互作用并阻礙位錯運動,使變形抗力提高。溶質(zhì)原子吸附在位錯附近形成柯氏氣團，使位錯被釘扎住，從而使變形抗力提高。b)強化方式;細晶強化。機理：通過細化晶粒使金屬材料力學(xué)性能提高，在常溫下的細晶粒金屬比粗晶粒金屬有更高的強度、硬度、塑形、和韌性。細晶粒受到外力發(fā)生塑形變形可分散到更多的晶粒內(nèi)進行，塑形變形均勻，應(yīng)力集中較小。細晶的強化規(guī)律：晶界越多，晶粒越細，晶粒的平均值越小，材料的屈服強度就越高。c）強化機制：變形強化（加工硬化）機理：在外力 的作用下，晶粒的形狀隨著工件外形的變化而變化。當(dāng)工件的外形被壓扁或拉長時，其內(nèi)部的晶粒的