发布时间 : 星期日 文章武汉理工大学考研习题及答案--材料科学基础科目更新完毕开始阅读56766587c5da50e2524d7fbc
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(a) 请判断该实验结果是否符合 ，
(b) 请计算扩散活化能（J/mol ℃），并求出在500 ℃时碳的扩散系数。
10 ．在某种材料中,某种粒子的晶界扩散系数与体积扩散系数分别为Dgb=2.00×10-10exp(-19100/T)和Dv=1.00×10-4exp(-38200/T) ，是求晶界扩散系数和体积扩散系数分别在什么温度范围内占优势？
11 ．假定碳在α-Fe(体心立方)和γ-Fe（面心立方)中的扩散系数分别为：
Dα=0.0079exp[-83600(J/mol/RT)cm2/sec ；Dγ=0.21exp[-141284(J/mol/RT)cm2/ssec 计算 800 ? C 时各自的扩散系数并解释其差别。
12 ． MgO、Ca、PeO均具NaCl结构，在各晶体中它们的阳离子扩散活化能分别为：Na+ 在NaCI中为41Kcal／mol 、 Mg2+ 在MgO中为83Kcal／mol、Ca2+在CaO中为77Kcal／mol、Fe3+在FeO中为23Kcal／mol ，试解释这种差异的原因。 13 ．试分析离子晶体中,阴离子扩散系数－般都小于阳离子扩散系数的原因? 14 ．试从结构和能量的观点解释为什么 D表面>D晶面>D晶内 复 习 提 纲
(1）基本概念：扩散、扩散的本质、扩散的结果，扩散动力，正扩散和负扩散，自扩散和互扩散极其特点，扩散通量，稳定扩散和非稳定扩散，无序扩散及特点。 (2）固体扩散的微观机构有哪几种，哪些是实际存在的，为什么？
? 菲克第一定律和菲克第二定律的一维表达式，各自的物理意义是什么，会运用菲克第一定律和菲克第二定律解决实际问题。 (3）无序扩散系数 D=1/6×qd2中，d 和q的物理意义；通过分析影响q的因素以及以体心立方晶体为例，得出无序扩散系数的数学表达式Dr=αa02Ndγ，由此得出空位扩散系数的表达式 Dv=αa02γ0exp[（ΔS*+ΔSf）/R]exp[-（ΔH*+ ΔHf）/RT] ，再进一步得出空位扩散系数的宏观表达式 D=D0exp（-Q/RT）。 (4）自扩散系数 D*=fDr 。 (5）间隙扩散系数的表达式。
(6）一个扩散系统中，扩散系数与温度的关系（ D —— 1/T ），为什么？ (7）克肯达尔效应得含义及其应用意义。 (8）分析影响扩散系数的因素。 7
1 ．什么叫相变？按照机理来划分，可分为哪些机理 ?
2 ．马氏体相变具有什么特征？它和成核－生成机理有何差别 ?
3 ．当一种纯液体过冷到平衡凝固温度 (T0) 以下时：，固相与液相间的自由焓差越来越负。试证明在温度 T0 附近随温度变化的关系近似地为：
4 ．在纯液体平衡凝固温度 T0 以下， △Gr*临界相变势垒随温度下降而减小，于是有一个使热起伏活化因子 exp(-△Gr*/KT)为极大值的温度。试证明当 T=T0 /3 时，exp(-△Gr*/KT)有极大植。
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5 ．为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变 ? 什么情况下需过冷，什么情况下需过热。
6 ．何谓均匀成核 ? 何谓不均匀成核 ? 晶核剂对熔体结晶过程的临界晶核半径 r*有何影响 ?
7 ．在不均匀成核的情况下，相变活化能与表面张力有关，试讨论不均匀成核的活化能 △Gr*与接触角θ的关系，并证明当 θ=90。时，△Gr*是均匀成核活化能的一半。 8 ．铁的原子量为 55.84 ，密度为 7.32 克 /cm3，熔点为 1593 ℃，熔化热为 2750 卡／克原子，固液界面能为 204 尔格 /cm2 ，试求在过冷度为 10 ℃、 100 ℃时的临界晶核大小并估计这些晶核分别由多少个晶胞所组成（已知铁为体心立方晶格，晶格常数 a=3.05?) 9 ． 熔体析晶过程在 1000 ℃时，单位体积自由熔变化 △GV=100cal/cm3 ；在 900 ℃时是 500cal ／cm 3 。设固－液界面能 γSL =500erg/cm 2，求： (1) 在 900 ℃和 1000 ℃时的，临界晶核半径； (2) 在 900 ℃和 1000 ℃时进行相变所需的能量．
10 ．如在液相中形成边长为 a 的立方体晶核时，求出“临界核胚”立方体边长 a*和 ΔG*。为什么立方体的 ΔG*大于球形 ΔG*?
11 ．铜的熔点 T m ＝ 1385k ，在过冷度△ T=0.2T m 的温度下，通过均相成核得到晶体铜。计算这温度下的临界核胚半径及临界核胚的原子数。
(?H=1628 × 10 7 尔格 /cm 3、γ =177 尔格 /cm 2 ，设铜为面心立方晶体， a=3.615? ) 12 ．如下图为晶核的半径 r 与△ G 间的关系，现有不同温度的三条曲线，请指出哪条温度最高 ? 哪条温度最低 ? 你的根据是什么？
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13 ．什么叫斯宾那多分解 ? 它和成核－生成机理有何差别 ?
14 ．什么叫登山扩散 ? 为什么在散宾那多分解中能产生这种扩散，在成核－生长相变中则不能 ?
15 ．在最后的形态中，成核－生长机理相变和斯宾那多相变都有可能形成三维连贯的结构，在实验上能否区别是哪种机理？
复 习 提 纲
1.什么是相变、相变过程，相变过程的分类，相变推动力，相变过程的温度条件。 2. 析晶的两个过程，均态核化和非均态核化的含义；会推导均态核化的临界半径和相变活化能；了解影响均态核化速率的因素；掌握非均态核化的相变活化能与均态核化的相变活化能的关系，能从理论上进行解释；掌握核化速率和晶化速率与温度的关系，画图说明，
并指出形成晶体或玻璃有利的温度区间。总的结晶速率用什么表征。
3. 分析影响结晶速率的因素。
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1．若由MgO和Al2O3球形颗粒之间的反应生成MgAl2O4是通过产物层的扩散进行
的：
(1) 画出其反应的几何图形并推导出反应初期的速度方程。
(2) 若1300℃时DAl3+>DMg2+0-2:基本不动，那么哪一种离子的扩散控制着MgAl2O4的生成？为什么？
2．镍（Ni）在0.1大气压的氧气中氧化，测得其重量增量（μg/cm2）如下表：
时 间 温 度 1(h) 550 ℃ 600 ℃ 9 17 2(h) 13 23 3(h) 15 29 4(h) 20 36 650 ℃ 700 ℃ 温 度 1(h) 29 56 2(h) 41 75 3(h) 50 88 4(h) 65 106 时 间 (1) 导出合适的反应速度方程； (2) 计算其活化能。
3．由Al2O3和SiO2粉末反应生成莫来石，过程由扩散控制，扩散活化能为50千卡/摩尔，1400℃下，一小时完成10%，求1500℃下，一小时和四小时各完成多少？（应用扬
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德方程计算）
4．粒径为1μ球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al2O3起了反应，计算完全反应的时间。 (1) 用扬德方程计算 (2) 用金斯特林格方程计算
(3) 比较扬德方程、金斯特林格方程优缺点及适用条件。
5． 当测量氧化铝－水化物的分解速率时，发现在等温反应期间，重量损失随时间线性增 加到50%左右，超过50%时重量损失的速率就小于线性规律。速率随温度指数增加，这是一个由扩散控制的反应还是由界面一级控制的反应？当温度从451℃增至493℃时，速率增大到10倍，计算此过程的活化能（利用表9-1及图22进行分析）
6． 由Al2O3和SiO2粉末形成莫来石反应，由扩散控制并符合扬德方程，实验在温度保持不变的条件下，当反应进行1小时的时候，测知已有15%的反应物起反 应而作用掉了。 (1) 将在多少时间内全部反应物都生成产物？ (2) 为了加速莫来石的生产应采取什么有效措施？ 7． 试分析影响固相反应的主要因素。
8． 如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为MgCO3、Mg(OH)2、MgO、Al2O33H2O、γ-Al2O3、α-Al2O3。从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较 好？请说明原因。 复 习 提 纲
1． 广义固相反应的共同特点；固相反应机理；固相界面上的化学反应的三个过程。 2． 固相反应的一般动力学关系及其意义；解释化学动力学范围；解释扩散动力学范围的特点，扩散动力学范围的三个动力学方程的表达式、各自所采用的模 型极其适用范围、有何优缺点。
3． 分析影响固相反应的因素。
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1．烧结推动力是什么? 它可凭哪些方式推动物质的迁移，各适用于何种烧结机理? 2．烧结过程是怎样产生的，各阶段的特征是什么?
3．下列过程中哪一个能使烧结体强度增大，而不产生坯体宏观上的收缩? 试说明之。 (a) 蒸发冷凝； (b) 体积扩散； (c) 粘性流动； (d) 表面扩散； (e) 溶解沉
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