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一：知识：1：晶面和晶向：晶面：（hkl）；晶向：hkl；2：对于能量和熵的判断： （1）：G=H-TS，高温主要考虑熵作用（熔化等），低温主要考虑能量作用（常温等），较高温度时综合考虑； （2）：分析：能量分为结合能和应变能。结合能：可用简单立方系或平面正方点阵，观察过程前后键数量的变化（最近邻假设）；同时原子间距越小结合能越大（越稳定）。应变能：“偏离平衡状态越远，应变能越高”，同时（同样偏离距离）压应变的数值高于拉应变。熵：由S=Kln，有：体系微观状态数越大，熵越高（应用此式说明时需注意过程前后体系物质种类及数量不能变化）；可用排列组合比较。一般情况可直观感觉，体系越无序，所受的限制越少，熵越大。 3：“属+种差”：对于词汇“ABC”：C是主要成分，A、B是对C的修饰。第一章问题P7-1：已知-Fe的密度为7.8，其晶胞是立方的，每个晶胞中原子个数为2，求点阵常数。【】2：在一个晶胞内，画出（123）、（101）、（021）、（111）和111、212、301、231。【】3：根据立方系夹角公式，计算以下界面的夹角：（111）与（111）；（110）和(111)。【】5：有一个反派角色问了该问题：（e ）晶面该怎么画？如何看待他的问题？答：这个晶面只能近似地作出但是不必考虑这个问题，因为高指数晶面没有意义。之所以无意义，是因为高指数晶面上的原子间距离很远，相互作用可忽略不计，没有研究价值。6：说明面心立方中（111）面间距最大，而体心立方中（110）面间距最大。【】P91：铜的密度为8.9，铝为2.7（8.9/2.7=3.3），但两者的原子量之比为63.5/27=2.35。请问两个比值不同说明了什么？（铜和铝结构相同）【】2：画出fcc（111）晶面和bcc（110）晶面的原子分布图。【】4：已知金刚石中C-C键长为0.155nm，求其密度。【】6：金刚石强度远高于石墨，但熔点却低于石墨。这是为什么？答：强度：金刚石中碳原子间皆以共价键相连，而石墨中层间作用力为较弱的范德华力（原子间）及离域键（自由电子），强度取决于结合键中最弱的部分，因此金刚石强度远高于石墨； 熔点：石墨中层间键为sp2杂化，金刚石中键为sp3杂化，sp2中s轨道比例大于sp3中比例，因此sp2键长小于sp3键长，破坏所需能量更高。故石墨熔点高于金刚石。P133：证明金刚石的致密度为34%。【】P162：Cu、Au的熔化热几乎相等，但弹性模量ECu=123Gpa，EAu=79Gpa，他们相差较大，请问为什么？答：是因为，1个Cu原子提供2个自由电子，而Au只能1个，因此Cu中金属键密度大于Au，故弹性模量有较大差异。P201：为什么共价键的金刚石致密度很低，而金属键的Cu等致密度很高？请从结合键的特点给予分析。答：由于电子云分布的特点，共价键的键角是确定的；这使得共价键晶体不能密排；而金属键是金属正离子与自由电子的作用，两者距离越近能量越低，因此金属键晶体致密度很高。2：与“12-6”函数相比，“18-9”势函数更适合最近邻假设吗？为什么？【】？3：对金刚石晶体，能否用本节的思路（一层一层的）计算晶体的结合能？为什么？答：不能。因为金刚石中碳原子与最近邻的4个碳原子成共价键，而与其余原子仅有范德华力，因此其结合能几乎全部在最近邻原子上，完全不用考虑其余。5：面心立方计算到最近邻时，已计算到总结合能的69%。体心立方计算到最近邻时，计算的总结合能占总结合能的比例大于还是小于69%？计算到次近邻呢？【】P232：白色和橙色的乒乓球均匀混合在一起，放在一个很大的筐里，这样的体系是不是固溶体？它与固溶体的主要差异何在？答：不是固溶体，因为该体系结构无序，不是晶体。（固溶体的基本要素：一：是晶体；二：该晶体结构不因溶质溶入而改变；三：溶质原子与溶剂原子在原子尺度上随机混合）3：为什么“A、B原子的半径差越大，形成的置换固溶体溶解度越小”？请用应变能、自由能、稳定性等概念解释。答：A、B原子的半径差越大，单位B置换A导致的应变能越高，因此在B溶入过程中系统自由能升高速度越快，在B比例更小的情况下G值即超过两相共存情况的G值。4：A、B电负性差别大会导致什么结果？请用例子说明。答：电负性差别大，会生成稳定的有序固溶体。例如Fe3C.5：假设要配制30kg铜和70kg镍的固溶体，可以将纯镍和铜按需要称量，放入坩埚中加热到两者皆熔化，将融化的铜镍液体缓慢冷却，就能得到Cu-Ni固溶体。请从熵的角度分析为什么要熔化？答：因为，温度达到熔化后，熵起决定性的主导作用，所以镍和铜可以在这种情况下混合成为固溶体。P26 1：用一句话描述引入相互作用参数的目的。答：引入相互作用参数的目的是表征键的类型变化引起的结合能变化。3：在25页图1-18b中，什么温度下同类原子会聚集在一起？假定图1-18b对应温度T1，T2时原子组态有什么变化？（T2T1）答：在T=0K时，同类原子聚集在一起；温度升高，溶质原子团的大小会减小。这是因为温度升高熵的影响力增大，而同类原子聚集（与无序分布相比）结合能和熵都降低。因此温度升高，同类原子聚集的程度下降，具体体现在原子团大小减小。4：能否说：宏观有序则微观一定有序？反过来呢？宏观无序则微观一定无序？反过来呢？请分别予以说明。答：在材料中：微米尺度为宏观，纳米尺度为微观。宏观有序时，微观不一定有序；例如非晶态材料，其宏观可以有序，而微观一定无序。在晶体的所有区域都微观有序且相同时，宏观一定有序。宏观无序时，微观一定无序；微观无序时，P30：1：既然教材介绍了0时会发生什么，此时的可比过程叫做什么？有几个影响因素？这些影响因素与0时，同类原子会聚集在一起，可将该过程称为偏聚化；有下列影响因素： 1：0时，A-A键数的增加导致内能降低。 2：温度：T应小于某临界温度。低于该临界温度时内能起主导作用。 3：冷速：偏聚化是原子迁移的过程，因此冷却速度过快可能使偏聚化过程来不及进行。 4：成分：我认为欲发生偏聚化，溶质原子摩尔分数应高于某一临界值，否则溶质原子不能“找到”其他溶质原子形成偏聚。（这一条存疑）2：间隙固溶体的溶解度与应变能有何关系？应变能是影响溶解度的主要因素吗？答：应变能越大，溶解度越小；应变能是影响溶解度的主要因素。P34：1：VC中钒与碳之间必然互相结合。问他们的结合键主要属于什么类型？（从几何上看，每个C周围有6个V）。答：结合键主要属于离子键。因为：C周围有等价的6个V，而碳只有4个成共价键的轨道，因此不是共价键；又因为碳不能变为离子和自由电子，故不是金属键。 2：在Fe3C中，碳原子有没有形成sp杂化轨道的可能性？（Fe3C中每个碳原子周围有6个Fe原子）答：没有，因为碳原子之间相距较远，没有电子云重叠的可能性。3：计算Fe3C的密度。【】P35：说明(Fe,Mn)3(C,N)中Mn、N的含义，并指出它们的差异。答：Mn、N是溶质，差异为：Mn占据Fe的位置，N占据C的位置。P37：1：说明NaCl不可能是纯离子键，即NaCl中多少带有一点共价键的特征。答：纯离子键是正负离子的相互作用，键长应等于正负离子半径之和；实际上Na+0.102nm，Cl-0.181nm，两者之和略大于NaCl晶格常数的一半，这说明离子间有电子云的重合，这是共价键的特征。2：NaCl的电阻比金属高十几个数量级，请给予解释。答：金属中的载流子是自由电子，可自由移动；而NaCl中的载流子正负离子被束缚在格点上不能自由移动，因此有题设结论。3：MgO、SrO、BaO都具有NaCl结构，为什么他们的熔点会依次降低?请结合周期表，用电子云概念解释。答：使用电子云概念：由于电子云的半径越相似，电子云的重叠程度就越大，Mg、Sr、Ba的半径依次增大，因此MgO、SrO、BaO中电子云重叠部分依次减少，熔点依次降低。（By韩军杰）6：Li3AlN2具有反CaF2结构，试画出其晶胞并标明三类原子的具体位置。【】7：为什么大部分共价键材料密度低，离子键材料密度中等，而金属键材料密度高?答：这是因为：共价键材料原子间须有确定的键角，因此无法密排；对于离子键材料，由于过于密排会导致相同电性的离子相距过近，排斥力过大；金属键材料由于是离子与自由电子的作用，因此可以尽可能的密排。P41：4：金刚石的熔点为3550，而同结构的Si的熔点仅有1412，请简要分析熔点存在差异的原因。同时请判断SiC的熔点，SiC的结构与金刚石一致。答：熔点存在差异的原因是：C-C键键长小于Si-Si键，电子云结合更紧密，更不易被破坏。 显然可推论SiC熔点在Si和金刚石之间。5：为什么SiO2的熔点（1710）比SiF4（-77）高很多？答：这是因为，SiO2是原子晶体，而SiF4是分子晶体。氧有两个可成共价键轨道，而氟只有1个，因此SiO2之间可以以共价键连接，而SiF4就只能一个个地，在晶体中就像一个个“孤岛”一样。6：Al的膨胀系数为2510-6/，SiC的膨胀系数为4.310-6/，请判断哪一种材料的熔点更高，为什么？答：SiC的熔点更高，因为Al会在更低的温度下膨胀到结合键失效，不能维持晶体结构的地步。P43：图1-56氩的径向分布函数的解释。（重要）答：（1）：横纵坐标的含义：横坐标代表到中心原子的距离；上图中纵坐标是径向数密度除以一个常数。径向数密度是指：一个球壳上的原子总数/该球壳体积（式1-43），因此上图纵坐标的物理意义是：原子出现的概率；下图中纵坐标其实也是径向数密度，只是写法不同，与上图纵坐标相比少除了一个常数。考虑到某人的出题爱好，试解释如下：n0是一个归一化系数，可使上图中曲线积分后值为1，具有物理意义。而下图则无此需要，纵轴上没有刻度，是一个定性的图。对图示线段的认识，参考图下面的一段话。P44：1：根据标准态理论，非晶中原子的能量一定高于晶体；同时非晶中的混乱度大于晶体。综合考虑能量与熵的因素，请判断非晶与晶体哪一个更为稳定，并说明理由。答：根据G=H-TS，低温下晶体更稳定，高温时非晶更稳定。2：在熔化的金属液体中，原子之间是否仍然存在结合力，他的大小与固态比有什么变化，为什么？答：一定存在结合力。大小低于固态情况。考查固体和液体的强度即可判断结合力大小_（PS：金属液体中键的情况：金属键和范德华力。）3：非晶态金属中还有自由电子吗？其导电性与晶体金属比如何？请简要分析。答：有自由电子(by吴锵)。其导电性低于晶体金属，因为非晶态金属结构不具有周期性，电子的势能随其位置变化而变化，影响了电子的移动；而晶体金属具有周期性，可以认为其势能不变，电子运动更为自由；同时，晶态金属比非晶态金属致密，电子运动所受阻力更小。4：固溶体非晶概念应如何解释？答：（属+种差）首先是非晶，具有非晶体的性质：结构无序。在此基础上具有固溶体的特性：溶质原子随机分布。（固溶体的其余性质与非晶矛盾了）P46：1：请简要概括本章内容。答：从几何和能量角度研究固体结构。第二章习题：Q:什么是柯氏气团？A:通常把围绕位错而形成的溶质原子聚集物，称为“柯氏气团”。P2：1：根据最近邻假设，估算简单立方晶体中一个空位的形成能。（假定每一个体内原子间的结合能为U0）答：首先，简单立方晶体中最近邻原子数为6个，形成一个空位断6根键，空位处原子移至晶体表面成键3根，故空位形成能为；而形成空位后周围原子向空位处偏移导致应变能增加，该移动同时导致结合能的增加。由于该偏移是自发过程，所以能量降低，综上，空位形成能小于。2:自间隙原子的形成能远大于空位形成能。请从应变能和结合能的角度给予分析。答：自间隙原子的半径远大于间隙尺寸，因此会引起应变能很大的上升；（结合能？）4：P2图2-2中，假定（b）图中黑原子半径比白的小10%，而（c）图中大10%，请问哪种情况下基体内的应变能更大一些？为什么？如果数据由10%变为0.1%，上述结论会变化吗？为什么？答：（c）图情况的应变能更大，因为根据结合能曲线，在偏离平衡位置相同的情况下压应变能更大；若数据仅为0.1%，则看不出差别。5：对于置换固溶体，溶质加入对点阵常数有影响吗？请对溶质原子直径大于溶剂直径的情况予以分析。答：有影响。溶质原子直径大于溶剂直径时，溶质原子溶入对周围原子施加压应变，使周围原子远离溶质原子，导致晶格常数增大。P4：1：Al2O3溶入MgO（NaCl结构）中，形成的非禀性点缺陷在正离子的位置，还是相反？答：在正离子位置。由于Al3+，Mg2+，因此一个Al替换Mg会导致局部电中性无法满足，需要附近Mg原子成为空位保持局部电中性。2：当CaO溶入立方ZrO2时，随着溶入量的增加，ZrO2固溶体的密度会发生什么样的变化？为什么？答：溶入量增加密度降低；因为Ca2+替换Zr4+影响了电中性，会形成非禀性点缺陷，从而使密度降低。3：图2-3（a）的画法有些问题，更好的画法是将图中的大小方块画在一起，及正负离子空位出现在一起（参见图6-5）。为什么成对的画法更好些？答：因为成对画法时的能量更低。虽然该过程应变能上升，但是正负离子空位在一起,减小了晶体中受静电力影响的区域， P6：3：高温下有可能产生空位对，即两个空位复合在一起。为什么会有这种情况？答：从能量角度：复合形成空位对会导致结合能降低（断键数减少），应变能升高（空位变大使周围原子偏离平衡位置更多），总体来看能量升高；从熵的角度：复合形成空位对会导致熵增加；由于空位对与其他空位不同，因此形成少量空位对可使微观状态数上升。（微观状态数示例，左侧为复合前，右侧为两个空位复合成了一个空位对）4：金属的空位形成能与其熔点有何关系？为什么？答：熔点越高，空位形成能越高，这是因为熔点高代表破坏键所需能量高，而形成肖脱基缺陷的过程结合键数量减少。6：当式2-3中的Ce超过怎样的数值，你认为该式就不适用了？答：1%。研究二章第六页图2-4，U为一条斜直线，说明每个空位导致的能量升高值相同；这意味着每个空位的周围情况是相同的。如果空位浓度过大，那么会出现空位离得过近的情况，此时“每个空位导致的能量升高值相同”这一假设不再适用。10：考虑了振动熵的概念后，平衡空位浓度增加，即A是大于1的，为什么？答：13：NaCl与MgO的结构相同，但肖脱基缺陷形成能分别为2.2eV/个与6eV/个。为什么数据差异如此之大？请根据这两个数据对他们的肖脱基缺陷的浓度情况作出判断。答：数据差异来源于：(1):键的数量：单位MgO中键的数量为NaCl的2倍；（2）：离子半径Mg、O分别小于Na、Cl，因此MgO中的键键能高于NaCl；综上，NaCl晶体中肖脱基缺陷的浓度大于MgO晶体。P12：2：有一个位错环（即位错线呈环状）存在于某一平面内，该位错环的各个部分可能都是刃位错吗？可能都是螺位错吗？为什么？答：可能都是刃位错，但不可能都是螺位错。因为刃位错的柏氏矢量垂直于位错线，因此只要柏氏矢量垂直于该平面即可；而螺位错柏氏矢量平行于位错线，无法作出满足条件的柏氏矢量。3：位错对材料的密度有何影响？答：（1）：刃位错会使材料的密度降低；虽然（正刃位错）位错线上方受压应力，下降，下方受拉应力，升高，但是由于压应变能量大于拉应变，因此拉应变的程度更大，所以材料密度降低。 （2）：螺位错不影响材料的密度。因为螺位错只产生剪切应力，剪切应力体现在原子间角度的变化，没有晶格常数的变化。P15:1：从几何的角度分析，为什么刃位错中的x总是大于y。参考图2-5。2：从几何的角度分析，为什么刃位错中的xz=yz=0。参考图2-5。3：从几何的角度分析，为什么在刃位错中，当y0时，x0;当y0.参考图2-5.5：螺位错应力场中没有正应力分量。请对此给予解释。上述问题答：正应力存在是因为出现了正应变，剪切应力存在是因为出现了角度的偏离（偏离90）；研究书上2-5图可以得出结论。（注意坐标轴）P17：2:如果外应力场是纯剪切应力，问它对立方系的空位会产生作用吗？答：不会产生作用。因为立方系的空位只产生正应力分量，与纯剪切应力无相互作用。3：对于一根直螺位错，它对溶入八面体间隙的碳原子，会产生作用吗？为什么？答：考虑简单立方系情况，八面体间隙在XYZ方向皆对称，因此溶入的碳原子只有正应力分量；而螺位错只有剪切应力分量，两者无相互作用。4：（1）：对于一根直刃位错，它对溶入-Fe八面体间隙的碳原子，会产生作用吗？为什么？ （2）：如果有相互作用，结局会怎样？ 答：（1）：会产生作用；因为溶入间隙的碳原子和刃位错都会产生正应力，因此有相互作用。 （2）：因为位错线下方的晶格常数会增大，所以碳原子会向该晶格间隙中移动。移动会减小应变能，因此系统总能量降低。5：同一滑移面上有两个相互平行的正刃位错，他们相互吸引还是相互排斥？为什么？ 答：它们将相互排斥。因为正刃位错的应力场会产生相互作用，两位错之间的部分应变能很高。两位错的远离可以降低中间部分的应变能，因此其互相排斥。6：一个直螺位错平行于一个直刃位错，说明这两个位错之间没有相互作用。答：螺位错（位错线沿Z轴）只有zxyz分量，而刃位错则有xyxyz分量，两者恰好不同，因此无相互作用。P19：3：上述分析（分析的是刃位错的滑移）中，为何总是强调小的位移？这里位移与正应力相关，还是与剪切应力相关？答：这是因为，小的位移需要的驱动力很小，易于发生；过程中原子移动的距离虽小，但是位错移动的距离大；刃位错的滑移是由小的位移组成的。这里的位移与剪切应力相关。5:对于没有位错的理想单晶体，沿密排面中的密排方向最容易产生滑移，为什么？答：因为密排面的面间距是最大的，面间的相互作用力最小，因此最容易产生滑移。8：平行的刃位错与螺位错之间没有相互作用，当刃位错的柏氏矢量转动90时也成立，请结合坐标系给予具体分析：答：对于位错线皆沿Z轴的刃位错、螺位错，螺位错只有zxyz分量，而刃位错则有xyxyz分量，两者不同，因此无相互作用；若将刃位错的柏氏矢量转动90，刃位错的应力分量变为yxxyz，仍然无影响。P21：1：负攀移相当于什么的扩散？ 答：相对于正攀移相当于空位的扩散，负攀移相当于自间隙原子的扩散。 2：负攀移通常可以忽略不计，为什么？ 答：因为晶体中自间隙原子浓度远小于空位浓度。 3：对于没有位错的理想晶体，假定它的平衡浓度处于平衡状态，现向这个晶体中引入一根刃位错，并假定整个体系达到新的状态。问：对空位分布而言，新平衡状态与先前的平衡状态有什么差异？请画两张图表示这种差异。【】 4：对于A、B两种原子组成的固溶体，假定=0，但A与B的原子半径不同。当没有位错时，A、B原子随机分布（如温度较高时，应变能的作用相对较小，而熵的作用较大）。问：固溶体中存在刃位错时，A、B的分布状况有什么变化？请画两张图表示这种变化。【】P22：2：Cu形成一个空位的能量为0.9eV，远低于位错应变能的4eV，请简要说明原因。答：主要是因为压应变应变能高于压应变。刃位错相当于在两层之间插入了半原子面，会产生压应变，且插入的原子与原来的半径相同；在同样偏离距离时，压应变的数值高于拉应变。3：刃位错的应变能通常大于螺位错，请根据应力分量概念给予解释。答：在两者柏氏矢量相同的情况下，刃位错有4个应力分量，而螺位错只有2个，因此刃位错的应变能通常大于螺位错。P26：1：与抽出一层相比，同时抽出两层（10）显然会增大位错线附近的应变能。请从能量角度分析同时抽出两层的合理性。2：假定单位位错线是11,请设想在图1-8（a）中其倒三角（111）面上，同时抽出两层（10）会抽出那些原子？【】3：为什么分解后的两个分位错会互相排斥？请具体分析。答：首先分解后的两个分位错的主要部分是相同方向的刃位错，两者的应力场有相互作用导致分位错有互相排斥的动力；同时，相同方向的刃位错相互远离会降低晶体中的应变能，因此排斥是自发过程。4：请从能量角度验证式2-8.【】 6:（1）：为什么说层错能数值很低？ 答：因为层错能是因为次近邻原子的错位导致的，并没有涉及到主要部分，因此数值低。 （2）：分摊到每个原子的层错能与空位形成能相比，哪个更大一些？为什么？ 答：空位形成能更大，因为空位形成能涉及到最近邻部分，因此大于层错能。 8：图2-17（b）中，下面的两个原子如果移到右侧，则形成的“沟槽”不再是11方向，而是01。请问此时的位错是什么类型的？ 答：此时，是混合位错，因为此时位错线与柏氏矢量既不平行也不垂直。P29：1：对于图2-20中的两类弗兰克位错，当晶体处于高温时，分别会发生怎样的变化？ 答：高温时晶体内空位浓度高，会出现正攀移现象，使位错线向后移动，半原子面逐渐消失；（等效于抽去了一层，将会在原位置留下一个排列错误：A CABC） 2：图2-22中间有4个分位错，它们分别是什么类型的？答：它们是肖克莱位错，也是混合位错。P35：3：既然面心立方晶体的(111)面的表面能最低，为什么表面包含一定的（100）面，而不完全由（111）面组成？ 答：这是因为，总表面能=单位面积表面能表面面积；虽然（100）面单位面积表面能高于（111）面，但引入一定量的（100）可以降低表面面积，可使总能量降低。 5：对于金属铝，它的固液界面能与固气界面能哪个更大一些？为什么？答：它的固气界面能更大，因为液体的致密度大于气体，因此液体分子粘附在表面的数量多于气体分子，表面能量下降得更多，因此固气界面能更大。 6：讲义中说：“与其他界面能相比，表面能的数值是比较高的。同时，表面又是暴露在外的，所以晶体的表面极容易被其他物质（甚至是气体）污染。（1）：为什么表面能高就易被污染？（2）：强调“甚至是气体”是什么意思？ 答：（1）：因为晶体表面有断键，处在不稳定状态，且与其他物质结合可以使能量下降； （2）：气体是十分稳定的，不易与其他物质结合；强调的目的是说明表面易被污染。 8：与金属晶体相比，金属非晶体的表面能是高还是低？为什么？ 答：非晶体的表面能低；这是因为，表面由于断键，其结构会进行重排，因此晶体和非晶体的表面能量是相同的；又因为非晶体内部能量高于晶体，所以形成表面能量的升高量是非晶体更低。P40：4：图2-31（P38）左上角为：1.6J/m20（铜表面氢气气氛中）。请对这些数据、文字给予解释，如1.6J/m2是代表什么？为什么指明是“氢气氛中”？ 答：代表：每生成1m2表面，能量上升1.6J；指明“氢气氛中”，是因为晶体的表面能量高，易与其他物质结合导致能量变化，指出其表面状态可消除这一变量。而且，氢气最有活性，影响最小。 8：典型的金属大角度晶界能在0.32J/m2（铝）到0.87J/m2（镍）之间。试说明为什么镍的晶界能大于铝。 答：因为大角度晶界能主要取决于熔点，而镍的熔点高于铝，因此镍的晶界能大于铝。P43：1：说明图2-35会自发转换为图2-36（P42）。注意共格条件：0,因为这样才能形成偏聚，出现相界面。P44:1：间隙固溶体中的界面偏析是否一定是正的(即界面溶质浓度高于体内)，为什么？答：是，因为界面上空隙比晶体内大，因此间隙原子偏析至晶面可降低体系应变能。因此间隙固溶体中的界面偏析一定为正。2：对于置换固溶体，界面平衡偏析是否一定为正？请从结合键能与应变能两个方面给予分析。答：不一定；对于置换固溶体，溶质向界面析出导致A-B键的数量减少，而A-A、B-B键数量增加。因此当0时，界面平衡偏析可使结合能升高；3：对于小角度晶界与大角度晶界，哪一个更容易形成平衡偏析？为什么？答：大角度晶界更易形成平衡偏析；因为大角度晶界相对于小角度晶界晶格畸变量更大。4：对于三类相界面（共格、半共格、非共格），当存在间隙原子时，哪一种相界面最容易形成平衡偏析？为什么？答：非共格相界更容易引发平衡偏析；因为非共格相界的晶格畸变量最大。5：Bi在多晶体Cu的晶界上偏析会导致Cu变脆，请问变脆的原因。（Bi熔点：271.3，其性质非常靠近非晶体元素）答：首先，Bi的熔点低，说明Bi-Bi键键能较低；其性质靠近非金属元素，说明其具有共价键晶体的特征-脆性；综上，Bi在晶界上偏析使晶粒之间的连接易于破裂。6：晶界与晶粒内部的过饱和空位会发生相互作用。请问作用结果是？答：作用结果是：空位向晶界扩散。请用一句话概括本章内容：答：从几何和能量的角度研究实际晶体缺陷及其相互作用。第五章问题：P2：2：讲义中说：“气体中的扩散都是下坡扩散，因为气体的0”，为什么气体的0?答：因为气体分子间距离很大，分子间相互作用微弱，可以忽略不计。4：规则溶液模型的B=GB+(1-C)2Z+KBTlnC中，没有考虑应变能。问：（1）：如果固溶体的0，但原子半径不同造成的应变能必须考虑，此时是否会引起上坡扩散？为什么？（2）：表达式中的GB对扩散有无影响？答：（1）：不会引起上坡扩散，因为上坡扩散使溶质向一处聚集，导致该处点阵畸变大增，系统总能量升高（就像空位对的应变能高于两个单独的空位一样），因此在该情况下不会出现上坡扩散。（2）：无影响，因为，扩散过程是浓度变化的过程，对上式两侧对CB求偏导,GB是纯B的化学势，因此=0，该项无影响。6：固溶于-Fe中的碳原子偏析到晶界的过程，是上坡扩散还是下坡扩散？ 答：该过程是上坡扩散。P8：2：（1）：碳在-Fe中的D0=210-5m2/s，激活能Q=1.4105J/mol，求870及927时的扩散系数。（2）：若要铁棒中相同的位置得到相同的碳浓度，870渗碳所需时间是927的多少倍？【】P10：1：说明Fe3(C,N)中碳为什么能够扩散。注意，Fe3C中的碳不能扩散； 答：Fe3C中的C之所以不能扩散，是基于这样的理解：扩散是浓度的变化过程，Fe3C是纯物质，各组分浓度一定，因此不能扩散；Fe3(C,N)中部分碳的位置被N替换，各部分C、N浓度有了差别，C可以扩散了。2：-Fe中碳的扩散系数与Fe3(C,N)中碳的扩散系数，哪一个更高一些？为什么？答：-Fe中碳的扩散系数更高，因为-Fe中的碳是间隙扩散，而Fe3(C,N)中的碳是置换扩散。（作为碳原子，在间隙中时周围都是间隙，但在格点上时周围有空位的机会很少，因此间隙扩散系数大于置换扩散系数，具体在书上第五章P15的公式也可看出，置换扩散式右侧多了恒小于1的一项）问：关于柯肯达尔效应，写出几个关键词。答：扩散速度差，标记面移动，空位流； 3：最初，柯肯达尔效应是在纯Cu和Zn=30%的Cu-Zn合金构成的扩散偶中被发现的。（1）：试判断用Mo丝制作成的标记物向哪个方向移动，为什么？（2）：使用Mo丝不仅因为它熔点高，还因为它的空位形成能比Cu与Cu-Zn合金都高出很多。为什么对Mo的空位形成能有这样的要求？（3）：为什么选择纯Cu和Zn=30%的Cu-Zn合金构成扩散偶？换言之，这种选择对Cu-Zn相图靠Cu的一侧有什么要求？答：（1）：会向纯Cu一侧移动，因为Cu的熔点高于Cu-Zn合金；（2）：由于置换扩散微观过程为原子与空位交换位置，空位形成能越高，晶体中空位浓度就越低，越不易发生扩散。加入Mo丝的本意是指示标记面的位置，不应该影响扩散过程。（3）：因为Cu和Zn=30%的Cu-Zn合金是在同一相区中（书上图示），这样就不会出现涉及多相的反应扩散，简化了问题。 5：-Fe中的碳原子会从高浓度向低浓度扩散。你认为扩散的主要动力是熵还是应变能？为什么？答：我认为是熵，因为扩散速度很大程度上受温度的影响，温度升高扩散速度显著加快，而由G=U-TS，熵的影响随温度升高而增大，所以我认为主要动力是熵。 7：试判断在VC与TiC构成的扩散偶中，是否会发生柯肯达尔效应，为什么？答：会发生（发生扩散的是V和Ti原子），因为两侧的物质种类不同，扩散系数不同。柯肯达尔效应表现为标记面的移动，实质是空位的单向流动。在该情况下是可以发生的。（离子晶体内的扩散主要是空位参与的置换扩散） 8：间隙化合物（如（Fe、Mn）3C、VC-TIC中，的各原子以什么机制扩散，为什么？答：以置换扩散的形式扩散，因为Fe、Mn、C、V、Ti均位于晶体的格点上，而不是间隙。P13：1：对于纯金属，能不能说有空位处的原子化学势高于没有空位处的原子化学势？为什么？ 答：不能，因为晶体中有个平衡空位浓度，无论是高是低，偏离平衡浓度时化学势升高。而不是如题所说。 3：与Cu的自扩散相比，晶体Si的扩散系数更小一些吗？为什么？晶体Si与金刚石相比呢？哪一个更大一些？ 答：是的，因为Si原子间通过sp3共价键结合，空位出现会导致周围原子处于不稳定状态，因此空位形成能高于Cu；所以Si的扩散系数更小一些。因为金刚石熔点高于Si，因此金刚石空位形成能高于Si，扩散系数更小。P15：2：用文字解释式（5-26），即指出置换扩散的主要过程是什么？答：置换扩散的主要过程是原子与空位的位置交换。 3：激活能就是物理化学中的活化能。请比对上面的扩散系数公式与物理化学的阿累尼乌斯公式，以便解释激活能（活化能）的物理含义，如为什么称为“激活”或“活化”？答：阿累尼乌斯公式：；活化能的物理含义：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。 P17：3：SiC晶体结构与金刚石类似，其熔点在2800，Si-C键是典型的共价键。问：铁-碳-硅固溶体中，Si与C之间的结合键还是共价键吗？结合键类型对C的扩散系数有什么影响？ 答：在铁-碳-硅固溶体中，Si与C之间的结合键不是共价键，因为Si和C位于铁晶体的间隙，不可能近邻，使电子云重叠。 5：讲义中说：“在927下，碳在铁中的扩散系数随碳含量而增加。这是因为，随碳含量的增加，点阵畸变增加，能垒降低。”问：为什么“点阵畸变增加，能垒降低？” 答：因为点阵畸变增加，晶体结构就会变得松散、不稳定，因此能垒降低。（） 7：当刃位错与螺位错分别作为快扩散通道时，哪一个的扩散系数更大一些？为什么？ 答：刃位错的扩散系数更大，因为刃位错位错线下方晶格常数增大，间隙尺寸增大，间隙原子移动变得容易。 8：非晶合金中的扩散系数与相应的晶态比，哪一个更大一些？为什么？答：非晶的扩散系数更大，因为相对晶态而言，非晶的排列更松散一些，扩散更为容易； 11：含元素B的Fe如果渗碳，其渗碳速度与不含B的情况相比快还是慢？为什么？答：含硼的Fe渗碳速度更慢。因为B容易向Fe晶体的晶界偏析，导致晶界原子排布更为密集，间隙尺寸减小；而碳在晶体中扩散主要是通过晶界、位错这样的快扩散通道，通道被堵塞导致其渗碳速度变慢。PS：我水平有限，上面的题肯定很多都做错了，如果感到不太对的话一定要找高手或锵讨论15