真題2011年教學(xué)復(fù)習(xí)課件

1、復(fù)1.擴(kuò)散系數(shù)DD 1 dx xd，2復(fù)1.擴(kuò)散系數(shù)DD 1 dx xd，2td111d xd 00。t00上式表明，在x0平面兩側(cè)組元的擴(kuò)散通量相等，方2.擴(kuò)散的熱力學(xué)分F 2.擴(kuò)散的熱力學(xué)分F (1 ln)時(shí)，D0，為“下坡”擴(kuò)當(dāng)ln(1 ln時(shí)，D0，為“上坡”擴(kuò))當(dāng)ln3.原子跳躍和擴(kuò)散D PdD 3.原子跳躍和擴(kuò)散D PdD D exp(U) Q00QQD D )V04.QlnD ln4.QlnD ln0直線斜率即為Q/R5.2RnR2nrn5.2RnR2nrn課堂課堂練=126/cm，互擴(kuò)散系數(shù)=1.4310-9cm2/s，試求Matano課堂練課堂練3. 根據(jù)實(shí)際測定lgD與1/

2、T課堂練面心立方和體心立方晶體八面體間隙位置的配位數(shù)分別是12和422和a/2a)D D )課堂練面心立方和體心立方晶體八面體間隙位置的配位數(shù)分別是12和422和a/2a)D D )D C D C 0.478D 1.43109 (cm2 /1.52v (cm/2mDFe=0.5610-課堂練3. D=D0exp(-QlgD lgD lg0lgD 課堂練3. D=D0exp(-QlgD lgD lg0lgD lgD0 因?yàn)閘nD 2.3lglgD )lgR 700C時(shí)，多晶體銀擴(kuò)散激10.72(12) Q1 (1.10103 1.30103)lgRQ1 122.4kJ(注：圖中的擴(kuò)散激活能的8（

3、14）Q2 lge(0.8103 1.39103RQ2 是“卡復(fù)習(xí)1.相律f C復(fù)習(xí)1.相律f CP相變類型：汽、液、固之間的轉(zhuǎn)變固固相變；同素（分）異構(gòu)轉(zhuǎn)變dP T有些物質(zhì)經(jīng)歷Ostwald階段，即在冷卻過程中相變順序高溫相亞穩(wěn)相穩(wěn)有些物質(zhì)經(jīng)歷Ostwald階段，即在冷卻過程中相變順序高溫相亞穩(wěn)相穩(wěn)定相位移型相變和重建型相2.液態(tài)結(jié)構(gòu): 與固體相比：體積稍膨脹；配位數(shù)稍低；近程有序結(jié)晶條件：過冷度，結(jié)構(gòu)起伏，能量起伏形核：均勻形核需要的過冷度大（T 非均勻形核需要的過冷度?。═ 晶體晶體生長的形態(tài)與液固界面的性質(zhì)有關(guān)光滑界面，粗糙界）區(qū)分光滑界面和粗糙界面的熱力學(xué)判據(jù);杰克遜(K.A.Jac

4、kson)提區(qū)分光滑界面和粗糙界面的熱力學(xué)判據(jù);杰克遜(K.A.Jackson)提出定粗糙和光滑界面的定量模型)NT 式中，Gs為界據(jù)位置的分?jǐn)?shù)能的相對(duì)變化，x是界面上被固相原 式中是界面原子的平均配位數(shù)，是晶體配位 杰克遜定量模型的推導(dǎo)液-固界面處原杰克遜定量模型的推導(dǎo)液-固界面處原子排列不是完全有序的，而出現(xiàn)未占據(jù)位置(空位)， 分?jǐn)?shù)為x=N/NT，界面上空位數(shù)(未占據(jù)位置分?jǐn)?shù))為1-x，空位數(shù)為N (1-x)。形成空位引起內(nèi)能和組態(tài)熵的變化，相應(yīng)引起表面吉布斯的變化：GS=H-TS=(U+PV)- TSU- 能0.5NT(1-x)x(注：0.5NT(1-x)為所有空位可能斷的最大鍵數(shù)，而

5、實(shí)鍵數(shù))和一對(duì)原子的鍵N的乘積，式中 為晶體的配位數(shù), U=0.5NT(1-=L (1-(1-N mmA U=0.5NT(1-=L (1-(1-N mmA式中= 空位引起組態(tài)熵的變化S=-Rxlnx+(1-x)ln(1-因此，引起相應(yīng)吉布能的變化為TS=-RTmxlnx+(1-x)ln(1-將(2)，(4)代入(1)式，得 =x(1-x)+ xlnx+(1-x)ln(1-(R=kNA=kNT，這樣(6)式即為書中(6-29)式=x(1-x)+ xlnx+(1-x)ln(1-kNT 式中，因=x(1-x)+ xlnx+(1-x)ln(1-kNT 式中，因?yàn)?Sm(熔化熵)，故(VRVmm例如當(dāng)2

6、時(shí)，界面為微觀粗糙界面當(dāng)2時(shí)，界面呈光滑界面 連續(xù)長大：vg )g2K 連續(xù)長大：vg )g2K 2Tg3K-梅爾(Johnson-Mehl)結(jié)晶動(dòng)力學(xué)-梅爾(Johnson-Mehl)結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方程1exp( Nv3t4rg3阿弗拉密阿弗拉密（Avrami)方程（N與時(shí)間相關(guān)r 1exp(kt n式中n稱為阿弗拉密指數(shù)，一般取值在14之間，式中k為常數(shù)純晶體凝純晶體凝固時(shí)的生長形值為臺(tái)階狀課堂練課堂練1 已知純鋁的凝固溫度Tm=931.7K，T=195K，熔化熱 2 根據(jù)右面單元相圖，比較兩 Al(沸點(diǎn)2494)，哪種金屬3 右圖為碳的相圖，試根據(jù)該圖回答下碳在室溫3 右圖為碳的相圖，試根據(jù)

7、該圖回答下碳在室溫及101.325kPa(1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓在某一較高的壓力下，2000K時(shí)石和石哪一個(gè)具有較高密度？已知石在298K時(shí)，石=6.069J/(mol.K)。石墨在298K時(shí)H0=0；石墨=8.644J/(mol.K)1解：(6.13)= 2121103 931.7 =1.082101解：(6.13)= 2121103 931.7 =1.08210-1608.8106 Al的點(diǎn)陣常數(shù)a0=4.404910-10m，晶胞的體積-VL=(a0 而臨界晶核的體積V = 4r*3=5.30210-27C3則臨界晶核中的晶胞數(shù)目5.302V= 因?yàn)殇X是面心立方結(jié)構(gòu)，每個(gè)晶胞中有4個(gè)原子，因此一個(gè)

8、臨界晶核中原子數(shù)目約為320個(gè)原子2 解：在外太空氣壓非常低，溫度非常低，固態(tài)Mg (沸點(diǎn)較低)也會(huì)變成蒸另外還應(yīng)考慮：在負(fù)載的情況下，除要考慮密度外，還就考慮相應(yīng)的度。所以，楊氏模量與密度的比值和屈服強(qiáng)度與密度的比值另外還應(yīng)考慮：在負(fù)載的情況下，除要考慮密度外，還就考慮相應(yīng)的度。所以，楊氏模量與密度的比值和屈服強(qiáng)度與密度的比值應(yīng)該為評(píng)材料的參數(shù)，比如應(yīng)考慮到取決于微觀組織的屈服強(qiáng)度，還有3 解：(1)碳以石墨狀態(tài)穩(wěn)定存在(2)由克拉佩龍yron)方=可知，因?yàn)?(右圖中的AO線)，若H0，則必有V0。已條2000 -石石p石p石8.644=-=-1897+(2.581)(2000-即V石墨-

9、石0，也石的密度大于石墨(3)由圖查得約為60108 Pa復(fù)習(xí)a增加過冷度；b.加入形核劑；c.2：ab3:a.氣相沉積法b.離心急冷法c.復(fù)習(xí)a增加過冷度；b.加入形核劑；c.2：ab3:a.氣相沉積法b.離心急冷法c.二、高分二、高分子的 1.固相與氣相形成平衡時(shí)的壓強(qiáng)稱為飽和蒸氣壓（簡稱為蒸1.固相與氣相形成平衡時(shí)的壓強(qiáng)稱為飽和蒸氣壓（簡稱為蒸氣壓）2.lgP A 結(jié)論：溫度越高，蒸汽壓越高3T通常將蒸發(fā)材料加熱到其蒸氣壓達(dá)幾Pa時(shí)的溫度作為其PG nRT 4當(dāng)PPe，GPG nRT 4當(dāng)PPe，Ge，則凝聚過程可進(jìn)行（基片上）。L 5.程P蒸發(fā)源到基片的距離小于650mm，因此真空罩內(nèi)

10、的氣壓通6冷速極快：一般為7.7.薄膜的生長模型（基片為單晶），c)層核生長模型（基片為單晶）家庭作第六章單組元相圖及純晶體的凝固當(dāng)銅在不同冷速下凝固時(shí)，會(huì)得到不同尺寸的團(tuán)簇。若 團(tuán)簇尺寸大于1nm為晶體態(tài)，當(dāng)尺寸小于家庭作第六章單組元相圖及純晶體的凝固當(dāng)銅在不同冷速下凝固時(shí)，會(huì)得到不同尺寸的團(tuán)簇。若 團(tuán)簇尺寸大于1nm為晶體態(tài)，當(dāng)尺寸小于1nm為非晶態(tài)。試求當(dāng)團(tuán)簇尺寸分別為1m和1nm時(shí)所需的過冷度。m=136Km=628106J3=71-3J/m21已知液態(tài)鎳在1.013105Pa(1 個(gè)大氣壓) 過冷度319時(shí)，發(fā)生均勻形核，若將大氣壓增加到1010Pa時(shí)，2求發(fā)生均勻形核時(shí)所需的過冷度

11、。已知純鎳的為1726K， 熔化Hm=18075J/mol，凝固時(shí)體化V=-0.26cm3/mol，1J=9.87105 cm3Pa3.1033 3.1033 其中G *為臨界形核功，k為玻爾茲曼常數(shù)，其值1.3810-23J/K假設(shè)過冷度 T分別為 30300Hm=12600J/mol Tm=1000K，摩爾體積V=6cm3/mol，計(jì)算均勻形核率N44復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)00三、多相平衡的公切三、多相平衡的公切線原四、混合物四、混合物五、能成分六、二元相圖的幾五、能成分六、二元相圖的幾七、勻晶a)b)c)圖七、勻晶a)b)c)圖八、八、共晶相課堂練課堂練組元A和B在液態(tài)完全互溶，但在固態(tài)互不

12、溶解，當(dāng)組B質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63時(shí)合金在1040在750 共晶反應(yīng)后先共晶 （課堂練100解答：A原6.02=37A原636.021023課堂練100解答：A原6.02=37A原636.021023 28B原子B原得中間化合物的分子式為4320 初生相43200 43A%=6320 200 AB 26363期復(fù)習(xí)思考期復(fù)習(xí)思考6期復(fù)習(xí)思考11.期復(fù)習(xí)思考11.19.Clausius-yron方程及其在單元系相圖中的應(yīng)SiO2的七種晶型轉(zhuǎn)變及其兩種轉(zhuǎn)變方式（位移轉(zhuǎn)和重構(gòu)轉(zhuǎn)變期復(fù)習(xí)思考2122 期復(fù)習(xí)思考2122 23.24 根據(jù)二元相圖畫成分25.Fe-Fe3C相圖中各種合金的平衡凝固過程及其平293

13、0期復(fù)習(xí)思考應(yīng)記的公式C1 C2C2xC erf22Dt QD 期復(fù)習(xí)思考應(yīng)記的公式C1 C2C2xC erf22Dt QD D0 HmdP lgP A T復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)一、固態(tài)完全不固溶的三元共晶相圖投影二、空間模1）二、空間模1）3個(gè)液相面和3個(gè)固相2）a)二元共晶轉(zhuǎn)變空間是三棱柱體，三條棱就是三條單變b)二元共晶的等溫截面是由連接的三角形二元共晶轉(zhuǎn)變有二個(gè)開始面三個(gè)固相平衡三棱頂面與四相平衡面重合，底面與成分三角形重合三個(gè)側(cè)面是三相區(qū)和兩相區(qū)（均為固相）的分界面,金都將進(jìn)行同析反應(yīng)，即一個(gè)固相同時(shí)析出另兩個(gè)固相。5）固溶體的溶解度曲單相一個(gè)單相一個(gè)液相區(qū)和三個(gè)固相液固兩相只有成分位于恒溫轉(zhuǎn)變面

14、上三個(gè)固相與液相連接線上的合金，經(jīng)1）投影圖的2）合金的結(jié)晶過2）合金的結(jié)晶過程和結(jié) 晶 過 程結(jié) 晶 過 程 4.垂4.垂直截面課堂練課堂練A、10B、40Ca) 試計(jì)算A初、(A+B)%和(A+B+C)%的相對(duì)量(b) 寫出圖中I和P合金的室溫平衡組課堂練習(xí)解課堂練習(xí)解1.由已知條件作如下圖，溫度t1時(shí)組元B、液相LK應(yīng)在一條直線上，則由杠桿定即K合金成分為：15%A、80%B、：課堂練習(xí)解oa 8060 2.A課堂練習(xí)解oa 8060 2.A100初Ao 10080 100(A+B)%=50%404020(A+B+C)%=L%40(b)合金：B+（A+B+C）共P合金：（B+C）共晶+（

15、A+B+C）共1寫出1寫出點(diǎn)P、S、R的成分設(shè)有2kgP、4kgR、2kgS們混熔后的液體成分點(diǎn)度定出wc=80%時(shí)，A、B組元濃之比與S相同的合金成分點(diǎn)22寫出下圖中、區(qū)域以及pE復(fù)能材料基1、能帶a)單個(gè)原子中電子處在分離的能級(jí)上,但由N個(gè)原子組成的固體, 不同復(fù)能材料基1、能帶a)單個(gè)原子中電子處在分離的能級(jí)上,但由N個(gè)原子組成的固體, 不同有N的能級(jí)和2Nb)費(fèi)密能:熱平衡情況電子處于能量狀態(tài)E的幾率1fe(EEF )/1絕對(duì)零度時(shí)絕對(duì)零度時(shí),凡能量小于費(fèi)米能的所有能態(tài)，全部為電子所占據(jù); E大于E的各個(gè)能態(tài)均不出現(xiàn)電子。當(dāng)T0K時(shí)，若E=EF, 則f =1/2；若EEF, 則1/2f

16、 1；若EEF ，則0f 1/2。由此表明：有少量能量與費(fèi)密能接近的電子可以通過吸收熱能而躍遷到較高的二、電性能的表現(xiàn)描1.電導(dǎo)率來二、電性能的表現(xiàn)描1.電導(dǎo)率來描述材料的電特性，它與電阻率成反比，12.基于能帶理論的傳當(dāng)具有能量大于費(fèi)密能的電子可以被電場所作用這些參加電過程的電子電子。在半導(dǎo)體和絕緣體中，空穴具小于費(fèi)密能的能量，也參加電子的傳導(dǎo)在空態(tài). 因此, 只需極小能量就可激發(fā)電子進(jìn)入低位空態(tài)。c)對(duì)于絕緣體和半導(dǎo)體,不存滿價(jià)帶c)對(duì)于絕緣體和半導(dǎo)體,不存滿價(jià)帶頂部的空態(tài)。 因此, 要成隙是幾個(gè)電子伏的寬,這意味著非常大的電場被需要來激發(fā)一子越過帶隙 n e d)電子傳導(dǎo)的電導(dǎo)率電子遷移

17、率，表示散射現(xiàn)象對(duì)傳導(dǎo)的影e)金屬的總電阻率是熱振動(dòng)，雜質(zhì)和塑性形變?nèi)叩募?t i 本征半導(dǎo)體是一種其電行為基于高純材料中的固有電子結(jié)構(gòu)的材料。當(dāng)電性受雜質(zhì)原子支配時(shí)，這樣的半導(dǎo)體稱謂非本征半導(dǎo)體。對(duì)于本征半導(dǎo)體每個(gè)被激發(fā)的電子越過帶隙，在其后的價(jià)帶中留本征半導(dǎo)體是一種其電行為基于高純材料中的固有電子結(jié)構(gòu)的材料。當(dāng)電性受雜質(zhì)原子支配時(shí)，這樣的半導(dǎo)體稱謂非本征半導(dǎo)體。對(duì)于本征半導(dǎo)體每個(gè)被激發(fā)的電子越過帶隙，在其后的價(jià)帶中留下一個(gè)空穴，因此，n =，則 n e (e k ) p e (e k h非本征半導(dǎo)性:假設(shè)有一個(gè)5價(jià)的雜質(zhì)置換硅,雜質(zhì)能態(tài)恰位于在導(dǎo)帶底部下的帶隙中；每個(gè)施主電子是從雜質(zhì)能態(tài)

18、激發(fā)出來，因此在價(jià)帶中沒有對(duì)應(yīng)的空穴產(chǎn)生。這類材料就稱為n-型非本征半導(dǎo)體，它們的導(dǎo)電性主要由電子濃度所決定的。i)若在硅和鍺中加入三價(jià)的置換雜質(zhì)，每個(gè)雜質(zhì)原子引入一i)若在硅和鍺中加入三價(jià)的置換雜質(zhì)，每個(gè)雜質(zhì)原子引入一個(gè)帶隙激發(fā)產(chǎn)生，這種材料稱為p-型半導(dǎo)體。j)介電材料通常是指電阻率大于m的一類在電場中以感應(yīng)AlC 0 Al到兩板之間，那么C r如果介電材0式中0稱為真空介電常數(shù)（普適常數(shù)，8.851012法拉/米為介質(zhì)介電常數(shù)，它遠(yuǎn)大于0， r為相對(duì)介電式中q是每個(gè)偶極電荷的大小，dl)介電質(zhì)情況下的電荷密度（介電位移D 在介電材料存在的情況下，電容器兩板上表面電荷密度可表達(dá)為D 0 式

19、中：P是正比于電場強(qiáng)度P0r 材料科學(xué)基礎(chǔ)（2011年9月12月材料科學(xué)基礎(chǔ)（2011年9月12月制鑄錠（件）材料科學(xué)基礎(chǔ)10材料科學(xué)基礎(chǔ)10分特點(diǎn)14材料科學(xué)基礎(chǔ)應(yīng)用投影圖分析合金凝固過程和平衡組織的方在液態(tài)完全互溶、固態(tài)完全不互溶的三元相圖在液態(tài)完全互溶、固態(tài)部分互溶的三元相圖中，材料科學(xué)基礎(chǔ)應(yīng)用投影圖分析合金凝固過程和平衡組織的方在液態(tài)完全互溶、固態(tài)完全不互溶的三元相圖在液態(tài)完全互溶、固態(tài)部分互溶的三元相圖中，單原子能級(jí)和由N各原子組成的固體能帶之間的20材料科學(xué)基礎(chǔ)本征半導(dǎo)體和非本征半導(dǎo)體(包括p型和n型材料科學(xué)基礎(chǔ)本征半導(dǎo)體和非本征半導(dǎo)體(包括p型和n型2627為什么金屬通常對(duì)可見光

20、是不透明的，而非金屬可復(fù)習(xí)菲克第一復(fù)習(xí)菲克第一定律J Ddd12、高濃度3、D4Smith工作表明：Df（），D 菲克第二定 (D菲克第二定 (D 2 D 若D與濃度無關(guān)，則通解為xt 2120 1 2說A12 1 2 12A12A22(x,t) 2 1 1 2說A12 1 2 12A12A22(x,t) 2 1 2xerf)222 1 s2 2 x當(dāng)x0（界面處當(dāng)10 x,1(2)2 erf xx,t erf xx,t Dt ss0 x(x,t) 1erf當(dāng) 0s02x2x x2Mx,texpx2x x2Mx,texpx2Mx,texp課堂4-1 有一硅單晶片，厚0.5mm，其一課堂4-1

21、有一硅單晶片，厚0.5mm，其一端面上每107個(gè)硅原子包含兩個(gè)鎵原子，含幾個(gè)鎵原子，才能使?jié)舛忍荻瘸蔀?1026 atoms /m3m，硅的點(diǎn)陣常為0.5407nm。：約22個(gè)4-2 一塊w(C)0.1的碳鋼在930滲碳，滲到0.05cm的地方，碳的濃度2.0105exp(140000/RT)（m2s）計(jì)算滲碳時(shí)間。若將滲層加深1倍，則需要多長時(shí)間若規(guī)定w(C)0.3作為滲碳層厚度的量度，則在930時(shí)滲碳10h的層厚度為870時(shí)滲碳10h的滲層厚度的多少倍：1.45倍課堂4-3w(C)0.85的課堂4-3w(C)0.85的普碳鋼加熱到900在空氣中保溫1h后外層碳濃推導(dǎo)脫碳擴(kuò)散方程的解，假定t

22、0時(shí)，x0處，0（假如要求零件外層碳濃度為0.8，表面應(yīng)車去多少深度（D 1.1107cm2/s）c課堂（）解4-Si石結(jié)構(gòu)，每個(gè)晶胞有8課堂（）解4-Si石結(jié)構(gòu)，每個(gè)晶胞有8個(gè)原子，故107個(gè)原子對(duì)應(yīng)的體積V=107/8a0=10/8(0.540710 )=1.97610 -9 -22 x/V 2/ 210260.5103x 20.5103 21026 1.9761022 21.76 故該端面上每107個(gè)硅原子需包含22個(gè)鎵原子課堂解4-2(a)Fick第二定律得（）x ( )erf)ss02兩邊同除合金密度，xw w 課堂解4-2(a)Fick第二定律得（）x ( )erf)ss02兩邊同除合金密度，xw w (w w )erf )ss02ws x erf)ws 0.61 ： 0.61,D 0.2exp() 1.67(