材料熱力學(xué)知識(shí)點(diǎn)

第一章單組元材料熱力學(xué)名詞解釋：1可逆過程2Gibbs自由能最小判據(jù)3空位激活能4自發(fā)磁化：5熵：6熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律7Richard定律填空題1熱力學(xué)第二定律指出：一個(gè)孤立系統(tǒng)總是由熵低的狀態(tài)向熵高的狀態(tài)變化，平衡狀態(tài)那么是具有最大熵的狀態(tài)。2按Boltzmann方程，熵S與微觀狀態(tài)數(shù)W的關(guān)系式為S=klnW3熱容的定義是系統(tǒng)升高1K時(shí)所吸收的熱量，它的條件是物質(zhì)被加熱時(shí)不發(fā)生相變和化學(xué)反響4α-Fe的定壓熱容包括：振動(dòng)熱容、電子熱容和磁性熱容。5純Fe的A3的加熱相變會(huì)導(dǎo)致體積縮小6Gibbs-Helmholtz方程表達(dá)式是7鐵磁性物質(zhì)的原子磁矩因交換作用而排列成平行狀態(tài)以降低能量的行為被稱為自發(fā)磁化論述題1根據(jù)材料熱力學(xué)原理解釋為什么大多數(shù)純金屬加熱產(chǎn)生固態(tài)相變時(shí)會(huì)產(chǎn)生體積膨脹的效應(yīng)？2試根據(jù)單元材料的兩相平衡原理推導(dǎo)克拉伯龍〔Clapeyron〕方程。3試用G-T圖的圖解法說明純鐵中的A3點(diǎn)相變是異常相變。4試畫出磁有序度、磁性轉(zhuǎn)變熱容及磁性轉(zhuǎn)變〔指鐵磁-順磁轉(zhuǎn)變〕自由能與溫度的關(guān)系曲線。計(jì)算題1純鈦α/β的平衡相變溫度為882OC，相變焓為4142J?mol-1，試求將β-Ti過冷到800OC時(shí)，β→α的相變驅(qū)動(dòng)力2假設(shè)某金屬形成空位的激活能為58.2KJ?mol-1，試求在700OC下，該金屬的空位濃度。3純Bi在0.1MPa壓力下的熔點(diǎn)為544K。增加壓力時(shí)，其熔點(diǎn)以3.55/10000K?MPa-1的速率下降。另外融化潛熱為52.7J?g-1，試求熔點(diǎn)下液、固兩相的摩爾體積差。〔Bi的原子量為209g?mol-1.第二章二組元相名詞解釋：溶體：以原子或分子作為根本單元的粒子混合系統(tǒng)所形成的結(jié)構(gòu)相同，性質(zhì)均勻的相理想溶體：在宏觀上，如果組元原子〔分子〕混合在一起后，既沒有熱效應(yīng)也沒有體積效應(yīng)時(shí)所形成的溶體?；旌衔铮河山Y(jié)構(gòu)不同的相或結(jié)構(gòu)相同而成分不同的相構(gòu)成的體系化合物：兩種或兩種以上原子組成的具有特定結(jié)構(gòu)的新相溶解度：溶體相在與第二相平衡時(shí)的溶體成分〔濃度〕，固溶體在與第二相平衡時(shí)的溶解度也成為固溶度。溶解度間隙：溶體的自由能-成分曲線上出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，溶體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致同類原子偏聚在一起的失穩(wěn)分解，從而形成形溶解度的的中斷，也稱為出現(xiàn)溶解度間隙。有序化：如果原子的相互作用能IAB遠(yuǎn)小于零，溶體中異類組元的原子更傾向聚合在一起的現(xiàn)象稱為有序化。Henry定律：稀溶體的溶質(zhì)定律。在溫度一定時(shí)，以A組元為溶劑，B組元為溶質(zhì)的稀溶體中，溶質(zhì)的活度系數(shù)為常數(shù)，Raoult定律：即稀溶體的溶劑定律。當(dāng)溶質(zhì)的濃度極低時(shí)，溶劑的活度系數(shù)近似等于1，即aA=XA填空題1在恒壓下，對(duì)二元溶體而言，摩爾自由能取決于溫度和溶體成分。得出這一結(jié)論的原理是吉布斯相律2如果有NA個(gè)A原子和NB個(gè)B原子構(gòu)成1mol的理想溶體。設(shè)Na為阿伏加德羅常數(shù)。那么理想溶體的微觀狀態(tài)數(shù)W=3混合物摩爾自由能的計(jì)算4A、B兩組元形成的二元正規(guī)溶體，設(shè)其Spinodal曲線和溶解度間隙曲線的頂點(diǎn)溫度為Ts，相互作用能為IAB，那么頂點(diǎn)溫度Ts和相互作用能IAB的關(guān)系式為5偏摩爾Gibbs自由能就是化學(xué)勢(shì)，二元溶體中i組元化學(xué)勢(shì)的通式為：6溶體中組元的活度ai等于組元的濃度Xi乘以活度系數(shù)fi,活度系數(shù)產(chǎn)生的原因是相互作用能論述題1試證明混合物自由能服從混合律〔Mixturelaw〕，即混合物的摩爾自由能與兩相的摩爾自由能和之間的關(guān)系式為式中，、和分別為混合物、α相和β相的成分2試?yán)迷贕m-X圖中化學(xué)勢(shì)的圖解法，解釋為什么有的固溶體當(dāng)中會(huì)發(fā)生上坡擴(kuò)散。計(jì)算題1試用正規(guī)溶體模型計(jì)算一個(gè)IAB=16.7KJ?mol-1成分為XB=0.4的二元固溶體，其發(fā)生Spinodal分解的上限溫度是多少？其發(fā)生Spinodal分解的頂點(diǎn)溫度Ts又為多少？2某A-B二元正規(guī)溶體的IαAB=20KJ?mol-1，試求800K發(fā)生Spinodal分解的成分范圍第三章二組元材料熱力學(xué)名詞解釋：端際固溶體：當(dāng)合金相的晶體結(jié)構(gòu)保持溶劑組元的晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，這種合金相就稱為一次固溶體。在相圖中一次固溶體通常是出于兩端，所以又被稱作端際固溶體分配比：溶質(zhì)元素的重要性質(zhì)，用以判斷溶質(zhì)元素對(duì)平衡兩相穩(wěn)定性的影響。定義為：，其中和分別為溶質(zhì)原子在α和β兩相中的平衡成分。區(qū)域熔煉：利用液固兩相平衡時(shí)成分的差異而設(shè)計(jì)的獲得高純材料的方法。通過移動(dòng)加熱環(huán)，讓棒狀待提純材料從一端到另一端逐次熔化、凝固，使雜質(zhì)原子聚集在一端，從而使材料得以提純相穩(wěn)定化參數(shù)：是分配比的熱力學(xué)表征。定義為，稱作β相穩(wěn)定化參數(shù)填空題：1兩相平衡的根本判據(jù)即平衡態(tài)判據(jù)是體系的Gibbs自由能為極小值，即dG=0或G=min在此根底上根據(jù)化學(xué)勢(shì)的定義，派生出兩相平衡時(shí)各組元的化學(xué)勢(shì)必須相等2兩相平衡的化學(xué)勢(shì)相等條件也可以稱公切線法那么：平衡兩相的摩爾自由能曲線公切線的切點(diǎn)成分是兩相平衡成分，兩切點(diǎn)之間成分的體系處于兩相平衡狀態(tài)3假設(shè)A-B二元系中存在化合物中間相AmBn〔θ〕時(shí)，化合物的摩爾自由能與化學(xué)勢(shì)的條件是4兩個(gè)稀溶體平衡時(shí)，平衡兩相的濃度差與溶質(zhì)無關(guān)，而取決于溫度和該溫度下溶劑的相變自由能5二元合金相圖中，溶質(zhì)元素會(huì)對(duì)γ相區(qū)產(chǎn)生影響，使得γ相區(qū)縮小〔封閉γ區(qū)〕的溶質(zhì)元素稱為αformer，使得γ相區(qū)擴(kuò)大〔擴(kuò)大γ區(qū)〕的溶質(zhì)元素稱為γformer論述題1向Fe中參加αformer元素將使γ相區(qū)縮小。試證明：無論參加什么元素，要使γ相區(qū)完全封閉，元素的參加量至少要到達(dá)0.6%〔原子分?jǐn)?shù))2試用Gm-X圖說明，為什么bcc結(jié)構(gòu)的金屬溶質(zhì)元素參加鐵中后，大多會(huì)使Fe的γ相區(qū)縮小〔封閉γ相區(qū)〕？計(jì)算題1Fe-W合金中，W在γ相及α相中的分配系數(shù)，α中W的含量為，試求在1100OC下，純鐵的相變自由能2在Fe-Sb合金中，Sb在γ相及α相中的分配系數(shù)，試計(jì)算在1100OC下兩相的平衡成分。在1100OC下，純鐵的相變自由能=-116J?mol-13如果A-B二元系中的固相的相互作用鍵能具有成分依存性，關(guān)系為，試求溶解度間隙的頂點(diǎn)溫度。相變熱力學(xué)名詞解釋1無擴(kuò)散相變：相變過程中不發(fā)生溶質(zhì)元素的長程定向移動(dòng)，相變產(chǎn)物〔新相〕和母相具有相同成分，只是結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。2T0線：各溫度下母相和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物相的摩爾自由能相等的各點(diǎn)成分的連線，即無擴(kuò)散相變驅(qū)動(dòng)力為0的成分和溫度關(guān)系曲線3馬氏體點(diǎn)：原指Fe基合金冷卻時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體的開始溫度，后將所有冷卻時(shí)發(fā)生的無擴(kuò)散切變相變的開始溫度稱為馬氏體點(diǎn)4一級(jí)相變：壓力一定時(shí)，在可逆相變溫度下，成分不變相變的母相和新相化學(xué)勢(shì)相等，而化學(xué)勢(shì)對(duì)溫度、壓力的一階偏微分不等的相變。特點(diǎn)是發(fā)生一級(jí)相變時(shí)會(huì)伴隨體積和熵(焓)的突變。5二級(jí)相變：壓力一定時(shí)，在可逆相變溫度下，成分不變相變的母相和新相化學(xué)勢(shì)相等，化學(xué)勢(shì)對(duì)溫度、壓力的一階偏微分也相等，但化學(xué)勢(shì)對(duì)溫度、壓力的二階偏微分不等。即有等壓熱容、膨脹系數(shù)和壓縮系數(shù)的突變。6晶間偏析：固溶體中溶質(zhì)原子分布不均勻，在晶界發(fā)生溶質(zhì)原子的富集或是貧化，對(duì)材料的性能產(chǎn)生影響，本質(zhì)上是一種熱力學(xué)平衡狀態(tài)。填空題1A-B二元系固溶體，如果>0,而且溫度不高，那么摩爾自由能曲線所形成拐點(diǎn)。這時(shí)整個(gè)成分范圍可以分成三個(gè)區(qū)域，分別稱為：穩(wěn)定區(qū)、失穩(wěn)區(qū)和亞穩(wěn)區(qū)2在固溶體的亞穩(wěn)區(qū)成分范圍內(nèi)，固溶體會(huì)發(fā)生分解，但不能以失穩(wěn)分解的機(jī)制發(fā)生，而要通過普通的形核長大機(jī)制進(jìn)行。3第二相析出是指從過飽和固溶體中析出另一結(jié)構(gòu)的相4彎曲外表的外表張力和附加壓力P的關(guān)系式為，假設(shè)彎曲外表的半徑為r.5根據(jù)Trouton定律：多數(shù)物質(zhì)的液體在沸點(diǎn)汽化時(shí)的熵變約是氣體常數(shù)R的11倍論述題1如下圖A-B二元系中，成分低于的γ單相可以通過無擴(kuò)散相變，轉(zhuǎn)變成同