材料熱力學和動力學答案

1、GibbsThomsoneffect:1.TheGibbs–ThomsonEffectincommonphysicsusagereferstovariationsinvappressurechemicalpotentialacrossacurvedsurfaceinterface.Theexistenceofapositiveinterfacialenergywillincreasetheenergyrequiredtofmsmallp

2、articleswithhighcurvaturetheseparticleswillexhibitanincreasedvappressure.SeeOstwald–Freundlichequation.2.MespecificallytheGibbs–Thomsoneffectreferstotheobservationthatsmallcrystalsareinequilibriumwiththeirliquidmeltatalo

3、wertemperaturethanlargecrystals.IncasesofconfinedgeometrysuchasliquidscontainedwithinpousmediathisleadstoadepressioninthefreezingpointmeltingpointthatisinverselyproptionaltothepesizeasgivenbytheGibbs–Thomsonequation.Whya

4、tarelativelylowertemperaturesolutetranspttendstobecomemeeffectiveviagrainboundarythanthroughthelatticethroughdislocationPleasehaveanexamplematerialtoclear.（為什么在一個相對較低的溫度，溶質(zhì)趨向于通過晶界的運輸比晶格和位錯運輸更有效？請舉一種材料作為例子詳述）答：在多晶體中的擴散除了再

5、晶粒點陣內(nèi)部進行之外，還會沿表面、晶界、位錯等缺陷部位進行。由于這些部位的點陣畸變較大，原子處于較高的能量狀態(tài)，易于跳動，因而沿表面、晶界、位錯遷移的擴散系數(shù)恒大于原子穿越點陣內(nèi)部的體擴散系數(shù)。晶界擴散的作用因溫度不同而不同，在溫度較低時，由于晶界激活能比點陣激活能小得多，晶界擴散對整個擴散起了重要作用。這也就是為什么在一個相對較低的溫度，溶質(zhì)趨向于通過晶界的運輸比晶格和位錯運輸更有效。但隨著溫度的升高，晶內(nèi)空位濃度逐漸增加，點陣擴散系

6、數(shù)相應增大，比例很小的晶界擴散伴隨著溫度的升高其作用逐步減弱。例如：單晶體銀與多晶體銀自擴散系數(shù)進行比較實驗中可以發(fā)現(xiàn)，在溫度較低時，多晶體銀的自擴散系數(shù)要遠遠大于單晶銀的自擴散系數(shù)。而當溫度上升到700oC時，二者相當。Afternucleationofbothphasesthecolonycangrowedgewisebythemovementoftheincoherentinterfacesthatapearlitegrowthi

7、ntotheaustenitegrainwithwhichisdoesnothaveonientationrelationship.（兩相形核之后，集落能夠通過不連續(xù)的界面沿邊生長，一個珠光體長成兩個無定向關系的奧氏體晶粒）答：當溫度達到一定溫度后，先在形核晶界處形成一小片滲碳體（片狀是為了減小應變能），然后通過臨近原子沿著不連續(xù)界面聚集長大，一個珠光體長成兩個無定向關系的奧氏體。Theadvantagedisadvantagebetw

8、eenDSCDTA（DSC曲線和DTA曲線相比的優(yōu)缺點）DTA與DSC兩種方法的主要差別是DTA測定的是試樣與參比物的溫度差△T，而DSC測定的是保持試樣與參比物溫差為零時的熱流率（功率差）dHdt。盡管兩者曲線形狀及定量校正方法都很相似，但其原理和曲線方程是不同的。DSC的主要優(yōu)點是熱量定量方便，分辨率高好，靈敏度高。DSC的第一個缺點是使用溫度低，最高只能用到800℃，一般在600℃以上，基線明顯變壞已不能用最高靈敏度檔。DSC儀器

9、使用溫度提不高的原因，一是DSC樣品支持器下有測溫熱電阻，又有加熱絲，對絕緣材料要求很高，而耐高溫的絕緣材料不易找到。所以使用DSC儀器盡量不用太高溫度，這樣可以延長樣品支持器的壽命。題）材料熱力學是經(jīng)典熱力學和統(tǒng)計熱力學理論在材料研究方面的應用，其目的在于揭示材料中的相和組織的形成規(guī)律。固態(tài)材料中的熔化與凝固以及各類固態(tài)相變、相平衡關系和相平衡成分的確定、結構上的物理和化學有序性以及各類晶體缺陷的形成條件等是其主要研究對象。材料動力學

10、通常主要包括化學反應動力學、合金相變過程中的擴散以及相變動力學。熱力學只能預言在給定條件下某一過程的方向和限度，而動力學是解決一個過程是如何進行的問題。動力學研究的是過程變化速率和變化的機理，即一個過程的現(xiàn)實性。動力學所關注的問題有涉及擴散、界面遷移、相變、微結構演化、缺陷移動等。動力學是研究過程的變化速率和變化機理，是解決一個過程是如何進行的問題，即一個過程的實現(xiàn)性。化學動力學的基本任務之一是了解反應的速率，了解各種因素（如分子結構、

11、溫度、壓力、濃度、介質(zhì)、催化劑）對反應速率的影響?；瘜W動力學的另一個基本任務是研究反應歷程，即反應物按照什么途徑、經(jīng)過哪些步驟才轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物。同時，知道了這些歷程，就可以找出決定反應速率的關鍵所在，使主反應按照我們所希望的方向進行，并使副反應以最小的速率進行。反應的歷程可以反映出物質(zhì)結構和反應能力之間的關系，從而加深我們對物質(zhì)運動形態(tài)的認識，利用已知的有關物質(zhì)結構的知識也可以推測一些反應的歷程。其中化學動力學、相變動力學與材料的科學息

12、息相關。Generalizetheinfluencefactsondiffusiondiffusioncoefficient.(概括擴散與擴散系數(shù)的影響因素)答：1溫度的影響：溫度升高，擴散原子獲得能量超越勢壘幾率增大且空位濃度增大，有利擴散，對固體中擴散型相變、晶粒長大化學熱處理有重要影響。2.晶體結構的影響a.同素異晶轉(zhuǎn)變的金屬中，D隨晶體結構改變，910℃，DαFeDγFe=280，αFe致密度低，且易形成空位。b.晶體各向異性使

13、D有各向異性.3.固溶體類型間隙原子擴散激活能小于置換式原子擴散激活能，缺位式固溶體中缺位數(shù)多，擴散易進行。4.第三組元的影響第三組元的加入對擴散系數(shù)的影響比較復雜，有的促進擴散，有的阻礙擴散。5.晶體缺陷的影響短路擴散：原子沿點、線、面缺陷擴散速率比沿晶內(nèi)體擴散速率大。沿面缺陷的擴散（界面、晶界）：原子規(guī)則排列受破壞，產(chǎn)生畸變，能量高，所需擴散激活能低。沿線缺陷（位錯）的擴散：位錯象一根管道，沿位錯擴散激活能很低，D可以很高，但位錯截

14、面積總分數(shù)很少，只在低溫時明顯，如低溫時過飽和固溶體分解時沉淀相在位錯形核冷變形，增加界面及位錯，促進擴散。ConcluderelatedMSEquestionsresearchdevelopment（得出與材料科學與工程相關問題和研究的發(fā)展的結論）Materialsscienceisprimarilyconcernedwiththesearchfbasicknowledgeabouttheinternalstructureproper

15、tiesprocessingofmaterials.Materialsengineeringismainlyconcernedwiththeuseoffundamentalappliedknowledgeofmaterialssothatthematerialscanbeconvertedintoproductsneededdesiredbysociety.Thetermmaterialsscienceengineeringcombin