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一、名词解释

1． 非稳态扩散

【答案】非稳态扩散是指在扩散过程中任何一点的浓度都随时间不同而变化的扩散。

2． 晶面族

【答案】晶面族是对称关系（原子排列和分布，面间距）相同只是空间位向不同的各组等同晶面，用{hkl}表示。

二、简答题

3． 试写出原子序数为11的钠与原子序数为20的钙原子的电子排列方式。

【答案】钠原子的原子序数为11，有11个电子。电子首先进入能量最低的第一壳层，它只有s 态一个亚壳层，可容纳2个电子，电子状态计作

个和6个电子，电子状态计作

排列为：然后逐渐填入能量较高的2s 、2p , 分别容纳2第11个电子进入第三壳层的s 态。所以，钠原子的电子钙原子有20个电子，填入第一壳层和第一壳层电子的状态与钠原子相似。当电子填入第三壳层s 态和p 态后仍有2个剩余电子。因为4s 态能量低于3d 态，所以这两个剩余电子不是填入3d 态，而是进入新的外壳层上的4s 态。所以，钙原子的电子排列为

：

4． 何谓金属的结晶？何谓金属的再结晶？两者是否都是相变，为什么？两者的驱动力是否相同，为什么？

【答案】结晶是指金属由熔液态转变为晶态固体的过程；再结晶是指将冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的过程。

因为结晶的产物与其母相是不同的相，而再结晶的产物与其母相是同一种相，无新相产生，故结晶是相变，再结晶不是相变。

两者的驱动力不相同，结晶的驱动力是液、固两相的体积自由能差；再结晶的驱动力是变形金属经回复后未被释放的储存能，即塑性变形所引起的晶体中位错总弹性应变能。

5． 说明材料中的结合键与材料性能的关系。

【答案】材料结合键的类型及结合能的大小对材料的性能有重要的影响，特别是对物理性能和力学性能。

物理性能：（1）结合键越强，熔点越高，热膨胀系数就越小，密度也越大。

（2）金属具有光泽、高的导电性和导热性、较好的机械强度和塑性，且具有正的电阻温度系数，

这就与金属的金属键有关。

（3）陶瓷、聚合物一般在固态下不导电，这与其非金属键结合有关。工程材料的腐蚀实质是结合键的形成和破坏。

力学性能：（1）晶体材料的硬度与晶体的结合键有关。一般共价键、离子键、金属键结合的晶体比分子键结合的晶体的硬度高。

（2）结合键之间的结合键能越大，则弹性模量越大。

（3）工程材料的强度与结合键能也有一定的联系。一般结合键能高，强度也高一些。

（4）材料的塑性也与结合键类型有关，金属键结合的材料具有良好的塑性，而离子键、共键结合的材料塑性变形困难，所以陶瓷材料塑性很差。

6． 若面心立方晶体中有行位错反应？为什么？

【答案】能够发生反应。

几何条件：

能量条件： 的单位位错及的不全位错，此二位错相遇能否进

几何条件和能量条件均满足。

7． 为什么固溶体凝过程中，在正的温度条件下可以呈现树枝状长大，而纯金属却不能？如果其他条件不变，当温度梯度逐渐增大时，该固溶体的长大方式将有什么样的变化？

【答案】（1）因为纯金属凝固时，结晶前沿的液体具有正的温度梯度，无成分过冷区，故柱状晶前沿大致呈平面状生长。对于固溶体来说，当柱状晶前沿液相中具有较大成分过冷区时，柱状晶便以树枝状方式生长。

（2）当温度梯度较小时，固溶体产生较大的成分过冷，过冷度较大，以树枝状方式长大；随着温度梯度増大，固溶体产生的成分过冷减小，过冷度较小，以胞状晶方式长大；当温度梯度很大时，固溶体产生的成分过冷很小，过冷度也很小，以平面状方式长大。

8． 何为成分过冷？它对固溶体合金凝固时的生长形貌有何影响？

【答案】（1）成分过冷：在合金的凝固过程中，由于液相中溶质分布发生变化而改变了凝固温度，这可由相图中的液相线来确定，因此，将界面前沿液体中的实际温度分布低于由于溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷，称为成分过冷。

（2）对形貌的影响：

①当在液-固界面前沿有较小的成分过冷区时，平面生长就会被破坏；

②界面某些凸起的地方，在它们进入过冷区之后，由于过冷度稍有増加，促进了它们进一步凸向液体，但因成分过冷区较小，凸起部分不可能有较大的伸展，使界面形成了胞状组织；

③如果界面前沿的成分过冷区较大，则凸出部分就能继续伸向过冷液相中生长，同时在侧面产生分枝，形成二次轴，在二次轴上再长出三次轴等，这样就形成树枝状组织。

综上述，由于成分过冷，可是合金在正的温度梯度下凝固得到树枝状组织。

三、计算题

9． 用适当的原子投影图表示BCC 晶体孪生时原子的运动，并由此图计算孪生时的切变，分析孪生引起的堆垛次序的变化和引起层错的最短滑动矢量。

【答案】孪生面与孪生方向分别为时原子投影图如图所示。

图

基体部分堆垛次序为ABCDEF ，

孪生面为

孪晶部分堆垛次序为

10．已知铜是面心立方结构的金属，其原子半径为0.1278MN ，摩尔质量为

所占的体积密度。

【答案】由于是面心立方结构，所以

则

由此可得铜的晶胞体积为

又单个铜原子的质量为

且面心立方晶体的晶胞中包含4个原子，所以，铜晶胞的质量为

因此，铜的原子体密度可求得为

最短滑移矢量为求铜原子（其中a 为晶胞边长，r 为原子半径）。