材料科学基础第六章 材料的凝固

简答题第一章材料结构的基本知识1、说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义。

答：结构转变的热力学条件决定转变是否可行，是结构转变的推动力，是转变的必要条件；动力学条件决定转变速度的大小，反映转变过程中阻力的大小。

2、说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。

答：稳态结构与亚稳态结构之间的关系：两种状态都是物质存在的状态，材料得到的结构是稳态或亚稳态，取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件)，阻力小时得到稳态结构，阻力很大时则得到亚稳态结构。

稳态结构能量最低，热力学上最稳定，亚稳态结构能量高，热力学上不稳定，但向稳定结构转变速度慢，能保持相对稳定甚至长期存在。

但在一定条件下，亚稳态结构向稳态结构转变。

3、说明离子键、共价键、分子键和金属键的特点。

答：离子键、共价键、分子键和金属键都是指固体中原子(离子或分子)间结合方式或作用力。

离子键是由电离能很小、易失去电子的金属原子与电子亲合能大的非金属原于相互作用时，产生电子得失而形成的离子固体的结合方式。

共价键是由相邻原子共有其价电子来获得稳态电子结构的结合方式。

分子键是由分子(或原子)中电荷的极化现象所产生的弱引力结合的结合方式。

当大量金属原子的价电子脱离所属原子而形成自由电子时，由金属的正离子与自由电子间的静电引力使金属原子结合起来的方式为金属键。

第二章材料的晶体结构1、在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标。

6个面心构成一个正八面体，指出这个八面体各个表面的晶面指数、各个棱边和对角线的晶向指数。

解八面体中的晶面和晶向指数如图所示。

图中A、B、C、D、E、F为立方晶胞中6个表面的面心，由它们构成的正八面体其表面和棱边两两互相平行。

ABF面平行CDE面，其晶面指数为；ABE面平行CDF面，其晶面指数为；ADF面平行BCE面，其晶面指数为；ADE面平行BCF面，其晶面指数为(111)。

棱边，，，，，，其晶向指数分别为[110]，，[011]，，[101]。

材料科学基础之材料的凝固引言材料的凝固过程是材料科学中的重要基础知识之一。

凝固是将液态物质转变为固态物质的过程，在材料制备和性能控制中起着至关重要的作用。

本文将介绍材料的凝固过程及其在实际应用中的影响。

1. 凝固的概念凝固是物质从液态向固态转变的过程。

在凝固过程中，原子、分子或离子进入有序排列的结构，形成固态晶体。

凝固过程通常伴随着能量的释放，因为凝固过程降低了分子之间的自由度。

2. 凝固的类型材料的凝固可以分为两类：晶体凝固和非晶体凝固。

2.1 晶体凝固晶体凝固是指原子、分子或离子按照一定的方式排列，形成有序的凝固体。

晶体凝固过程中，物质的结构和性质与晶体的结构密切相关。

晶体凝固常见的类型包括共晶凝固、细小晶粒凝固和晶体生长等。

2.2 非晶体凝固非晶体凝固是指物质形成无序而没有周期性的凝固体。

非晶体凝固的材料通常具有高度的无定形性和非晶性。

非晶体凝固过程中，由于缺乏有序结构，凝固速率较高。

3. 凝固过程的影响因素凝固过程受许多因素的影响，包括温度、压力、成分和凝固速率等。

3.1 温度温度是影响材料凝固的重要因素之一。

温度的改变会导致凝固过程的快慢和凝固体的结构特征的变化。

通常情况下，较高的温度会加快凝固过程，而较低的温度则会延缓凝固。

3.2 压力在一定温度下，增加压力可以使凝固过程的速率加快。

这是因为增加压力可以提高原子、分子或离子之间的相互作用力，促进有序凝固结构的形成。

3.3 成分凝固过程的成分也对凝固行为产生重要影响。

不同成分的物质由于其分子结构和相互作用的差异，会表现出不同的凝固特点。

例如，共晶物质的凝固温度会比单一组分物质的凝固温度低一些。

3.4 凝固速率凝固速率是指物质由液态向固态转变的速度。

凝固速率受到温度、成分和凝固体的结构特征等因素的影响。

通常情况下，快速冷却会增加凝固速率，而慢速冷却则会降低凝固速率。

4. 凝固在实际应用中的重要性材料的凝固在实际应用中具有重要作用。

凝固过程直接影响材料的结构和性能。

《材料科学基础》名词解释第一章材料结构的基本知识1、晶体材料的组织：指材料由几个相(或组织单元)组成，各个相的相对量、尺寸、形状及分布。

第二章材料的晶体结构1、空间点阵：将理想模型中每个原子或原子团抽象为纯几何点，无数几何点在三维空间规律排列的阵列2、同素异构：是指有些元素在温度和压力变化时，晶体结构发生变化的特性3、离子半径：从原子核中心到其最外层电子的平衡距离。

4、离子晶体配位数：在离子晶体中，与某一考察离子邻接的异号离子的数目称为该考察离子的配位数。

5、配位数：晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数6、致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数；第三章高分子材料的结构1、聚合度：高分子化合物的大分子链是出大量锥告连成的。

大分子链中链节的重复次数叫聚合度2、官能度：指在一个单体上能和别的单体发生键合的位置数目3、加聚反应：由一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应；4、缩聚反应：由一种或多种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出(缩去)某种低分子物质(如水、氨、醉、卤化氢等)的反应；5、共聚：由两种或两种以上的单休参加聚合而形成聚合物的反应。

第四章晶体缺陷1、晶体缺陷：实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域；2、位错密度：晶体中位错的数量，是单位体积晶体中所包含的位错线总长度；3、晶界：同一种相的晶粒与晶粒的边界；4、晶界内吸附：少量杂质或合金元素在晶体内部的分布是不均匀的，它们常偏聚于晶界，称这种现象为晶界内吸附；第五章材料的相结构及相图1、固溶体：当合金相的晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时，这种相就称为一次固溶体或端际固溶体，简称固溶体。

2、拓扑密堆积：如两种不同大小的原子堆积，利用拓扑学的配合规律，可得到全部或主要由四面体堆垛的复合相结构，形成空间利用率很高、配位数较大(12、14、15、16等)一类的中间相，称为拓扑密堆积。

3、电子浓度：固溶体中价电子数目e与原子数目之比。

4、间隙相：两组元间电负性相差大，且/1≤0.59具有简单的晶体结构的中间相5、间隙化合物：两组元间电负性相差大，且/≥0.59所形成化合物具有复杂的晶体结构。

注意：习题按以下内容结构给出，加深理解本课程的内容和结构。

绪论第一篇材料的原子结构第一章材料的原子结构第二篇材料的晶体结构与缺陷第二章材料的结构第三章晶体结构缺陷第七章晶态固体材料中的界面第三篇材料的组织结构第五章相平衡与相图第四章晶态固体中的扩散第六章材料的凝固-----材料的制备工艺基础理论材料的结构相图与相变【综合习题】绪论一、填空题1、材料科学主要研究的核心问题是结构和性能的关系。

材料的结构是理解和控制性能的中心环节，结构的最微细水平是原子水平，第二个水平是原子的排列方式，第三个水平是显微组织。

2. 根据材料的性能特点和用途，材料分为结构材料和功能材料两大类。

根据原子之间的键合特点，材料分为金属、陶瓷、高分子和复合材料四大类。

第一篇材料的原子结构第一章材料的原子结构一、填空题1. 金属材料中原子结合以金属键为主，陶瓷材料（无机非金属材料）以共价键和离子键结合键为主，聚合物材料以共价键和氢键和范德华键为主。

第二篇 材料的晶体结构与缺陷第二章 材料的结构一、填空题1、晶体是 基元以周期性重复的方式在三维空间作有规则排列的固体。

2、晶体与非晶体的最根本区别是 晶体长程有序，非晶体长程无序短程有序 。

3、晶胞是 晶体结构中的最小单位 。

4、根据晶体的对称性，晶系有 3 大晶族， 7 大晶系， 14 种布拉菲Bravais 点阵， 32 种点群， 230 种空间群。

5、金属常见的晶格类型有 面心立方 、 体心立方 、 密排六方 。

6、fcc 晶体的最密排方向为 【111】 ，最密排面为 （110） ，最密排面的堆垛顺序为 ABCABCABC …… 。

7、fcc 晶体的致密度为 0.84 ，配位数为 12 ，原子在（111）面上的原子配位数为 6 。

8、bcc 晶体的最密排方向为 【110】 ，最密排面为 （111） ，致密度为 0.76 ，配位数为 8 。

9、晶体的宏观对称要素有 对称点 、 对称轴 、 对称面 。

第6、7章总结、思考题与作业题一、本章总结1、凝固与结晶、相变、固态相变、组元、系、相图、单元相图、相平衡、相律（及表达式）及应用2、纯金属凝固的过程和现象；过冷度对结晶过程和结晶组织的影响；3、结晶的热力学条件、动力学条件、能量条件和结构条件；包括：一些更要的公式，以其应用4、过冷现象、过冷度、理论凝固温度、实际凝固温度、临界过冷度、有效过冷度、动态过冷度；5、均匀形核与非均匀形核，二者有何异同点。

结构起伏（相起伏）、能量起伏、浓度起伏、晶胚、晶核、临界晶核、临界晶核半径、临界形核功，临界晶核半径、临界形核功的计算。

形核率及影响因素、变质处理。

非均匀形核时影响接触角θ的因素有哪些?选择什么样的异相质点可以大大促进结晶过程。

6、光滑界面、粗糙界面；正温度梯度、负温度梯度；平面长大、树枝长大。

晶体长大的条件和长大的机制。

界面的生长形态与L/S前沿的温度梯度有何关系？7、能用结晶理论说明实际生产问题。

如：变质处理和其它细化晶粒的工艺；单晶的制取和定向凝固技术。

(1).凝固理论的主要应用；(2).控制结晶组织的措施。

二、本章重要知识点1. 金属结晶的过程；结晶的热力学条件、动力学条件、能量条件和结构条件；2. 界面的生长形态与L/S前沿的温度梯度的关系。

三、思考题1. 简述金属结晶过程的热力学条件、动力学条件、能量条件和结构条件。

为什么需要这些条件？冷却速度与过冷度的关系是什么？能否说过冷度越大，形核率越高，为什么？2. 何谓正温度梯度和负温度梯度。

何谓粗糙界面和光滑界面。

分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。

（简述纯金属枝晶的形成条件和长大过程。

）3. 在同样的负温度梯度下，为什么Pb结晶出树状晶，而Si结晶平面却是平整的？4. 何谓均匀形核？何谓非均匀形核（异质形核）？试比较二者有何异同？叙述异质形核的必要条件。

选择什么样的异相质点可以大大促进结晶过程？5. 指出形核过程的驱动力和阻力分别是什么？比较均匀形核和非均匀形核的临界形核功大小和形核率的大小，说明造成两者差异的原因。

材料科学基础mooc液态金属凝固的必要条件液态金属凝固是材料科学中的重要研究领域，其在材料制备、工业生产和科学研究中具有广泛应用。

液态金属凝固的过程涉及到许多物理和化学现象，只有在一定的条件下才能顺利进行。

下面我们来了解一下液态金属凝固的必要条件。

1. 温度条件
液态金属凝固的必要条件之一是温度条件，即需要在适宜的温度范围内进行。

一般来说，金属的熔点是液态金属凝固的起点，而凝固温度则取决于金属的成分、纯度和结晶方式等因素。

因此，在实际操作中需要根据具体金属的特性来确定凝固温度范围。

2. 过冷条件
液态金属凝固还需要在过冷条件下进行，即要保持一定的过冷度。

过冷度是指在熔点以下的温度下，液态金属的温度低于其平衡温度。

这种状态下，液态金属的热力学驱动力大于凝固的驱动力，从而促进凝固过程的发生。

3. 成核条件
液态金属凝固的另一个必要条件是成核条件。

成核是指在液态金属中形成稳定的微小结晶核，是凝固过程的起点。

为了促进成核，需要在适当的条件下引入一些成核剂，如微粒、气泡等。

4. 界面条件
液态金属凝固还需要满足一定的界面条件，即需要一个凝固界面来分隔液态金属和固态金属。

界面条件的好坏会直接影响凝固过程的
速度和品质。

以上是液态金属凝固的必要条件，只有这些条件同时满足，才能保证液态金属凝固过程的正常进行，获得优质的固态金属材料。

华科材料成型原理第六章多相合金的凝固多相合金是指由两种或两种以上相（固相）组成的合金，在实际应用中有着广泛的应用。

对于多相合金的凝固过程，主要研究其凝固形态、凝固机制和凝固结构等方面的内容。

一、凝固形态多相合金的凝固形态主要有共晶凝固、共晶反应凝固和共晶偏析凝固等几种形态。

1.共晶凝固共晶凝固是指两个或两个以上成分在一定温度下同时凝固的过程。

共晶凝固的特点是合金中的各相以极其细小的颗粒形式平均分布在整个合金中，具有良好的强度和韧性。

共晶合金的凝固温度是固定的，可以通过共晶相图确定。

2.共晶反应凝固共晶反应凝固是在共晶相图所确定的共晶温度之下，通过固相反应形成共晶结构。

共晶反应凝固主要包括部分共晶凝固和逐晶凝固两种情况。

在部分共晶凝固中，合金中的一部分成分先凝固形成共晶的母相，在固相反应中会生成共晶的细小颗粒。

在逐晶凝固中，合金中的两个成分在固相反应的过程中逐渐形成共晶结构。

3.共晶偏析凝固共晶偏析凝固是指共晶合金在凝固过程中出现的偏析现象。

偏析是指共晶合金在凝固过程中，由于组分不均衡导致其成分在凝固前后产生变化。

共晶偏析凝固可能出现在合金的凝固前和凝固后两个阶段。

二、凝固机制多相合金的凝固机制主要包括凝固方式、凝固速率和相互作用等几个方面。

1.凝固方式凝固方式是指多相合金的凝固过程是通过目前的方式进行的。

在共晶凝固中，共晶合金通常采用同温凝固方式，即在共晶温度下同时凝固。

在共晶反应凝固中，凝固方式有复合凝固、端凝固和晶核凝固等几种。

2.凝固速率凝固速率是指多相合金凝固的速度大小。

凝固速率受多种因素的影响，如合金的成分、温度和压力等。

凝固速率的大小直接影响到合金的凝固过程和凝固结构。

3.相互作用在多相合金的凝固过程中，合金中各相之间存在相互作用。

相互作用的强度和方式直接影响到合金的凝固形态和凝固结构。

相互作用的形式可分为机械力学式的相互作用和热力学式的相互作用两种。

三、凝固结构多相合金的凝固结构主要由合金的成分和凝固条件等因素决定。