胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(名校考研真题 单组元相图及纯晶体的凝固)【圣才出品】
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(章节题库 原子结构与键合)【圣才出品】

第1章 原子结构与键合一、简答题1.固体材料中,内层电子状态通常用哪些量子数描述?外层电子状态通常使用的量子数有哪些?答:固体材料中内层电子状态通常用主量子数n、角(动量)量子数l、磁量子数m 和自旋量子数m s来描述。
固体材料中外层电子状态通常用电子波矢(k x,k y,k z)和自旋量子数m s来描述。
2.原子中一个电子的空间位置和能量可用哪4个量子数来决定?答:主量子数n、轨道角动量量子数l i、磁量子数m i和自旋角动量量子数s i。
3.在多电子的原子中,核外电子的排布应遵循哪些原则?答:能量最低原理,Pauli不相容原理,Hund规则。
4.在元素周期表中,同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点?从左到右或从上到下元素结构有什么区别?它的性质如何递变?答:同一周期元素具有相同原子核外电子层数,但从左→右,核电荷依次增多,原子半径逐渐减小,电离能增加,失电子能力降低,得电子能力增加,金属性减弱,非金属性增强;同一主族元素最外层电子数相同,但从上→下,电子层数增多,原子半径增大,电离能降低,失电子能力增加,得电子能力降低,金属性增加,非金属性降低。
5.何谓同位素?为什么元素的相对原子质量不总为正整数?答:在元素周期表中占据同一位置,尽管它们的质量不同,然而它们的化学性质相同,这种物质称为同位素。
由于各同位素所含的中子量不同(质子数相同),故具有不同含量同6.原子间的结合键共有几种?各自的特点如何?答:7.S的化学行为有时像2价的元素,而有时却像4价元素。
试解释S这种行为的原因。
答:S的最外层电子为3s23p4。
S与H结合成H2S时,接受2个电子,故为2价;S 与O结合成SO2时,此时S供给4个电子,故为4价。
8.尽管HF的相对分子质量较低,试解释:为什么HF的沸腾温度(19.4℃)要比HCI的沸腾温度(-85℃)高?答:由于HF分子间结合力是氢键,而HCI分子间结合力是范德瓦耳斯力,氢键的键能高于范德瓦耳斯力的键能,因此HF的沸点要比HCI的高。
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三、判断题
晶粒正常长大是小晶粒吞食大晶粒,反常长大是大晶粒吞食小晶粒。( ) 【答案】× 【解析】都是晶界移动的结果。正常长大是晶粒平均尺寸增加,反常长大是个别大晶 粒尺寸异常增加。
四、简答题 1.为什么晶粒细化既能提高强度,也能改善塑性和韧性? 答:晶粒细化减小晶粒尺寸,增加界面面积,而晶界阻碍位错运动,提高强度;晶粒 数量增加,塑性变形分布更为均匀,塑性提高;晶界多阻碍裂纹扩展,改善韧性。
算,裂纹尖端的最大应力可达到理论断裂强度;何况陶瓷晶体中可动位错少,位错运动又
困难,故一旦达到屈服强度往往就脆断了。当然,在拉伸或压缩的情况下,陶瓷材料的力
学特性也有明显的不同,通常陶瓷的压缩强度总是高于抗拉强度。
6.冷变形金属在加热时经过哪三个阶段,他们各自的特点是什么? 答:冷变形金属在加热时经过如下三个阶段: (1)回复。不发生大角度晶界迁移,晶粒的形状和大小与变形态相同。 (2)再结晶。首先在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒核心,然后消耗周围的变 形基体长大,直到完全变成无畸变的细等轴晶粒,但晶体结构并没有改变;性能发生明显 变化并恢复到变形前的情况。 (3)晶粒长大。在晶界表面能的驱动下,新晶粒互相吞食而长大,从而得到在该条 件下较为稳定的尺寸。
9.MgO 为 NaCl 型结构,其滑移面为{110},滑移方向为<110>,试问沿哪一方向 拉伸(或压缩)不会引起滑移?
答:根据氧化镁结构滑移系的特点,只有沿与所有<110>都垂直的方向拉伸(或压
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缩)才不会引起滑移。由立方晶系(001)标准投影图可知,不可能存在与所有<110>极
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第10章 材料的功能特性一、简答题1.提高钢材耐蚀性的主要方法有哪些?为什么说Cr 是不锈钢中最重要的合金元素?答:(1)提高钢材耐蚀性的主要方法有:在表面形成致密氧化膜、提高基体电极电位、形成单相组织。
(2)Cr 可形成表面致密氧化膜Cr 2O 3,可提高电极电位,可形成单相铁素体。
2.对能带理论与量子自由电子理论所给出的固体材料中外层电子状态特点进行比较,指出其异同点。
答:(1)相同点。
外层电子的波矢都是量子化的,具有相同的允许取值条件:123n ,n ,n 1232π2π2π,,k n n n LL L ⎛⎫= ⎪⎝⎭因此能量也都是量子化的。
(2)不同点。
量子自由电子理论给出的电子能级,对于宏观材料时准连续的能级,能量与波矢之间的关系为。
而根据能带理论,电子的能级之间可能产生相对于电222k mηε=子的相邻能级间隔来说很宽的禁带(发生于相邻的布里渊区边界上),而电子能级的能量与电子波矢之间的关系通常都偏离抛物线关系。
二、计算题1.面心立方结构的金属Cu (按正一价计算)的晶格常数为0.361nm ,依据量子自由电子理论计算其自由电子的费米能、费米波矢,给出0K 下自由电子的平均动能以及所对应的运动速度大小。
解:自由电子的体积密度为:283v 93418.510m (0.36110)e N --⨯==⨯⨯费米能:234222/32282/318F v 31(1.0510)(3π)(3π8.510) 1.1210J 7.02eV 229.110e N m ηε---⨯=⋅=⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯费米波矢:1/231181/2101F F 2342(29.110 1.1210) 1.3610m 1.0510m k εη----⎛⎫⨯⨯⨯⨯===⨯ ⎪⨯⎝⎭0K 下,自由电子的平均动能为费米能的3/5,故为4.2eV ;相对应的运动速度为:1/26F 2 1.5710m/s v m ε⎛⎫===⨯ ⎪⎝⎭2.8mol% 222材料,请写出两种可能发生的固溶反应式及相应的固溶体化学式。
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第4章 固体中原子及分子的运动一、选择题1.由纯A 和A-B 固溶体形成的互扩散偶(柯肯达尔效应),以下表述正确的是( )。
[上海交通大学2005研]A .俣野面两侧的扩散原子其化学势相等:,A A A AB μμ-=B B A A Bμμ-=B .该扩散为上坡扩散C .空位迁移方向与标记面漂移方向一致【答案】C2.有一级稀的fcc 结构的间隙固溶体,设a 0为晶格常数,为间隙原子延扩散方向ν的振动频率,为从平衡位置到势垒顶点的自由能改变量,则扩散系数可与表示为(rn G ∆)。
[浙江大学2007研]A .2rn 0exp G D a RT ν∆⎛⎫=- ⎪⎝⎭B .2rn 01exp 6G D a RT ν∆⎛⎫=- ⎪⎝⎭C .2rn 02exp GD a RT ν∆⎛⎫=- ⎪⎝⎭【答案】A3.下列有关固体中扩散的说法中,正确的是( )。
[东南大学2006研]A .原子扩散的驱动力是存在着浓度梯度B .空位扩散是指间隙固溶体中的溶质原子从一个间隙跳到另一个间隙C .晶界上点阵畸变较大,因而原子迁移阻力较大,所以比晶内的扩散系数要小D .成分均匀的材料中也存在着扩散【答案】D4.912℃下的晶胞体积为0.02464nm ,而转变为晶胞晶体为Fe α-Fe γ-0.0486nm ,在该温度单位质量转变为时,其体积( )。
[哈尔滨工业大学Fe γ-Fe α-2007研]A .膨胀B .收缩C .不变D .不能确定【答案】A二、填空题1.扩散系数与温度的关系式是_________。
在高温阶段和低温阶段,扩散系数较大的是_________。
[天津大学2010研]【答案】;低温阶段0exp(/)D D Q RT =-2.线性高分子可反复使用,称为________塑料;交联高分子不能反复使用,称为________塑料。
[北京工业大学2009研]【答案】热塑性;热固性3.从F -R 源模型考虑,金属沉淀强化后的屈服强度与沉淀相粒子平均间距L 的关s σ系为_______。
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四、名词解释题
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1.柯肯达尔效应 [湖南大学 2007 研] 答:在置换式固溶体中,由于两种原子以不同的速度相对扩散而造成标记面漂移的现象 被称为柯肯达尔效应。
2.扩散激活能 [天津大学 2008、2009 研] 答:必须要由额外的能量来克服能垒才能实现原子从一个平衡位置到另一个平衡位置 的基本跃迁,这部分能量称为扩散激活能。
Grn RT
C.
D
2a02
exp
Grn RT
【答案】A
3.下列有关固体中扩散的说法中,正确的是( )。[东南大学 2006 研] A.原子扩散的驱动力是存在着浓度梯度 B.空位扩散是指间隙固溶体中的溶质原子从一个间隙跳到另一个间隙 C.晶界上点阵畸变较大,因而原子迁移阻力较大,所以比晶内的扩散系数要小 D.成分均匀的材料中也存在着扩散 【答案】D
5.比重偏析 [合肥工业大学 2005 研] 答:由于合金中组元比重的不同所引起的偏析,例如合金中的两组元在液态下互不相溶 时,比重大的组元沉在下面,比重小的组元浮在上面或者液态合金在搅拌不均的情况下,由 于选择凝固所生成的晶体,其比重与母液不同,或上浮或下沉,形成比重偏析。
6.上坡扩散与反应扩散 [江苏大学 2006 研] 答:上坡扩散是指溶质原子朝浓度下降的方向扩散,D>0,d <0 ;反应扩散是指在扩
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点:二元系中扩散区域不存在双相区,只能形成不同的单相区。
五、解答题 1.已知碳在γ-Fe 中的扩散常数 Dα=2.0×10-5m2/s,扩散激活能 Q=140×103J/mol, 要想得到与在 927℃时渗碳 l0h 的相同厚度,在 870℃渗碳需要多长时间?(忽略不同温度 下碳在γ-Fe 中溶解度的不同)[北京工业大学 2008 研] 答:碳在 中扩散的误差函数解表示为
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第4章 固体中原子及分子的运动一、选择题1.影响扩散速率的最主要因素是( )。
A .固溶体类型B .晶体结构C .温度【答案】C2.菲克第一定律描述了稳态扩散的特征,即浓度不随( )变化。
A .距离B .时间C .温度【答案】B二、判断题扩散的驱动力是浓度梯度,所有扩散系统中,物质都是由高浓度处向低浓度处扩散。
【答案】×【解析】扩散的驱动力是化学势梯度,扩散也可以从低浓度向高浓度进行。
三、简答题1.试分析高分子的分子链柔顺性和分子量对黏流温度的影响。
答:由链段与能垒(势垒)差的关系可知:分子链柔顺性越好,链内旋转的势垒(△ε)越低,流动单元链段也越短。
按照高分子流动的分段移动机理,此时柔性分子链流动所需要的自由体积空间小,因而在比较低的温度下就可能发生黏性流动。
当相对分子质量越小时,分子链之间的内摩擦阻力越小,分子链的相对运动更容易些,因而黏流温度就降低。
2.已知聚乙烯的玻璃化转变温度T g =-68℃,聚甲醛的T g =-83℃,聚二甲基硅氧烷的T g =-128℃,试分析高分子链的柔顺性与它们的T g 的一般规律。
答聚乙烯的重复单元结构为:—CH2—CH 2—;聚甲醛的重复单位结构为:—CH 3—O—,聚二甲基硅氧烷的重复单元结构为:因Si—O 键的内旋转C—O 比键容易,而C—O 键的内旋转又比C—C 键容易,内旋转越容易,分子链柔顺性越好。
由此可知随着柔顺性的提高,温度T g 就降低。
3.50%结晶高分子的模量与随温度的变化,如图4-1所示。
(1)在图中粗略画出不同模量范围内的玻璃态、皮革态、橡胶态和黏流态的位置,并说明原因。
(2)在该图上粗略画出完全非晶态和完全晶态的模量曲线,并说明原因。
图4-1答:(1)不同模量对应高分子不同的状态,如图4-2(a)所示:在低温端,50%的非晶区,链段不能开动,表现为刚性,模量高;随着温度的提高,链段可运动,随之模量下降,高分子显示出晶区的强硬和非晶区的部分柔顺的综合效应,即又硬又韧的皮革态;当非晶区随温度进一步提高而链段可动性更大时,柔顺性更好,显示高弹性(即橡胶态)。
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7.超结构[燕山大学 2005 研] 答:超结构,又称超点阵,是有序固溶体结构的通称。从广义超结构来说是指在一定 结构层次基础上形成的高于该结构层次的某种复合结构或变异结构,结构化学中不同体系
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的超结构有不同的具体内含。有台序固溶体的点阵常数与无序固溶体不同,在 X 射线衍射图
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)。[哈尔滨工业大学
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A. (112) B. (1 12) C. (02 1) D. (0 12) 【答案】A
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二、填空题 1.晶体的多形性是指“同一成分具有多种结构”,这类晶体的典型例子如:_______和 _______,或_______和_______。[南京大学 2003 研] 【答案】石墨;金刚石;bcc-Fe;fcc-Fe
【答案】×
3.置换固溶体和间隙固溶体都有可能形成无限固溶体。( )[西安工业大学 2009 研]
【答案】× 【解析】只有置换固溶体才有可能形成无限固溶体,而间隙固溶体只能形成固溶度很 小的有限固溶体。
4.密排六方结构是纯金属的基本晶体结构之一,也是布拉菲点阵中的一种。( ) [西安工业大学 2009 研]
【答案】2;0.68;8;6
三、判断题
1.对于螺型位错,其柏氏矢量平行于位错线,因此纯螺位错只能是一条直线。(
)[北京工业大学 2007 研]
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4.形变织构的性质与变形金属的原始条件、_______、_______有关。[江苏大学 2005 研]
【答案】形变方式;形变程度
5.细化晶粒不但可以提高材料的________,同时还可以改善材料的________和 ________。[沈阳大学 2009 研]
【答案】强度;塑性;韧性
4.真实应力[重庆大学 2010 研] 答:真实应力是指拉伸(或压缩)试验时,变形力与当时实际截面积(而不是初始截 面积)之比。其数值是随变形量、温度与应变速率而变化的。
5.超塑性[燕山大学 2005 研] 答:超塑性是指材料在一定的内部条件和外部条件下,呈现出异常低的流变抗力、异 常高的流变性能的现象。超塑性的特点有大延伸率,无缩颈,小应力,易成形。超塑性变 形时,应变速率敏感性指数 m 很大,m≈0.5,而一般金属材料仅为 0.01~0.04。
三、判断题
1.在室温下对金属进行塑性变形为冷加工。加热到室温以上对金属进行塑性变形为 热加工。( )[华中科技大学 2005 研]
【答案】× 【解析】将再结晶温度以上的加工为“热加工”,再结晶温度以下而又不加热的加工称 为冷加工。
2.金属铸件可以通过再结晶退火来达到细化晶粒的目的。( 2007 研]
阻力。因此,在位错移动时,需要一个力克服晶格阻力,越过势垒,此力称为派纳力
3.动态再结晶[北京工业大学 2009 研] 答:动态再结晶是指金属在热变形过程中发生的再结晶现象。与热变形各道次之间以 及变形完毕后加热和冷却时所发生的静态再结晶相比,动态再结晶的特点是:动态再结晶 要达到临界变形量和在较高的变形温度下才能发生;与静态再结晶相似,动态再结晶易在 晶界及亚晶界形核;动态再结晶转变为静态再结晶时无需孕育期;动态再结晶所需的时间 随温度升高而缩短。
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第4章固体中原子及分子的运动一、选择题1.由纯A 和A-B 固溶体形成的互扩散偶(柯肯达尔效应),以下表述正确的是()。
[上海交通大学2005研]A.俣野面两侧的扩散原子其化学势相等:A A A A B μμ-=,B B A A B μμ-=B.该扩散为上坡扩散C.空位迁移方向与标记面漂移方向一致【答案】C2.有一级稀的fcc 结构的间隙固溶体,设a 0为晶格常数,ν为间隙原子延扩散方向的振动频率,rn G ∆为从平衡位置到势垒顶点的自由能改变量,则扩散系数可与表示为()。
[浙江大学2007研]A.2rn 0exp G D a RT ν∆⎛⎫=- ⎪⎝⎭B.2rn 01exp 6G D a RT ν∆⎛⎫=- ⎪⎝⎭C.2rn 02exp G D a RT ν∆⎛⎫=- ⎪⎝⎭【答案】A3.下列有关固体中扩散的说法中,正确的是()。
[东南大学2006研]A.原子扩散的驱动力是存在着浓度梯度B.空位扩散是指间隙固溶体中的溶质原子从一个间隙跳到另一个间隙C.晶界上点阵畸变较大,因而原子迁移阻力较大,所以比晶内的扩散系数要小D.成分均匀的材料中也存在着扩散【答案】D4.912℃下Fe α-的晶胞体积为0.02464nm,而转变为Fe γ-晶胞晶体为0.0486nm,在该温度单位质量Fe γ-转变为Fe α-时,其体积()。
[哈尔滨工业大学2007研]A.膨胀B.收缩C.不变D.不能确定【答案】A二、填空题1.扩散系数与温度的关系式是_________。
在高温阶段和低温阶段,扩散系数较大的是_________。
[天津大学2010研]【答案】0exp(/)D D Q RT =-;低温阶段2.线性高分子可反复使用,称为________塑料;交联高分子不能反复使用,称为________塑料。
[北京工业大学2009研]【答案】热塑性;热固性3.从F -R 源模型考虑,金属沉淀强化后的屈服强度s σ与沉淀相粒子平均间距L 的关系为_______。
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材料科学基础胡赓祥第3版配套题库——才聪学习网胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库【考研真题精选+章节题库】目录第一部分考研真题精选一、选择题二、填空题三、判断题四、名词解释五、简答题六、综合题第二部分章节题库第1章原子结构与键合第2章固体结构第3章晶体缺陷第4章固体中原子及分子的运动第5章材料的形变和再结晶第6章单组元相图及纯晶体的凝固第7章二元系相图和合金的凝固与制备原理第8章三元相图第9章材料的亚稳态第10章材料的功能特性•试看部分内容考研真题精选一、选择题1以下关于调幅分解的正确表述是()。
[国防科技大学201 6年研]A.调幅分解是个自发分解过程,不需要形核功B.调幅分解也是通过晶核的形成和晶核的长大过程完成的C.相图上成分位于固溶体分解线内的合金均可以产生调幅分解【答案】A查看答案【解析】调幅分解属于连续的无核相变,其始于固溶体中的成分起伏,依靠上坡扩散时浓度差越来越大,最终使均匀固溶体变为不均匀固溶体,原固溶体以及新形成的两种固溶体的结构相同;而钢中的相变大多属于有核相变型,始于结构起伏,相界面在相转变中具有极重要的作用。
2高温下晶粒正常长大时,晶界迁移将受到第二相颗粒的阻碍。
以下说法正确的是()。
[国防科技大学2017年研]A.第二相含量越多,颗粒越粗大,阻力越大B.第二相含量越少,颗粒越粗大,阻力越大C.第二相含量越多,颗粒越细小,阻力越大【答案】C查看答案【解析】通常,在第二相颗粒所占体积分数一定的条件下,颗粒越细,其数量越多,则晶界迁移所受到的阻力也越大,故晶粒长大速度随第二相颗粒的细化而减小。
3由两个不同成分的液相在恒温下转变为一定成分的固相的反应叫()。
[沈阳工业大学2015年研]A.包晶反应B.合晶反应C.偏晶反应【答案】B查看答案【解析】常见的二元相图的反应式和图形特征,如下表所示:表14在不平衡结晶条件下,成分点在共晶附近的合金也可能全部转变成共晶合金,这种非共晶成分的共晶组织称为()。
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(章节题库 晶体缺陷)【圣才出品】

9.有两个被钉扎住的刃型位错 A-B 和 C-D,它们的长度 x 相等,且具有相同的 b, 而 b 的大小和方向相同(图 3-2)。每个位错都可看作 F-R 位错源。试分析在其增殖过程
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8.假定有一个 b 在[00]晶向的刃型位错沿着(100)晶面滑动,(1)如果有另一个伯 氏矢量在[O1O]方向,沿着(001)晶面上运动的刃型位错,通过上述位错时该位错将发 生扭折还是割阶?(2)如果有一个 b 方向为[100],并在(001)晶面上滑动的螺型位错 通过上述位错,试问它将发生扭折还是割阶?
2
2
答:(1)几何条件,
v
b前
=
a [11 1] 3
v
b后
;能量条件,
v
b前
2
=
2a2 3
>
v b后
2
=
a2 3
。可见,能够进行。
(2)几何条件,
v b前 =a[100]
v b后 ;能量条件,
v2 b前 =
v b后
2
=a2
,两边相等,
可见,不能进行。
7.如图 3-1 所示的两根螺型位错,一个含有扭折,而另一个含有割阶。图上所示的 箭头方向为位错钱的正方向,扭折部分和割阶部分都为刃型位错。(1)若图示滑移面为
台
中二者间的交互作用。若能形成一个大的位错源,使其开动的 τc 多大?若两位错 b 相反,
情况又如何?
图 3-2 答:两位错在外力作用下将向上弯曲并不断扩大,当他们扩大相遇时,将于相互连接 处断开,放出一个大的位错环。新位错源的长度为 5x,将之代入,得 F-R 源开动所需的临 界切应力为:
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)(名校考研真题详解 二元系相图和合金的凝固与制备原理)【圣才出品】

【答案】错 【解析】成分过冷仅在合金的凝固中出现,纯金属的凝固不存在成分过冷。
3.相图的相区接触法则是相邻相区相数差 1。[合肥工业大学 2006 研] 【答案】对
四、名词解释题
1.珠光体 [东北大学 2004 研、天津大学 2009 研] 答:珠光体是奥氏体(奥氏体是碳溶解在γ-Fe 中的间隙固溶体)发生共析转变所形成 的铁素体与渗碳体的共析体。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物,也 称片状珠光体。用符号 P 表示,含碳量为 wC=0.77%。在珠光体中铁素体占 88%,渗碳体 占 12%,由于铁素体的数量大大多于渗碳体,所以铁素体层片要比渗碳体厚得多。在球化 退火条件下,珠光体中的渗碳体也可呈粒状,这样的珠光体称为粒状珠光体。
3.珠光体相变 [西南交通大学 2009 研] 答:中间相是指 Fe-C 合金中奥氏体在冷却过程中,在共析转变温度以下珠光体同时转 变为铁素体和渗碳体两相的共析组织的相变。
4.Ms 点 [南京理工大学 2008 研]
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A.层片状 B.球状 C.针状 D.螺旋状 【答案】A
)。[合肥工业大学
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胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(名校考研真题 三元相图)【圣才出品】

第8章 三元相图一、选择题1.如图8-1所示三元合金相图中,共晶反应的三相平衡的连接三角形应为()。
[上海交通大学2006研]图8-1【答案】A2.下列四相平衡反应中,属于包共晶反应的是( )。
[华中科技大学2006研]A .L α+β+γ→B .L αβ+γ+→C .L α+βγ+→【答案】B3.在三元系中有哪些四相平衡反应结束后可能有液相剩余?( )[东南大学2006研]A .共晶和包晶B .共晶和包共晶C .包晶和包共晶D .包晶和包析【答案】C4.利用三元相图的变温界面图可以( )。
[哈尔滨工业大学2007研]A .确定三元合金平衡相的成分B .定性分析三元合金的平衡结晶过程C .确定平衡相的含量D .应用杠杆定律和重心法则【答案】B台图8-2二、简答题1.三元相图如图8-3所示。
图8-3(1)确定含、、的物料从高温冷却时初始凝固温度和液相全部凝固温度。
(2)写出该成分点的析晶过程。
(3)根据此三元相图画出的二元相图示意图。
[北京工业大学2007研]答:(1)、、的物料从高温冷却时初始凝固温度为750℃,液相全部凝固温度425℃。
(2)该成分点的析晶过程为(3)如图8-4所示。
图8-42.A-B-C 三元相图如图8-5所示。
(1)划分分三角形。
(2)标出界线的性质(共熔界线用单箭头,转熔界线用双箭头)。
(3)指出化合物S 、D 的性质。
(4)说明E 、H 、R 点的性质,并列出相变式。
(5)分析M 点的析晶路程(表明液、固相组成点的变化,并在液相变化的路径中注明各阶段的相变化和自由度数)。
[南京工业大学2009研]答:(1)划分成3个分三角形,如图8-5所示。
(2)如图8-5所示。
(3)S :不一致熔三元化合物;D :一致熔二元化合物。
(4)E :低共熔点L E →B +C+S f =0H:单转熔点R :单转熔点(5)液相:固相:图8-53.如图8-6所示为V-Cr-C 三元系液相图投影图(示意图)的一部分,请列出所有四相平衡反应的反应式,并说明属于什么反应。
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库【名校考研真题】第1章~第3章 【圣才出品】

)晶带。[华中科技大学 2006 研]
3.玻璃网络特性的基本结构参数可用桥氧和非桥氧来描述,考虑一玻璃组成为 12mol% Na2O,10mol% CaO 和 78mol% SiO2,则每个氧多面体的平均桥氧和非桥氧数 分布为( )。[浙江大学 2006 研]
A.0.56 和 3.44 B.1.44 和 1.56 C.3.44 和 0.56 【答案】C 【解析】 R 22 10 156 2.28 ,桥氧数 Y 2Z 2R 8 4.56 3.44 ,
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子是一一对应的,金属键中自由电子围绕原子核自由运动,因此价键没有饱和性和方向性,
当材料受力而发生相对位移时,电子移动对化学价键并没有破坏,因此金属材料较陶瓷材料
具有较好的延展性。
2.什么是高分子合金?高分子合金的制备方法有哪些?[南京航空航天大学 2008 研] 答:(1)高分子合金又称多组元聚合物,是指含有两种或多种高分子链的复合体系, 包括接枝共聚物、嵌段共聚物,以及各种共混物等。正如由不同金属混合制得合金一样,其 目的是通过高分子间的物理、化学组合获得更多样化的高分子材料,使它们具有更高的综合 性能,因此把这种高分子复合体系形象地称为高分子合金。 (2)高分子合金的制备方法可分为以下几类:①加聚反应,包括均加聚反应和共加聚 反应;②缩聚反应,一种或多种单体互相混合链接成聚合物,同时析出某种低分子物质的反 应称为缩聚反应;③物理共混法。又称机械共混法,是将不同种类的高分子在混合设备中实 现共混的方法,共混过程一般包括混合作用和分散作用;④化学共混法,主要有共聚-共混 法和互穿网络聚合法。
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胡赓祥《材料科学基础》第3版章节题库(二元系相图和合金的凝固与制备原理)【圣才出品】

2.为什么拉伸能提高结晶高分子的结晶度? 答:由ΔG=ΔH-TΔS 可知,自由能ΔG 必须小于零,结晶过程才能自发进行。物质从 非晶态到晶态,其中分子的排列是从无序到有序的过程,熵总是减小的,即ΔS<0,此时- TΔS>0,而ΔH<0(放热)。要使ΔG<0,必须|ΔH|>T|ΔS|。若某些高分子从非晶相到晶 相,|ΔS|很大,而结晶的热效应ΔH 很小,要使|ΔH|>T|ΔS|只有两种途径:降低 T 或降低| ΔS|。但过分降低温度则分子流动困难,可能变成玻璃态而不结晶。若降低|ΔS|,可采用在 结晶前对高分子进行拉伸,使高分子链在非晶相中已经具有一定的有序性,这样,结晶时相 应的|ΔS|变小,使结晶能够进行。所以对结晶高分子,拉伸有利于提高结晶度。例如:天然 橡胶在常温下结晶需要几十年,而拉伸时只要几秒钟就能结晶。
3.简述高分子合金化的方法和优点。
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答:高分子合金是由两种以上组元聚合的复合体。 高分子合金的制备方法可以分为物理方法和化学方法。物理共混法包括干粉共混、熔融 共混及乳凝共混等方法,最常用的是熔融共混。化学共混法主要有共聚-共混法和互穿聚合 物网络法。 高分子通过合金化,可克服单组元高分子(均聚物)的某些性能的弱点,例如:聚丙烯 (PP)低温容易脆裂,但通过与顺丁胶(BR)共混合可明显提高聚丙烯的韧性;还可拓宽 高分子的用途。
4.指出下列相图中的错误(如图 7-1 所示),并加以改正。
答:如图 7-2 所示。
图 7-1
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图 7-2 (1)任何温度下所作的连接线两端必须分别相交于液相线和固相线,不能相交于单一 液相线或单一固相线。 (2)A 组元的凝固温度恒定,所以液、固相线在 A 成分处相交于一点。 (3)在两元系的三相平衡反应中,三相的成分是唯一的。 (4)在两元系只能出现三相平衡反应。 5.根据图 7-3 分析,为什么含碳量小于 0.8%时随着含碳量增加临界冷却速度降低? 而含碳量大于 1.0%时随着含碳量增加临界冷却速度升高?
胡赓祥《材料科学基础》第3版章节题库(单组元相图及纯晶体的凝固)【圣才出品】

二、填空题
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1.晶体的凝固是通过______和______两个过程进行的。 【答案】形核;长大 【解析】晶体的凝固是通过形核与长大两个过程进行的,即固相核心的形成与晶核生长 至液相耗尽为止。形核方式可以分为均匀形核和非均匀(异质)形核两类。
2.陶瓷材料中晶粒的大小与什么有关?工艺上如何控制晶粒尺寸(请列出三种途径)? 答:陶瓷材料中晶粒的大小与物料的原始粒度、烧结温度和时间等因素有关。 控制晶粒尺寸方法:控制原始粒度均匀细小,控制烧结温度和时间,添加剂等。
3.试说明结晶温度较低的高分子的熔限较宽,反之较窄。
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a 点:固体 A1、液体和气体的三相平衡,T=8.2℃,p=1.013×104Pa。 b 点:固体 A1,A2 和液体的三相平衡,T=40℃,p=l.013×106Pa。 c 点:液体和气体二相平衡,T=90℃,P=1.013×105Pa。 (2)根据相变时的体积变化,由 dp/dT=∆H/(T∆V)确定各线斜率及正负。 经过 b 点的 A1 和 A2 相界线:A1→A2,故∆H>0,∆V<0,故∆p/∆T<0,斜率为负; A1 和液相 L 的相界线:A1→L,故∆H>0,∆V>0,故∆p/∆T>0,斜率为正; L 和气相 g 的相界线:L→g,故∆H>0,∆V>0,故∆p/∆T>0,斜率为正。
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胡赓祥《材料科学基础》第 3 版章节题库 第 6 章 单组元相图及纯晶体的凝固
一、选择题 1.如果一元素有三种组态 A、B、C(密度 A>B>C),它的相图如图 6-1,则在升温 由 B 变成 A 时是( )。
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库【名校考研真题】第7章~第10章 【圣才出品】

3.珠光体相变[西南交通大学 2009 研] 答:中间相是指 Fe-C 合金相的共析组织的相变。
4.Ms 点[南京理工大学 2008 研]
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)。[哈尔滨工业
4.金属-金属型二元共晶合金在平衡凝固后的组织形态一般为( 2005 研]
A.层片状 B.球状 C.针状 D.螺旋状 【答案】A
)。[合肥工业大学
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二、填空题 1.珠光体的本质是________与________的机械混合物。[天津大学 2008 研] 【答案】铁素体;渗碳体 2.根据如图 7-1 所示的相图,对于 50kg 的 20Cu-80Ni 合金:(1)液相线温度为 _______℃;(2)固相线温度为_______℃;(3)在 1400℃,液相中可最多可含有约_______%Ni; (4)在 1400℃, α 相中 Cu 的含量最大约为_______%;(5)在 1400℃,20Cu-80Ni 合金 中的主要相为_______;(6)在 1400℃,液相和固相的比值为_______比_______。[南京大学 2003 研]
【答案】× 【解析】成分过冷仅在合金的凝固中出现,纯金属的凝固不存在成分过冷。
3.相图的相区接触法则是相邻相区相数差 1。[合肥工业大学 2006 研] 【答案】√
四、名词解释
1.珠光体[东北大学 2004、天津大学 2009 研] 答:珠光体是奥氏体(奥氏体是碳溶解在γ-Fe 中的间隙固溶体)发生共析转变所形成 的铁素体与渗碳体的共析体。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物,也 称片状珠光体。用符号 P 表示,含碳量为 wC=0.77%。在珠光体中铁素体占 88%,渗碳体 占 12%,由于铁素体的数量大大多于渗碳体,所以铁素体层片要比渗碳体厚得多。在球化 退火条件下,珠光体中的渗碳体也可呈粒状,这样的珠光体称为粒状珠光体。
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(名校考研真题 晶体缺陷)【圣才出品】

第3章 晶体缺陷一、选择题1.在面心立方晶体中原子层沿[111]堆垛时,()的堆垛称为孪晶。
[上海交通大学2006研]A.ABCACBAB.ABCBCABC.ABABCAB【答案】A2.两平行螺型位错,当柏氏矢量同向时,其相互作用力()。
[华中科技大学2006研]A.为零B.相斥C.相吸【答案】B3.弗伦克缺陷是()。
[浙江大学2007研]A.原子移到表面外新的位置,原来位置则形成空位B.原子离开平衡位置后,形成间隙原子,而原来位置上形成空位,成对产生C.正、负离子的二元体系,原子移到表面新的位置,原来位置空位成对出现【答案】B4.间隙相和离子晶体()。
[东南大学2006研]A.可以有相同的晶体结构B.可以有相同的空间点阵,但不可能有相同的晶体结构C.可以有相同的晶体结构,但不可能有相同的空间点阵D.既不可能有相同的晶体结构,也不可能有相同的空间点阵【答案】A二、填空题根据界面上原子排列结构不同,可把固体中的相界面分为、和界面。
[北京工业大学2008研]【答案】共格;非共格;半共格三、判断题以界面能降低为晶粒长大驱动力时,晶界迁移总是向着晶界曲率中心方向。
()[北京工业大学2008研]【答案】√四、名词解释1.交滑移[北京理工大学2006研]答:在晶体中,出现两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移,这种滑移称为交滑移。
发生交滑移时会出现曲折或波纹状的滑移带。
最容易发生交滑移的是体心立方金属,因其可以在{110}{112}{123}晶面上滑移,而滑移方向总是[111]。
交滑移产生的难易程度与晶体的层错能有关,层错能高的材料易发生交滑移。
交滑移必须是纯螺型位错,因其滑移面不受限制。
交滑移对晶体的塑性变形有重要影响。
2.全位错与不全位错[西安交通大学2009研]答:全位错是指柏氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错;不全位错是指柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错。
3.肖脱基空位[北京工业大学2008研]答:离位原子迁移到外表面或内界面(如晶界等)处形成的空位称为肖脱基空位。
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第6章 单组元相图及纯晶体的凝固一、选择题1.在纯铁的温度—压力相图中,斜率为负的相界线是()的相界线。
[上海交通大学2006研]A.和α-Feγ-Feγ-Feδ-FeB.和C.和液相δ-Fe【答案】A2.凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下哪种方法?()[华中科技大学2006研]A.加入形核剂B.减小液相的过冷度C.对液相实施搅拌【答案】B3.在单相固溶体铸锭中,形成枝晶的条件()。
[东南大学2006研]A.成分过冷度越大越易形成枝晶B.没有成分过冷才能形成枝晶C.正常凝固条件下才能形成枝晶D.平衡凝固条件下才能形成枝晶【答案】A4.(多选)调幅分解是固溶体分解的一种特殊形式()。
[哈尔滨工业大学2007研]A.一种多晶形转变B.形核和长大的过程C.无形核的直接长大过程D.一种固溶体分解为成分不同而结构相同的两种固溶体【答案】CD二、填空题1.亚稳分解和不稳分解中,分相需要位垒的是_________,存在负扩散的是_________。
[天津大学2010研]【答案】亚稳分解;不稳分解2.固态相变形核的驱动力是________,阻力主要是________和________。
[北京工业大学2008研]【答案】新相和母相的自由能之差;界面能;弹性应变能3.再结晶形核时,对于弓出形核机制,多发生在_______的金属中。
[江苏大学2005研]【答案】较小冷塑性变形三、判断题1.纯金属凝固时,界面前沿液体的过冷区形态和性质取决于液体内实际温度的分布,这种过冷叫做成分过冷。
()[北京工业大学2008研]【答案】×2.结构简单、规整度高、对称性好的高分子容易结晶。
()[北京工业大学2008研]【答案】√3.固溶体合金不平衡凝固时因溶质的在液固两相分布不同而产生晶内偏析,工程上为了消除晶内偏析必需采用缓慢冷却。
()[华中科技大学2005研]【答案】×【解析】通过均匀化退火(或称扩散退火),即在固相线以下较高温度(确保不出现液相,否则会使合金“过烧”)经过长时间的保温使原子扩散充分,使之转变为平衡组织。
4.金属以及合金由液态转变为固态的过程称为结晶,是一个典型的相变过程。
)[哈尔滨工业大学2007研]【答案】×【解析】结晶过程无相变。
5.固溶体合金的液固相线间距越大,非平衡凝固时产生的偏析和集中缩孔越严重。
()[合肥工业大学2006研]【答案】×【解析】固溶体合金的液固相线间距越小,则非平衡凝固时产生的偏析和集中缩孔越严重。
四、名词解释1.同素异形转变[东北大学2007研]答:同一物质的不同的晶体结构称为同素异形体。
每一种同素异形体都是一个相,它们之间在一定条件下也将发生相互转变,称同素异形转变。
2.均匀形核和非均匀形核[吉林大学2009、2010研]答:晶体结晶的过程是一个形核、长大的过程,其中形核分为均匀形核和非均匀形核两种,大多以非均匀形核方式进行。
(1)均匀形核(均质形核)是在均匀单一的母相中形成新相结晶核心的过程。
均质形核是由于浓度波动、能量波动等热力学动力学条件成熟后,大量原子聚集达到核坯尺寸,从而晶粒长大,异质形核是在钢中夹杂物或者被打碎的枝晶为核心,晶粒以该核心为中心,长大。
均匀形核必须具备的条件:必须过冷,过冷度越大,形核驱动力(G V)越大,临界形核功(G*)和临界核半径(r*)减小;必须具备与一定过冷度相应的能量起伏和结构起伏。
(2)非均匀形核是利用液相中的活性质点或固体界面作基底,同时依靠液相中的相起伏和能量起伏来实现的形核。
在非均匀形核时,临界半径只是决定晶核的曲率半径,接触角θ才决定晶核的形状和大小。
θ角越小,晶核的体积和表面积也越小,形核越容易。
3.初晶区[天津大学2010研]答:在冷却析晶时能够首先析出某种晶体的系统组成点,即为该晶体的初晶区。
4.枝晶偏析[南京理工大学2009研]答:由于冷却速度较快,使液相中的原子来得及扩散而固相中的原子来不及扩散,以至于固溶体先结晶中心和后结晶部分成分不同,称为晶内偏析。
而金属的结晶多以枝晶方式长大,所以这种偏析多呈树枝状,先结晶的枝轴与后结晶的枝间成分不同,又称为枝晶偏析。
固相线与液相线的水平距离和垂直距离越大,枝晶偏析越严重。
铸铁的成分越靠近共晶点,偏析越小,反之越大。
5.结晶潜热[重庆大学2010研]答:在液体向晶体结晶过程中,自由能差所产生的剩余能量将以热的形式向外界释放,该部分释放的热量即为结晶潜热。
过冷度越大,则自由能差越大,结晶潜热也越大。
另外,结晶时的潜热析出将补偿晶体物质向环境散热引起的温度下降,使过冷度减小,其结果将形成一种动态平衡,可使过冷度ΔT 保持不变,换句话说,在一定的环境条件下,晶体的结晶温度是不变的,结晶过程是在恒温下进行的,直至结晶结束。
6.平衡分配系数与有效分配系数[江苏大学2006研]答:平衡分配系数是指某一温度平衡凝固时固相的质量分数w s 和液相质量分数w l 之比,是表示溶质重新分布的程度的量。
为了表征液体中的混合程度,定义有效分配系数k e :,其中为固体质S i e L =k ρρB ()()S i ρ()量浓度,为液体质量浓度。
L ρB ()五、简答题1.利用如图6-1所示的自由能-成分曲线说明,公切线将成分范围分成三个区域,各区域内哪些相稳定?为什么?[北京科技大学2005研]图6-1答:与A 组元的截距表示A 组元在固溶体成分为切点成分时的化学势;而与B 组元的截距A μ表示B 组元在固溶体成分为切点成分时的化学势。
在二元系中,当两相(例如为固相B μ和固相)平衡时,热力学条件为,,即两组元分别在两相中的化学势αβαβAA μμ=αβB B μμ=相等,因此,两相平衡时的成分由两相自由能-成分曲线的公切线所确定。
在题图所示的自由能-成分曲线中,左侧A~范围是相稳定,因它的自由能最低;αB N α右侧~B 范围是相稳定,也因其自由能最低;两公切点之间~范围是两相βB N βαβN ββN α+β共存稳定,因任意一个单相存在时的自由能都不如它分解为成分为公切点处的时两相α+β自由能的加权值(在公切线直线上)低。
2.叙述你所熟悉的某一类材料的凝固过程。
[中南大学2008研]答:以金属材料为例。
金属材料在凝固后通常得到结晶体,其凝固过程(也称结晶过程)一般分为如下两个阶段:(1)金属的形核通常在金属熔体中的小尺寸的晶胚上进行,通过原子扩散而逐步形成能够稳定存在并长大的晶核,而且纯金属的形核过程一般需要满足能量和结构起伏外加过冷度的条件,而合金的形核还要一定的成分过冷条件。
(2)金属形核后的长大通常需要一个较小的过冷度,原子扩散而长大,在长大过程中结晶界面是粗糙界面,因此金属长大速度一般很快,而结晶界面结构、温度梯度和结晶速度会影响到长大后的晶粒形状和大小,纯金属在负的温度梯度下才可得到树枝状组织,而对于合金通常还会造成合金结晶后出现成分偏析,可在正的温度梯度下得到树枝状组织。
3.试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量和结构条件。
[华中科技大学2006研]答:分析结晶相变时系统自由能的变化可知,结晶的热力学条件为。
由单位体0G ∆<积自由能的变化可知,只有,才有,即只有过冷,才能使m V mL T G T ∆∆=-0T ∆>V 0G ∆<。
动力学条件为液相的过冷度大于形核所需的临界过冷度,即。
V 0G ∆<*T T ∆>∆由临界晶核形核功可知,当形成一个临界晶核时,还有1/3的表面能必13G A σ**∆=须由液体中的能量起伏来提供。
液体中存在的结构起伏,是结晶时产生晶核的基础,因此,结构起伏是结晶过程必须具备的结构条件。
4.纯金属与固溶体合金平衡结晶有什么相同点和不同点?[哈尔滨工业大学2007研]答:(1)相同点:①都需要过冷;②它们的形核条件都需要能量起伏和结构起伏;③它们的形核方式都分为均匀形核和非均匀形核;④它们共有的长大方式为垂直长大方式;⑤正温度梯度时它们都呈平面状长大形态以及在负温度梯度下时它们都呈树枝状长大形态。
(2)不同点:①纯金属有固定的熔点,因此是恒温结晶,而固溶体合金具有一定的结晶温度范围;②在形核条件中,固溶体合金需要成分起伏,而纯金属不需要;③固溶体合金有成分过冷,所以,固溶体合金在正温度梯度时也可能出现胞状或树枝状长大形态。
5.简述均匀形核的形核率与过冷度的关系。
[南京航空航天大学2008研]答:形核率受两个互相矛盾的因素控制:一方面从热力学考虑,过冷越大,晶核的临界半径及临界形核功越小,因而需要的能量起伏小,满足的晶胚数越多,稳定晶核容r r *≥易形成,则形核率越高;但另一方面从动力学考虑,晶核形成需要原子从液相转移到临界晶核上才能成为稳定晶核。
过冷度越大,原子活动能力越小,原子从液相转移到临界晶核上的几率减小,不利于稳定晶核形成,则形核率越低。
因此综合考虑上述两个方面,形核率可用下式表示:。
式中N 为总的形核率;为受形核功影响的形核率因子;12N N N =⋅1N 为受原子扩散影响的形核率因子。
2N 又∝,∝,所以:·。
式中,K 为比例常数;1N */()e G RT ∆2N /()e Q RT */d e GT N K -∆=()/e Q kT -为形核功;Q 为原子从液相转移到固相的扩散激活能;k 为玻尔兹曼常数;T 为绝对*G ∆温度。
当过冷度较小时,形核率主要受项的控制,随过冷度增大,形核率迅速增加;但当1N 过冷度很大时,由于原子活动能力减小,此时形核率主要由项控制,随时冷度增加,形2N 核率迅速减小。
6.什么是粗糙界面和光滑界面?它们对晶体生长方式和形态有何影响?[昆明理工大学2010研]答:(1)晶核长大是液-固界面两侧原子迁移的过程。
界面的微观结构必然影响晶核的长大方式,液-固界面按微观结构可分为两种,即光滑界面和粗糙界面。
所谓光滑界面是指在界面处固液两相是截然分开的。
固相表面为基本完整的原子密排面,所以从微观来看界面是光滑的。
但从宏观上看,它往往是由若干曲折的小平面组成,是不平整的,因此光滑界面又称小平面界面。
所谓粗糙界面是指在微观上高低不平,存在厚度为几个原子间距的过渡层的液-固界面。
这种界面在微观上是粗糙的。
由于界面很薄,所以从宏观上看界面反而是平整光滑的,这种界面又称为非小平面界面。
常见金属的液-固界面为粗糙界面,一些非金属、亚金属、金属间化合物的液-固界面多为光滑界面。
(2)不同类型的界面,晶体的长大机制和形态不同。
具有粗糙界面的物质的长大机制。
具有粗糙界面的物质,界面上有一半的结晶位置空着,液相中的原子可直接迁移到这些位置使晶体整个界面沿法线方向向液相中长大。
这种长大方式叫垂直长大。
垂直长大时生长速度很快。